ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОСМИЧЕСКОМ ИНФОРМАЦИИ О ЗЕМЛЕ
528.873
ПРОЯВЛЕНИЕ СЕЗОННЫХ ВАРИАЦИИ УРОВНЯ ОКЕАНА
В АМУРСКОМ ЛИМАНЕ
© 2008 г. В. В. Иванов, В. М. Пищальник, Ю. В. Любицкий
Институт морской геологии и геофизики ДВО РАН, Владивосток Сахалинский филиал Дальневосточного геологического института ДВО РАН, Южно-Сахалинск Хабаровская государственная академия экономики и права Е-шаП: iva38@mail.ru; Vpishchalnik@rambler.ru; lub@ael.ru Поступила в редакцию 14.08.2007 г.
По данным миссии "Топекс/Посейдон" исследованы вариации геоида в Амурском лимане. Обнаруженные сезонные вариации уровня, имеющие амплитуду более 1 м и характерные периоды 1.0, 0.5, 0.16 и 0.12 года, во многом определяют динамику разрушения ледяного покрова и периодичность структуры течений в прибрежных районах Сахалина. Показано, что в 75% случаев дата ледохода приходится на фазу сигизийного прилива. Описан механизм разрушения ледяного покрова.
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2008, № 2, с. 37-43
УДК
ВВЕДЕНИЕ
Для исследования вариаций геоида в Амурском лимане (геоид — средний по времени уровень океана) использованы результаты регулярных наблюдений вариаций уровня океанов и морей с борта искусственных спутников Земли (миссия "Топекс/Посейдон") с 1992 по 2002 г. [1]. Схема и нумерация треков, которые пересекают шельф о-ва Сахалин, приведены на рис. 1. Методология интерпретации спутниковых измерений и подробное описание структуры данных изложены в работах [2, 3].
В работе [2] при анализе записей уровня Мирового океана в миссии "Топекс/Посейдон" во время прохождения волн цунами в Японском море были обнаружены пространственные вариации геоида с амплитудой около 1 м, имеющие пространственный масштаб в десятки километров. В работе [3] при исследованиях временной изменчивости вариаций уровня моря на акваториях, прилегающих к о-ву Сахалин, на интервале времен порядка 10 лет были обнаружены сезонные колебания с характерными периодами, соответствующими высоким гармоникам с периодом один год. Оценка пространственной зависимости амплитуды этих вариаций в Татарском заливе и в северо-восточной части Японского моря показала, что амплитуда их существенно убывает по мере увеличения расстояния от точки наблюдения до Амурского лимана (рис. 2). Это обстоятельство позволило выдвинуть гипотезу, что источником указанных вариаций является обмен массой между сушей и морем, который в концентрированном виде осуществляется посредством стока р. Амур.
Таким образом, цель настоящей работы состоит в исследовании причин генерации высоких обертонов в колебаниях уровня моря с периодом один год в окрестностях Амурского лимана. Эти вариации оказывают существенное влияние на формирование вдольбереговых течений в шель-фовой зоне Сахалина, а следовательно, определяют специфику дрейфа льда в районах морских нефтегазовых месторождений и на ледовых трассах плавания. Понимание генезиса их образова-
Рис. 1. Схема расположения и нумерация треков миссии "Топекс/Посейдон" в районе исследований.
в.д. в.д. в.д.
Рис. 2. Характерные величины амплитуд (см) шестой гармоники (период 61 день) в Охотском море и Татарском проливе и восьмой гармоники (период 46 дней) в прол. Лаперуза.
ния позволит переити к решению вопросов предсказания этих явлений, что является важным моментом для разработки стратегии борьбы с аварийными разливами нефти и за безопасность мореплавания.
ВАРИАЦИИ ГЕОИДА В АМУРСКОМ ЛИМАНЕ ПО ДАННЫМ МИССИИ "ТОПЕКС/ПОСЕЙДОН"
Информация со спутника записывается каждую секунду и относится к точке, над которой спутник проходит в это время. Исходя из дискретности наблюдений и скорости движения спутника, в Амур-
Уровень океана, м 1.04
Трек 34 Цикл 37
41°22'с.ш. 25'
30'
35'
40'
Рис. 3. Вариация геоида вдоль трека 34 в Амурском лимане.
ском лимане формируется шесть стационарных точек, в которых производятся измерения уровня. На рис. 3 показана характерная картина состояния уровня моря, записанная на треке 34 во время цикла 37 над Амурским лиманом: минимальные значения наблюдаются у побережий, а в окрестности центра лимана — максимум. Физический смысл такого распределения соответствует наличию двух разнонаправленных вдольбереговых потоков различной величины. В данном случае для осеннего периода поток в направлении с севера на юг (вдоль сахалинского побережья) превосходит противоток вдоль берега материка.
