Лофотенские острова Вортекс
Лофотенский , также называемый Лофотенским бассейновым вихрем или Лофотенским вихрь бассейновым вихрем, — это постоянный океанический антициклонический вихрь , расположенный в северной части Норвежского моря , у берегов Лофотенского архипелага . Впервые это было зафиксировано в 1970-х годах. [ 3 ]
Из-за наличия постоянного вихря бассейн Лофотенских островов представляет собой локализованную область с высокими уровнями температуры поверхности моря и вихрей кинетической энергии . Местные течения внутри вихря и сильная конвекция, наблюдаемая зимой, создают горячую точку, богатую питательными веществами, влияющую на окружающую морскую биологию. [ 3 ]
Более того, из-за своей необычайной устойчивости и местоположения Лофотенский вихрь, вероятно, повлияет на формирование плотной воды в регионе. [ 4 ]
Физические свойства
[ редактировать ]
Лофотенская котловина представляет собой четко выраженную топографическую впадину глубиной около 3250 м, расположенную между Норвежским континентальным склоном на востоке, плато Воринг и хребтом Хельгеланд на юге и юго-западе, а также хребтом Мон на северо-западе. [ 6 ] Сложная батиметрическая структура имеет решающее значение для определения местонахождения двух основных океанских течений бассейна:
- Норвежское Атлантическое течение (NwASC), которое течет с юга на север вдоль континентального шельфа Норвегии;
- Норвежское Атлантическое фронтовое течение (NwAFC), которое течет почти параллельно склоновому течению, но вниз по западной стороне плато Воринг, а затем вдоль хребта Мон.
Эти течения играют ключевую роль в механизмах, гарантирующих существование Лофотенского вихря.
Вихрь локализовался в самой глубокой части Лофотенской котловины. Это, по-видимому, постоянный антициклонический вихрь, существование которого было задокументировано в последние годы с помощью кораблей. [ 7 ] Морские планеры [ 8 ] и спутниковые измерения.
Предполагаемый радиус вихря составляет 15–20 км и представляет собой ядро атлантической воды (теплой и соленой) толщиной 1200 м, вращающееся со скоростью, достигающей 0,8 м/с на глубине 600–800 м. Структура скоростей аналогична вихрю Ренкина , характеризующемуся медленным уменьшением азимутальных скоростей наружу. [ 3 ]
Поплавки RAFOS , оказавшиеся в ядре Лофотенского вихря, показали, что центр вихря прошел 1850 км за 15 месяцев со средней скоростью дрейфа от 1 до 5 км/день, но с пиками, достигающими 15 км/день. Благодаря этим измерениям обнаруживается общий наклон и движение вихря против часовой стрелки вокруг самой глубокой части Лофотенской впадины. [ 3 ]
Из профилей солености и температуры можно видеть, что внутренняя гидрография вихря характеризуется двояковыпуклой линзовидной структурой. куполообразных образований Изотермы поднимаются вверх на глубине около 200 м и вниз на глубине примерно 600 м. [ 4 ] видны на вертикальном профиле средней температуры. Эта структура показывает, что глубокая Лофотенская котловина является основным местом конвекции в Северных морях , особенно зимой: внутри Лофотенского вихря атлантическая вода проникает на глубину до 800 м, что намного глубже, чем в любом другом месте того же моря. [ 4 ]
Сильная сезонность характеризует профиль плотности вихря: летом обнаруживается структура с двойным ядром с неглубоким пикноклином , созданным в результате стратификации поверхностных вод, нагретых солнцем. С другой стороны, зимой охлаждение поверхности создает сильную конвекцию, которая выравнивает профиль плотности и углубляет пикноклин до глубины 1200 м. [ 9 ]
Подпись и отслеживание поверхности
[ редактировать ]
Лофотенский вихрь имеет две особенности поверхности, которые полезны для его обнаружения.
