= ФИЗИКА МОРЯ
УДК 551.465
ГИДРОФИЗИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ БОЛЬШОГО АРАЛЬСКОГО МОРЯ ОСЕНЬЮ 2013 г.: ТЕРМИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА, ТЕЧЕНИЯ,
ВНУТРЕННИЕ ВОЛНЫ
© 2014 г. А. С. Ижицкий1, Е. Е. Химченко1, П. О. Завьялов1, А. Н. Серебряный2
1 Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва
2 Акустический институт им. Н.Н. Андреева РАН, Москва
e-mail: izh@ocean.ru, peter@ocean.ru Поступила в редакцию 03.02.2014 г.
В работе рассматривается гидрофизическое состояние западного бассейна Большого Аральского моря в современных условиях глубокого экологического кризиса. Исследование выполнено на основе результатов прямых измерений, полученных в ходе полевых работ на Аральском море осенью 2013 г. Приведен анализ распределений температуры на двух поперечных разрезах через западный бассейн. Получены серии скорости течений в 4-х точках и проанализирован отклик циркуляции вод западного бассейна на ветровое воздействие. На основе полученных данных о временной изменчивости температурных полей впервые для современного Арала установлены основные характеристики внутренних волн.
DOI: 10.7868/S0030157414040054
ВВЕДЕНИЕ
До второй половины прошедшего века Аральское море занимало четвертое место по площади среди крупнейших озер планеты, уступая лишь Каспийскому морю и озерам Верхнее и Виктория. С 1960 г. уровень Аральского моря начал катастрофически падать, главным образом, в связи с интенсивным отбором стока питающих море рек Амударья и Сырдарья на нужды ирригации. По сравнению с "условно-естественным" состоянием моря, уровень его к настоящему времени понизился более чем на 26 м, вследствие чего море потеряло более 90% объема своих вод [5]. Высыхание Аральского моря привело к глубоким изменениям его экосистемы, развитию процессов опустынивания на окружающей территории, значительным социально-экономическим последствиям для региона. Но значение экологического кризиса Аральского моря не ограничивается только региональными и прикладными аспектами. Современный Арал является своего рода природной моделью отклика физических, химических и биологических систем крупного внутреннего водоема аридной зоны на экстремальные антропогенные вмешательства.
В течение десятилетия с начала 1990-х до начала 2000-х гг (т.е. в период наиболее глубоких изменений экологического состояния) натурные исследования в Аральском море, некогда очень хорошо обеспеченном данными, многократно сократились. Отчасти это объясняется полным прекращением судоходства и относительной труднодоступностью моря в его но-
вых границах и связанными с этим техническими трудностями при организации полевых работ, отчасти — экономическими и политическими последствиями распада СССР В результате многие базовые характеристики быстро меняющегося Аральского моря оказались к началу нового тысячелетия практически неизвестными. Особенно это относится к гидрологии и гидрохимии его водной массы. Между тем именно физические и химические свойства вод моря в значительной степени определяют условия существования морских и прибрежных экосистем. Поэтому в 2002 г. Институтом океанологии им. П.П. Ширшова РАН (ИО РАН) в сотрудничестве с рядом других научных организаций России, Узбекистана и Казахстана была начата программа натурного мониторинга Большого Аральского моря (так принято называть основную, южную, часть бывшего моря — в отличие от его меньшей северной части, отделившейся в ходе высыхания на рубеже 1980-х и 1990-х гг. и традиционно называемой Малое Аральское море).
Информация, представленная в этой статье, была получена в очередной, пятнадцатой по счету аральской экспедиции ИО РАН в октябре-ноябре 2013 г. Таким образом, данная статья представляет собой продолжение серии связанных между собой публикаций [4, 5, 13, 17 и др.].
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И НАТУРНЫЕ ДАННЫЕ
Морские измерения были выполнены с помощью 3-х моторных лодок в период с 29 октября по
451
2*
(а)
(б)
44.5 -
43.5 -
59
60
Глубина, м 60 50 40 30 20 10 0
61
°в.д.
45.0 -
44.5 -
58.5
59.0
59.5
Глубина, м
36 32 28 24 20 16 12 8 4 0
60.0 °в.д.
Рис. 1. Батиметрия Аральского моря, уровень 1960 г. (а); батиметрия Большого Аральского моря, уровень 2013 г. (б). Восточный бассейн Большого Арала изображен схематически. Прямоугольником выделен полигон натурных исследований в экспедиции 2013 г.
о
о
3 ноября 2013 г. Экспериментальный полигон находился в центральной, наиболее глубокой части западного бассейна Большого Аральского моря, севернее мыса Актумсук в районе одноименной метеостанции (рис. 1). В ходе экспедиции выполнялись: CTD-зондирование водной колонны от поверхности до дна (вертикальные профили температуры и солености); измерения скорости и направления морских течений на 4-х заякоренных станциях; измерения временной изменчивости уровня водной поверхности датчиками давления на тех же заякоренных станциях; измерения временной изменчивости температуры вод на различных горизонтах водной колонны цепочками тер-мисторов на тех же заякоренных станциях. Также осуществлялась регистрация основных метеорологических параметров (скорость и направление ветра, давление, температура воздуха) портативной метеостанцией, установленной на западном берегу у уреза воды (рис. 2). Значения скорости ветра были затем пересчитаны в напряжение трения ветра по формуле, приведенной в работе [15].
