Вихревая динамика Лофотенской котловины и ее роль в переносе термохалинных свойств вод в Норвежском море

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 18-17-00027

НазваниеВихревая динамика Лофотенской котловины и ее роль в переносе термохалинных свойств вод в Норвежском море

Руководитель Белоненко Татьяна Васильевна, Доктор географических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" , г Санкт-Петербург

Конкурс №28 - Конкурс 2018 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-708 - Гидрология и водные ресурсы

Ключевые слова синоптические вихри, транспорт тепла и соли, Лофотенская котловина, Норвежское море, уровень океана, спутниковая альтиметрия, гидродинамическая модель MITgcm, поплавки Арго, Норвежское течение, термохалинная структура

Код ГРНТИ37.25.33

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Мировой океан играет ключевую роль в формировании и изменчивости климата планеты. Это возможно благодаря огромной темлоёмкости океана, его способности аккумулировать и переносить тепло океанскими течениями из низких широт к полюсам. Атлантический океан является единственным океанским бассейном на планете, где тепло переносится из Южного Полушария на север, вплоть до Северного Ледовитого океана. Арктический климат особенно чувствителен к изменениям количества тепла, приносимого течениями из Атлантики. Драматическое сокращение ледового покрова Арктики, увеличение температур, повышение уровня океана, таяние вечной мерзлоты и т.д. – все эти примеры представляют собой вероятные последствия изменения океанического переноса тепла, происходящие в течение последних десятилетий. Тепло в Арктику в основном поступает с тёплыми и солёными Атлантическими водами, которые, прежде чем достигнуть границ Северного Ледовитого океана, проходят через Норвежское и Гренландское моря. Протекая через эти транзитные регионы, Атлантические воды теряют тепло в атмосферу, перемешиваются с окружающими водными массами, т.е. проходят трансформацию, которая в конце концов приводит к образованию глубинных океанских вод. Лофотенская котловина Норвежского моря является самым динамически активным транзитным регионом, который характеризуется локальными максимумами дисперсии уровня океана и кинетической энергии синоптических вихрей. Динамическая активность, по большей части, обусловлена синоптическими вихрями, образующимися в Норвежском течении, которое и переносит Атлантическую воду к полюсу. Баротропная и бароклинная неустойчивость Норвежского течения генерирует множество вихрей (в основном антициклонических), которые после формирования в струе течения отрываются от него и в дальнейшем перемещаются вдоль циклонической, спиралевидной траектории, постепенно приближаясь к центру Лофотенской котловины. Эти вихри извлекают из Норвежского течения часть теплой и солёной Атлантической воды и перераспределяют её по всей котловине. Этот процесс делает Лофотеснкую котловину основным тепловым резервуаром субарктических морей. Всё это означает, что процессы, ответственные за формирование и дальнейшую трансформацию вихрей, должны иметь достаточно сильное влияние на величину и изменчивость океанического переноса тепла и соли по направлению к Северному Ледовитому океану. Тем не менее, несмотря на значительный вклад вихрей Лофотенской котловины и их влияние на региональные климатические процессы, количественные оценки тепла и соли, извлекаемых вихрями из Норвежского течения, пока отсутствуют. Как следствие, воздействие вихрей Лофотенской котловины на меридиональный перенос тепла и соли к полюсу остаётся также неисследованным. Изучение роли вихревых структур в переносе тепла, соли и биогенов сегодня является актуальной фундаментальной задачей, которая привлекает внимание множества ученых в связи с развитием методов дистанционного зондирования Земли, позволяющих применять современные подходы для анализа больших массивов данных. Цель предлагаемого на рассмотрение исследования – определить трёхмерную структуру вихрей в Лофотенской котловине в полях температуры, солёности и плотности; изучить воздействие вихрей на стратификацию (устойчивость) и перемешивание в Лофотенской котловине; оценить количество переносимых вихрями тепла и соли, а также исследовать воздействие вихрей на меридиональный перенос свойств морской воды. Дополнительно, мы ставим своей целью проанализировать сезонную и межгодовую изменчивость как количества образованных вихрей (циклонических и антициклонических), так и количества переносимого ими тепла и соли, а также исследовать, как эта изменчивость связана с изменчивостью атмосферных процессов над Норвежским морем. Для достижения поставленных задач мы планируем использовать данные спутниковой альтиметрии (превышения уровня океана и геострофические скорости на поверхности), профили температуры и солёности, измеренные автономными поплавками Арго, а также данные региональной вихреразрешающей гидродинамической модели океанской циркуляции. Будет применён существующий и уже опробованный авторами алгоритм автоматизированной идентификации и отслеживания вихревых структур, основанный на геометрических свойствах потока. Для выявления трёхмерной композитной структуры выявленные вихри будут совмещены современными профилями температуры и солёности Арго. Это позволит нам рассчитать количества тепла и соли, содержащихся в вихрях, а также оценить индуцированный вихрями горизонтальный перенос этих свойств. Так как пространственное разрешение современных спутниковых альтиметрических данных позволяет отслеживать только достаточно крупные вихри (с диаметром не менее 50 км), соответсвующие оценки вихревых переносов будут получены также с использованием вихреразрешающей гидродинамической модели. Несмотря на недостатки как альтиметрических, так и модельных данных, данная работа предлагает на сегодня единственно возможный, недорогой (без проведения дорогостоящих полевых работ) способ получения соответствующих оценок. Полученные в процессе выполнения данной работы навыки и разработанные алгоритмы в дальнейшем могут быть применены для аналогичных расчётов с использованием данных спутника SWOT (Surface Water & Ocean Topography), который будет выведен на орбиту в 2020 г.. Пространственное разрешение данных SWOT позволит наблюдать и изучать субмезомасштабные процессы в океане. Анализ трёхмерной структуры синоптических вихрей в Лофотенской котловине и оценка индуцированного вихрями переноса свойств океанской воды являются необходимыми шагами для пополнения наших знаний о региональных процессах трансформации водных масс и понимания как эти процессы связаны с формированием промежуточных и глубинных вод, а также для исследования воздействия вихрей Лофотенской котловины на перенос тепла и соли по направлению к Арктике. Знания, полученные в процессе выполнения предлагаемого исследования, будут полезны не только для исследований в области региональной физической океанографии, но также в климатологии, изучении морского льда, морской химии и биологии и для промысловых целей.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Белоненко Т.В., Колдунов А.В., Сентябов Е.В., Карсаков А.Л. Термохалинная структура Лофотенского вихря Норвежского моря на основе экспедиционных исследований и по данным гидродинамического моделирования ВЕСТНИК САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. НАУКИ О ЗЕМЛЕ (год публикации - 2018)

