ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОСМИЧЕСКОМ ИНФОРМАЦИИ О ЗЕМЛЕ
528.871:551.46.07
ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ПОВЕРХНОСТНЫХ ТЕЧЕНИИ НА ШЕЛЬФЕ САХАЛИНА: ВЕРИФИКАЦИЯ © 2008 г. Е. В. Иванова, В. В. Иванов, В. М. Пищальник, Ю. В. Любицкий
Междисциплинарный биоцентр, Манчестер, Великобритания Институт морской геологии и геофизики ДВО РАН, Южно-Сахалинск Сахалинский филиал Дальневосточного геологического института ДВО РАН, Южно-Сахалинск Хабаровская государственная академия экономики и права E-mail: iva38@mail.ru; Vpishchalnik@rambler.ru: lub@ael.ru Поступила в редакцию 12.11.2007 г.
Периодические течения на шельфе о. Сахалин с характерными периодами 1.0, 0.5, 0.16 и 0.12 года, обнаруженные по данным миссии ИСЗ Топекс/Посейдон, вызывают заметные климатические эффекты. Изменения с такими же периодами обнаружены в колебаниях уровня моря и температуры воздуха на прибрежных гидрометеорологических станциях. Особенно ярко они выражены весной и осенью и обусловлены резкими смещениями массива дрейфующего льда.
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2008, № 3, с. 68-75
УДК
Исследования по выявлению периодичности в поверхностных течениях условно можно разделить на три этапа. На первой стадии разработки [1] метод последовательных спектров, разработанный В.В. Ивановым [2], был применен к 100-летнему ряду наблюдений за расходами р. Амур в пункте Хабаровск и сделана попытка прогноза даты ледохода в пункте Николаевск-на-Амуре по ряду наблюдений за уровнем, который имеет серьезные пропуски. В работе было показано, что искомая методика применима к данным гидрологических наблюдений и позволяет прогнозировать дату ледохода в пункте Николаевск-на-Амуре с погрешностью в ±2 дня.
На второй стадии разработки [3, 4] при исследованиях вариаций уровня моря со спутников, полученных миссией Топекс/Посейдон над морями и проливами шельфа Сахалина, была обнаружена компонента поверхностных течений, которая периодически изменяется со временем. Анализ спектра этой компоненты в различных точках шельфа острова Сахалин показал, что эти периодические гармоники наблюдаются повсеместно, частоты довольно точно сопоставляются с первыми десятью гармониками периода 1 год, а амплитуды и фазы испытывают отчетливые пространственные вариации. В частности, в различных участках акватории превалируют различные гармоники. В Татарском проливе превалирует шестая гармоника (период 61 день), в проливе Ла-перуза превалирует восьмая гармоника (период 46 дней). Периодические поверхностные течения в Охотском и Японском морях существенно влияют на погодные условия. Под погодой в настоящей работе понимаются характерные изменения в атмосфере и гидросфере, происходящие за вре-
мена в десятки часов и единицы суток. Под климатом — характерные изменения, происходящие за десятки суток, месяцы и годы.
По мнению авторов, указанное выше явление зафиксировано впервые и представляет значительный интерес, поскольку смена направления течений приводит к серьезным изменениям условий формирования погоды, особенно в переходные периоды, когда часть моря покрыта льдом. Особую актуальность изучение данного явления приобретает в условиях интенсивного развития нефтегазовых шельфовых проектов Сахалина.
Вместе с тем этот вывод был сделан только на основании анализа данных, полученных со спутника. При их интерпретации был проведен многоступенчатый учет различного рода предположений, сделанных на основе существующих представлений океанологических явлений, достоверность которых не очевидна.
Поэтому полученный результат необходимо было подтвердить, опираясь на более знакомые материалы наблюдений, проверенные многолетней практикой исследований. Такими материалами являются рутинные наблюдения за вариациями уровня Японского и Охотского морей на прибрежных гидрометеорологических станциях (ГМС) (рис. 1).
Цель настоящей работы — проверка основных результатов, полученных на основе интерпретации спутниковой информации, по данным наблюдений прибрежных станций.
При этом были решены следующие задачи.
1. Исследованы проявления поверхностных периодических течений в шельфовой зоне Сахалина на записях вариаций уровня, полученных на прибрежных ГМС.
2. Исследованы флюктуации температуры воздуха, обусловленные обнаруженными периодическими течениями.
3. Исследованы пространственные вариации характеристик поверхностных течений для выявления природы их источника.
В процессе решения первой задачи исследовались вариации уровня моря на прибрежных ГМС Корсаков, Крильон, Ваканай, Момбецу и Абаси-ри в Охотском море и Холмск, Невельск, Отару, и Фукаура в Японском море за период с 1980 по 1990 гг. (рис. 1). Данные по японским станциям любезно предоставлены профессором Аота (Университет Саппоро, Хоккайдо, Япония).
Впервые эффект периодических поверхностных течений был обнаружен на спутниковых треках как появление гармонических вариаций уровня моря с периодами 46, 61 и 93 дня [5]. При обработке методом последовательных спектров [2] данных ГМС наблюдений за уровнем моря отмеченный эффект также отчетливо проявился. Соответствующие гармоники, выделенные на последовательных спектрах вариаций уровня, приведены в табл. 1, где широта и долгота точки наблюдения указаны в градусах, амплитуда гармоники в см, период в сутках, фаза в радианах. Фаза относится ко времени начала записи. В последнем столбце написана интерпретация линии как гармоники частоты S (вращения Земли по орбите).
