Russian Journal of Earth Sciences Russian Journal of Earth Sciences Russian Journal of Earth Sciences 1681-1208 51814 10.2205/2022ES000802 ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ ORIGINAL ARTICLES ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ Contribution of mesoscale eddies to energy of the Lofoten Basin Вклад мезомасштабных вихрей Лофотенской котловины в ее энергетику https://orcid.org/0000-0002-7254-9313 Травкин Владимир Станиславович Travkin Vladimir Stanislavovich vtravkin99@gmail.com Жмур Владимир Владимирович Zhmur Vladimir Vladimirovich https://orcid.org/0000-0003-4608-7781 Белоненко Татьяна Васильевна Belonenko Tatyana Vasilyevna Санкт-Петербургский государственный университет Россия Санкт-Петербургский государственный университет Russian Federation Санкт-Петербургский государственный университет St. Petersburg State University Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН Москва Россия Shirshov Institute of Oceanology RAS Moscow Russian Federation 26 09 2022 26 09 2022 22 4 1 10 09 04 2022 30 06 2022 https://rjes.ru/en/nauka/article/51814/view

Проводится сравнительная оценка вклада вихрей и других динамических структур в общую энергетику Лофотенской котловины. Основой исследования являются данные океанического реанализа GLORYS12V1 за 1993–2019 гг. Для области, ограниченной изобатой 3000 м, оценивается общая кинетическая и потенциальная энергия, а также соответствующий вклад в нее вихревой энергии. Для анализа применяется метод автоматической идентификации вихрей, позволяющий в выделенных областях получить оценки вихревой кинетической и потенциальной энергии. Установлено, что потенциальная энергия, как циклонов, так и антициклонов, в среднем в 2–3 раза превышает значения кинетической энергии, при этом для антициклонов значения энергии доминируют относительно энергии циклонов. Рассматривается межгодовая изменчивость и сезонный ход вихревой кинетической и потенциальной энергии. Сезонный ход выявил повышение обоих типов энергии в зимние месяцы. Установлено, что вклад вихрей в общую энергетику котловины невелик. Доля кинетической энергии вихрей составляет 7,3%, потенциальной энергии – 8,4%. Это означает, что основной вклад в энергетику котловины дают не мезомасштабные вихри, а другие динамические структуры – филаменты и фоновое течение.

A comparative assessment of the contribution of eddies and other dynamic structures to the energy of the Lofoten Basin is carried out. The basis of the study is the data of global ocean reanalysis GLORYS12V1 for 1993–2019. We estimate the total kinetic and potential energy as well as the corresponding contribution of eddy energy for a region bounded by an isobath of 3000 m. We use the method of automatic identification of vortices for the analysis which allows us to calculate the eddy kinetic and potential energy in the automatically selected areas of the eddies. We establish that the potential energy of both cyclones and anticyclones is on average 2–3 times higher than the kinetic energy values, and the energy values of kinetic and potential for anticyclones dominate relative to the energy of cyclones. We also consider the interannual variability and seasonal course of eddy kinetic and potential energy. The seasonal course revealed an increase in both types of energy in the winter months. It is established that the contribution of eddies to the total energy of the basin is small. The contribution of eddy kinetic energy to the total energy of the basin is 7.3%, and the contribution of eddy potential energy is 8.4%. This means that the main contribution to the energy of the basin is made not by mesoscale eddies, but by other dynamic structures i.e. filaments and background flow.

 Лофотенская котловина мезомасштабные вихри кинетическая и потенциальная энергия филаменты метод идентификации GLORYS12V1 Lofoten Basin mesoscale vortices kinetic and potential energy filaments identification method GLORYS12V1 Работа выполнена при финан- совой поддержке РНФ, проект № 22-27-00004. В. В. Жмур поддержан средствами государ- ственного бюджета по государственному заданию № 0128-2021-0002. The work was carried out with funding sponsored by the Russian Science Foundation, project No. 22-27-00004. V. V. Zhmur was supported by state funds state budget according to the state task No. 0128-2021-0002.