2. Белоненко Т.В., Колдунов А.В. О трендах стерических колебаний уровня в Северной Атлантике ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА (год публикации - 2018)

3. Белоненко Т.В. TOPOGRAPHIC ROSSBY WAVES IN THE LOFOTEN BASIN IN THE NORWEGIAN SEA Сборник трудов Международного симпозиума «Мезомасштабные и субмезомасштабные процессы в гидросфере и атмосфере». МСП-2018. 30 октября – 2 ноября 2018 Москва. С. 18-20., Сборник трудов Международного симпозиума «Мезомасштабные и субмезомасштабные процессы в гидросфере и атмосфере». МСП-2018. 30 октября – 2 ноября 2018 Москва. С. 18-20. (год публикации - 2018)
10.29006/978-5-9901449-4-1-2018-2

4. Белоненко Т.В., Колдунов А.В. ОЦЕНКИ ТРЕНДОВ УРОВНЯ ОКЕАНА В СЕВЕРНОЙ АТЛАНТИКЕ ПО ДАННЫМ СПУТНИКОВОЙ АЛЬТИМЕТРИИ И ИЗМЕРЕНИЙ GRACE. Сборник трудов Международного симпозиума «Мезомасштабные и субмезомасштабные процессы в гидросфере и атмосфере». МСП-2018. 30 октября – 2 ноября 2018 Москва. С. 55-56.10, МСП-2018. 30 октября – 2 ноября 2018 Москва. С. 55-56.10 (год публикации - 2018)
10.29006/978-5-9901449-4-1-2018-14

5. Федоров А.М., Белоненко Т.В. Стерические колебания уровня и их связь с глубокой конвекцией в морях Лабрадор и Ирмингера. Тезисы ИКИ РАН. 12 - 16 ноября 2018 г. Москва. (год публикации - 2018)

6. Федоров А.М., Белоненко Т.В. ИССЛЕДОВАНИЕ ГЛУБОКОЙ КОНВЕКЦИИ В ЛОФОТЕНСКОЙ КОТЛОВИНЕ НОРВЕЖСКОГО МОРЯ В сборнике: Тезисы докладов Всероссийской научной конференции "Моря России: методы, средства и результаты исследований". 2018. С. 92-93. Севастополь-Кацивели. 24-28 сентября 2018 г. (год публикации - 2018)

7. Зинченко В.А., Колдунов А.В., Гордеева С.М. Анализ мезомасштабных вихрей Лофотенской котловины Норвежского моря по данным спутниковой альтиметрии. Тезисы Шестнадцатой Всероссийской Открытой конференции «СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА (год публикации - 2018)

