ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ О ЗЕМЛЕ
ДИНАМИКА АНТИЦИКЛОНИЧЕСКИХ ВИХРЕЙ И БЫСТРОЕ ОБНОВЛЕНИЕ ВОД УССУРИЙСКОГО ЗАЛИВА (ЯПОНСКОЕ МОРЕ) ПО СПУТНИКОВЫМ И МОРСКИМ НАБЛЮДЕНИЯМ
© 2013 г. К. А. Рогачев
Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН, Владивосток
E-mail: rogachev@poi.dvo.ru Поступила в редакцию 26.03.2012 г.
Динамика вод на шельфе и континентальном склоне залива Петра Великого исследована недостаточно. В придонном слое Амурского и Уссурийского заливов может наблюдаться низкая концентрация растворенного кислорода, причина которой не ясна. В тоже время механизм вентиляции (обновления) придонных вод Уссурийского залива и его бухт до сих пор не определен. В работе на основе спутниковых и прямых наблюдений изучена динамика вод Уссурийского залива и прилегающих районов залива Петра Великого. Спутниковые наблюдения включают изображения различных каналов радиометра AVHRR спутников NOAA и данные MODIS Aqua и Terra, предоставленные Центром коллективного пользования регионального спутникового мониторинга ДВО РАН. Для того чтобы установить характеристики антициклонических вихрей, в дополнение к этим данным, выполнены измерения придонного давления, течений, температуры и солености. Антициклонические вихри, расположенные у границы шельфа формируют антициклоническую циркуляцию в Уссурийском заливе и могут быстро менять структуру его вод. Спутниковые и прямые наблюдения показали, что антициклонический вихрь формирует подъем вод на границе шельфа. В результате происходит быстрое обновление придонного слоя Уссурийского залива. Такая вентиляция вод приводит к быстрому понижению температуры (около 15°С), росту солености и плотности.
Ключевые слова: антициклонические вихри, вентиляция придонных вод, Уссурийский залив
Б01: 10.7868/80205961413020103
ВВЕДЕНИЕ
Уссурийский залив и его бухты являются важным местом культивирования трепанга и моллюсков (Гаврилова и др., 2008, 2010). В северной части Уссурийского залива сохранилась также небольшая популяция анадары (Афейчук и др., 2004; Олифиренко и др., 2007; Седова и др., 2009). Вместе с тем динамика вод на шельфе залива Петра Великого исследована недостаточно. В настоящее время нет долговременных прямых измерений течений, не определены характеристики циркуляции вод в самом заливе и, особенно, в его бухтах. Результаты расчетов циркуляции вод в бухте Суходол и Уссурийском заливе противоречат инструментальным наблюдениям (Афейчук и др., 2004; Будаева и др., 2006, 2010; Рогачев, 2010). Важная мотивация исследования динамики вод связана с необходимостью понять механизм вентиляции нижнего слоя вод, меняющий концентрацию растворенного кислорода. Кроме того, в Приморском крае и в Амурском заливе сохранились нерестовые реки. Известно, что основным фактором, который определяет распределение
лососей в море, является температура (Welch et al., 1995, 1998). Например, для кеты максимальная температура обитания в море составляет около 10°С. Высокая температура во всей водной толще (больше 10°С), по крайней мере, существенно сдвигает сроки возврата лососей к местам нереста. Поэтому важно понять, как быстро меняется температура и в чем причина таких изменений.
Спутниковые наблюдения в других районах показывают, что поток вод на шельф прямо связан с присутствием вихрей на континентальном склоне (Okkonen,1996). Известно, что антициклонические вихри существенно меняют циркуляцию и термохалинную структуру вод (Okkonen, 1996; Рогачев, Шлык, 2009; Rogachev et al., 2007). Кроме того, процесс формирования вихрей в заливе отражает изменение ветрового воздействия (Рогачев, Шлык, 2011).
Для определения доминирующих физических процессов, влияющих на динамику вод в заливе, в настоящей работе использованы спутниковые данные вместе с прямыми наблюдениями за тер-мохалинной структурой вод, уровнем моря и те-
130.5° 131.0° 131.5° 132.0° 132.5° 133.0° 130.5° 131.0° 131.5° 132.0° 132.5° 133.0° 130.5°131.0° 131.5°132.0°132.5°133.0°
13.5 15.0 16.0 17.5 18.0 18.5 19.0 19.5 20.0 20.5 21.0 14.0 16.0 17.0 19.0 °С
Рис. 1. Район исследований, и положение антициклонических вихрей в разные годы: а — данные от 14.09.2007 г. (черными стрелками показана схема циркуляции вод); б — поле поверхностной температуры по данным КОЛА-18 от 08.09.2008 г.; в — поле поверхностной температуры по данным КОЛЛ-17 от 22.09.2009 г.
чениями. Приводятся временные ряды температуры, солености, и скорости течения, для того чтобы определить механизм обновления придонных вод в нижнем слое Уссурийского залива. Именно высокая температура нижнего слоя может привести к значительному уменьшению концентрации растворенного кислорода. Однако механизм, ответственный за обновление вод залива до сих пор не установлен. Возможным механизмом может служить подъем вод вверх по склону шельфа, созданный динамикой вихрей. Поэтому в настоящей работе рассматриваются характеристики антициклонических вихрей, для того чтобы определить их роль в динамике вод залива.
