ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2013, № 2, с. 50-61
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ О ЗЕМЛЕ
ОЦЕНКА ТЕМПЕРАТУРНЫХ АНОМАЛИЙ ПОВЕРХНОСТИ ОХОТСКОГО МОРЯ И ПРИЛЕГАЮЩИХ АКВАТОРИЙ ПО СПУТНИКОВЫМ ДАННЫМ
© 2013 г. Ж. Р. Цхай*, Г. В. Шевченко
Сахалинский НИИ рыбного хозяйства и океанографии, Южно-Сахалинск *Е-таП: tshay@yandex.ru Поступила в редакцию 17.05.2012 г.
На основе многолетних данных, полученных со спутников серии МОАА приемной станцией Тега8сап, по четверть-градусным квадратам были рассчитаны среднемесячные аномалии температуры поверхности воды в Охотском море и проанализированы их статистические характеристики. В ходе исследований производилась оценка площади акваторий, в которых отмечались значимые отклонения от средних многолетних значений, и выделены зоны, в которых аномалии значительно превышали величину стандартного отклонения. С применением методов разложения по естественным ортогональным функциям и спектрального анализа изучена пространственно-временная изменчивость данных аномалий.
Ключевые слова: спутниковые данные, термический режим, аномалии температуры поверхности океана, Охотское море
Б01: 10.7868/80205961413020139
ВВЕДЕНИЕ
Вариации температуры поверхности океанов и морей отражают сложные процессы взаимодействия между атмосферой и океаном, прогрева, охлаждения и циркуляции вод в исследуемых бассейнах, поэтому их изучение представляет значительный интерес. Спутниковая океанология ориентирована, в том числе, и на решение этих проблем. Охотское море изучено в этом плане в меньшей степени, главным образом из-за значительного влияния облачности. Тем не менее сравнительный анализ спутниковых и судовых данных по температуре поверхности воды показал очень высокую степень сопоставимости (Пузанков, Шевченко, 2001; Цхай, Шевченко, 2007).
Установка спутниковой приемной станции Тега8сап в Сахалинском научно-исследовательском институте рыбного хозяйства и океанографии (СахНИРО) дала возможность проводить постоянный мониторинг изменчивости термического режима и выделять его особенности в различных районах Охотского моря (Пузанков, Шевченко, 2001; Цхай, Шевченко, 2005; Нови-ненко, Шевченко, 2007), а также прогнозировать условия прогрева на ближайшие годы (Шершне-ва, Шевченко, 2005).
Для Дальневосточного региона задача изучения пространственно-временной изменчивости температуры поверхности океана (ТПО) имеет выраженный прикладной характер, поскольку
термический режим является ключевых фактором, определяющим параметры роста большинства морских организмов (Константинов, 1979). Формирование базы данных о температуре поверхности воды в указанном районе за уже достаточно продолжительный период времени позволило рассчитать средние многолетние значения для каждого месяца отдельно и получить величину аномалии ТПО, — пожалуй, наиболее востребованного гидробиологами и промысловиками параметра. Это связано с тем, что резкие отклонения значений температуры воды от характерных для данного периода времени могут оказывать существенное влияние на численность и биомассу гидробионтов практически на любом трофическом уровне. Организмы низших трофических уровней (фито- и зоопланктон), служащие пищей для промысловых объектов, весьма чувствительны к изменениям термического режима. Например, повышение температуры океана называют в числе одной из причин возникновения такого опасного для здоровья человека явления, как цветение токсичных видов микроводорослей, — так называемые "красные приливы" (Коновалова, 1999; Могильникова и др., 2007). Жизненный цикл лососевых рыб на ключевых стадиях развития неразрывно связан с оптимальными термическими показателями окружающей водной среды (Гриценко, 2002; Тарасюк, Тарасюк, 2007). Аномально низкая температура воды в устьях рек во
время ската в весенний период может привести к массовой гибели молоди горбуши, и, наоборот, аномально высокая температура в прибрежных водах может стать существенным препятствием для миграции и нереста дальневосточных лососей.
Цель данной работы — изучение наиболее резких отклонений температуры поверхности Охотского моря и прилегающей акватории от средних многолетних значений, выделение периодов и зон, в которых аномалии достигали наибольших значений и имели наибольшую статистическую значимость (в частности, двукратное превышение величины среднеквадратической амплитуды колебаний).
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В качестве исходных рассматривались данные базы среднесуточной температуры поверхности воды в Охотском море и прилегающей акватории с разрешением 0.25°, полученные приемной станцией Тега8еап со спутников МОЛЛ в период с января 1997 г. по декабрь 2010 г. Данные были усреднены помесячно. Таким образом, исходная матрица имела 168 временных слоев, а размерность каждого слоя составила 112 на 72 точки. При расчете аномалий сравнивалось значение ТПО в каждом слое с его среднемноголетним показателем за месяц (за 14 лет). Для оценки экстремальных значений по каждому слою были построены гистограммы коэффициента отношения аномалии к величине стандартного отклонения а в каждой точке пространства. При этом фиксировалась площадь акваторий, в которых указанное отношение превышало заданные пороговые значения. Особое внимание придавалось периодам, когда величина аномалий по абсолютному значению выходила за пределы 2а и 3а, что можно рассматривать как экстраординарные термические условия.
