УДК 551.465.43(262.5)
Характерные черты динамики и структуры вод прибрежной зоны Черного моря
В, Б. Титов*, О. И. Прокопов*
Рассмотрены специфические особенности горизонтального и вертикального движения вод и их гидрофизической структуры в прибрежной зоне Черного моря. Внешняя граница прибрежной зоны проходит через область максимальных горизонтальных градиентов температуры воды, солености и плотности, через стрежень Кольцевого циклонического течения. Удаление внешней границы прибрежной зоны от берега составляет около 20 миль.
Прибрежные воды являются зоной максимального антропогенного воздействия, степень которого определяется интенсивностью поступления загрязняющих веществ с атмосферными осадками, смывающими с полей удобрения и гербициды, со сточными водами, включающими промышленные и хозяйственные отходы, с режимом речного стока [5]. Для детального изучения гидрологических и гидрофизических процессов и их роли в самоочищении вод, мониторинга антропогенного воздействия, оценки экологического состояния прибрежных вод и разработки природоохранных мероприятий необходимо определить границы прибрежной зоны и особенности динамики и структуры вод в ее пределах. Это и является целью настоящей работы.
В качестве границ (вертикальных или горизонтальных) между водными массами с различными свойствами принимаются обычно поверхности максимальных градиентов гидрофизических характеристик. Поскольку прибрежные воды в Черном море отличаются по своим термохалинным характеристикам от вод открытого моря, то естественной вертикальной границей между ними следует считать область максимальных горизонтальных градиентов гидрофизических полей. За нижнюю границу прибрежной зоны предлагается принять глубину, на которой горизонтальные градиенты, постепенно уменьшаясь, устремляются к нулю и водные массы по горизонтам практически однородны. Таким образом» форма и площадь прибрежной зоны определяются контуром береговой черты и конфигурацией ее внешней границы, а объем прибрежных вод — площадью зоны и глубиной вырождения горизонтальных градиентов.
Вследствие кинематического подъема вод в центре основной циклонической циркуляции вод Черного моря (центральная зона дивергенции [4]) изоповерхности всех гидрофизических и гидрохимических полей имеют наклон от центра моря в сторону берега. На фоне этого плавного хода изо-
* Южное отделение Института океанологии им. П. П. Ширшова Российской академии наук.
Рис. 1. Положение внешней вертикальной границы прибрежной зоны (жирный пунктир) на стандартном 100-мильном разрезе от Геленджика к центру моря в феврале 1994 г.
о) скорость геострофическихтечений; б)температура воды; в)соленость;г) условная плотность.
поверхностей их наклон резко увеличивается в стрежне Кольцевого циклонического течения* поперек его струи. Поэтому здесь наблюдаются максимальные горизонтальные градиенты гидрофизических и гидрохимических полей, что дает основание считать стрежень Кольцевого циклонического течения фронтальной зоной и внешней границей прибрежной зоны. Положение внешней границы прибрежной зоны на стандартном 100-мильном разрезе (Геленджик — центр моря) по нормали к берегу показано на рис. 1. Видно, что наибольшие наклоны изотерм, изохалин и изопикн, а следовательно и их максимальные горизонтальные градиенты, приурочены к стрежню Кольцевого циклонического течения, который находится в 15 милях от берега, а ширина потока этого течения составляет около 40 миль.
Значения горизонтальных градиентов гидрофизических характеристик поперек потока Кольцевого циклонического течения приведены в табл. 1. Станции (1—7) в таблице расположены справа — налево — от берега в море (как и на рис. 1). Как видно из данных таблицы, в толще вод от 25—50 до 300—400 м четко прослеживается ядро максимальных горизонтальных градиентов гидрофизических характеристик между станциями 3 и 5, которое совпадает с положением стрежня Кольцевого циклонического
* Новое, более обоснованное название течения вместо устаревшего — Основное черноморское течение [2].
