Моделирование трехмерной структуры гидрологических полей в карстовой полости на мысе Айя под действием субмаринной разгрузки

Abstract

Обсуждаются результаты численных экспериментов, посвященных воспроизведению структуры гидрологических полей в карстовой полости (район мыса Айя, Южный берег Крыма), наблюдавшейся во время экспедиции в сентябре 2008 г. Эксперименты проводились с помощью трехмерной гидростатической и двумерной гидростатической и негидростатической моделей. Использовалось приближение «твердой крышки» и процедура «конвективного приспособления». В трехмерной модели расчеты проводились с применением σ- и z-координат. Показано, что для адекватного представления влияния рельефа дна на распределение солености и температуры в верхнем слое моря желательно использовать z-координаты. В рамках двумерной модели показано, что главным фактором, ответственным за формирование наблюдаемой структуры гидрологических полей в полости, является образование вертикальной ячейки циркуляции, возникающей при втекании пресной воды в соленую воду (бароклинный эффект). Роль конвекции оказывается вторичной. В циркуляционной ячейке происходит подъем вод около источника пресной воды, вытекание распресненной воды в верхнем слое моря и приток к источнику более плотной воды в глубинных слоях. Отказ от приближения гидростатики приводит к большему распреснению поверхностных вод в полости и более близкому согласованию с данными наблюдений.

Обговорюються результати чисельних експериментів, присвячених відтворенню структури гідрологічних полів в карстової порожнини (район мису Айя, Південний берег Криму), що спостерігалася під час експедиції у вересні 2008 р. експерименти проводилися за допомогою тривимірної гідростатичний і двовимірної гідростатичний і негідростатіческой моделей. Використовувалося наближення «твердої кришки» і процедура «конвективного пристосування». У тривимірної моделі розрахунки проводились із застосуванням σ- і z-координат. Показано, що для адекватного представлення впливу рельєфу дна на розподіл солоності і температури в верхньому шарі моря бажано використовувати z-координати. В рамках двовимірної моделі показано, що головним фактором, відповідальним за формування спостережуваної структури гідрологічних полів в порожнині, є утворення вертикальної ячеї циркуляції, що виникає при втеканіі прісної води в солону воду (бароклінний ефект). Роль конвекції виявляється вторинною. В циркуляційної комірці відбувається підйом вод біля джерела прісної води, витікання у верхньому шарі моря води, яка має меншу солоність, і приплив до джерела більш щільною води в глибинних шарах. Відмова від наближення гідростатики призводить до більшого распреснення поверхневих вод в порожнині і ближчого погодженням з даними спостережень.

The results of numerical experiments devoted to reproduce the structure of hydrological fields in the karstic cavity (near Cape Aiya, Southern Coast of Crimea), which were observed during an expedition in September 2008, are discussed. The experiments were carried out with use the three-dimensional hydrostatic and the twodimensional hydrostatic and non-hydrostatic models. We used the approach of a «solid lid» and the procedure of «convective adjustment». The calculations of the three-dimensional model were performed with the use of σ- and z-coordinates. It is shown that it is desirable to use the z-coordinates for an adequate representation of the influence of bottom topography on the distribution of salinity and temperature in the upper layer of the sea. It is shown the main factor, which is responsible for the formation of the observed structure of hydrological fields in the cavity, is the formation of a vertical circulation cells occurred when the fresh water inflows to the salt water (baroclinic effect) in the framework of two-dimensional model. The role of convection is secondary. The water rise takes place in the circulation cell near the source of fresh water. The fresh water outflow of the upper layer of the sea and the inflow to the source of denser water takes place in the deep layers. Waiver of hydrostatic approximation leads to a greater freshening of surface waters in the cavity, and to closer agreement with observations.