8. Наумов Л.М., Гордеева С.М., Белоненко Т.В. Оценка качества альтиметрического продукта DT18 в высоких широтах. Тезисы Шестнадцатой Всероссийской Открытой конференции «СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА (год публикации - 2018)

9. Федоров А.М., Белоненко Т.В., Башмачников И.Л. Vortex-Vortex interactions in the Lofoten Basin of the Norwegean Sea Abstracts: 26th International Conference «Marine Science and Technology for Sustainable Development» (PACON-2019). July 16-19, 2019, Vladivostok, Russia., P. 42. (год публикации - 2019)

10. Федоров А.М., Башмачников И.Л., Белоненко Т.В. Зимняя конвекция в Лофотенской котловине по данным буев ARGO и гидродинамического моделирования. Вестник Санкт-Петербургского университета. Науки о Земле, 64(3), С. 491 - 511 (год публикации - 2019)
10.21638/spbu07.2019.308

11. Белоненко Т.В., Колдунов А.В. On the trends of steric level fluctuations in the North Atlantic Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics, 9 (год публикации - 2019)

12. Зинченко В. А., Гордеева С. М. , Собко Ю. В., БелоненкоТ. В. ANALYSIS OF MESOSCALE EDDIES IN THE LOFOTEN BASIN BASED ON SATELLITE ALTIMETRY Fundamentalnaya i Prikladnaya Gidrofizika, 12, 3 (год публикации - 2019)
10.7868/S2073667319030067

13. Травкин В.С., Белоненко Т.В. Seasonal variability of mesoscale eddies of the Lofoten Basin using satellite and model data Russian Journal of Earth Sciences, Vol 19, No. 5 (год публикации - 2019)
10.2205/2019ES000676

14. Наумов Л.М., Гордеева С.М., Белоненко Т.В. Quality assessment of a satellite altimetry data product DT18 in the Norwegian Sea: a comparison to tide gauge records and drifters data. Advances in Space Research (год публикации - 2020)
10.1016/j.asr.2019.09.029

15. Новоселова Е.В., Белоненко Т.В. БАРОКЛИННЫЙ РАДИУС ДЕФОРМАЦИИ РОССБИ В МОРЯХ СЕВЕРО-ЕВРОПЕЙСКОГО БАССЕЙНА Сборник тезисов Всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы гидрометеорологии и устойчивого развития Российской Федерации», С. 340-341. (год публикации - 2019)

16. Наумов Л.М., Гордеева С.М., Белоненко Т.В. Salt, heat and mass fluxes through the Lofoten Basin Abstracts: 26th International Conference «Marine Science and Technology for Sustainable Development» (PACON-2019). July 16-19, 2019, Vladivostok, Russia., P. 51-52. (год публикации - 2019)

17. Gordeeva S. M., Zinchenko V. A., Belonenko T. V. Statistical analysis of mesoscale eddy activity in the Lofoten Basin of the Norwegian Sea. Abstracts: 26th International Conference «Marine Science and Technology for Sustainable Development» (PACON-2019). July 16-19, 2019, Vladivostok, Russia., P. 43 (год публикации - 2019)

18. Наумов Л.М., Гордеева С.М., Белоненко Т.В. Quality assessment of altimetry data product DT18 in the North Atlantic Abstracts: 26th International Conference «Marine Science and Technology for Sustainable Development» (PACON-2019). July 16-19, 2019, Vladivostok, Russia., P. 335 (год публикации - 2019)

19. Травкин В.С., Белоненко Т.В. Study of seasonal variability of amount and thermohaline features of mesoscale eddies in the Lofoten Basin. Abstracts: 26th International Conference «Marine Science and Technology for Sustainable Development» (PACON-2019). July 16-19, 2019, Vladivostok, Russia., P. 60 (год публикации - 2019)

20. Зинченко В.А., Гордеева С.М., Белоненко Т.В. Heat and Salt Transports by Mesoscale Eddies in the Lofoten Basin of the Norwegian Sea. Abstracts: 26th International Conference «Marine Science and Technology for Sustainable Development» (PACON-2019). July 16-19, 2019, Vladivostok, Russia., P. 68-69 (год публикации - 2019)

21. Федоров А.М., Белоненко Т.В. Анализ Вихревой Динамики в Лофотенской Котловине Норвежского Моря по данным реанализа Glorys 12v1 Материалы IV Всероссийской научной конференции молодых ученых «Комплексные исследования Мирового океана». Севастополь: МГИ РАН, 2019, 176-177 (год публикации - 2019)