Таблица 1
Горизонтальные градиенты гидрофизических характеристик вод прибрежной зоны Черного моря
Горизонт, м Градиент между станциями
7—6 6—5 1 5—4 1 4-3 I 3—2 2—1
Температура воды, "С!миля
0 -0,112 -0,057 -0,084 -0,028 0,026 0,048
25 -0,004 -0,012 -0,228 -0,124 0,044 0,038
50 0,035 0,084 0,030 -0,318 0,048 0,028
75 0,029 0,041 0,136 -0,032 -0,092 -0,028
100 0,011 0,020 0,076 0,140 0,034 -0,116
125 0,005 0,012 0,050 0,102 0,114
150 0,004 0,009 0,032 0,048 -0,020
175 0,004 0,004 0,018 0,018 -0,012
200 0,001 0,004 0,010 0,012 -0,008
250 0,001 0,001 0,006 0,004 0,0
300 0,0 0,001 0,002 0,002 0,002
400 0,001 0,0 0,0 0,002 0,0
500 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
Соленость, %е!миля
0 0,048 0,009 0,014 0,004 -0,002 -0,008
25 0,008 0,007 0,060 0,018 0,002 -0,004
50 0,045 0,076 0,104 0,032 0,042 -0,002
75 0,044 0,051 0,128 0,134 0,052 0,042
100 0,019 0,029 0,100 0,168 0,050 0,158
125 0,005 0,024 0,078 0,124 0,146
150 0,009 0,019 0,052 0,074 -0,038
175 0,007 0,012 0,032 0,028 -0,020
200 0,003 0,013 0,018 0,022 -0,006
250 0,008 0,004 0,012 0,012 0,004
300 0,004 0,0 0,008 0,010 0,006
400 0,001 0,001 0,004 0,010 0,004
500 0,0 0,002 0,0 0,006 0,0
Плотность, усл. ед./мияя
0 0,048 0,012 0,022 0,004 -0,004 -0,001
25 0,007 0,007 0,068 0,026 -0,002 -0,006
50 0,031 0,052 0,080 0,058 0,026 -0,004
75 0,032 0,033 0,086 0,110 0,050 0,036
100 0,013 0,020 0,070 0,116 0,036 0,141
125 0,004 0,016 0,056 0,086 0,102
150 0,007 0,013 0,036 0,052 0,026
175 0,005 0,008 0,024 0,020 0,014
200 0,001 0,009 0,014 0,016 0,004
250 0,007 0,003 0,008 0,010 0,004
300 0,004 0,001 0,008 0,008 0,004
400 0,0 0,001 0,002 0,008 0,002
500 0,0 0,001 0,0 0,006 0,0
течения. Наибольшие градиенты (до 0,10—0,17 единиц на милю) относятся к слою 50—125 м. На глубине 300—400 м они уменьшаются до 0,008—0,002 единиц на милю, а на горизонте 500 м практически отсутствуют. Частичное нарушение указанного распределения градиентов наблюдается лишь в поверхностном слое и вблизи дна на шельфе (станции 1—2), что может быть связано с переменным воздействием таких факто-
ров как ветер, волнение, инерционные движения вод, возмущения потока в придонном слое. Экспериментальные данные, представленные на рис. 1 и в табл. 1, позволяют принять в качестве внешней границы прибрежной зоны область максимальных горизонтальных градиентов гидрофизических характеристик в стрежне Кольцевого циклонического течения, которая распространяется в глубину до 500 м от поверхности моря.
Таким образом, в пространственной гидрофизической структуре вод Черного моря можно выделить три зоны: прибрежную, центральную, или зону открытого моря, и разделяющую их фронтальную зону Кольцевого циклонического течения. Гидрофизические характеристики вод в указанных структурных зонах (по средним многолетним данным) для зимы и лета приведены на рис. 2. Характеристики вод Кольцевого циклонического течения имеют промежуточные значения, так как являются продуктом длительного динамического взаимодействия с водами как прибрежной, так и центральной зоны бассейна. Наибольшие различия гидрофизических характеристик вод в указанных зонах наблюдаются в слое 50—250 м. В верхнем 20—25-метровом слое процессы перемешивания сглаживают эти различия. Воды прибрежной зоны отличаются пониженными значениями солености и плотности. Различия по температуре неоднозначны: в верхнем слое выше минимума температуры она больше, а ниже минимума — меньше, чем в Кольцевом циклоническом течении и в центральной зоне (см. рис. 2).
На глубинах порядка 500 м значения гидрофизических характеристик почти одинаковы, а горизонтальные градиенты близки к нулю (см. табл. 1), Поскольку Кольцевое циклоническое течение на этой глубине практически отсутствует, то горизонтальные градиенты ничтожно малы и, следовательно, вертикальная граница между прибрежной и центральной зонами исчезает.
7 8 гс 18 13 го г1 ♦/« го 12 14 кт*
Рис. 2. Среднее многолетнее вертикальное распределение температуры воды (в, г), солености (б, д) и условной плотности (в, е) в прибрежной зоне (I), зоне Кольцевого циклонического течения (2) и в центральной зоне (5) зимой (март; а—е) и летом (июль; г—в).
Рис. 3. Обобщенная схема циркуляции вод Черного моря.
/) Кольцевое циклоническое течение — среднее положение стрежня, определяющее внешнюю границу прибрежной зоны; 2) меандры Кольцевого циклонического течения; 3) прибрежные антициклонические вихри (ПАВ); 4) циклонические вихри; 5) центры квазистационарных циклонических круговоротов; б и 7) батумский и севастопольский антяциклоинческие вихрн.
Еще более значительные различия существуют между гидродинамическими характеристиками Кольцевого циклонического течения и прибрежной зоны. Кольцевое циклоническое течение является важнейшим элементом циркуляции вод Черного моря. Оно сформировано и поддерживается системой преобладающих ветров, влиянием халинных факторов, очертанием берегов и особенностями рельефа [1, 8]. Кольцевое течение непрерывной полосой проходит через всю акваторию моря по его периметру в направлении против часовой стрелки (циклоническая циркуляция) (рис. 3). Скорость в стрежне течения зимой составляет обычно 60—80 см/с, а при сильных штормовых ветрах северо-восточного, восточного или юго-восточного румбов может увеличиваться до 100—120 см/с. Летом скорость в стрежне Кольцевого циклонического течения в 3—4 раза меньше. Стрежень располагается обычно в 15—20 милях от берега над склоном дна с глубинами 1200—1600 м.
С удалением от стрежня течения как к берегу, так и в сторону открытого моря, скорость течения убывает. Однако уменьшение скорости к берегу (вправо относительно направления Кольцевого циклонического течения) происходит быстрее, чем в сторону моря вследствие трения потока о крутой склон дна и берег. Горизонтальный градиент скорости течения достигает здесь 8—10 см/с на милю (градиент в сторону моря в 2—3 раза меньше). Интенсивный боковой сдвиг скорости справа (между стрежнем Кольцевого циклонического течения и берегом) создает горизонтал
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.