ОКЕАНОЛОГИЯ, 2004, том 44, № 2, с. 165-171
= ФИЗИКА МОРЯ
УДК 551.465.062.5
ОСОБЕННОСТИ ДИНАМИКИ ВОД И ГИДРОЛОГИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ В ДЕЯТЕЛЬНОМ СЛОЕ СЕВЕРО-ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ ЧЕРНОГО МОРЯ В ВЕСЕННЕ-ЛЕТНИЙ ПЕРИОД 2002 г.
© 2004 г. В. Г. Кривошея, В. Г. Якубенко, А. Ю. Скирта
Южное отделение Института океанологии им. П.П.Ширшова РАН, Геленджик Поступила в редакцию 24.04.2003 г. , после доработки 22.10.2003 г.
По данным поперечных разрезов "берег-центр восточной части моря" и двух съемок рассмотрены особенности динамики вод и гидрологической структуры. Циркуляция вод существенно отличалась от обычного ее состояния. Основное черноморское течение находилось на большом удалении от берега, скорости в его стрежне достигали 20-35 см/с. У побережья присутствовало противотечение, максимальные скорости в котором отмечались не на поверхности, а на глубинах от 80 до 200 м. В верхнем квазиоднородном слое на большей части акватории наблюдалась аномально низкая для этого района соленость воды, вызванная аномально большим количеством осадков на Северо-Кавказском побережье Черного моря летом 2002 г.
ВВЕДЕНИЕ
Под деятельным слоем (ДС) Черного моря подразумевается верхний слой кислородосодер-жащих вод, толщина которого составляет 90-100 м в центральной зоне дивергенции (ЦЗД) и 150-170 м в прибрежной зоне конвергенции (ПЗК). На нижней границе этого слоя формируется зона контакта кислородных и сероводородных вод. Нижней границей ДС (или верхней границей сероводородной зоны - СВЗ) является глубина (горизонт) появления (выклинивания) глубинного сероводорода (концентрация - 0.3 цМ или 10 мкг/л). Считалось, что верхняя граница СВЗ привязана к глубине залегания условной плотности 16.15-16.20 усл. ед (среднее значение - 16.18 усл. ед) [1, 2, 3]. Но измерения, выполненные в 1997-2000 гг., свидетельствуют о том, что положение этой границы в поле плотности изменилось в сторону ее меньших значений и соответствует изопикне 16.11 усл. ед [9].
ДС подразделяется на основные структурные слои: верхний квазиоднородный (ВКС); сезонный термопикноклин ниже ВКС; холодный промежуточный слой (ХПС) в пределах верхней и нижней изотермических поверхностей 8°С; главный пик-ноклин (ГПК). Условно за верхнюю границу ГПК принимается изопикническая поверхность 14.6 усл. ед, ограничивающая сверху его максимальные вертикальные градиенты плотности.
Наиболее важной гидрологической структурой, реагирующей на межгодовую и многолетнюю изменчивость атмосферных термических условий над бассейном, является ХПС. По изменению температуры воды в ХПС можно оценить межгодовую и климатическую изменчивость обновления вод ДС [6]. По многолетним данным, минимальные значения температуры воды в ядре ХПС изменяются
в пределах от 5.3 до 7.8°С в зависимости от интенсивности зимней плотностной конвекции [7].
Очень важная роль в вентиляции ДС и верхней части сероводородной зоны принадлежит главной динамической структуре Черного моря - Основному черноморскому течению (ОЧТ) - и мезомас-штабным вихрям, которые формируются в его крупных меандрах [5]. Справа от стрежня ОЧТ возникают прибрежные антициклонические вихри (ПАВ), слева - циклонические. Для северо-восточной части моря скорости течения в стрежне ОЧТ можно характеризовать следующим образом: до 20 см/с - как слабые, от 20 до 40 см/с - как умеренные, от 40 до 70 см/с - как сильные, более 70 см/с - как исключительно сильные.
В весенне-летний период 2002 г. гидрологические измерения были выполнены на двух перпендикулярных к берегу 100-мильных разрезах "берег (район Геленджика) - центр восточной части моря" (28-29 марта и 18-19 мая) и в ходе двух съемок: от Новороссийска до Сочи (25 мая-01 июня) и от Керченского пролива до Геленджика (17-22 июня). Расстояния между разрезами во время съемок составляли 12-15 миль, между станциями на разрезах - 5 миль у берега и 12 миль в открытой части моря; длина разрезов достигала 80-85 миль. Кроме этого, 06-11 июля был выполнен продольный разрез "запад-восток" в центральной части моря; его длина составила 180 миль, а расстояние между станциями - 15 миль. Измерения гидрофизических характеристик выполнялись зондом "Sea Bird".
Целью настоящей работы является исследование динамики вод и гидрологической структуры ДС в весенне-летний период 2002 г. и сопоставление полученных результатов с результатами предыдущих исследований.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Изменчивость динамики вод и гидрологической структуры ДС обусловлены прежде всего термическими и ветровыми условиями над бассейном. Статистическая обработка многолетних рядов температуры воздуха прибрежных метеостанций свидетельствует о том, что многолетние колебания средних месячных и сезонных температур воздуха над всей акваторией Черного моря происходят синхронно, так как определяются крупномасштабными синоптическими процессами [8]. Поэтому для оценки термических условий над акваторией северо-восточной части моря были использованы данные метеостанции Геленджика (таблица). Наибольшее влияние на гидрологическую структуру вод оказывают термические условия зимних периодов. Изменения температуры воды в ХПС, происходящие в зимний период, сохраняются в течение года (иногда и дольше) [6]. Как следует из таблицы среднезимних значений температуры, с 1990 по 2002 гг. четко отслеживаются два периода: холодный (с 1991 по 1993 гг.) и теплый (с 1999 по 2001 гг.). При этом зима 1993 г. была аномально холодной (таблица). Между холодным и теплым зимними периодами в течение 5 лет (1994-1998 гг.) наблюдались умеренные зимы. После теплых зим (1999-2001 гг.) зима 2002 г. была умеренной; средняя для этой зимы температура воздуха равнялась ее среднемноголетнему значению за 81 год (5.0°С).
