Введение к работе
Актуальность проблемы.
Тихий океан - объект интенсивных научных исследований, основанных на сочетании натурных экспериментов и численного моделирования.
Вихри и волны Россби - неотъемлемая часть общей циркуляции, игнорирование их приводит к искажению поля крупномасштабной циркуляции. Вихревые движения различных масштабов - важный элемент динамики океана и, в значительной степени, определяет мгновенные изменения температуры, солености, плотности, скорости течения.
Большой вклад в развитие теории и эксперимента по исследованию структуры и динамики вихревых образований, волн Россби сделан трудами Корта В.Г.,. Монина А.С., Тареева Б.А., Кощлякова М.Н., Федорова КН., Лаппо С.С, Иванова Ю.А., Каменковича В.М., Булгакова Н.П., Карлина Л.Н., Коротаева Г.К., Коснырева Н.В., Куфтаркова Ю.М., Козлова В.Ф., Зырянова В.Н., Благова А. С, Фукса В. Р., Лобанова В. Б., Булатова Н. В., Даргащкого В. Б. и др., а также , зарубежных ученых - Rossby С. G., Ichive Т., Fofonoff N. P., Greenspan Н.Р., Gill A.F., Le Blond P.H., Longuet -Higgins M.S., Richardson P.L., Solomon H.A., et al.
В связи с этим настоящая работа, посвященная изучению структуры и динамики вихревых образований энергоактивных зон Тихого океана на акватории 20 - 55 с. ш., 120 - 155 в. д. на основе обработки, анализа, физической интерпретации гидрологического и спутникового материала за период 1975 - 1990 гг. является актуальной и вносит вклад в имеющиеся исследования по теории и экспериментам вихревых процессов.
Цель и задачи исследования.
Цель настоящего исследования состоит в выявлении основных динамических зон формирования вихревых образований, в исследовании их изменчивости, определении физических механизмов генерации вихрей и на базе этого разработка физической концепции формирования вихревых образований энергоакгивных зон, комплексной методики определения их параметров, оценки энерго-теплового вклада в общую энергетику Тихого океана.
Для достижения этой цели последовательно решались следующие задачи:
И сформировать архив гидрологической и спутниковой информации за период 1975-1990 г.г. (на технических носителях);
Ш провести анализ комплекса пространственно-временных связей между спутниковыми, гидрологическими данными и факторами их формирующими;
И оценить вкутримесячный и внутрисезонный характер колебаний температурного поля;
Н разработать и реализовать комплексную схему, включающую набор физико-статистической и математической модели для оценки устойчивости колебаний температурного поля, взаимосвязи с вихревыми образованиями и свободными волнами Россби;
И выявить параметры вихревых образований на основе синхронной обработки гидрологических и спутниковых данных;
Н выработать концепцию формирования вихревых образований энергоактивных зон северо-западной части Тихого океана за период 1975 -1990 гг.
Методы исследования.
В методологическом отношении исследование изменчивости и динамики вихревых образований северо-западной части Тихого океана основывается на представлении о взаимодействии океана - атмосферы как единой термодинамической системы с комплексом прямых и обратных связей. При этом исследования проводились как в пространстве реальных величин, так и вероятных отношений. В результате реализовывались как физико-статистические, так и вероятностные методы прогнозов.
При обработке прогностической схемы постулировалось следующее положение: вихревые образования Тихоокеанского бассейна предсказуемы, что подтверждается наличием так называемых «механизмов забла-говременности» или цепочек связей между различными гидрометеорологическими процессами, одним из звеньев которой является термохалинные характеристики.
Разработка методов анализа и прогноза свелась к задачам исследования разномасштабной изменчивости вихревых образований, выявления системы гидрометеорологических параметров, определяющих эту изменчивость, анализу пространственно-временных связей.
Научная новизна исследования.
В соответствии с поставленной целью автором самостоятельно впервые в практике исследований волн Россби, вихревых образований и их взаимосвязи в области энергоактивных зон северо-западной части Тихого океана использован системный подход к данной проблеме, рассматривающий эволюцию «жизни» вихревых образований как всей колебательной системы в целом, так и отдельных ее составляющих. На основе архива гидрологических и спутниковых данных за период 1975-1990 г.г.:
И исследуется динамика вихревых образований и волн Россби;
И определяются их кинематические, энергетические, тепловые характеристики для Прикамчатского, Прикурильского районов, южной части Охотского моря, фронтальной и субарктической зон северо-западной части Тихого океана;
Н строятся карты траекторий движения вихрей и скоростей их перемещения, полученные на основе обработки спутниковых данных, авиатермо-съемки, гидрологических материалов за период 1975-1990 гг.;
Ш проводится систематизация вихревых образований по физическим признакам и регионально-генетическая классификация;
И определяются основные параметры вихрей для энергоактивных зон северо-западной части Тихого океана;
В дается количественная оценка энерго-тешювого запаса вихрей исследуемого района и делается попытка выявить термическую реакцию океана на различные типы вихрей;
И выводятся расчетные формулы параметров свободных волн Россби и их взаимосвязи с колебанием поля поверхностной температуры воды на основе гидродинамической модели для однородной, невязкой жидкости;
И определяются основные энергонесущие частоты колебаний температурного поля на основе спектральных характеристик;
Ш дается оценка устойчивости колебаний температурного поля.