Зависимость отклонения уровня от времени показана на рис. 4а и б. В качестве точки отсчета геоида использовалось значение уровня в максимуме зависимости, представленной на рис. 3. На рис. 4а показана зависимость вариаций геоида от времени за период с 1992 по 2002 гг., на рисунке 4б— на интервале длиной в 2.5 года (2000—2002 гг.). На графике 4а отчетливо наблюдаются интенсивные колебания с периодами 1 год, 0.5 года и 0.12 года. В годовом цикле колебаний уровня можно выделить два максимума и два минимума. Максимумы в мае и октябре хорошо известны. Они обусловлены весенним половодьем и осенними паводками. Минимумы в июле и ноябре — это летняя и зимняя межень. Поздней весной и поздней осенью наблюдаются резкие смены вариаций (моменты максимума и минимума производной). Сопоставление времени наступления весеннего максимума с периодами ледохода в пункте Николаевск-на-Амуре (таблица) позволяет предположить, что
Уровень океана, м
- 0.1 - 0.2 -0.3
- 0.4
- 0.5
- 0.6
- 0.7
- 0.8
1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 год
-0.1
-0.3 -0.4
-0.6 -0.7 -0.8
апрель июль октябрь 2001 г. апрель июль октябрь 2002 г. апрель июль
Рис. 4. Сезонные вариации геоида в Амурском лимане: а — за период 1992—2002 гг.; б — за период 2000—2002 гг.
эти резкие изменения геоида, протекающие за единицы дней, обусловлены разрушением ледяного покрова, образованием ледовых заторов и связанных с ними колебаниями уровня р. Амур, происходящими на фоне весеннего половодья.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА НА КОЛЕБАНИЯ УРОВНЯ
Для обоснования этого предположения нами были рассмотрены материалы наблюдений за
уровнем Амура в апреле—мае в г. Николаевске-на-Амуре, расположенном в 30 км вверх по течению от места впадения его в Амурский лиман. Наблюдения за уровнем производятся один раз в сутки и публикуются в гидрологических ежегодниках. Образец записи данных для 1994 г. показан в таблице. В первой графе таблицы приводится дата наблюдения, во второй — величина уровня в момент наблюдения, в третьей — характеристика состояния ледяного покрова.
Колебания уровня в пункте Николаевск-на-Амуре в 1994 г.
Дата Высота уровня, см Характеристика состоя ния ледяного покрова и водной поверхности
10.05.1994 159 Ледостав
11.05.1994 160 Закраины
12.05.1994 169 То же
13.05.1994 179 »
14.05.1994 194 »
15.05.1994 208 »
16.05.1994 220 »
17.05.1994 235 »
18.05.1994 265 Закраины, подвижка,
ледоход
19.05.1994 278 Сплошной, средний
и редкий ледоход
20.05.1994 252 Редкий ледоход
21.05.1994 233 Чисто
22.05.1994 218 То же
23.05.1994 207 »
24.05.1994 196 »
Хорошо видно, что само явление резкого повышения уровня длится около недели и сопровождается взломом ледяного покрова.
Повышение уровня воды в период ледохода наблюдается ежегодно. Детальные изменения уровня в весенний сезон для периода 1992—2002 гг. показаны на рис. 5. Дата интенсивного ледохода в пункте Николаевск-на-Амуре на рисунке отмечена зигзагообразной линией. Видно, что более чем в 90% случаев в момент ледохода наблюдаются изменения типа зависимости от времени вариаций уровня. До момента ледохода уровень возрастает во времени, причем скорость роста тем больше, чем ближе время наступления ледохода, т.е. скорость нарастает к моменту вскрытия реки Т0. Такая зависимость хорошо описывается закономерностью типа
¥ = А - ВДТ0-7), (1)
где А — величина уровня в момент начала ледохода; Т0 — момент ледохода и В — параметр, характеризующий скорость развития процесса.
После вскрытия реки в районе Николаевска-на-Амуре уровень начинает спадать со временем по закону разрушенной дамбы [4]
¥ = Аехр[-С(I- Г0)], (2)
где С — параметр, характеризующий скорость вытекания (падения уровня).
Совокупность этих закономерностей соответствует зависимости типа ^-точки, известной в теории фазовых переходов второго рода [5].
Если на эти графики наложить приливы по данным лунного календаря (на рис. 5 они обозначены вертикальными линиями у соответствующей даты), то можно заметить, что в 75% случаев дата ледохода приходится на фазу сизигийного прилива. Это позволяет заключить, что разрушение льда происходит под воздействием приливной силы. Приливная волна проникает в Амур из Охотского моря и создает избыточное давление, которое распирает ледовую оболочку.
Вследствие развивающейся потери прочности льда под воздействием термических факторов весной это явление приводит к образованию закраин. Уровень Амура определяется упругим равновесием между ледяным покровом и приливным напором. Противодействие льда приливу начинает заметно убывать при появлении во льду трещин. Это приводит к постепенному повышению равновесного уровня, который достигает максимума в тот момент, когда трещина становится магистральной, т.е. пересекает ледяной массив, соединяя два участка поверхности воды, свободных ото льда. Момент Т0 — это как раз тот момент, когда трещина становится магистральной и упругое сопротивление ледяного покрова приливу становится равным нулю.
Отметим, что бывают аномальные годы, когда ледяной покров разрушается без образования магистральной трещины. К таким годам относится 2003 г. (см. рис. 5), где по временной зависимости видно, что трещина не образовалась, нет характерной особенности типа ^-точки и максимум уровня не совпал с моментом ледохода.
Появление магистральной трещины наглядно прослеживается по спутниковым снимкам в Амурском лимане (рис. 6). В 2002 г. разрушение льда (появление магистральной трещины и ледоход) в районе Николаевска-на-Амуре началось 8 мая. Через двое суток (10 мая) трещина достигла устья р. Амур, а 16—17 мая произошло разрушение ледового затора (ледяной дамбы) в месте соединения Амурского лимана с Сахалинским заливом (на рис. 5 этот момент помечен звездочками
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.