Жмур В. В. Мезомасштабные вихри океана. — М.: ГЕОС, 2011. — С. 289. — ISBN 978-5-89118-534-0. Artal O. Detecting and characterizing upwelling filaments in a numerical ocean model // Computers & Geosciences. — 2019. — Vol. 122. — P. 25–34. — DOI: 10.1016/j.cageo.2018.10.005. Жмур В. В., Новоселова Е. В., Белоненко Т. В. Потенциальная завихренность в океане: подходы Эргеля и Россби с оценками для Лофотенского вихря // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. — 2021. — Т. 57, № 6. — С. 721—732. Belonenko T. Evaluation of Heat and Salt Transports by Mesoscale Eddies in the Lofoten Basin // Russian Journal of Earth Sciences. — 2020. — Vol. 20. — P. 6011. — DOI: 10.2205/2020ES000720. Жмур В. В., Новоселова Е. В., Белоненко Т. В. Особенности формирования поля плотности в мезомасштабных вихрях Лофотенской котловины. Часть 2 // Океанология. — 2022. — Т. 62, № 3. — С. 341—356. Belonenko T. Topographic experiments over dynamical processes in the Norwegian Sea // Russ. J. Earth. Sci. — 2021. — Vol. 21, ES1006. — DOI: 10.2205/2020ES000747. Жмур В. В., Панкратов К. К. Динамика мезомасштабного вихревого образования в поле течения крупного интенсивного вихря // Океанология. — 1990. — Т. 30, № 2. — С. 170—178. Dritschel D. On the stabilization of a two-dimensional vortex trip by adverse hear // Journal of Fluid Mechanics. — 1989. — Vol. 206. — P. 193–221. Зинченко В. А., Гордеева С. М., Собко Ю. В. и др. Мезомасштабные вихри Лофотенской котловины по спутниковым данным // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. — 2019. — Т. 12, № 3. — С. 46—54. Faghmous J. A daily global mesoscale ocean eddy dataset from satellite altimetry // Scientific Data. — 2015. — Vol. 2. — P. 150028. — DOI: 10.1038/sdata.2015.28. Сандалюк Н. В., Белоненко Т. В. Основная изменчивость термохалинной структуры мезомасштабных вихрей в регионе Лофотенской котловины // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. — 2021. — Т. 14, № 1. — С. 15—30. Gordeeva S. Statistical analysis of long-lived mesoscale eddies in the Lofoten Basin from satellite altimetry // Advances in Space Research. — 2020. — Vol. 68, 2. — P. 364–377. — DOI: 10.1016/j.asr.2020.05.043. Травкин В. С., Белоненко Т. В. Исследование вихревой изменчивости в Лофотенской котловине на основе анализа доступной потенциальной и кинетической энергии // Морской гидрофизический журнал. — 2021. — Т. 37, № 3. — С. 318—332. Kida S. Motion of an Elliptic Vortex in Uniform shear flow // J. phys. Soc. Japan. — 1981. — Vol. 50, no. 10. — P. 3517–3520. Artal O., Sepúlveda H. H., Mery D., et al. Detecting and characterizing upwelling filaments in a numerical ocean model // Computers & Geosciences. — 2019. — Vol. 122. — P. 25—34. McWilliams J., Colas F., Molemaker M. Cold filamentary intensification and oceanic surface convergence lines // Geophysical Research Letters. — 2009. — Vol. 36. — P. L18602. — DOI: 10.1029/2009GL039402. Belonenko T., Zinchenko V., Gordeeva S., et al. Evaluation of Heat and Salt Transports by Mesoscale Eddies in the Lofoten Basin // Russian Journal of Earth Sciences. — 2020. — Vol. 20. — ES6011. Raj R. P., Halo I., Chatterjee S., et al. Interaction Between Mesoscale Eddies and the Gyre Circulation in the Lofoten Basin // Journal of Geophysical Research: Oceans. — 2020. — Vol. 125, no. 7. — e2020JC016102. — DOI: 10.1029/2020JC016102. Belonenko T., Travkin V. S., Koldunov A. V., et al. Topographic experiments over dynamical processes in the Norwegian Sea // Russian Journal of Earth Sciences. — 2021. — Vol. 21. — ES1006. Raj R. P., Johannessen J. A., Eldevik T., et al. Quantifying mesoscale eddies in the Lofoten Basin // Journal of Geophysical Research: Oceans. — 2016. — Vol. 121, no. 7. — P. 4503–4521. — DOI: 10.1002/2016JC011637. Dritschel D. G. On the stabilization of a two-dimensional vortex trip by adverse hear // Journal of Fluid Mechanics. — 1989. — Vol. 206. — P. 193—221. Raj R. P., Chafik L., Nilsen J. E. O., et al. The Lofoten Vortex of the Nordic Seas // Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. — 