22. Новоселова Е.В., Белоненко Т.В. Оценка бароклинного радиуса деформации Россби в морях Северо-Европейского бассейна Материалы IV Всероссийской научной конференции молодых ученых «Комплексные исследования Мирового океана». Севастополь: МГИ РАН, 2019., Стр. 135-136. (год публикации - 2019)

23. Сандалюк Н.В., Белоненко Т.В. ДИНАМИКА И ТЕРМОХАЛИННАЯ СТРУКТУРА МЕЗОМАСШТАБНЫХ ВИХРЕЙ ЛОФОТЕНСКОЙ КОТЛОВИНЫ НОРВЕЖСКОГО МОРЯ Материалы IV Всероссийской научной конференции молодых ученых «Комплексные исследования Мирового океана». Севастополь: МГИ РАН, 2019., Стр. 152-153. (год публикации - 2019)

24. Новоселова Е.В., Белоненко Т.В. Бароклинный радиус деформации Россби в районе Лофотенской котловины ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ Международной научно-технической конференции «Системы контроля окружающей среды – 2019». Севастополь. 12 – 13 сентября 2019 г. С. 118. (год публикации - 2019)

25. Наумов Л.М., Гордеева С.М. Потоки массы, тепла и соли через Лофотенскую котловину Материалы 17-й Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» 11–15 ноября 2019, ИКИ РАН, Москва. 2019., С.309. (год публикации - 2019)
10.21046/17DZZconf-2019a

26. Наумов Л.М., Гордеева С.М., Белоненко Т.В. Статистический анализ продукта спутниковой альтиметрии DT2018 в прибрежной зоне и в открытом море в околополярном регионе. Материалы 17-й Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» 11–15 ноября 2019, ИКИ РАН, Москва. 2019., С. 310. (год публикации - 2019)
10.21046/17DZZconf-2019a.

27. Зинченко В.А., Гордеева С.М., Белоненко Т.В. Статистический анализ мезомасштабной вихревой динамики в Лофотенской котловине Норвежского моря Материалы 17-й Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» 11–15 ноября 2019, ИКИ РАН, Москва. 2019., С. 266. (год публикации - 2019)
10.21046/17DZZconf-2019a

28. Зинченко В.А., Гордеева С.М., Белоненко Т.В. Перенос тепла и соли мезомасштабными вихрями Лофотенской котловины Норвежского моря. Материалы 17-й Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» 11–15 ноября 2019, ИКИ РАН, Москва. 2019., С. 267. DOI 10.21046/17DZZconf-2019a. (год публикации - 2019)
10.21046/17DZZconf-2019a

29. Новоселова Е.В., Белоненко Т.В. Оценка сезонной изменчивости бароклинного радиуса деформации Россби в морях Северо-Европейского бассейна. Материалы 17-й Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» 11–15 ноября 2019, ИКИ РАН, Москва. 2019., С. 313. (год публикации - 2019)
10.21046/17DZZconf-2019a.

30. Травкин В.С., Белоненко Т.В. Сезонная и межгодовая изменчивость характеристик мезомасштабных вихрей Лофотенской котловины по спутниковым данным Материалы 17-й Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» 11–15 ноября 2019, ИКИ РАН, Москва. 2019., С. 223. (год публикации - 2019)
10.21046/17DZZconf-2019a.

31. Федоров А.М., Белоненко Т.В. Особенности взаимодействия мезомасштабных вихрей в Лофотенской котловине по данным вихреразрешающего реанализа GLORYS 12v1. Материалы 17-й Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» 11–15 ноября 2019, ИКИ РАН, Москва. 2019., С. 341. DOI 10.21046/17DZZconf-2019a. (год публикации - 2019)
10.21046/17DZZconf-2019a.

32. Сандалюк Н.В., Белоненко Т.В. Thermohaline structure and transport of mesoscale eddies in the Lofoten Basin from hydrological and altimetry data. 2019 Living Planet Symposium 13-17 May 2019, MiCo - Milano Congressi. Milan, Italy. (год публикации - 2019)

33. Наумов Л.М., Гордеева С.М., Белоненко Т.В. Heat, mass and salt fluxes in the Lofoten basin (Norwegian sea) estimating using reanalysis data В сборнике: CITES '2019 Международная молодежная школа и конференция по вычислительно-информационным технологиям для наук об окружающей среде., В сборнике: CITES '2019 Международная молодежная школа и конференция по вычислительно-информационным технологиям для наук об окружающей среде. С. 174-179. (год публикации - 2019)

