научная статья по теме СЕЗОННАЯ И МЕЖГОДОВАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ КАСПИЙСКОГО МОРЯ Геофизика

Текст научной статьи на тему «СЕЗОННАЯ И МЕЖГОДОВАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ КАСПИЙСКОГО МОРЯ»

ОКЕАНОЛОГИЯ, 2004, том 44, № 5, с. 645-659

= ФИЗИКА МОРЯ

УДК 551.465

СЕЗОННАЯ И МЕЖГОДОВАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ КАСПИЙСКОГО МОРЯ

© 2004 г. А. И. Гинзбург, А. Г. Костяной, Н. А. Шеремет

Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва Поступила в редакцию 12.05.2004 г.

Массив еженедельных спутниковых MCSST (Multi-Channel Sea Surface Temperature) данных использован для исследования сезонной и межгодовой изменчивости температуры поверхности (ТПМ), средней для 4-х регионов Каспийского моря в отдельности (Северного, Среднего и Южного Каспия, залива Кара-Богаз-Гол), и ее тренда в 1982-2000 гг. Выявленный в этот период положительный тренд ТПМ 0.05-0.10°С/год, в несколько раз превысивший таковой в ~1940-1980 гг., явился, по-видимому, результатом глобального потепления климата. Сопоставлением по времени зимних и летних аномалий ТПМ (среднемесячных и среднесезонных), наблюдавшихся в 1950-2000 гг. (спутниковые и опубликованные натурные данные), с фазами Эль-Ниньо - южного колебания и северо-атлантического колебания продемонстрировано влияние последних на межгодовую и декадную изменчивость ТПМ. Отмечается одинаковый в основных чертах характер изменения температуры в Каспийском и Черном морях в 1982-2000 гг. (близкий по величине положительный тренд, минимум средней годовой ТПМ в 1992-1993 гг., самые высокие ТПМ зимой и летом в 1998-1999 гг.).

1. ВВЕДЕНИЕ

Термический режим замкнутого Каспийского моря в целом и отдельных его регионов определяется географическим положением моря между Европой и Азией, его существенной вытянутостью в меридиональном направлении (около 1200 км), распределением глубин (от нескольких метров на севере до более 1000 м в южной части), характером атмосферной циркуляции и климатическими воздействиями, системой морских течений [11, 23]. Известная информация о региональных особенностях термического режима открытой части моря, а также о пространственной и временной изменчивости температуры его поверхности (ТПМ) основана на судовых измерениях преимущественно с 1940-х до начала 1980-х гг. [3, 11, 12, 14, 18, 23], т.е. во время последовательного понижения уровня Каспия [1, 21, 25, 32]. Этим же периодом ограничены сведения об аномалиях сезонных значений ТПМ Каспия [23] и суровости зим в его северной части [11] (данные о суровости зим в Северном Каспии в период до 2002 г. содержатся в недавней работе [34]). Однако информация о возможных изменениях температурного режима моря, обусловленных изменением его уровня в последующий период, что могло сказаться главным образом на мелководных регионах (Северном Каспии и заливе Кара-Богаз-Гол), и глобальным потеплением [35], отсутствует из-за значительного уменьшения объема гидрологических работ и данных с гидрометеостанций даже в российском секторе по экономическим причинам и в связи с изменившейся после распада СССР геополитической обстановкой в регионе (Каспий те-

перь омывает берега пяти независимых государств). Единственной возможностью получения необходимой информации является использование регулярных данных спутниковых измерений.

Практически не изученным является также вопрос об отклике гидрологического режима Каспия на крупномасштабные атмосферные воздействия: Эль-Ниньо - южное колебание (ЭНЮК), определяющее флуктуации в климатической системе океан-атмосфера и особенности глобальной атмосферной циркуляции, и северо-атлантическое колебание (САК), имеющее особое значение для европейского региона (влияет на интенсивность западных ветров, пути и интенсивность атлантических и средиземноморских циклонов) [16, 17, 21, 40]. В ряде работ рассмотрено влияние ЭНЮК и САК на изменение уровня Каспийского моря [4, 9, 17, 21, 25]. Влияние же этих колебаний циркуляции атмосферы на изменчивость ТПМ Каспия до сих пор не рассматривалось, хотя можно предполагать, основываясь на результатах недавних исследований межгодовой изменчивости температурного режима соседних с Каспием акваторий Средиземного [28, 39] и Черного [7, 30, 38] морей, что оно существует.

В данной работе рассмотрены сезонная и межгодовая изменчивость ТПМ Каспийского моря, а также ее долговременный тренд на основе анализа спутниковой информации 19-летнего периода (1982-2000 гг.). Полученные результаты вместе с доступной информацией о сезонных аномалиях термического режима Каспия в предшествующие годы [3, 11, 23, 34] использованы для выявления отклика ТПМ Каспийского моря на ЭНЮК и

с.ш.

Рис. 1. Батиметрическая карта Каспийского моря с 4-мя выделенными регионами исследования. 1 - Северный Каспий; 2 - Средний Каспий; 3 - Южный Каспий; 4 - залив Кара-Богаз-Гол.

САК. Проведено сопоставление сезонных аномалий ТПМ и ее тренда с аналогичными характеристиками (по опубликованным данным) ближайших к Каспию полузамкнутых бассейнов - Черного и Средиземного морей.