В работе (Новиненко, Шевченко, 2007) достаточно подробно исследовалась пространственно-временная изменчивость температуры поверхности Охотского моря на основе спутниковых данных, с применением метода разложения по естественным ортогональным функциям (ЕОФ) (Багров, 1959). Этот же метод применялся в диссертации Лучина (Лучин, 2008) при анализе межгодовых вариаций аномалий температуры воды на горизонте 50 м. Учитывая, что спутниковые данные имеют постоянную дискретность, авторы решили применить данную методику и для анализа поля аномалий температуры.
Величина среднеквадратичных отклонений ТПО в Охотском море
В зимний период на большей части Охотского моря и прилегающей акватории величина стандартного отклонения не превышала 1°С. Более
значимые вариации отмечались в юго-восточной части Татарского пролива и в северо-западной части Тихого океана, где величина стандартного отклонения достигала 1.5—2°С, что, скорее всего, связано с динамикой Цусимского и Куросио течений (рис. 1).
В весенне-летний период вариации величины стандартного отклонения были более существенными. В мае в прибрежных водах значение а уже достигало 1.5—2°С. В июне незначительные колебания параметра от 0.5 до 1°С отмечались только в центральной части Охотского моря и в Татарском проливе. В июле и в августе на большей части Охотского моря вариации величины стандартного отклонения составили 1—2°С. Значения а, превышающие 2°С, фиксировались в зоне стока р. Амур, у юго-восточного побережья Сахалина и у побережья южных Курил.
Осенью процесс охлаждения поверхностных вод проходил более равномерно, чем прогрев летом. Значение а на большей части региона находилось в пределах 0.5—1.5°С. Более значимые показатели а отмечались в сентябре у северо-западного побережья Охотского моря, а в октябре — у западного побережья Сахалина.
Анализ экстремальных значений ТПО
Графики суммарной площади положительных и отрицательных экстремальных отклонений в процентном отношении к общей акватории региона, превышающих 2а, показаны на рис. 2. Следует отметить, что отклонения, выходящие за пределы 2а, за редким исключением имели незначительную площадь. В 17% случаев аномалии занимали более 5% акватории, а в 4% — более 10% площади. Наибольшее число существенных отклонений от нормы отмечались до 2003 г. Периоды, когда положительные аномалии преобладали над отрицательными, встречались чаще — в 96 случаях из 168. Но при этом отрицательные аномалии занимали большую площадь. Существенные положительные аномалии, покрывающие более 5% акватории, фиксировались всего три раза и всегда в весенний период — в апреле 1999 г., мае 2001 и 2002 гг. Если в 1999 г. значимые положительные аномалии наблюдались и в последующие летний и осенний сезоны, то в 2001 и 2002 гг., наоборот, летом и осенью температура поверхности воды была значительно ниже нормы. Кроме того, в октябре 2001 г. и в августе 2002 г. экстремальные отрицательные аномалии охватывали максимальную за весь период наблюдений площадь — более 20% изучаемой акватории.
Рассмотрим характер пространственного распределения аномалий в критические периоды (более 5% площади акватории) подробнее.
Рис. 1. Среднее многолетнее распределение температуры поверхности воды в изучаемом районе для периода максимального прогрева (август) по спутниковым данным. Стрелками показаны основные течения.
1997 г. С мая по июнь наблюдались значительные аномалии ТПО. Площадь поверхности с аномалиями, превышавшими 2а, составила 5—8% рассматриваемого района. В мае положительные аномалии наблюдались в северной части Охотского моря, отрицательные — у тихоокеанского побережья Южных Курил. В июне существенные аномалии отмечались в северо-западной части Тихого океана. В июле значимые положительные аномалии фиксировались в северо-западной части Охотского моря, а отрицательные — в его восточной части.
1998 г. Выделялись два весенних месяца (март и апрель) и два осенних (октябрь и ноябрь). В марте отрицательные аномалии, местами существенные, занимали всю свободную ото льда поверхность Охотского моря и Татарского пролива. В апреле в южной части Охотского моря и на всей акватории Татарского пролива наблюдался крайне медленный прогрев поверхностных вод. Площадь экстремальных аномалий составила практически 10% заданного района. Несмотря на холодную вес-
ну, в июле и августе площадь положительных аномалий величиной более а превышала 40 и 44% акватории соответственно, из которых всего 3—4% приходилось на экстремальные значения (более 2а). В октябре обширная зона отрицательных аномалий ТПО была расположена в северной части Охотского моря. В ноябре температура в прибрежных водах Сахалина южнее 52 параллели была значительно выше нормы.
1999 г. В апреле в
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.