34. Белоненко Т., Зинченко В., Гордеева С., Радж Р. П. Evaluation of Heat and Salt Transports by Mesoscale Eddies in the Lofoten Basin Russian Journal of Earth Sciences (год публикации - 2020)
10.2205/2020ES000720

35. Колдунов А., Федоров А., Башмачников И., Белоненко Т. Steric sea-level fluctuations from remote sensing, oceanic reanalyses and objective analyses in the North Atlantic Russian Journal of Earth Sciences (год публикации - 2020)
10.2205/2020ES000702

36. Наумов Л.М., Гордеева С.М. Боковой перенос тепла и соли в Лофотенском бассейне: сравнение на основе трех баз данных Фундаментальная и прикладная гидрофизика (год публикации - 2020)
10.7868/S2073667320030041

37. Новоселова Е.В., Белоненко Т.В. Изопикническая адвекция в Лофотенской котловине Норвежского моря Фундаментальная и прикладная гидрофизика (год публикации - 2020)
10.7868/S2073667320030041

38. Гордеева С.М., Зинченко В.А., Колдунов А.В., Радж Р.П., Белоненко Т.В. Statistical analysis of long-lived mesoscale eddies in the Lofoten Basin from satellite altimetry Advances in Space Research (год публикации - 2020)
10.1016/j.asr.2020.05.043

39. Федоров А.М., Белоненко Т.В. Interaction of Mesoscale Vortices in the Lofoten Basin Based on the GLORYS Database Russian Journal of Earth Sciences (год публикации - 2020)
10.2205/2020ES000694

40. Радж Р. П., И. Гало, С. Чаттерджи, Т. Белоненко, М. Баходай-Паскяби, И. Башмачников, А. Федоров и Дж. Се Interaction between mesoscale eddies and the gyre circulation in the Lofoten Basin Journal of Geophysical Research: Oceans (год публикации - 2020)
10.1029/2020JC016102

41. Колдунов А.В., Белоненко Т.В. Hydrodynamic Modeling of Vertical Velocities in the Lofoten Vortex Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics (год публикации - 2020)
10.1134/S0001433820040040

42. Сандалюк Н. В., Боссе А., Белоненко Т. В. The 3D structure of Mesoscale Eddies in the Lofoten Basin of the Norwegian Sea: A composite analysis from altimetry and in situ data Journal of Geophysical Research: Oceans (год публикации - 2020)
10.1029/2020JC016331

43. Травкин В.С., Белоненко Т.В. Оценка глубины зимней конвекции в Лофотенской котловине Норвежского моря и методы ее оценки Гидрология и экология (Ученые записки РГГМУ) (год публикации - 2020)
10.33933/2074-2762-2020-59-67-83

44. Ковалевский Д. В., Башмачников И. Л. An analytical model of open-ocean deep convection with multiple steady states Ocean Modelling (год публикации - 2020)
10.1016/j.ocemod.2020.101680

45. Федоров А. М., Башмачников И. Л. Accuracy of the deep convection intensity from a limited number of casts Dynamics of Atmospheres and Oceans (год публикации - 2020)
10.1016/j.dynatmoce.2020.101164

46. Новоселова Е.В., Белоненко Т.В., Гневышев В.Г. Бароклинный радиус деформации Россби в Норвежском и Гренландском морях Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса (год публикации - 2020)
10.21046/2070-7401-2020-17-5-228-240

47. Белоненко Т.В., Колдунов А.В. Trends of Steric Sea Level Oscillations in the North Atlantic Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics, Vol. 55 (9), 1106–1113. DOI: 10.1134/S0001433819090081 (год публикации - 2019)
10.1134/S0001433819090081

48. К. А. Калавиччи, И. Л. Башмачников ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В СИСТЕМЕ ОКЕАН–АТМОСФЕРА В БАРЕНЦЕВОМ МОРЕ ПО ДАННЫМ РЕАНАЛИЗОВ ИЗВЕСТИЯ РАН. ФИЗИКА АТМОСФЕРЫ И ОКЕАНА (год публикации - 2021)

49. Белоненко Т.В, Травкин В.С., Колдунов А.В., Волков Д.Л. Topographic experiments over dynamical processes in the Norwegian Sea RUSSIAN JOURNAL OF EARTH SCIENCES (год публикации - 2021)
10.2205/2020ES000747

50. Белоненко Т.В., Зинченко В.А., Федоров А.М., Будянский М.В., Пранц С.В., Улейский М.Ю. Interaction of the Lofoten Vortex with a satellite cyclone Pure and Applied Geophysics (год публикации - 2021)
10.1007/s00024-020-02647-1

Публикации