Во-первых, на карте температуры поверхности моря (ТПО) вихрь распознается как отрицательная аномалия ТПО. Однако сигнатура поверхности холодного ядра не может быть последовательно обнаружена в записях спутников, поэтому ее обычно не рассматривают как надежный метод слежения. [ 4 ]
Лофотенский вихрь, являющийся антициклонической структурой, вместо этого может быть проанализирован как положительная аномалия уровня моря (SLA). Спутники, измеряющие SLA, выявили постоянное существование вихря в 83% доступных наборов данных, время жизни которого составляет от 90 дней до более одного года. Самый длинный зарегистрированный вихрь длился два года, с мая 2002 года по апрель 2004 года. [ 4 ]
Необходимо отметить, что в период между двумя идентифицированными вихрями неизвестно, исчез ли вихрь или просто не был обнаружен. Это может быть тот случай, когда вихрь принимает субмезомасштабную структуру с необнаружимой SLA.
Механизмы, поддерживающие Лофотенский вихрь
[ редактировать ]На данный момент идентифицированы два механизма, оба играют важную роль в формировании и поддержании Лофотенского вихря: [ 9 ] [ 10 ]
- Слияние более мелких антициклонов, порождаемых NwASC.
- Зимняя конвекция.
Антициклоническое слияние
[ редактировать ]Область зарождения антициклонов
[ редактировать ]Лофотенский вихрь расположен в самых глубоких частях топографической депрессии Лофотенской котловины. Из-за нестабильности восточного пограничного течения бассейна (СВПТ) циклоны и антициклоны сбрасываются с востока.
Как показали эксперименты во вращающемся резервуаре , циклоны поднимаются вверх по антициклонической спирали относительно центра подводной горы , а антициклоны спускаются к центру нижней депрессии по циклонической спирали. [ 12 ] Аналогично, антициклоны вырвались из Норвежского Атлантического течения (NwASC) по спирали против часовой стрелки в сторону самой глубокой части Лофотенской впадины. [ 9 ] Некоторые из антициклонов заканчиваются внутри бассейна, а более длительные траектории (3–6 месяцев) прослеживаются в склоновой области, связанной с повышенной кинетической энергией вихрей . [ 9 ]
Область антициклонического источника можно разделить на две области генерации, идущие разными путями в бассейн: [ 4 ] [ 9 ]
- Самый южный маршрут проходит прямо у изобаты 3200 м и идет прямым путем в бассейн; [ 9 ]
- Остальные пути проходят по изогнутым траекториям, а затем циклонически движутся по внешним маршрутам, примерно повторяя изобату высотой 3000 м. [ 9 ]
Поскольку антициклоны из самых северных источников имеют более длительное время распространения, они подвержены сезонной изменчивости и подвергаются более длительным периодам охлаждения, что делает их более плотными (чем вихри, идущие прямым путем от граничного течения). [ 9 ]
Чем сильнее пограничное течение, тем оно более нестабильно и будет выбрасывать больше вихрей на запад. [ 10 ] С точки зрения сезонности все пути от пограничного течения к вихрю демонстрируют максимальный перенос в течение осени и зимы, [ 4 ] с максимумом в январе-феврале, [ 10 ] и минимум весной и летом. [ 4 ] Среди треков средний (между самым южным и самым северным регионами-источниками) имеет максимальный перенос и менее выраженную сезонную изменчивость. В среднем по времени отчетливый максимальный перенос примерно в 2,5 Зв обнаружен вблизи 69,2° с.ш.
Процесс слияния
[ редактировать ]Когда антициклоны распространяются на юго-запад с востока и во впадину Лофотенской впадины, они создают квазистационарный вихрь, окруженный циклонами и более слабыми антициклонами. Эти более слабые антициклонические вихри иногда сливаются с более сильными Лофотенскими вихрями. [ 10 ] Процесс слияний сложно обнаружить, но, по оценкам, это 4-7 слияний в год. [ 10 ] [ 9 ] [ 4 ] с двумя сезонными пиками в конце зимы и осенью и минимумом в начале зимы. [ 10 ] [ 4 ]
Во время слияния происходит вертикальное выравнивание между антициклонами легкого ядра и более плотным Лофотенским вихрем, образуя двойное ядро. Более легкие вихри могут встречаться с Лофотенским вихрем на разных глубинах, но на более легких изопикнах. В ходе выравнивания ядро подвергается мощному вертикальному сжатию на глубину около 100 м и более. В соответствии с сохранением потенциальной завихренности происходит быстрое и существенное возрастание антициклонического вращения . Максимальное увеличение завихренности часто наблюдается на глубине 600–700 м, что указывает на то, что нижнее ядро сжимается чаще всего. [ 9 ]
Отрицательные вихри также могут сливаться лишь частично. В этом случае ядро, взаимодействующее с Лофотенским вихрем, расположено на более мелкой изопикне . Приближаясь к Лофотенскому вихрю, вертикальное выравнивание начинается, но не завершается. Ядра начали сжиматься, но связь между ними не устанавливается. [ 9 ] После повторного разделения вихри остаются усиленными.
