Известия РАН. Физика атмосферы и океана, 2023, T. 59, № 1, стр. 55-60

ВВЕДЕНИЕ

Акустические профилометры вообще, и модель “Rio Grande 600 kHz”, в частности, зарекомендовали себя с самой лучшей стороны для исследования на морском шельфе не только течений, но и других процессов, включая внутренние волны, вихри, внутритермоклинные линзы и др. Принципы работы ADCP (акустического допплеровского профилометра течений) изложены в описаниях фирмы-изготовителя и с ними можно ознакомиться там [1, 2]. Наш опыт работы с ADCP в первые годы обобщен в работах [3, 4]. Дальнейшие работы в ежегодных морских экспедициях позволили собрать богатый материал, демонстрирующий ADCP как мощный инструмент акустической океанологии [5, 6]. Нами были зарегистрированы в том числе и явления, которые можно отнести к разряду аномальных, вследствие сложности и редкости их наблюдений в натурных условиях [7]. Среди этих явлений было наблюдение сильного подповерхностного течения, сгенерированного проходящим над морем шквалом. Описанию этого наблюдения посвящена данная работа.

Осенью 2011 г. нами проводились исследования режима течений на геленджикском шельфе Черного моря с использованием ADCP “Rio Grande 600 kHz”, закрепленного на малом моторном судне (яхте типа Ассоль). Подошедший внезапно шквал заставил прекратить работы, и яхта пошла в бухту. При этом прибор продолжал работать. В результате была получена важная информация о генерации поверхностного течения шквалом. В статье дается описание параметров возникающего течения в море при прохождении над ним шквала.

РЕГИСТРАЦИЯ ТЕЧЕНИЯ ПРИ ПРОХОДЕ ШКВАЛА НАД МОРЕМ

При проведении съемок яхтой, оборудованной ADCP, в районе Голубой бухты 12 октября 2011 г. стала ухудшаться метеорологическая обстановка, и с юга стали подходить волны зыби. В связи с этим было принято решение закончить работы и двигаться вдоль берега в направлении м. Тонкий для захода в Геленджикскую бухту. Яхта “Вита” двигалась на восток со скоростью около 2 м/с, находясь на удалении в 0.7 км от берега. Глубины моря на галсе были в пределах 17–25 м. В этот момент яхту догнал шквал. Его появление сопровождалось сильным порывистым юго-западным ветром до 20 м/с и более и проливным дождем. Действие шквала продолжалось около 15 мин. В это время яхта продолжала движение, но ее курс изменился с восточного на северо-восточный (см. рис. 1), а скорость сначала увеличилась до 2.2 м/с, а затем упала до 1.5 м/с. Несмотря на сильную качку, ADCP продолжал работать и регистрировать течение в морской толще и другие параметры. Напомним, что при отклонении прибора на 15° от вертикали прибор не регистрирует обратно рассеянный сигнал, что на записи проявляется в виде пропуска.

Рис. 1.

Траектория движения яхты с ADCP в прибрежной зоне. Точкой 1 показан момент встречи со шквалом. Точка 2 означает момент прохода заднего фронта шквала.

До встречи со шквалом в толще моря регистрировалось западное течение силой около 0.15 м/с. При появлении шквала было зарегистрировано появление интенсивного северо-восточного течения 0.7 м/с в верхней части водной толщи. Это течение охватывало глубины от поверхности моря до 8 м. Течение совпадало по направлению с направлением ветра в шквале и наблюдалось до тех пор, пока шквал не утих.

На рис. 2 приведены записанные ADCP данные о силе течения (показана широтная составляющая течения), а также обратного акустического рассеяния при встрече со шквалом. Показанный фрагмент разреза охватывает время с 13 ч 16 мин по 13 ч 57 мин. Запись была настроена на величину ячейки 0.5 м. За это время яхта прошла почти 2 км вдоль берега, двигаясь со средней скоростью около 2.3 м/с. Северо-восточный шквалистый ветер был встречным для фонового вдольберегового западного течения. Это способствовало усилению поверхностного волнения и интенсификации обрушения волн, о чем свидетельствовало появление зоны усиленного рассеяния в приповерхностном слое моря, обусловленного увеличением в нем концентрации воздушных пузырьков (см. рис. 2).

Рис. 2.

Широтная составляющая течений на разрезе 12.10.2012 при проходе шквала над морем (вверху). Обратное акустического рассеяния на разрезе (внизу).

При проходе шквала скорость яхты упала до 1.3–1.5 м/с. После скорость яхты снова возросла до 2 м/с. Проход шквала сопровождался появлением в приповерхностном слое моря сильного течения направленного, как и шквал на восток (см. рис. 3). На рис. 3 эта область показана синим цветом (направление течения лежало в секторе углов 50–90°. Амплитуды течения достигали 0.9–1 м/с, а на горизонте 5 м течение даже превышало 1 м/с. Широтная составляющая течений также показана на рис. 3 в том же масштабе, что и картина направления течений.

Рис. 3.

Картина направления течения (вверху) и широтная составляющая течений (внизу) на разрезе при проходе шквала над морем зарегистрированная ADCP.

Представляет интерес сделать некоторые оценки о возникающем сильном течении, сгенерированном шквалом. В частности, о скорости проникновения его на глубину и времени жизни этого течения. Скорость передвижения шквала над морем намного превышала скорость сгенерированного им течения (более чем в 20 раз). Мы зарегистрировали это течение только в период начального прохождения шквала над яхтой – в течение четырех минут. На последующей части разреза, когда шквал продолжался это течение быстро затухло, что видимо было связано с появившимся сильным вдольбереговым встречным западным противотечением. Тем не менее, на разрезе во время действия шквала в приповерхностной части моря появился слой усиленного обратного рассеяния акустического сигнала толщиной до 3–4 м. Его возникновение было вызвано большой концентрацией сгенерированных воздушных пузырьков от обрушивавшихся при сильном ветре поверхностных волн (рис. 2). Таким образом, время жизни наблюдавшегося сильного течения в море было равно времени интенсивного воздействия зоны шквала на поверхность в начальный период прохождения зоны шквала над яхтой и составило около 4 мин. Оно быстро затухло (всего за 2 мин). Скорость заглубления интенсивного течения, порожденного шквалом, по проведенной нами оценке составила 3.8 м/мин или около 6 см/с.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Логично обобщить наши данные по всему фронту шквала, из чего складывается картина, что проходящий над морем шквал генерирует сильное течение в приповерхностном слое, направление которого совпадает с направлением движения шквала. Это течение силой до 0.7 м/с и более проникает на глубину до 8 м при силе ветра в шквале 20 м/с и движется вместе с шквалом в виде полосы поперечным размером около 500 м по всему его фронту. На рис. 4 представлена схематично трехмерная картина этого процесса. В более глубоководной части шельфа, где присутствует сезонный термоклин, проходящий над морем шквал, безусловно генерирует интенсивные внутренние волны, но экспериментальных доказательств этого у нас нет поскольку мы находились в прибрежной зоне при прохождении шквала, где не было термоклина. Но можно предположить, что в глубокой части моря, сильное течение, порожденное шквалом, генерирует на находящемся ниже термоклине внутренние волны во многом подобно тому как это происходит при генерации волн движущимися интрузиями поверхностных вод [8, 9]. В целом ADCP “Rio Grande 600 kHz” показал себя надежным прибором, хорошо отработав даже при сильной качке.

Рис. 4.

Трехмерная качественная картина поля течений при прохождении шквала в прибрежной зоне моря.