2015. — Vol. 96. — P. 1–14. — DOI: https://doi.org/10.1016/j.dsr.2014.10.011. Faghmous J. H., Frenger I., Yao Y., et al. A daily global mesoscale ocean eddy dataset from satellite altimetry // Scientific Data. — 2015. — Vol. 2. — P. 150028. Sandalyuk N., Belonenko T. Seasonal Variability of the Thermohaline Structure of the Mesoscale Eddies in the Lofoten Basin // Fundamentalnaya i Prikladnaya Gidrofizika. — 2021. — Vol. 14, no. 1. — P. 15–30. — DOI: 10.7868/S2073667321010020. — (in Russian). Gordeeva S., Zinchenko V., Koldunov A., et al. Statistical analysis of long-lived mesoscale eddies in the Lofoten Basin from satellite altimetry // Advances in Space Research. — 2021. — Vol. 68, no. 2. — P. 364—377. Travkin V., Belonenko T. Seasonal variability of mesoscale eddies of the Lofoten Basin using satellite and model data // Russian Journal of Earth Sciences. — 2019. — Vol. 19, no. 5. — ES5004. — DOI: 10.2205/2019ES000676. Kida S. Motion of an Elliptic Vortex in a Uniform Shear Flow // Journal of the Physical Society of Japan. — 1981. — Vol. 50, no. 10. — P. 3517—3520. Travkin V., Belonenko T. Study of the Mechanisms of Vortex Variability in the Lofoten Basin Based on Energy Analysis, Physical Oceanography : [e-journal]. — 2021. — DOI: 10.22449/1573-160X-2021-3-294-308. McWilliams J. C., Colas F., Molemaker M. J. Cold filamentary intensification and oceanic surface convergence lines // Geophysical Research Letters. — 2009. — Vol. 36, no. 18. — P. L18602. Volkov D., Belonenko T., Foux V. Puzzling over the dynamics of the Lofoten Basin - a sub-Arctic hot spot of ocean variability // Geophysical Research Letters. — 2013. — Vol. 40. — P. 738–743. — DOI: 10.1002/grl.50126. Raj R. P., Chafik L., Nilsen J. E. O., et al. The Lofoten Vortex of the Nordic Seas // Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. — 2015. — Vol. 96. — P. 1—14. Zhmur V. Mesoscale eddies of Global Ocean // GEOS, Moscow. — 2011. — Vol. 289. Raj R. P., Halo I., Chatterjee S., et al. Interaction Between Mesoscale Eddies and the Gyre Circulation in the Lofoten Basin // Journal of Geophysical Research: Oceans. — 2020. — Vol. 125, no. 7. — e2020JC016102. Zhmur V., Novoselova E., Belonenko T. Peculiarities of Formation the of Density Field in Mesoscale Eddies of the Lofoten Basin: Part 1 // Oceanology. — 2021a. — Vol. 61, no. 6. — P. 830–838. — DOI: 10.1134/S0001437021060333. Raj R. P., Johannessen J. A., Eldevik T., et al. Quantifying mesoscale eddies in the Lofoten Basin // Journal of Geophysical Research: Oceans. — 2016. — Vol. 121, no. 7. — P. 4503—4521. Zhmur V., Novoselova E., Belonenko T. Potential vorticity in the Ocean: Ertel and Rossby approaches with estimates for the Lofoten Vortex, Izv // Atmos. Ocean. Phys. — 2021b. — Vol. 57, no. 6. — P. 632–641. — DOI: 10.1134/S0001433821050157. Travkin V. S., Belonenko T. Seasonal variability of mesoscale eddies of the Lofoten Basin using satellite and model data // Russian Journal of Earth Sciences. — 2019. — Vol. 19, no. 5. — ES5004. Zhmur V., Novoselova E., Belonenko T. Peculiarities of Formation the of Density Field in Mesoscale Eddies of the Lofoten Basin: Part 2 // Oceanology. — 2022. — Vol. 62, no. 3. — P. 289–302. — DOI: 10.1134/S0001437022030171. Volkov D. L., Belonenko T. V., Foux V. R. Puzzling over the dynamics of the Lofoten Basin - a sub-Arctic hot spot of ocean variability // Geophysical Research Letters. — 2013. — Vol. 40, no. 4. — P. 738—743. Zhmur V., Pankratov K. Dynamics of mesoscale vortex formation in the flow field of a large intense vortex // Oceanology. — 1990. — Vol. 30, no. 2. — P. 170–178. — (in Russian). Zhmuir V. V., Novoselova E. V., Belonenko T. V. Peculiarities of Formation the of Density Field in Mesoscale Eddies of the Lofoten Basin: Part 1 // Oceanology. — 2021. — Vol. 61, no. 6. — P. 830—838. Zinchenko V. A. Analysis of Mesoscale eddies in the Lofoten Basin based on satellite altimetry // Fundamentalnaya i Prikladnaya Gidrofizika. — 2019. — Vol. 12, no. 3. — P. 46–54. — DOI: 10.7868/S2073667319030067.