Зимняя конвекция
[ редактировать ]Метеорологические явления над центром бассейна Лофотенских островов играют жизненно важную роль в развитии глубокой зимней конвекции. [ 13 ] который перемешивает воду до средней зимней глубины смешивания 600 м. [ 14 ] Обратное вертикальное распределение солености приводит к тому, что опускающаяся вода оказывается теплее нижележащей. В результате в средней и верхней частях глубинного слоя формируется локализованная, вертикально однородная, положительная термохалинная аномалия. Увеличение термохалинной аномалии зимой и весной сопровождается углублением и сжатием вихря до радиуса деформации Россби около 10 км. И наоборот, Лофотенский вихрь летом расширяется в 5-7 раз по сравнению с радиусом деформации Россби. Потепление приводит к «отделению» двояковыпуклой внутренней структуры от поверхности, уменьшая глубину нижней границы конвекции и увеличивая горизонтальный масштаб вихря. [ 13 ]
Влияние на образование плотной воды
[ редактировать ]Норвежское Атлантическое течение (NwAC) считается северной ветвью Атлантической меридиональной опрокидывающей циркуляции (AMOC) . Его две ветви, NwASC и NwAFC, [ 15 ] переносят теплую и соленую Атлантическую воду (AW) к полюсу в Северный Ледовитый океан .
Большая часть производства плотной воды в Северных морях происходит на восточной стороне системы хребта Мон, в бассейне Лофотенских островов. [ 16 ] AW, двигаясь на север, постепенно отдает тепло атмосфере. Из-за вихревой активности Лофотенского бассейна и существования Лофотенского вихря время пребывания теплой воды удлиняется, что приводит к дополнительному охлаждению AW до того, как он достигнет Северного Ледовитого океана. [ 4 ] За счет теплопотерь температура снижается и происходит превращение воды из легкой в плотную.
См. также
[ редактировать ]- Атлантическая меридиональная опрокидывающая циркуляция
- Эдди (гидродинамика)
- Лофотенские острова
- Москстраумен
- Северные моря
- Океанический бассейн
- Вихрь
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б «Продукция высотомера была произведена Ssalto/Duacs и распространена Aviso+ при поддержке Cnes» .
- ^ Перейти обратно: а б Меркатор Оушен Интернэшнл (2018). «Данные | Коперник Морской» . resources.marine.copernicus.eu . дои : 10.48670/moi-00021 . Проверено 1 апреля 2022 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д Босс, Энтони; Фер, Илькер; Лилли, Джонатан М.; Сойланд, Хенрик (17 сентября 2019 г.). «Динамический контроль долговечности нелинейного вихря: случай вихря в Лофотенском бассейне» . Научные отчеты . 9 (1): 13448. Бибкод : 2019НатСР...913448Б . дои : 10.1038/s41598-019-49599-8 . ISSN 2045-2322 . ПМК 6748989 . ПМИД 31530826 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к Иссуфо, Радж, Рошин П. Чафик, Леон Нильсен, Дж. Эвен О. Эльдевик, Tor Halo (2015). Лофотенский вихрь Северных морей . Стокгольмский университет, факультет метеорологии (МИСУ). OCLC 1234953657 .
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Группа по составлению батиметрических данных GEBCO 2021 (2021), Сетка GEBCO_2021 — непрерывная модель рельефа мировых океанов и суши. , NERC EDS Британский центр океанографических данных NOC, doi : 10.5285/c6612cbe-50b3-0cff-e053-6c86abc09f8f , получено 1 апреля 2022 г.