На рис. 1 представлено распределение скорости геострофических течений и температуры воды на 100-мильном разрезе "берег-центр восточной части моря" после окончания зимнего периода. Как следует из рис. 1а, в конце марта 2002 г. стрежень ОЧТ (максимальные скорости) располагался на удалении 5-6 миль от берега. При этом максимальные скорости (25-30 см/с) наблюдались не на поверхности, а вблизи горизонта 80 м. Глубже 150 м отмечалось слабое противотечение. Температура верхнего квазиоднородного 30-метрового слоя была равна 8.4-8.6°С (рис. 16), а минимальная
температура воды в ядре ХПС по сравнению с предыдущей зимой (7.7-7.8°С) понизилась на 0.3-0.4°С и составляла 7.3-7.4°С. Это понижение температуры в ядре ХПС свидетельствует о том, что плотностная конвекция зимой 2002 г. достигала ХПС. Но конвективное перемешивание не было интенсивным и, по-видимому, наблюдалось только в циклонических вихревых структурах центральной части моря. Обновленные воды ХПС по наклонной верхней границе ГПК адвектировались в прибрежную зону конвергенции (ПЗК). Поэтому в конце марта 2002 г. мощность ХПС в центральной зоне дивергенции (ЦЗД) и ПЗК сильно отличались (рис. 16). В ЦЗД толщина ХПС составляла 20-30 м, в ПЗК - 50-60 м. Вероятнее всего, обновление вод ХПС имело место только в январе 2002 г.: среднемесячная температура воздуха в январе была 3.1°С, а в феврале она уже повысилась до 7.2°С.
По гидрохимическим определениям за последние 5 лет, верхняя граница СВЗ находилась вблизи изопикнической поверхности 16.1 усл. ед. На рис. 16 (и последующих рисунках) показана эта изопикна, которая характеризует положение границы СВЗ вдоль разреза 28-29 марта. Она плавно заглублялась от центра моря к берегу: от 91 в ЦЗД до 165 м в ПЗК. Средняя глубина границы для всего разреза составила 119 м. 03-04 апреля 2001 г. на этом же разрезе граница СВЗ изменялась от 101 в ЦЗД до 160 м в ПЗК, а средняя для разреза равнялась 118 м.
На разрезе температуры (рис. 16) показана также изопикна 16.2 усл.ед По предыдущим исследованиям (до 1997 г.), верхняя граница СВЗ располагалась вблизи этой изопикны [3]. Как следует из рисунка, разность по глубине между изо-пикнами 16.1 и 16.2 усл. ед составляет около 10 м.
Повторно измерения на том же 100-мильном разрезе были выполнены 18-19 мая 2002 г. Как следует из рис. 2а, стрежень ОЧТ в это время располагался в 40 милях от берега. Скорости течения в стрежне были умеренными (20-22 см/с). Между берегом и ОЧТ наблюдалось противотечение, ядро которого располагалось на глубине 200 м. На-
Средняя для зимы (декабрь, январь, февраль) температура воздуха (°С) по данным метеостанции г. Геленджик в период с 1990 по 2002 гг.
Зимы 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996
Температура, °С 4.8 4.0 2.6 2.4 4.6 5.2 4.7
Суровость зимы У Х Х АХ У У У
Зимы 1997 1998 1999 2000 2001 2002 Норма
Температура, °С 5.1 5.2 6.8 5.8 6.5 5.0 5.0 ± 1.6
Суровость зимы У У Т Т Т У
Примечание. Норма - средняя многолетняя температура воздуха (1922-2002 гг.) для метеостанции г. Геленджик, равная 5.0 ±1.6°С. Шкала суровости зим: АХ - аномально холодная (<2.6°С); Х - холодная (от 2.6 до 4.1°С); У - умеренная (от 4.2 до 5.7°С ); Т - теплая (от 5.8 до 7.3°С); АТ - аномально теплая (>7.3°С). В качестве критерия для диапазонов шкалы суровости зим принята величина среднеквадратического отклонения (о = 1.6°С).
(а)
Станции
Рис. 1. Геострофические течения (см/с) относительно 500 дб (а) и температура (°С) воды (б) на 100-мильном разрезе "берег-центр восточной части моря" 28-29.03.2002 г. Здесь и далее отрицательные значения скорости соответствуют направлению течения на северо-запад (СЗ), положительные - на юго-восток (ЮВ). Пунктирные линии - изопикны плотности воды 14.6; 16.1 и 16.2 усл. ед.
личие противотечения свидетельствует о присутствии в этом районе ПАВ, что способствовало формированию хорошо развитой ПЗК. Ее ширина в плоскости разреза достигала 30 миль. Мощность ХПС здесь составляла 70-90 м. В остальной части разреза мощность ХПС была от 25 в конце разреза до 40 м в середине (рис. 26). Таким образом, основной объем вод ХПС располагался в ПЗК. Температура воды в ядре ХПС составляла 7.4°С. На поверхности моря сформировался 5-метровый ВКС, температура воды в котором достигала 17-18°С. На глубинах 10-15 м четко отмечался слой максимальных градиентов температуры сезонного термоклина.
Присутствие вблизи берега ПАВ способствовало заглублению в это
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.