Измерения проведены 3 марта 2006 г. Показано, что спектры вертикальных смещений лежат ниже фонового спектра Гарретта-Манка. Такой эффект объясняется бесприливным характером гидрологического режима в Балтике.

Анализируются данные измерений температуры и солености с помощью буксируемого термосолезонда в сканирующем режиме в районе пикноклина между Балтийскими (поверхностными) и трансформированными затоковыми водами Североморского происхождения (глубинными) в Гданьской впадине Балтийского моря. Измерения проведены 3 марта 2006 г. Показано, что спектры вертикальных смещений лежат ниже фонового спектра Гарретта-Манка. Такой эффект объясняется бесприливным характером гидрологического режима в Балтике.

 Внутренние волны в океане, в принципе, генерируются любыми возмущениями покоящихся частиц воды в толще океана при наличии стратификации . Наиболее сильными источниками внутренних волн, безусловно, являются ветер и приливы [9]. В 1972 году Гарретт и Манк построили универсальную спектральную модель внутренних волн для всего океана [5, 6]. Они исходили из следующих основных предположений. Наблюдаемые в океане колебания в масштабе внутренних волн определяются исключительно самими волнами, а не какими-либо другими процессами. Наблюдаемое поле волн определяется суперпозицией линейных внутренних волн различных масштабов со случайными фазами и амплитудами. Энергия волн непрерывно распределена по частотам и волновым числам (континуум мод) и не связана с дискретными модами. Потоки волновой энергии вниз и вверх одинаковы, и волновое поле изотропно по горизонтали. Волновое поле в различных местах океана и в различное время приблизительно одинаковое, то есть во всем Мировом океане имеется некоторое универсальное волновое поле, на фоне которого в отдельные моменты времени и в отдельных пространственных точках возникают возмущения. Спектр безразмерной энергии, который они построили, зависит от частоты (w) и волнового числа (k_x, k_y, k_z).

 Для того, чтобы данные наблюдений не противоречили модели с такими предположениями, авторы ограничились средним слоем океана, из которого исключили верхний и придонный слои, каждый толщиной в несколько сот метров. Кроме того, они исключили из рассмотрения высокие и экваториальные широты, а также исключили из фоновой модели приливные частоты, на которых происходит значительная накачка энергии в диапазон внутренних волн.

Обычно, при исследовании внутренних волн и сравнении результатов с фоновой моделью Гарретта-Манка [5, 6] рассматриваются частотные спектры, рассчитанные по измерениям на буйковых станциях. Авторы называют их заякоренными (moored spectra) спектрами. В нашей работе мы рассмотрим измерения, которые анализируются реже. Это измерения приборами, буксируемыми за судном. Спектры, рассчитанные по таким измерениям, называются "буксирными" и они сравниваются с так называемыми “буксирными спектрами” (towed spectra) модели Гарретта-Манка.

 При создании модельного спектра энергии Гарретт и Манк намеренно исключили верхний слой океана, поскольку в нем, по-видимому, не существует универсального спектра из-за сильного влияния поверхностных эффектов, вызванных ветром и поверхностным волнением. Тем не менее, мы вправе сравнивать экспериментальные спектры с их модельным выражением для оценки характера энергии внутренних волн. Многочисленные попытки получить такой спектр показывают, что близко к поверхности энергия внутренних волн значительно превосходит фоновый уровень. Внутренние волны в верхнем слое океана значительно отличаются от тех, что наблюдают в глубинных слоях [7]. Для описания спектров внутренних волн в верхнем слое предлагались многие модели. Например, одним из подходов является предположение, что энергия внутренних волн складывается из фоновой энергии и энергии волн, дополнительно возбуждаемых у поверхности [10]. В море, покрытом льдом, где воздействие атмосферы мало, энергия внутренних волн в верхнем слое близка к модельной [8]

 Важным фактором является приливное движение в океане. Поскольку в Балтийском море приливное движение отсутствует, значения спектральных плотностей внутренних волн должно быть меньше, чем в океане. Однако близкое положение измерений к поверхности, где сильно влияние ветровой генерации, должно увеличивать энергию внутренних волн.

Результаты измерений спектров внутренних волн в приливном (Японское море) и бесприливном море (Черное море) представлены в работах [1, 2, 3]. Основной вывод работ в бесприливном море - это малый уровень спектральных плотностей, которые ниже модельного спектра Гарретта-Манка. Иногда, интенсификация поля внутренних волн в бесприливном море приводит к повышению спектров до уровня модельного спектра. Спадание спектров близко к модельному, а незначительные пики на спектрах привязаны к частоте расширения волновода. В приливном море, спектр внутренних волн в верхнем слое всегда превышает модельный спектр.

В Балтийском море на глубине около 50-70 м залегает резкий слой скачка между поверхностными распресненными водами Балтийского происхождения и трансформированными глубинными водами, периодически затекающими из Северного моря. Верхний слой толщиной около 40 м в зимнее время практически перемешан штормами и зимней конвекцией. При интенсивных затоках соленых и теплых вод из Северного моря слой скачка очень резкий. С течением времени резкий пикноклин разрушается внутренними волнами. Характерные изменения температуры и солености и плотности с глубиной в марте 2006 г. показаны на Рис. 1. Отличительной особенностью вертикального распределения измеряемых параметров в этом районе является увеличение температуры и солености с глубиной.

 

Полный текст статьи прилагается.