Глубокое проникающее охлаждение в Черном море как реакция на вторжения холодного воздуха в зимний период

Рассмотрена реакция верхнего слоя Черного моря, и, в частности, холодного промежуточного слоя (ХПС), на интенсивное ветровое воздействие во время зимних вторжений холодного воздуха (ВХВ). С использованием данных атмосферного реанализа ERA5 и морского реанализа Copernicus получены совместные распределения скорости приводного ветра и изменения температуры воды на разных глубинах для периода 2000–2020 гг. Показано, что временной масштаб реакции моря на такие экстремальные явления составляет около 2 суток и влияние ВХВ распространяется на достаточно большие глубины, до 60–70 м. При помощи совместной мезомасштабной модели море-атмосфера исследованы механизмы охлаждения верхнего слоя на примере ВХВ 23–25 января 2010 г. Проведены два численных эксперимента, в которых ослабили взаимодействие море-атмосфера: в эксперименте 1 отключили потоки явного и скрытого тепла от поверхности моря в атмосферу, в эксперименте 2 отключили напряжение трения ветра на поверхности моря. Показано, что основной причиной понижения температуры верхнего перемешанного слоя было охлаждение поверхности моря за счет потоков тепла. При этом механизмом глубокого, проникающего в пикноклин охлаждения являлось вертикальное турбулентное перемешивание, вызванное обрушением ветровых волн и сдвиговой неустойчивостью. В эксперименте 1 понижение температуры было незначительным и произошло в основном из-за вовлечения более холодной воды из ХПС через нижнюю границу перемешенного слоя. В эксперименте 2 понижение температуры было почти таким же, как и в основном расчете. Показано, что отключение напряжения трения ветра изменило характер турбулентного перемешивания в верхнем квазиоднородном слое: чтобы скомпенсировать значительное уменьшение интенсивности турбулентных вихрей и обеспечить тот же вертикальный поток тепла, что и в основном расчете, вертикальный масштаб вихрей увеличился.