ОКЕАНОЛОГИЯ, 2004, том 44, № 4, с. 561-569
МОРСКАЯ БИОЛОГИЯ
УДК 551.465
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ АПВЕЛЛИНГА НА СОСТАВ И ОБИЛИЕ МЕЗОПЛАНКТОНА В ПРИБРЕЖНОЙ ЗОНЕ ЯПОНСКОГО МОРЯ
© 2004 г. Ю. И. Зуенко, В. В. Надточий
Тихоокеанский научно-исследовательский рыбохозяйственный центр, Владивосток
Поступила в редакцию 26.08.2002 г.
Горизонтальные переносы воды и мезопланктона при ветровом апвеллинге у побережья Приморья (Японское море) оценены на основе материалов частых повторных наблюдений в 1998-2000 гг. Наблюдаемые резкие изменения обилия мелких видов копепод в прибрежной зоне объясняются горизонтальным переносом их от берега сгонным поверхностным дрейфовым течением либо к берегу глубинным компенсационным противотечением. При апвеллинге ОШопа Ътву1сотп18 обычно выносились из прибрежной зоны, в то время как другие виды мелких копепод в основном переносились к берегу. Влияние циркуляции вод, возникающей при апвеллинге, на различные виды зоопланктона очевидно зависит от глубины их концентрации: чем меньше эта глубина, тем более вид подвержен выносу из прибрежной зоны дрейфовым течением.
Под термином "апвеллинг" в широком смысле можно понимать подъем вод с глубины к поверхности моря, сопровождающийся характерной циркуляцией вод. В прибрежной зоне моря апвел-линги обычно индуцируются ветром, вызывающим сгон вод поверхностного слоя от берега. Вынесенный из прибрежной зоны объем воды замещается таким же объемом поднимающейся снизу воды, как правило, более холодной и соленой, при этом на некоторой глубине в подповерхностном слое вода движется к берегу. Дополнительный эффект апвеллинга связан с наклоном уровня моря в результате сгона, из-за чего возникает вдольбереговое геострофическое течение.
Логично предположить, что течениями, возникающими при апвеллингах, переносится не только тепло и соли, но и любые другие пассивные примеси, включая зоопланктон. С другой стороны, большинство видов зоопланктона способны к активным вертикальным миграциям, поэтому их перенос в ходе апвеллинга может быть неоднозначным. Следует также иметь в виду и то, что физические процессы во время апвеллинга могут влиять на продуктивность вод.
Методически проблема выделения влияния ап-веллингов и вообще любых физических процессов, обусловливающих перенос планктона, упирается в вопрос, какой объем воды и откуда привнесен в тот или иной район течениями. К сожалению, современное состояние знаний о физических процессах в прибрежных районах недостаточно для прямого определения этого объема с помощью измерений или моделирования, хотя его можно оценить по косвенным признакам: в данной статье -по изменениям толщины верхнего квазиоднородного слоя и изменениям теплосодержания вод.
Шельф Приморья (северо-западная часть Японского моря) в значительной степени подвержен влиянию апвеллингов. Этому способствует муссонный режим ветра: в осенне-зимний период преобладают устойчивые сгонные северные, северо-западные ветры, поэтому апвеллинги обычны здесь осенью (зимой эффект апвеллинга маскируется конвекцией). Исследования этих процессов на шельфе Приморья начаты лишь недавно [1, 2, 4], причем характер их влияния на распределение зоопланктона до сих пор не был выяснен.
В данной статье сделана попытка определить влияние апвеллинга на зоопланктон эмпирически, путем анализа результатов повторяющихся натурных наблюдений. Для этого вначале, косвенным путем, исходя из баланса тепла и толщины верхнего квазиоднородного слоя, выполнены оценки объемов и направления горизонтального переноса вод течениями, затем раздельно оценен перенос зоопланктона течениями и его автохтонный прирост, после чего результаты интерпретированы с позиции зависимости характера влияния апвеллинга на зоопланктон от его распределения.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В качестве материала для исследования использованы данные двух экспериментов, проведенных у южного побережья Приморья (северозападная часть Японского моря, рис. 1). В октябре 2000 г. дважды (13 октября, до события апвеллинга и 27 октября, после него) выполнен нормальный к берегу океанографический разрез вдоль 133°45 в.д. из 4-х станций с тотальным вертикальным обловом мезопланктона в слое 100-0 м, причем станции разреза располагались от самого бе-
43°
42°
131° 132°
Рис. 1. Схема расположения районов работ в 1998-1999 гг.
между которыми оценивается транспорт планктона.
рега до глубин свыше 3000 м. Работы проводились с борта НИС "Профессор Гагаринский" (ТОЙ ДВО РАН). В период с мая по октябрь 1998-1999 гг. исследовали последствия апвеллингов на прибрежной станции с глубиной около 50 м, где океанографические наблюдения и тотальный вертикальный облов мезопланктона проводили с дискретностью 1-2 недели с маломерных судов ТИНРО-центра. Всего в указанный период выполнено 28 серий наблюдений на этой станции.
