Investigation of applicability of different approaches to calculation of geostrophic currents on the example of under-ice eddies forming ice rings on Lake Baikal

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

This study examines the spatial distribution of horizontal currents within under-ice anticyclonic eddies that lead to the formation of ring structures on the spring ice of Lake Baikal. Horizontal geostrophic current fields were calculated using the dynamic method, with a focus on comparing various approaches to determining water density, including a package specifically adapted for Baikal conditions, TEOS-10. Measured water temperature and conductivity data from the 2009 ring structure area served as the primary dataset, while reference data comprised velocity and direction profiles from a similar 2020 eddy, measured for the first time. Comparisons revealed that outdated methods, such as the Krotova method or the Chen-Millero equation, result in significant discrepancies from actual measurements, whereas the adapted TEOS-10 package shows the best agreement. Overall, the dynamic approach proved effective and can be successfully applied to study current fields in Lake Baikal. The research also identified and described several characteristic features of current structures within the examined under-ice circulations for the first time.

About the authors

I. A. Aslamov

Limnological Institute Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: ilya_aslamov@bk.ru
ORCID iD: 0000-0001-6678-5312
Russian Federation, Ulan-Batorskaya Str., 3, Irkutsk, 664033

A. A. Zhdanov

Limnological Institute Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: ilya_aslamov@bk.ru
ORCID iD: 0000-0001-9718-5213
Russian Federation, Ulan-Batorskaya Str., 3, Irkutsk, 664033

N. G. Granin

Limnological Institute Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: ilya_aslamov@bk.ru
ORCID iD: 0000-0002-7976-9060
Russian Federation, Ulan-Batorskaya Str., 3, Irkutsk, 664033

V. V. Blinov

Limnological Institute Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: ilya_aslamov@bk.ru
ORCID iD: 0000-0001-9145-2843
Russian Federation, Ulan-Batorskaya Str., 3, Irkutsk, 664033

D. V. Zyryanov

Water Problems Institute, Russian Academy of Sciences

Email: ilya_aslamov@bk.ru
Russian Federation, Gubkina Str., 3, Moscow, 119333

R. Y. Gnatovsky

Limnological Institute Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: ilya_aslamov@bk.ru
ORCID iD: 0000-0002-3484-8603
Russian Federation, Ulan-Batorskaya Str., 3, Irkutsk, 664033

