Diapycnal Exchange in the Main Pycnocline of the Black Sea

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The article discusses the application of G03 parameterization for calculating the vertical turbulent diffusion coefficient from vertical profiles of water density and current velocity. The work is based on the processing of data obtained during the 95th cruise of the R/V Professor Vodyanitsky with a depth resolution of about 10 meters in the central sector of the northern Black Sea from June 16 to July 4, 2017. Measurements of salinity and water temperature profiles were carried out using the SBE911plus probe, and current velocity – using the LADCP lowered acoustic Doppler current profiler. Transfer functions of the process of parameter measurement, calculation of vertical derivatives at finite increments and data processing were taken into account when integrating the canonical spectrum of internal waves. The results of calculating the vertical turbulent diffusion coefficient in the main pycnocline on the isopycnal surface with a conditional density of 15 kg/m3, which was characterized by a maximum buoyancy frequency, are considered in detail. Intensification of diapycnal mixing was observed in the area of the Rim Current. The value of the vertical turbulent diffusion coefficient at the maximum was 1.3 · 10–6 m2/s, in the center and on the periphery of the sea – 0.4 · 10–6 m2/s and 0.65 · 10–6 m2/s, respectively. Estimates of heat, salt and oxygen fluxes were also the highest in the area of the Rim Current. Fluxes in the center and on the periphery of the sea are 1.5–3 times less than their values at the maximum.