Основные научные результаты, которые выносятся на защиту и получены автором впервые:
-
разработка физической концепции формирования вихревых образований энергоактивных зон Тихого океана на основе синхронной обработки гидрологических и спутниковых данных на акватории от 20 до 55 с. ш., от 120 до 155 в. д.;
-
результаты расчета и картирования основных характеристик вихрей от 20 до 55 с. ш., от 120 до 155 в. д. за период 1975 - 1990 гг.;
-
модельный подход к решению проблемы реальности волн Россби в северо-западной части Тихого океана на основе статистически представленных гидрологических материалов, оценки их устойчивости, взаимосвязи с динамикой температурного поля;
-
численный подход к решению проблемы энерго-теплового запаса вихрей северо-западной части Тихого океана и термической реакции океана на различные типы вихрей;
-
доказательство реальности волн Россби в северо-западной части Тихого океана;
-
методы расчета параметров волн Россби для фронтальной зоны Тихого океана;
-
физическая классификация выявленных вихревых образований энергоактивных зон северо-западной части Тихого океана.
Достоверность научных результатов базируется на :
-
натурном материале экспедиций;
-
математических расчетах и доказательствах;
-
физической интерпретации и непротиворечивости результатов существующим физическим представлениям;
-
сравнении результатов с литературными источниками.
Практическая значимость и реализация.
Северо-западная часть Тихого океана относится к высокопродуктивным районам Мирового океана, что связано с теми условиями природы, которые формируются во взаимодействиях океанических и прибрежных вод. Меацдрирование течений, струйные вторжения в межфронтальную зону, вихреобразование определяют изменчивую картину течений, термо-халинных полей, оказывают заметное влияние на гидрологический режим этих акваторий, являющихся важными районами судоходства, рыболовства и ряда хозяйственных отраслей Дальнего Востока. В связи с этим изучение структуры, динамики вихрей и волн Россби составляет практическую значимость работы.
Результаты, полученные в работе, имеют важное народнохозяйственное значение и могут использованы при:
-
планировании любых морских операций на Тихом океане;
-
дальнейшей разработке методов прогнозов вихревых процессов и гидрометеорологических условий;
-
создании и развитии современной системы научно-оперативного гидрометеорологического обеспечения народно-хозяйственных мероприятий на Дальневосточном регионе;
-
оценки разномасштабной климатической изменчивости вихревых образований Тихого океана;
-
прогнозе погоды и климата Дальневосточного региона, где в качестве составляющих учитывается вихревые характеристики.
Отдельные результаты исследования в настоящее время используются в практической деятельности Гидрометеослужбы, ТИНРО, СахНИПи-морнефть, учебном процессе на геофизическом факультете ДВГУ, кафедре гидроакустики ДВПИ.
Апробация работы.
Результаты работы неоднократно докладывались на семинарах отдела динамики моря Гидрометеоцентра (Москва, 1971-1991 гг.), Института Океанологии РАН им. П.П. Ширшова (1971 -1995 гг.), Отдела Промысловой разведки Приморрыбпрома (Владивосток, 1971-1992 гг.), ААНИИ (Санкт-Петербург, 1972-1994 гг.), ТИНРО, ДВНИИ (Владивосток, 1975-1991 гг.), на первом, втором, третьем съездах Океанологов (Москва, 1977 г., Ялта, 1982 г., Санкт-Петербург, 1988г.), семинаре «Атмосфера - Космос», под руководством акад. Марчука Г.И. (Москва, 1978 , 1990 г.), на первой Ассамблее физических проблем (1974г.), совещании «Интеркосмос» (Ялта, 1984 г.), на втором Всесоюзном симпозиуме «Механизмы генерации турбулентности в океане» (Калининград, 1985 г.), на втором Тихоокеанском симпозиуме по морским наукам (Находка, 1988 г.), первом советско-китайском симпозиуме по океанологии (Владивосток, 1990 г.), втором советско-китайском симпозиуме по океанологии (Далянь, Китай, 1992 г.), втором ежегодном совещании PICES (США, 1993-1995 гг.).
Публикация результатов.
Личный вклад автора.
Основные результаты диссертации получены автором лично в процессе работы над плановыми и инициативными темами. Автором собраны, обработаны и проанализированы архивные гидрологические и спутниковые материалы периода 1975 -1990 гг.
По материалам диссертации опубликовано 68 печатных работ. В основу настоящей диссертации взяты положения и выводы, принадлежащие непосредственно автору.
Структура работы.
Диссертация состоит из вводной части, девяти глав и заключения. Объем диссертации 340 страниц, 83 рисунка, 14 таблиц. Список литературы 245 наименования.