References

  1. Ainbund M.M. 1973. Results of field studies of currents in Southern Baikal. Trudy. GGI [The works of GGI] 203: 49-70. (in Russian)
  2. Aslamov I.A., Kozlov V.V., Kirillin G.B. et al. 2017. A study of heat transport at the ice base and structure of the under-ice water layer in Southern Baikal. Water Resources 44(3): 428-441. doi: 10.1134/S0097807817030034
  3. Blinov V.V., Granin N.G., Gnatovskiy R.Yu. et al. 2006. Determining water masses in Lake Baikal by T,S-analysis. Geographiya i prirodnye resursy[Geography and Natural Resources] 2: 63-69. (in Russian)
  4. Chen C.T., Millero F.J. 1978. The equation of state of seawater determined from sound speeds. Journal of Marine Research 36: 657-691.
  5. Chen C.T., Millero F.J. 1986. Precise thermodynamic properties for natural waters covering only the limnological range. Limnology and Oceanography 31(3): 657-662.
  6. Currents in Baikal. 1977. In: Afanasiev A.N., Verbolov V.I. (Ed.). Novosibirsk: Nauka. (in Russian)
  7. Feistel R. 2003. A new extended Gibbs thermodynamic potential of seawater. Progress in Oceanography 58: 43-114.
  8. Feistel R. 2008. A Gibbs function for seawater thermodynamics for -6 to 80°C and salinity up to 120 g kg-1. Deep sea research 55: 1639-1671.
  9. Fofonoff N.P., Millard Jr R.C. 1983. Algorithms for the computation of fundamental properties of seawater. UNESCO Technical Papers in Marine Sciences 44. doi: 10.25607/OBP-1450
  10. Fomin L.M. 1964. The dynamic method in oceanography. Elsevier Oceanographiс Series 2.
  11. Gill A.E. 1982. Atmosphere-Ocean Dynamics. In: International Geophysics Series 30: San Diego, CA: Academic Press.
  12. Granin N.G., Dzhuson D., Zhdanov A.A. et al. 1999. Turbulent mixing of Lake Baikal water in the layer adjacent to ice and its role in the development of diatoms. Doklady Akademii Nauk [Reports of the Academy of Sciences] 366(6): 835-839. (in Russian)
  13. Granin N.G., Kozlov V.V., Tsvetova E.A. et al. 2015. Field studies and some results of numerical modeling of a ring structure on Baikal ice. Doklady Earth Science 461: 316-320. doi: 10.1134/S1028334X15030204
  14. Granin N.G., Mizandrontsev I.B., Kozlov V.V. et al. 2018. Natural ring structures on the Baikal ice cover: analysis of experimental data and mathematical modeling. Russian Geology and Geophysics 59(11): 1514-1525. doi: 10.1016/j.rgg.2018.10.011
  15. Granin N.G., Zhdanov A.A., Zavoruev V.V. et al. 1991. Features of the distribution of characteristics of the Baikal pelagic ecosystem during spring convection (based on research materials from 1990) Preprint of the USSR Academy of Sciences, Institute of Biophysics SB. Krasnoyarsk: IBF. (in Russian)
  16. Hohman R., Kipfer R., Peeters F. et al. 1997. Processes of deep-water renewal in Lake Baikal. Limnology and Oceanography 42(5): 841-855.
  17. IOC, SCOR and IAPSO. 2010. The international thermodynamic equation of seawater - 2010: Calculation and use of thermodynamic properties. Intergovernmental Oceanographic Commission. Manuals and Guides 56: UNESCO. URL: http://teos-10.org/pubs/TEOS-10/Manual.pdf
  18. Kirillin G., Aslamov I., Kozlov V. et al. 2020. Turbulence in the stratified boundary layer under ice: observations from Lake Baikal and a new similarity model. Hydrology and Earth System Sciences 24(4): 1691-1708. doi: 10.5194/hess-24-1691-2020
  19. Kouraev A.V., Zakharova E.A., Kostianoy A.G. et al. 2021. Giant ice rings in southern Baikal: multi-satellite data help to study ice cover dynamics and eddies under ice. The Cryosphere 15(9): 4501-4516. doi: 10.5194/tc-15-4501-2021
  20. Krotova V.A. 1970. Baikal water geostrophic circulation during period of summer thermal stratification. In: Galaziy G.I., Sokolnikov V.M. (Ed.) Trudy of LIN SB AS USSR 14(34) Leningrad: Nauka: 11-44. (in Russian)
  21. Palshin N.I., Zdorovenkova G.E., Bogdanov S.R. et al. 2017. Geostrophic currents in the small ice-covered lake. Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya [The successes of modern natural science] 11: 89-94. (in Russian)
  22. Rizk W., Kirillin G., Leppаranta M. 2014. Basin-scale circulation and heat fluxes in ice-covered lakes. Limnology and Oceanography 59(2): 445-464. doi: 10.4319/lo.2014.59.02.0445
  23. Shimaraev M.N., Troitskaya E.S. 2005. Seasonal peculiarities of geostrophic currents in the southern Baikal. Geography and Natural Resources 1: 58-65.
  24. Sokolnikov V.M. 1960. On the currents and water temperature under ice cover in the Southern Baikal and near Angara source. Trudy LIN SO Akadademii Nauk SSSR [The works of LIN SB SAS] 18: 291-350. (in Russian)
  25. Wagner W., Prub A. 2002. The IAPWS formulation 1995 for the thermodynamic properties of ordinary water substance for general and scientific use. Journal of Physical and Chemical Reference Data 31(2): 387-535.
  26. Zhdanov A.A., Gnatovskii R.Yu., Granin N.G. et al. 2017. Variations of under-ice currents in Southern Baikal by data of 2012–2016. Water Resources 44(3): 442-452. doi: 10.1134/S0097807817030186
  27. Zhdanov A.A., Granin N.G., Shimaraev M.N. 2001. The generation mechanism of under-ice currents in Lake Baikal. Doklady Earth Science 377(3): 329-332.
  28. Zhdanov A.A., Makarov M.M., Kucher K.M. et al. 2014. Registration of currents using free-floating drifters. Geographiya i prirodnye resursy [Geography and Natural Resources] 1: 169-174. (in Russian)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Асламов И.A., Жданов А.A., Гранин Н.G., Блинов В.V., Зырянов Д.V., Гнатовский Р.Y.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

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».