About the authors

A. N. Morozov

Marine Hydrophysical Institute of RAS

Email: anmorozov@mhi-ras.ru
Sevastopol, Russia

References

  1. Журбас В.М., Зацепин А.Г., Григорьева Ю.В. и др. Циркуляция вод и характеристики разномасштабных течений в верхнем слое Черного моря по дрифтерным данным // Океанология. 2004. Т. 44. № 1. С. 34–48.
  2. Зацепин А.Г., Голенко Н.Н., Корж А.О. и др. Влияние динамики течений на гидрофизическую структуру вод и вертикальный обмен в деятельном слое Черного моря // Океанология. 2007. Т. 47. № 3. С. 327–339.
  3. Зацепин А.Г., Островский А.Г., Кременецкий В.В. и др. Подспутниковый полигон для изучения гидрофизических процессов в шельфово-склоновой зоне Черного моря // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2014. № 1. С. 16–29.
  4. Морозов А.Н., Зацепин А.Г., Куклев С.Б. и др. Вертикальная структура в верхней части континентального склона Черного моря в районе Геленджика // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2017. Т. 53. № 6. С. 718–727. https://doi.org/10.7868/S000335151706006X
  5. Морозов А.Н., Лемешко Е.М. Оценка вертикальной турбулентной диффузии по данным CTD/LADCP-измерений в северо-западной части Черного моря в мае 2004 года // Морской гидрофизический журнал. 2014. № 1. С. 58–67.
  6. Морозов А.Н., Маньковская Е.В. Холодный промежуточный слой Черного моря по данным экспедиционных исследований 2016–2019 годов // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2020. № 2. С. 5–16. https://doi.org/10.22449/2413-5577-2020-2-5-16
  7. Морозов А.Н., Маньковская Е.В. Пространственные характеристики холодного промежуточного слоя Черного моря летом 2017 года // Морской гидрофизический журнал. 2021. Т. 37. № 4. С. 436–446. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2021-4-436-446
  8. Морозов А.Н., Маньковская Е.В. Вертикальное перемешивание в деятельном слое Черного моря по данным мелкомасштабных измерений // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2022. № 4. С. 25–38. https://doi.org/10.22449/2413-5577-2022-4-25-38
  9. Морозов А.Н., Маньковская Е.В., Федоров С.В. Инерционные колебания в северной части Черного моря по данным натурных наблюдений // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2021. Т. 14. № 1. С. 43–53. https://doi.org/10.7868/S2073667321010044
  10. Подымов О.И., Зацепин А.Г., Островский А.Г. Вертикальный обмен в черноморском пикноклине и его связь с динамикой вод // Океанология. 2017. Т. 57. № 4. С. 546–559.
  11. Baumann T.M., Fer I., Schulz K., Mohrholz V. Validation finescale parameterizations for the Eastern Arctic Ocean internal wave field // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2023. V. 128. e2022JC018668. https://doi.org/10.1029/2022JC018668
  12. Chinn B.S., Alford M.H. The Impact of observed variations in the shear-to-strain ratio of internal waves on inferred turbulent diffusivities // Journal of Physical Oceanography. 2016. V. 46. P. 3299–3320.
  13. Fer I. Scaling turbulent dissipation in Arctic fjord // Deep-Sea Research. Part II. 2006. V. 53. P. 77–95.
  14. Ferron B., Kokoszka F., Mercier H., Lherminier P. Dissipation rate estimates from microstructure and finescale internal wave observations along the A25 Greenland–Portugal OVIDE Line // Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 2014. V. l. № 31. P. 2530–2543.
  15. Fine E.C., Alford M.H., MacKinnon J.A., Mickett J.B. Microstructure mixing observations and finescale parameterizations in the Beaufort Sea // Journal of Physical Oceanography. 2021. V. 51. P. 19–35. https://doi.org/10.1175/JPO-D-19-0233.1
  16. Gregg M.C. Scaling turbulent dissipation in the thermocline // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1989. V. 94. Issue C7. P. 9686–9698. https://doi.org/10.1029/JC094iC07p09686
  17. Gregg M.C., Sanford T.B., Winkel D.P. Reduced mixing from the breaking of internal waves in equatorial waters // Nature. 2003. V. 402. P. 513–515.
  18. Gregg M.C., Yakushev E. Surface ventilation of the Black Sea’s cold intermediate layer in the middle of the western gyre // Geophysical Research Letters. 2005. V. 32. L03604. https://doi.org/10.1029/2004GL021580
  19. Henyey F.S., Wright J., Flatte S.M. Energy and action flow through the internal wave field: an eikonal approach // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1986. V. 91. P. 8487–8495.
  20. Kunze E., Firing E., Hummon J.M. et al. Global abyssal mixing inferred from lowered ADCP shear and CTD strain profiles // Journal of Physical Oceanography. 2006. V. 36. P. 1553–1576.
  21. Munk W.H. Abyssal recipes // Deep-Sea Research. 1966. V. 13. P. 707–730. https://doi.org/10.1016/0011-7471(66)90602-4
  22. Munk W., Wunsh C. Abyssal recipes II: Energetics of tidal and wind mixing // Deep-Sea Research. 1998. Part I. V. 45. P. 1977–2010. https://doi.org/10.1016/S0967-0637(98)00070-3
  23. Podymov O.I., Zatsepin A.G., Ostrovskii A.G. Fine structure of vertical density distribution in the Black Sea and its relation with vertical turbulent exchange // Journal of Marine Science and Engineering. 2023. V. 11. 170. https:/ doi.org/10.3390/jmse110100170
  24. Polzin K. Statistic of the Richardson number: mixing models and finestructure // Journal of Physical Oceanography. 1996. V. 26. P. 1409–1425.
  25. Polzin K.L., Garabato A.C.N., Huussen T.N. et al. Finescale parameterizations of turbulent dissipation // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2014. V. 119. P. 1383–1419. https://doi.org/10.1002/2013JC008979
  26. Polzin K.L., Toole J.M., Smith R.W. Finescale parameterizations of turbulent dissipation // Journal of Physical Oceanography. 1995. V. 25. P. 306–328.
  27. Sasaki Y., Yasuda I., Katsumata K. et al. Turbulence across the Antarctic Circumpolar Current in the Indian Southern Ocean: Micro-temperature measurements and finescale parameterizations // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2024. V. 129. e2023JC019847. https://doi.org/10.1029/2023JC019847
  28. Takahashi A., Hibiya T. Assessment of finescale parametrizations of deep ocean mixing in the presence of geostrophic current shear: results of microstructure measurements in the Antarctic Circumpolar Current region // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2019. V. 124. P. 135–153. https://doi.org/10.1029/2018JC014030
  29. Wijesekera H., Padman L., Dillon T. et al. The application of internal-wave models to a region of strong mixing // Journal of Physical Oceanography. 1993. V. 23. P. 269–286.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».