Океанографические наблюдения (измерение температуры и солености морской воды) выполняли с помощью зондов-профилометров "Neil Brown Mark-III" (производство США) в 2000 г., "Sea Bird SBE-25" (США) и "CTD AST-1000" (Япония) в 1998-1999 гг. Планктон облавливали сетью Джеди БСД с ячеей 0.168 мм, площадью входного отверстия 0.1 м2. При обработке проб планктона подсчитывали под бинокуляром численность всех видов и основных размерно-возрастных групп, без учета уловистости сети.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
1. Оценка горизонтального объемного транспорта течениями
Изменения полей температуры и солености на разрезе по 133°45 в.д., произошедшие в результате апвеллинга в октябре 2000 г., показаны на рис. 2. Наряду с общим понижением температуры и повышением солености в поверхностном слое, обусловленным отрицательным балансом тепла и пресной воды, что характерно для осени, можно видеть более резкие такие изменения вблизи бе-
133° 134°
и 2000 г. На разрезе по 133°45' в.д. указано положение зон,
рега, вызванные подъемом глубинных вод. Но в мористой части разреза отмечено небольшое повышение температуры и понижение солености в подповерхностном слое, объясняющееся турбулентным перемешиванием. То есть, влияние апвеллинга ограничивается областью шельфа и материкового склона. Судя по данным о скорости и направлении ветра на ГМС "Владивосток", находящейся в 130 км от разреза (рис. 3), апвеллинг происходил в основном во время трехдневного шторма 25-27 октября, с северными ветрами 1015 м/с.
Для оценки переноса воды возникающими при апвеллинге нормальными к берегу течениями в плоскости разреза по 133°45' в.д., рассмотрен баланс тепла различных слоев, для чего толща вод, пересекаемая разрезом, была представлена в виде системы 10 боксов толщиной 1 м, между которыми, а также между поверхностными боксами и атмосферой происходит обмен теплом (рис. 4). Верхние боксы на всех станциях характеризуют верхний квазиоднородный слой толщиной 25 м. В пределах боксов, ограниченных горизонтами 25-45 м, находится сезонный пикноклин. Ниже расположенные боксы занимают соответственно подповерхностный и глубинный слои моря. Ближние к берегу боксы характеризуют прибрежную зону шириной 12 миль, ширина боксов надсклоновой и глубоководной зон - 10 миль.
Адвективные и диффузионные потоки между боксами внутри водной толщи и теплообмен между морем и атмосферой определены решением системы уравнений, описывающих баланс тепла каждого бокса. Поскольку неизвестных (пото-
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ АПВЕЛЛИНГА Температура, 14.10.2000 г. Соленость, 14.10.2000 г.
50
100^
150
200 0
50
на100
и ю
у л
и
150
200 0
50
100
150
200
42.50
Рис. 2. Температура, °С (слева) и соленость, рБи (справа) на разрезе по 133°45' в.д. 14.10 (вверху) и 31.10.2000 г. (посередине); изменения температуры и солености за срок 14-31.10. 2000 г. (внизу). Штриховкой обозначено увеличение температуры и уменьшение солености.
ков) больше, чем балансовых уравнений (10), для трех верхних слоях, отнесены к турбулентному
решения системы приняты дополнительные усло- обмену) и предположение, что теплообмен с ат-
вия: условия баланса объема каждого бокса (от- мосферой в переходной шельфовой зоне - сред-
сюда избыточные теплопотоки, отмеченные в ний между значениями теплообмена в шельфо-
Рис. 3. Изменения направления и скорости ветра на ГМС "Владивосток" в период с 14 по 31.10.2000 г. Приведены данные для сроков 0 ч по Гринвичу.
Прибрежная Надсклоновая
Рис. 4. Средние за период с 14 по 31.10.2000 г. потоки тепла между боксами толщиной 1 м на разрезе по 133°45' в.д., выраженные в мегаваттах. Серые стрелки, жирные цифры - теплообмен между морем и атмосферой; пунктирные стрелки, цифры курсивом -турбулентный теплообмен; прочие - адвективный теплообмен. Заштрихован бокс, в котором за указанный период произошло повышение температуры.
вой и мористой зонах. Боковой обмен теплом принят нулевым (иначе говоря, потоки тепла на обеих боковых границах системы равны), также как и горизонтальный теплообмен в промежуточных слоях (что обусловлено слабыми горизонтальными градиентами температуры) и теплообмен с дном. Результаты оценок представлены на рис. 4, где можно видеть, что в период с 14 по 31 октября во всех боксах, кроме одного, происходила потеря тепла, в основном за счет адвективных потоков (т.к. поступающая в боксы вода имела меньшую температуру, чем уходящая). Эти потери тепла отчасти сглаживались направленными вниз турбулентными потоками. Теряемое толщей воды тепло уходило в атмосферу лишь в прибреж-
ном боксе, где удельный тепловой поток составил 376 Вт/м. Гораздо большие теплопотери были связаны с выносом теплых вод в открытое море.
По тепловым потокам (0 легко можно рассчитать объемные переносы (V), путем деления на удельное теплосодержание вод бокса-источника: V = 0,/сТ, где Т - средняя температура бокса, с - удельная теплоемкость (приблизительно с = 1). Результаты расчетов представлены на рис. 5. Подъем вод происходил во всех трех зонах, но наиболее интенсивно над материковым склоном (1.7 тыс. м3), вынос вод в поверхностном слое в открытое море усиливался с удалением от берега. Если предположить, что полученные объемы были перенесены в течение трех дней с сильными отжимными ветрами, то средняя по слою 0-25 м скорость вызванно
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.