2. ДАННЫЕ

Основой исследования, как и в работах авторов по изучению термического режима Черного и Аральского морей [6, 7, 29, 30], явились доступные через Интернет еженедельные данные MCSST (Multi-Channel Sea Surface Temperature), получаемые с помощью инфракрасных (ИК) каналов радиометров AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) спутников NOAA с ноября 1981 г. (описание данных дано на сайте http://podaac.jpl.nasa.gov:2031/DATASET_DOCS /avhrr_wkly_mcsst.html). Эти данные имеют пространственное разрешение 1/6° (примерно 18 км) и разрешение по температуре 0.1°С. Поскольку в качестве опорных при восстановлении ТПМ по

данным ИК-радиометров используются подповерхностные измерения, спутниковые ТПМ относятся фактически к поверхностному слою моря [24], что позволяет сопоставлять результаты, полученные на основе спутникового и гидрологического массивов данных.

Из глобального массива данных MCSST с недельным осреднением, "истинных" (valid) и интерполированных (interpolated) (в последнем случае ячейки сетки или пикселы с отсутствующими измерениями заполняются значениями из соседних пикселов методом интерполяции), акватории Каспийского моря соответствуют 1260 пикселов. В работе использовались интерполированные MCSST данные, относящиеся к ночному времени (для исключения дневного прогрева). На их основе рассчитывались характеристики ТПМ, осред-ненные по времени (средние за месяц, сезон, год) и пространству (в пределах заданных регионов).

С учетом физико-географических особенностей и характера подводного рельефа основной бассейн Каспийского моря принято делить на три части: Северный, Средний и Южный Каспий, с условной границей между Северным и Средним Каспием по линии о. Чечень-м. Тюб-Караган и между Средним и Южным Каспием - по линии о. Жи-лой-м. Куули [11, 23]. В настоящем исследовании для удобства расчета характеристик ТПМ в качестве границы между северной и средней частями моря использовалась широта ~44°30' с.ш., граница же между средней и южной частями соответствовала общепринятой (рис. 1). Анализ характеристик термического режима выполнен для 4-х регионов Каспийского моря, включая залив Кара-Богаз-Гол (КБГ) (рис. 1). При этом Северному Каспию соответствуют 268 пикселов, Среднему -506, Южному - 444 и КБГ - 42. Хотя в пределах каждого из этих регионов распределение температуры неоднородно [3], рассчитывались средние для них характеристики ТПМ, отражающие для Среднего и Южного Каспия термическое состояние в основном глубоководных частей моря.

Из-за не всегда достаточной обеспеченности акватории моря "истинными" MCSST данными до 1992 г., особенно для Северного Каспия, интерполированные недельные значения ТПМ, осреднен-ные в пределах выбранного региона, в ряде случаев заметно отличались от таковых в предыдущую и последующую недели. Тщательный анализ данных позволил выявить и исключить из массива такие значения. По причине отсутствия данных (как "истинных", так и интерполированных) в некоторые недели и даже месяцы рассчитанные характеристики ТПМ с месячным, сезонным и годовым осреднением могли оказаться заниженными или завышенными (в тексте даны соответствующие пояснения). Поэтому для суждения об аномальных зимних и летних ТПМ привлекались данные о

годовом ходе температуры воздуха в пунктах Астрахань, Атырау (Гурьев), Махачкала и Туркменба-шы (Красноводск) в период с 1982 по 1995 гг., полученные через Интернет (http://www.meteo.ru/da-ta/st_mdata.htm), а также об индексах суровости зим, оцененных по сумме градусо-дней мороза в Махачкале, из работы [33]. Из-за отсутствия "истинных" MCSST данных не рассматривались интерполированные значения для Северного Каспия с ноября по март и для КБГ до 1994 г.

Данные об использованных при анализе индексах ЮК, САК, восточно-атлантического колебания -струйного течения (ВАК-СТ) (EA-Jet) и азиатского летнего колебания AS (Asian Summer Pattern) были получены через Интернет (www.cpc.NOAA.gov/da-ta/teledoc, http://iri.columbia.edu/).

3. СЕЗОННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПОЛЯ ТПМ КАСПИЯ

Поля ТПМ Каспийского моря для отдельных месяцев разных гидрологических сезонов (зима: январь-март, весна: апрель-июнь, лето: июль-сентябрь, осень: октябрь-декабрь), полученные осреднением недельных спутниковых данных для основного бассейна за 19-летний (1982-2000 гг.), а для КБГ за 7-летний (1994-2000 гг.) периоды, представлены на рис. 2. Закономерности пространственного распределения температуры по акватории основного бассейна и сезонной изменчивости этого распределения хорошо известны (см. [11, 23]), хотя среднемноголетние поля ТПМ в разных источниках [11, 12, 18, 23], в зависимости от использованной авторами этих работ базы гидрологических данных, различаются в деталях. Поскольку характер спутниковых (рис. 2) и этих среднемноголетних распределений температуры в основных чертах хорошо согласуются, остановимся лишь на некоторых существенных отличиях полей ТПМ, приведенных на рис. 2 и в [23], которые могли быть обусловлены как изменениями в термическом режиме Каспия в рассматриваемый период по сравнению с предшествующим, так и спецификой используемого спутникового массива данных.

В февральском распределении (рис. 2а) значения ТПМ на 1-1.5°С, а на границе Северного и Среднего Каспия - на 2°С выше, чем в [23], что связано прежде всего с общим

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.

Показать целиком