Характеристики субмезомасштабной геофизической турбулентности

Исследовательская группа KAIST сообщила об уникальных характеристиках и движущих силах субмезомасштабной геофизической турбулентности. Применение анализа больших данных к картам поверхностных течений и концентраций хлорофилла, полученным с помощью береговых радаров и спутников, позволило лучше понять океанические процессы в пространственных масштабах порядка O(1) километра и временных порядка O(1) часа. Результаты этой работы позволят улучшить отслеживание переносимых водой материалов и точность глобальных и региональных климатических моделей.

Субмезомасштабные процессы важны, так как они способствуют вертикальному переносу океанических трассеров, массы, плавучести и питательных веществ, а также влияют на структуру перемешанного слоя и стратификацию верхнего океана. Исследования этих процессов в основном базировались на численном моделировании, поскольку традиционные in situ измерения часто не могут разрешить их детальную горизонтальную и вертикальную структуру.

Команда проанализировала часовые наблюдения годичных карт поверхностных течений и пятилетних карт концентрации хлорофилла, полученных с помощью дистанционного зондирования: береговых высокочастотных радаров (HFRs) и геостационарных спутниковых снимков цвета океана (GOCI). Анализ изменения наклона спектров энергии по волновым числам в зависимости от сезона и направления показал, что каскад энергии (явление передачи энергии от крупных масштабов к мелким или наоборот) происходит в пространственном масштабе около 10 км в прямом и обратном направлениях. Это явление обусловлено бароклинной неустойчивостью, в отличие от фронтогенеза, управляемого мезомасштабными вихрями на масштабах порядка O(100) км.

Эта работа внесет вклад в параметризацию физических явлений субмезомасштаба для глобального высокоразрешающего моделирования в океанологии, атмосферных науках и исследованиях изменения климата. На основе понимания принципов субмезомасштабной циркуляции могут быть разработаны практические приложения для отслеживания радиоактивности, разливов нефти и морских загрязнителей. Использованные долгосрочные данные отражают активные процессы в зоне субполярного фронта у восточного побережья Кореи.

Исследование было опубликовано в виде двух сопутствующих статей в Journal of Geophysical Research: Oceans 6 августа 2018 года.