Разработка и применение алгоритма определения каскадинга у побережья архипелага Северная Земля

В статье рассмотрен вариант обработки модельных данных, при котором возможно выделить из массива данных области, где наблюдается каскадинг – придонное гравитационное течение, которое переносит более плотную воду, образовавшуюся в прибрежных и шельфовых районах морей и океанов, вдоль и поперек уклонов рельефа дна. В качестве исходного массива данных используется модельный расчет NEMO за 1986–2010 гг. с временным интервалом 5 суток и пространственным разрешением 1/10° для района архипелага Северная Земля. Выбор данного района обусловлен наличием гидрологических данных, свидетельствующих о каскадинге во время проведения экспедиций в 1984 и 1985 гг.
Показано, что разработанный алгоритм определяет области возникновения каскадинга. С помощью него было выявлено три случая каскадинга в декабре 1991, 1993 гг. и декабре 2004 – январе 2005 гг. в районе острова Малый Таймыр. Разобран случай прохождения каскадинга в декабре 1991 г. В результате сравнения плотности вод на придонных и вышележащих горизонтах ряда соседних узлов сетки в течение четырех последовательных пятидневных периодов (12–31 декабря) выявлена сменяемость устойчивой плотностной стратификации вод на характерную для каскадинга стратификацию. В узлах с меньшей глубиной (16 м) формируются плотные воды, стекающие по склону в течение третьего пятидневного периода на глубину до 66 м. Повышение плотности вод происходит вследствие осолонения при льдообразовании на мелководье у острова Малый Таймыр. Таким образом, перепад глубин при каскадинге составил 50 м. Во время четвертого пятидневного периода после каскадинга плотностная структура снова становится устойчивой. Таким образом, установлено, что пятидневного временного интервала используемого массива модельных данных достаточно для разрешения процесса каскадинга.

1. Головин П.Н. Конвективный массоперенос в подледном слое зимнего разводья в Арктическом бассейне // Океанология. 1995. Т. 35. № 6. C. 854–863.

2. Иванов В.В. Усиление водообмена между шельфом и Арктическим бассейном в условиях снижения ледовитости // Доклады академии наук. 2011. Т. 441. № 1. С. 103–107. Chapman D.C. The influence of an along slope current on the formation and offshore transport of dense water from coastal polynya, J. Geophys. Res., 2000, vol. 105, no. C10, p. 24 007– 24 019.

3. Gawarkiewitz G. Effects of ambient stratification and shelfbreak topography on offshore transport of dense water on continental shelves, J. Geophys. Res., 2000, vol. 105, no. C2, p. 3307–3324.

4. Ivanov V.V., Shapiro G.I., Huthnance J.M., Aleynik D.L., Golovin P.N. Cascades of dense water around the world ocean, Progress in oceanography, 2004, vol. 60, no. 1, p. 47–98.

5. Ivanov V.V., Shapiro G.I. Formation of a dense water cascade in the marginal ice zone in the Barents Sea, Deep Sea Research, part I, Oceanographic Research Papers, 2005, vol. 52, no. 9, p. 1699– 1717.

6. Ivanov V.V., Golovin P.N. Observations and modeling of dense water cascading from the northwestern Laptev Sea shelf, J. Geophys. Res.: Oceans, 2007, vol. 112, no. C9, p. 1–15, DOI: 10.1029/2006JC003882.

7. Ivanov V., Watanabe E. Does Arctic Sea ice reduction foster shelf–basin exchange? Ecological applications, 2013, vol. 23, no. 8, p. 1765–1777, DOI: 10.1890/11-1069.1.

8. Ivanov V., Maslov P., Aksenov Y., Coward A. Shelf-basin exchange in the Laptev Sea in the warming climate: a model study, Geophysical & Astrophysical Fluid Dynamics, 2015, vol. 109, no. 3, p. 254–280.

9. Luneva M., Harle J., Holt J. Evaluation of cascading water formation and pathways from NEMO-shelf Arctic Ocean model. Geophysical Research Abstracts, 2018, vol. 20, p. 14156.

10. Luneva M.V., Ivanov V.V., Tuzov F.K., Aksenov Y., Harle J.D., Kelly S., Holt J.T. Hotspots of Dense Water Cascading in the Arctic Ocean: Implications for the Pacific Water Pathways, J. Geophys. Res.: Oceans, 2020, vol. 125, no. 10, p. e2020JC016044, DOI: 10.1029/2020JC016044.

11. Madec G., Bourdallé-Badie R., Chanut J., Clementi E., Coward A., Ethé Ch. NEMO ocean engine (Version v4.0). Notes Du Pôle De Modélisation De L’institut Pierre-simon Laplace (IPSL), Zenodo, 2019, DOI: 10.5281/zenodo.3878122.

12. Marqueda M.A., Willmott A.J., Biggs N.R. Polynya dynamics: A review of observations and modeling, Reviews of Geophysics, 2004, vol. 42, no. 1, p. 1–37.

13. Marshall J., Schott F.Open ocean convection: Observations, theory, and models, Reviews of Geophysics, 1999, vol. 37, no. 1, p. 1–64.

14. Marson J.M., Myers P.G., Hu X., Petrie B., Azetsu Scott K., Lee C.M. Cascading off the West Greenland Shelf: A numerical perspective, J. Geophys. Res.: Oceans, 2017, vol. 122, no. 7, p. 5316–5328.

15. Shapiro G.I., Huthnance J.M., Ivanov V.V. Dense water cascading off the continental shelf, J. Geophys. Res.: Oceans, 2003, vol. 108, no. C12, p. 1–19, DOI: 10.1029/2002jc001610.