Как видно из таблицы, обнаруженные периодические компоненты течений присутствуют и в вариациях уровня. Однако относительные амплитуды гармоник заметно отличаются. В вариациях уровня наибольшие значения имеют амплитуды на более низких частотах: превалируют годовая и полугодовая компоненты. Возможно, что последнее обстоятельство является следствием специфики обработки спутниковых данных, когда для вычитания геоида и корректировки данных используется вычитание стационарной части сигнала. Тем не менее, высокие гармоники проявляются отчетливо. Взаимное соответствие вариаций уровня и течений имеет достаточно сложный характер и требует дополнительного исследования.
По второй задаче исследованы изменения температуры воздуха в прибрежном районе в точке с координатами 50.9° с.ш. и 141.08° в.д., которая расположена недалеко от метеорологической станции Александровск-Сахалинский (50.9° с.ш., 142.1° в.д.). Зависимость скорости поверхностного течения от времени, построенная в данной точке по материалам миссии ИСЗ Топекс/Посейдон, показана на рис. 2.
Последовательный спектр этой компоненты представлен в табл. 2.
Характеристики спектра компоненты течений сопоставимы со спектром вариаций температуры
Рис. 1. Схема расположения прибрежных гидрометеорологических станций (ГМС): 1 — Корсаков; 2 —
м. Крильон; 3 — Вакканай; 4 — Момбецу; 5 — Абасири;
6 — Холмск; 7 — Невельск; 8 — Отару; 9 — Фукаура.
воздуха на станции Александровск-Сахалинский, вариации среднесуточных значений которой показаны на рис. 3.
Спектр сигнала, вычисленный после вычитания из него компоненты с периодом 1 год, показан на рис. 4.
Из рис. 4 следует, что на спектре выделяются максимумы на гармониках периода 1 год. Они соответствуют целым значениям частоты. Наибольшую интенсивность имеют гармоники 1, 2, 3 и 6. Такая же особенность отчетливо проявляется при оценке последовательного спектра, который приведен в табл. 3.
Видно, что в спектрах течений и температуры воздуха превалируют одни и те же гармоники (первая, третья и четвертая строки табл. 3).
Особенности механизма генерации температурных вариаций легче понять, изучая временные изменения выделенных гармоник вариаций температуры с периодами 61 и 123 дня. На рис. 5 сумма гармоник (4 и 8) вариаций температуры сравнивается с суммарными вариациями температуры воздуха с вычтенными гармониками, годовой и полугодовой на примере вариаций в 1970—1971 гг.
Таблица 1. Параметры интерпретированных спектральных максимумов вариаций уровня моря на побережье Японского и Охотского морей
ГМС Широта, град Долгота, град Амплитуда, см Период, сут Фаза, рад Интерпретация
Фукаура 40.65 139.95 -12.6550 364.196 1.3963 Б
2.4704 182.828 0.4768 2Б
1.4771 121.133 -0.6297 3Б
3.6850 60.7791 1.3464 6Б
Отару 43.17 141.05 -8.2767 365.779 1.1507 Б
1.9449 182.50 0.5278 2Б
1.3791 37.0300 0.4524 10 Б
Ваканай 45.25 141.41 -9.0637 364.178 1.3764 Б
-1.1776 47.0718 0.5411 8Б
-1.0868 114.431 -0.8915 3Б
Невельск 46.7 141.9 3.998 363.323 -1.0028 Б
2.9151 182.1360 0.1384 2Б
1.1696 121.2346 0.4710 3Б
-1.1778 47.0639 0.3235 8Б
Холмск 47.1 142.1 4.9403 365.63 -1.5045 Б
3.9880 181.8587 0.3941 2Б
1.3426 90.9115 -0.4869 4Б
1.2093 45.4750 0.0470 8Б
1.6800 121.3764 0.3830 3Б
Крильон 45.9 142.1 7.5850 363.912 -0.0767 Б
5.2345 182.2453 0.8275 2Б
1.5484 121.4436 0.3771 3Б
-1.4794 56.3587 -0.2157 6Б
0.9830 47.5808 1.5079 8Б
Корсаков 47.01 143.25 7.6380 363.625 -0.2188 Б
3.8649 181.9401 -0.0398 2Б
-1.3663 47.0537 0.0433 8Б
1.0780 65.6568 -1.2389 6Б
Момбецу 44.21 143.21 5.5467 364.905 -1.1751 Б
1.6094 182.5678 0.3945 2Б
1.5446 121.1643 0.5202 3Б
0.6894 47.0892 -0.0247 8Б
Абасири 44.01 144.17 10.9855 364.1257 -0.5955 Б
3.9804 182.0781 1.0269 2Б
2.0415 121.2702 1.5240 3Б
Сами вычтенные гармоники приведены на рис. 3 (линии 2, 3, 4).
Видно, что максимальные эффекты, связанные с поверхностными течениями наблюдаются в мае и ноябре и составляют значительную долю наблюдаемых вариаций (см. рис. 2 и 5). Особенно велика их доля в весеннее время, когда происходит разрушение ледяного покрова (май) и в осеннее время, когда имеет место становление льда (но-
ябрь—декабрь). Аналогичные процессы наблюдаются повсеместно на акваториях, примыкающих к северной части о. Сахалин (Шантарские о-ва, Сахалинский зал. и северо-восточный шельф), где наблюдаются явления возврата ледяного массива. Это явление изменяет физическое состояние поверхности моря и существенно влияет на теплообмен, что приводит к заметным вариациям среднесуточной температуры. При этом величина
Скорость, м/с 0.840.76 -0.68 -0.600.520.440.36 -0.28 -0.200.12-1 0.04 I -0.0
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.