ОКЕАНОЛОГИЯ, 2014, том 54, № 1, с. 117-123
= ИНФОРМАЦИЯ
УДК 551.465
ПОПУТНЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ ТЕЧЕНИЙ В ПРОЛИВЕ ДРЕЙКА
© 2014 г. С. В. Пладышев, А. В. Соков
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва e-mail: sgladyshev@ocean.ru Поступила в редакцию 21.01.2013 г., после доработки 20.06.2013 г.
DOI: 10.7868/S0030157414010055
Антарктическое Циркумполярное течение (АЦТ) — это мощнейшая система течений на Земле, являющихся главным звеном циркуляции Южного океана. Из-за отсутствия барьеров в виде материков АЦТ связывает три океана и оказывает огромное влияние на глобальную циркуляцию и изменения климата. Это течение разделяет теплые субтропики и холодные полярные регионы. АЦТ является глобальным регулятором и осуществляет динамическую связь между ячейками океанского конвейера. В отсутствие континентальных барьеров и влияния Р-эффекта АЦТ самоорганизуется в систему интенсивных струй, которые меандрируют, генерируют синоптические вихри разного знака вращения и сливаются друг с другом, образуя "суперструи" [12]. Особенно интенсивно эти процессы происходят в районе резких изменений рельефа дна [13]. Одним из таких ключевых районов, с точки зрения формирования системы АЦТ, является пролив Дрейка.
Попутные наблюдения в проливе Дрейка проводятся Институтом океанологии им. П.П. Ширшова (ИО РАН), начиная с января 2010 г., с целью изучения АЦТ Пролив Дрейка в качестве района мониторинга АЦТ был выбран не случайно. Во-первых, как уже было сказано, пролив Дрейка является ключевым для формирования системы АЦТ. Во-вторых, два судна ИО РАН, НИС "Академик Иоффе" и НИС "Академик Сергей Вавилов", с ноября по март каждого года, работая под фрахтом, многократно пересекают этот пролив. В-третьих, это самое узкое место в Южном океане, где течение ограничено материковыми склонами Южной Америки и Антарктиды. Его ширина в данном месте определяется шириной самого пролива, которая составляет около 800 км. Например, южнее Африки ширина АЦТ увеличивается до 1500—2000 км, и его изучение в этом районе океана становится финансово более затратным. В-четвертых, пролив Дрейка является наиболее изученным местом в Южном океане, поэтому полученные при помощи программы но-
вые результаты мониторинга АЦТ в совокупности с архивом исторических данных, несомненно, значительно расширят наши представления о структуре АЦТ, ее изменчивости и влиянии на изменения климата планеты.
Регулярные наблюдения в проливе Дрейка проводятся ИО РАН с 2003 г. На сегодняшний день наблюдения включают семь меридиональных CTD/LADCP разрезов, пересекающих пролив от поверхности до дна, расстояние между станциями на которых составляет около 10 миль. В 2007 г в районе разлома Шеклтона (РШ) была выполнена подробная съемка Полярного течения (ПТ) АЦТ [2]. C 2010 г. на этих разрезах проводятся измерения судовыми ADCP. Основные выводы о течениях, полученные в результате анализа комплексных наблюдений с высоким пространственным разрешением, опубликованы в серии статей [1, 3, 4, 5, 6], и эти результаты можно считать отправной точкой, фундаментом, на котором будет основываться интерпретация данных попутных наблюдений.
Первые попутные наблюдения за течениями в проливе Дрейка были начаты американскими исследователями в 1999 г. [9] и продолжаются по настоящее время [8]. Для этих целей используется судно Laurence M. Gould (LMG), регулярно (примерно раз в месяц) снабжающее антарктическую станцию Palmer на Антарктическом полуострове, а также выполняющее научные исследования в этом районе. До 2004 г. наблюдения за течениями проводились в верхнем 300-метровом слое океана (153.6 кГц RD Instruments ADCP). В конце 2004 г. на судне была установлена новая система излучателей (38 кГц RD Instruments ADCP), позволяющая измерять течения в проливе Дрейка до глубин 1000 м. В отличие от американской, программа попутных наблюдений ИО РАН проводится только в летний период Южного полушария, но интенсивность наших наблюдений существенно выше (до 8.5 пересечений пролива в месяц, против 2 пересечений в месяц на LMG). Увеличение
Количество пересечений пролива Дрейка судами ИО РАН в 2010—2012 гг.
Название судна 2010 2010-2011 2011-2012 Итого
НИС "Академик Иоффе" 10 (2)* 14 (1) 19 (5) 43 (8)
НИС "Академик Сергей Вавилов" - 15 (10) 19 (1) 34 (11)
Всего 10 29 38 77
* В скобках указано количество пересечений пролива с пропусками данных.
частоты наблюдений позволяет уверенно разрешать синоптические временнЫе масштабы, а, следовательно, открывает перспективы для получения обоснованной оценки меридиональныгх переносов массы, тепла и импульса вихрями, рассматриваемыми как один из основный источников меридионального переноса через АЦТ. Кроме того, программа попутных наблюдений ИО РАН в северной части пролива охватывает более западный район — район м. Горн, характеризующийся резким изменением направления изобат континентального склона. Поскольку струи АЦТ распространяются до дна и, следовательно, топографически контролируются [11], происходит резкая смена направления северной струи потока, при его одновременном взаимодействии с РШ. Таким образом, данные по этому району помогут исследовать механизмы, влияющие на поведение течения при его взаимодействии с континентальным склоном сложной конфигурации.