{{citation}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Волков Денис Л.; Кубряков Арсений А.; Лампкин, Рик (ноябрь 2015 г.). «Формирование и изменчивость вихря бассейна Лофотенских островов в модели океана высокого разрешения» . Глубоководные исследования. Часть I: Статьи океанографических исследований . 105 : 142–157. Бибкод : 2015DSRI..105..142В . дои : 10.1016/j.dsr.2015.09.001 . ISSN 0967-0637 .
- ^ Сойланд, Х.; Россби, Т. (сентябрь 2013 г.). «О строении Лофотенской котловины Вихрь» . Журнал геофизических исследований: Океаны . 118 (9): 4201–4212. Бибкод : 2013JGRC..118.4201S . дои : 10.1002/jgrc.20301 . ISSN 2169-9275 .
- ^ Ю, Лу-Ша; Босс, Энтони; Фер, Илькер; Орвик, Кьелл А.; Брувик, Эрик М.; Хессевик, Идар; Квалсунд, Карстен (август 2017 г.). «Вихрь Лофотенского бассейна: три года эволюции, наблюдаемые с помощью морских планеров» . Журнал геофизических исследований: Океаны . 122 (8): 6814–6834. Бибкод : 2017JGRC..122.6814Y . дои : 10.1002/2017jc012982 . HDL : 1956/18020 . ISSN 2169-9275 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к Тродал, Марта; Исаксен, Пол Эрик; Лилли, Джонатан М.; Нильссон, Йохан; Кристенсен, Нильс Мелсом (01 сентября 2020 г.). «Возрождение Лофотенского вихря посредством вертикального выравнивания» . Журнал физической океанографии . 50 (9): 2689–2711. Бибкод : 2020JPO....50.2689T . дои : 10.1175/jpo-d-20-0029.1 . hdl : 10852/96620 . ISSN 0022-3670 . S2CID 225287331 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Кёль, Армин (1 ноября 2007 г.). «Генерация и устойчивость квазипостоянного вихря в бассейне Лофотенских островов» . Журнал физической океанографии . 37 (11): 2637–2651. Бибкод : 2007JPO....37.2637K . дои : 10.1175/2007JPO3694.1 . ISSN 0022-3670 .
- ^ Смит, Уолтер Х.Ф.; Сэндвелл, Дэвид Т. (26 сентября 1997 г.). «Глобальная топография морского дна по данным спутниковой альтиметрии и зондирования глубины судов» . Наука . 277 (5334): 1956–1962. дои : 10.1126/science.277.5334.1956 . ISSN 0036-8075 .
- ^ Карневейл, Г.Ф.; Кавацца, П.; Орланди, П.; Пурини, Р. (1 мая 1991 г.). «Объяснение аномального слияния вихрей в экспериментах с вращающимся резервуаром» . Физика жидкостей A: Гидродинамика . 3 (5): 1411–1415. Бибкод : 1991PhFlA...3.1411C . дои : 10.1063/1.858019 . ISSN 0899-8213 .
- ^ Перейти обратно: а б Иванов Владимир. «Формирование и регенерация пикноклиновой линзы в Норвежском море» . Расс. Метеор. Гидрол . 9 : 62–69.
- ^ Нильсен, Дж. Эвен О.; Фальк, Ева (1 июля 2006 г.). «Изменение свойств смешанного слоя в Норвежском море за период 1948–1999 гг.» . Прогресс в океанографии . 70 (1): 58–90. Бибкод : 2006Proce..70...58N . дои : 10.1016/j.pocean.2006.03.014 . HDL : 1956/1722 . ISSN 0079-6611 .
- ^ Пулен, премьер-министр (15 августа 1996 г.). «Приповерхностная циркуляция скандинавских морей, измеренная лагранжевыми дрифтерами». Журнал геофизических исследований: Океаны . 101 (С8): 18237–18258. Бибкод : 1996JGR...10118237P . дои : 10.1029/96JC00506 .
- ^ Исаксен, Пол Эрик; Мауритцен, Сесилия; Свендсен, Харальд (1 января 2007 г.). «Образование плотной воды в Северных морях, диагностированное по потокам плавучести морской поверхности» . Глубоководные исследования. Часть I: Статьи океанографических исследований . 54 (1): 22–41. Бибкод : 2007DSRI...54...22I . дои : 10.1016/j.dsr.2006.09.008 . ISSN 0967-0637 .