CTD-профилирование выполнялось с борта надувных лодок 0рион-20 и Орион-25 с помощью океанографических зондов 8ВЕ 19р1ш и 8ВЕ 25, опускаемых на ручной лебедке. Точки профилирования располагались на двух нормальных берегу разрезах, проходивших через наиболее глубокий участок западного бассейна от западного берега до восточного. Южный разрез от точки Актумсук включал в себя 5 станций (рис. 2). В 10 км севернее был сделан второй поперечный разрез, состоящий
из четырех станций. Общая протяженность каждого из разрезов составила около 16 км. Максимальная глубина на обоих разрезах равнялась 35 м.
Интерпретация CTD-данных по солености, полученных в ходе измерений на Аральском море, сталкивается с серьезными трудностями в связи со специфическим, существенно отличающимся от океанского ионно-солевым составом водоема. Для корректировки данных ранее нами успешно использовалась специальная процедура (например, [5]). Однако в этой статье мы не будем использовать данные по солености, а ограничимся обсуждением термической структуры водоема. Данные по солености вод западного бассейна находятся в процессе лабораторной обработки и станут доступны позднее.
В ходе экспедиции также проводились измерения скоростей и направлений морских течений, для чего была выполнена установка 4-х заякоренных станций. Станции устанавливались на линиях CTD-разрезов в областях резкого свала глубин у западного и восточного склонов бассейна (рис. 2). Две из них располагались на глубине 25 м у западного склона бассейна, а две другие — на глубине 23 м у восточного. Расстояние между соседними заякоренными станциями составляло 10 км. На каждой заякоренной станции с дискретностью 10 мин измерялись скорости и направления придонных течений (на расстоянии около 1 м от дна) с помощью измерителей течений 8еаНогее [14]. Кроме того, на западной заякоренной станции южного разреза (станция '-1), в приповерхностном
°с.ш.
•1 <2 +3
Рис. 2. Схематическое изображение выполненных работ. 1 — СТО-станции, 2 — заякоренные станции, 3 — метеостанция.
слое был установлен акустический измеритель течений №йек ЛдиаОорр, измерявший скорость и направление течения, а также температуру воды и давление (т.е. изменчивость уровня морской поверхности) также с дискретностью 10 мин.
Эти же заякоренные станции также использовались для регистрации внутренних волн. С этой целью на них были установлены 4 гирлянды датчиков температуры. Каждая гирлянда состояла из автономных датчиков температуры производства фирмы 81аг-Оё& типа О8ГсепИ-Г и О8ГсепИ-ГО (датчик температуры и глубины). Разрешение датчиков температуры составляло 0.03°С, а точность — 0.1°С. Термисторы были синхронизированы по времени между собой и вели регистрацию с дискретностью 30 с. Станция '-1, оснащенная 5-ю датчиками, была установлена 29 октября, начало записи — в 18:00 (здесь и далее время местное). Станции Е-1, Е-2, '-2 были установлены 30 октября (старт записи — в 13:00). На каждой из последних трех станций, помимо датчиков температуры, применялся датчик температуры и давления, который помещался на глубину 15 м
и находился в верхнем квазиоднородном слое моря. Остальные датчики гирлянды на каждой станции устанавливались на расстоянии 1 м от дна и далее последовательно вверх через 1 м. Датчики были установлены таким образом, чтобы охватить слой термоклина, верхняя граница которого находилась на глубине 20 м.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Термическая структура. Вертикально-зональные распределения температуры в западном бассейне Большого Аральского моря, полученные на СТД — разрезах во время экспедиции, представлены на рис. 3. Верхний квазиоднородный слой с величинами температуры около 12°С простирался до глубин 19—21 м. Под его нижней границей располагался резкий термоклин, характеризовавшийся уменьшением значений температуры до 4.6— 4.7°С на глубине 28—30 м. Ниже термоклина располагался придонный слой с очень слабо выраженной температурной инверсией (ростом температуры ко дну) при величине температуры менее 5°С.
5 10
3 15
а,
я 20
б у
Гл 25
30 35 40
т, °с
й Шй';:
' ' ' : :. . : -
I- 12 11 10 I- 9 8 I- 7 6 I- 5
58.40 I
58.45
58.50 58.55
III (б) IV V
58.60
58.65 °в.д.
5 Н
10
а,
я 20
б у
^^ 25 -| 30 35 -I 40
т, °с
12
11
10
9
8
7
6
5
58.35
58.40
58.45
58.50
58.55
58.60 °в.д.
Рис. 3. Вертикальное распределение температуры на северном (а) и южном (б) поперечных разрезах через западный бассейн Большого Аральского моря 30.10.2013 г.
Отметим, что наличие инверсии температуры в придонном слое западного бассейна в осенний период нередко отмечалось и ранее. В предыдущих работах было показано, что такие инверсии связаны с проникновением в придонный слой западной котловины более теплых (за счет летнего прогрева), но более соленых вод мелководного
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.