К основным задачам проекта, которые вытекают из его основной цели — мониторинга АЦТ, можно отнести следующие:
1. Исследование фронтальной структуры АЦТ и ее изменчивости в широком диапазоне масштабов.
2. Оценка среднего транспорта АЦТ в верхнем слое и его короткопериодной изменчивости.
3. Оценка скорости меридиональной циркуляции через АЦТ.
4. Нахождение связей между флуктуациями поля ветра и короткопериодной изменчивостью переноса АЦТ.
5. Расчет гармонических постоянный приливов в проливе Дрейка.
6. Оценка влияния рельефа на положение (ме-андрирование) струй АЦТ в проливе Дрейка.
Для осуществления мониторинга АЦТ в проливе Дрейка судами ИО РАН по ходу движения на скорости около 10 узлов проводятся измерения поверхностной температуры и электропроводности морской воды ^ВЕ 21), а также скорости и направления течений в верхнем слое 30—1000 м
(TRDI OS 38 кГц и 75 кГц ADCP). Термосолено-граф SBE-21 работает с частотой 0.33 Гц, что при скорости движения 10 узлов составляет в среднем одно измерение на каждые 15 м пути. Измерения профилей течений производятся при помощи до-плеровских акустических профилографов ADCP, установленный в специальных камерах вертикальный шахт судов, расположенный в их центральных частях на глубине 5.8 м. Частота измерений ADCP составляет 0.33—0.5 Гц, при этом данные измерений усредняются программой сбора в течение 120 с и включают, как правило, 40 ансамблей. Таким образом, один осредненный профиль течения приходится на каждые 600 м пути. Программа сбора одновременно ассимилирует и навигационную информацию (включая "heading"), передаваемую высокоточными двухантенными GPS. Включение и выключение приборов производится на глубинах 50—100 м на шельфе Южной Америки и Антарктиды (ее островов).
Выполненное к настоящему времени общее количество пересечений пролива Дрейка судами ИО РАН показано в таблице. В таблице дано количество пересечений по годам для каждого судна. В скобках указано количество пересечений с пропусками данныгх. Общее число пересечений пролива за три года составляет 77. Качество наблюдений судового ADCP сильно зависит от состояния океана. Во время штормовой погоды, нередкой в проливе Дрейка в любое время года, качество получаемых данных может сильно снижаться. Из таблицы видно, что из 77 пересечений 19 (почти 25%) являются неполными или имеют пропуски в данных. Положение треков судов ИО РАН в проливе Дрейка показано на рис. 1.
OS38 кГц измеряет течения до глубин 1000— 1200 м при вертикальном разрешении 24 м. Первое измерение OS38 кГц (центральная точка первой ячейки осреднения) производится на горизонте 46 м. Диапазон OS75 кГц составляет 800—900 м (вертикальное разрешение — 16 м, первое измерение — на 30 м). При расчетах транспорта АЦТ верхний 100-метровый слой, как правило, исключается по нескольким причинам. Во-первых, данные
°ю.ш.
-70 -68 -66 -64 -62 -60 -58 -56 -54
°з.д.
Рис. 1. Положение маршрутов судов, на которых выполнялись попутные наблюдения в проливе Дрейка в 2010—2012 гг. Глубины до 3500 м показаны различными оттенками серого.
первых бинов бывают сильно зашумлены, особенно в южной части пролива. Во-вторых, в верхнем перемешанном слое, который в проливе Дрейка имеет толщину около 100 м, сильно развиты инерционные и дрейфовые течения. Эти течения невозможно отфильтровать, и они вносят значительные неопределенности в расчеты переноса.
Обработка данных ADCP включает выбраковку данных, фильтрацию выбросов, сглаживание
по вертикали и горизонтали и удаление баротроп-ного прилива по глобальной модели ТРХО 7.2 [7]. При анализе используются данные, процент качества которых превышает 70%. Ошибки измерений абсолютных скоростей 2-минутных ансамблей составляют от 2 до 3 см/с [10], и они значительно меньше максимальных скоростей струй АЦТ (50—80 см/с), а, самое главное, в несколько раз меньше стандартного отклонения течений на
Рис. 2. Обеспеченность данными (количество пересечений) в квадратах 0.2° х 0.5° или (22 х 28 км) в проливе Дрейка по результатам работы судов в 2010—2012 гг. Легенда расположена в левом нижнем углу рисунка. Сплошной тонкой линией показана изобата 200 м.
любом отрезке пути длиной 0.6-километров, на котором производится осреднение.
При нерегулярных пространственно-временных измерениях для получения средней картины необходимо использовать статистические методы анализа. Для этого данные каждого разреза скорости были проинтерполированы в узлы сетки 0.2° широты по горизонтали и 50 м по вертикали. Участки разрезов с пропусками данных были исключены. Далее была построена карта обеспеченности данными для 0.2° х 0.5° квадратов по широте и долготе с горизонтальными размерами порядка 22 х 28 км соответственно (представлена на рис. 2).
На рис. 2 различными оттенками серого показаны квадраты, где было выполнено три и более пересечений пролива Дрейка. При пост
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.