ДАННЫЕ И МЕТОД
Спутниковые наблюдения включают данные спутников серии NOAA, Aqua и Terra, предоставленные Центром коллективного пользования регионального спутникового мониторинга ДВО РАН. Для того чтобы понять динамику вод, в дополнение к этим данным выполнены измерения течений, температуры, придонного давления и солености. Для измерения придонного давления использовался измеритель уровня моря WLR Aanderaa. Для регистрации течений использовались электромагнитные измерители течений S4 Interocean на заякоренных буях. Зондирования выполнялись СТД-зондом SBE-19. Наблюдения были выполнены в 2007—2011 гг. Постановка буев с измерителями течений позволила определить характеристики течений Уссурийского залива. Район работ, положение выставленных буев с измерителями течений и части станций показаны на рис. 1. Глубина постановки буя в бухте Суходол
в 2010—2011 гг. составляла 13 м, а измерителей течений и давления в центральной части Уссурийского залива — 43 м. Инструмент S4ADW в бухте располагался на глубине 7 м, и поэтому его данные отражают течение в промежуточном слое. Буй в проливе Аскольд был выставлен на глубине 30 м, а инструмент S4 1Пегоееап располагался на горизонте 7 м. Данные о скорости ветра, атмосферном давлении, и температуре воздуха получены на сайте www.rp5.ru.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Спутниковые наблюдения
Антициклонические вихри диаметром около 100 км регулярно присутствуют у континентального склона. Их положение в разные годы показано на рис. 1, 2.
На рис. 1 показан антициклонический вихрь с центром 42°20' с.ш., 131°30' в.д., который формирует струю теплой воды, проникающую в Уссурийский залив. В юго-восточной части Уссурийского залива хорошо видна область пониженной температуры. Холодное вторжение в область вихря видно на 42°30' с.ш., 131°45' в.д. Положение буев показано звездами. Широкими линиями показаны разрезы со станциями, часть из которых приведена на рис. 4.
Вихрь А1 диаметром около 100 км с центром на 41°45' с.ш., 131°45' в.д. в 2007 г. был расположен в западной части залива Петра Великого. К востоку от него находился вихрь А2, который имел меньший размер и эллиптическую форму. Данные 2007 г. приведены в связи с тем, что положение вихрей А1 и А2 в этот год было приблизительно таким же, как в 2008 г. Динамика вихрей в сентяб-
а б
130.5° 131.0° 131.5° 132.0° 132.5° 130.5° 131.0° 131.5° 132.0° 132.5° 43.5°
43.0°
п I г
14.915.516.016.517.017.5 18.4 °С
г
130.5° 131.0° 131.5° 132.0° 132.5°
42.5°
42.0°
41.5°
41.0°
т-1
15.3 16.016.517.017.5 18.2 °С в
130.5° 131.0° 131.5° 132.0° 132.5° 43.5
43.0°
42.5°
42.0°
41.5°
41.0°
1-1
13.8 15.0 16.0 17.0 18.7 °С 15.2 16.0 16.5 17.5 17.6 °С
Рис. 2. Динамика антициклонических вихрей А1 и А2 в 2008 г.: а - 27.09.2008 г.; б - 28.09.2008 г.; в - 30.09.2008 г.; г - 03.10.2008 г
а
10.89
12.0 13.00
Температура, '
14.76
С
0 20 40 60 80 100
20
а, 40
я
ю
ч 60
1-4
80
100
5 10
Температура, °С
33.2 33.4 33.6 33.8 34.0
Соленость, епс
г
0
25.0 25.5 26.0 26.5 27.0 27.5 Условная плотность, кг/м3
Рис. 3. Вертикальная структура температуры, солености и плотности в антициклоническом вихре А1 в 2009 г.: а — антициклонический вихрь в поле поверхностной температуры 06.10.2009 г. по данным КОАЛ и положение станций в области вихря 04.11.2009 г.; и вертикальные профили: б — температуры; в — солености; г — плотности.
0
0
ре—октябре 2008 г. показана на рис. 2. Струя теплых вод шириной около 20 км смещалась на восток вдоль 42°15' с.ш. (рис. 2а, б), восточная граница вихря А2 также двигалась на восток вдоль 42°30' с.ш. Однако к северу от этой теплой струи хорошо выражена струя холодных вод, направленная от 42°30' с.ш., 131°30' в.д. к Уссурийскому заливу (рис. 2а). Особенно хорошо она выражена на рис. 1а. Между вихрями А1 и А2 был сформиро-
ван переходный циклонический вихрь диаметром 25 км с центром 42°15' с.ш., 132°15' в.д. (рис. 2в, г). Температура воды на поверхности вихря А2 в конце сентября составляла около 18°С, в то время как в холодной области к востоку от пролива Аскольд температура была на 13°С ниже. Температура воды в теплой струе вихря А1 была более 18°С. Северная часть вихря А2 (рис. 2) захватывала Уссурийский залив. По северной границе вихрей А1 и
43.4° N 43.3° N 43.2° N 43.1° N 43° N 42.9° N
ю ч
8 Я
о ч <ч
св
Трог-0, °с
0 5
л
Я 10
131.6° Е 132° Е 132.4° Е
131.8° Е 132.2° Е
в Sigma-0, кг/м3
25 30
л
10
ю 1и ч
§ 15 я
о
§ 20
св
ч
25 30
0 5
10 15
Соленость, епс
25
24.5 &
10
24 10
23.5 § 15 н
23 | 20
Л
Ч
22.5 25
22
30
10
15
10
15
22 20 18 16 14
34.5
34
33.5
33
32.5
32
31.5
31
Рис. 4. Поперечные разрезы потенциальной температуры, солености и плотности в Уссурийском заливе 12.09.2008 г.
А2 в Уссурийский залив распространялись струи холодной воды (рис. 1а, 2а). В сентябре 2008 г. холодная струя распространялась по границе антициклонического вихря и проникала далеко в Уссурийский залив (рис. 1б). Положение вихря А1 в 2009 г. и вертикальные профили его характеристик показаны на рис. 3.
Прямые океанографические наблюдения
Приливные течения
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.