ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2008, № 4, с. 45-61
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ О ЗЕМЛЕ
УДК 551.465(265.1)
СЕЗОННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ КРУПНОМАСШТАБНЫХ ФРОНТОВ ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ ТИХОГО ОКЕАНА ПО СПУТНИКОВЫМ ДАННЫМ
© 2008 г. Ю. В. Артамонов*, Е. А. Скрипалева
Морской гидрофизический институт Национальной академии наук Украины, Севастополь
*Дом. тел.: (0692)44-19-41; e-mail: artam-ant@yandеx.ru Поступила в редакцию 06.08.2007 г.
На основе спутниковых измерений температуры поверхности океана за 1985—2002 гг. исследованы структура и сезонная изменчивость крупномасштабных фронтов восточной части Тихого океана. Установлены региональные особенности интенсивности фронтов. Показано, что в тропической зоне наблюдается усиление фронтов в восточной части океана, а в южных субтропиках — преимущественно в центральной.
ВВЕДЕНИЕ
Исследование фронтальной системы в восточной части Тихого океана имеет важное прикладное и научное значение, так как интенсивное судоходство и промысел в этом регионе требуют достоверной информации о структуре водных масс, изменчивости положения и интенсивности их границ. В экваториально-тропической области Тихого океана ярко выражены процессы взаимодействия океана и атмосферы на сезонном и межгодовом (события Эль-Ниньо) масштабах [1]. Для успешного прогнозирования скоплений промысловых объектов необходимо знание реакции океанических фронтов на эти процессы.
Структура фронтов в восточной части Тихого океана, полученная на основе многочисленных исследований [2—10], выглядит следующим образом. В тропической зоне севернее экватора располагаются Северный тропический фронт, совпадающий с Северным пассатным течением, и Северный субэкваториальный фронт (другое название — Экваториальный фронт), соответствующий Межпассатному противотечению. К югу от экватора прослеживается Южный тропический фронт, проходящий вдоль Центральной ветви Южного пассатного течения. В тропиках Тихого океана, как и в Атлантике, существуют Северная и Южная ветви Южного пассатного течения и Южное экваториальное противотечение, однако соответствующие им фронты на известных схемах не представлены. В умеренных широтах в зоне Южно-Тихоокеанского течения располагаются две ветви Южного субтропического фронта. Южнее, в области Антарктического циркумполярного течения выделяют Субантарктический и Антарктический полярный фронты. Положение фронтов в умеренной и полярной зонах восточной части Тихого океана определено не точно и отмечено на схеме
[10] только пунктирной линией, а такие фронты, как Фронт Южной ветви Антарктического циркумполярного течения и Антарктическая граница ледовитости вообще отсутствуют.
Существующие региональные пробелы в опубликованных схемах фронтов объясняются недостатком океанографических данных, особенно для открытых районов океана. Из-за отсутствия длительных временных рядов наблюдений описание закономерностей сезонной и, тем более, межгодовой изменчивости фронтов крайне затруднено. Появление спутниковых данных с хорошим пространственно-временным разрешением позволяет существенно восполнить пробелы в контактных измерениях. Цель настоящей работы — уточнить структуру и исследовать сезонную изменчивость крупномасштабных фронтов восточной части Тихого океана на основе спутниковых данных о температуре поверхности океана (ТПО).
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
В работе исследовались фронты восточной части Тихого океана между 140° з.д. и проливом Дрейка (72° з.д.) от субтропиков Северного полушария (30° с.ш.) до побережья Антарктиды. Крупномасштабные океанические фронты имеют преимущественно зональную ориентацию, поэтому основное внимание в работе уделено анализу распределения меридиональных градиентов температуры (МГТ) на поверхности океана. Расчеты этих градиентов проводились по данным массива спутниковых измерений ТПО из архива AVHRR Ocean Pathfinder Data JPL NOAA/NASA, охватывающим период с 1985 по 2002 гг. Этот массив представляет собой набор среднемесячных значений ТПО для каждого года в узлах сетки 54 х х 54 км. Для оценки надежности выделения се-
зонного сигнала поля ТПО были рассчитаны средние квадратические отклонения (СКО), связанные с межгодовой за 18 лет (СКОмеж) и внутри-годовой (СКОсез) изменчивостью поля температуры. Проведенные расчеты показали, что на большей части исследуемой акватории сезонные вариации ТПО превышают межгодовую изменчивость в 2—3 раза (рис. 1а, б). Максимальные значения отношения СКОсез/СКОмеж наблюдаются на восточной периферии Южного субтропического антициклонического круговорота (ЮСАК) и на западной границе Перуанского апвеллинга. Они обусловлены значительной сезонной изменчивостью ТПО в зонах Перуанского течения, Центральной и Южной ветвей Южного пассатного течения. Значения СКОсез/СКОмеж уменьшаются в районе экватора и в полярных широтах, где сезонный сигнал и межгодовые вариации становятся сравнимыми по интенсивности.
Для анализа климатического сезонного цикла характеристик фронтов среднемесячные поля МГТ осреднялись для каждого месяца за 18 лет. Предполагалось, что в результате использования среднемесячных климатических значений МГТ мезомасштабные шумы и синоптическая изменчивость отфильтровывались и практически не проявлялись в анализируемых полях. Остаточный шум на меридиональных профилях МГТ сглаживался трехточечным фильтром (0.25МГТ,- -1 + + 0.5МГТ,- + 0.25МГТ,- + 1). Использование такого фильтра при исследовании фронтов в Атлантическом океане дало хорошие результаты [11]. Положение фронтов определялось по экстремумам МГТ на меридиональных профилях. Идентификация фронтов проводилась по диапазону температур, соответствующему данному экстремуму, широтному положению экстремума и знаку меридионального градиента. Отрицательные значения МГТ во фронте показывают уменьшение значений температуры в направлении с севера на юг. Величины экстремумов МГТ в °С/54 км далее по тексту приводятся в скобках, при этом размерность опускается. Названия основных фронтов даны в соответствии с установившейся в последние годы номенклатурой [6—13]. При описании сезонного цикла характеристик фронтов используется термин "годовой сигнал", под которым подразумевается наличие одного хорошо выраженного максимума и одного хорошо выраженного минимума во внутригодовом распределении этих характеристик.
Для оценки достоверности климатического сезонного цикла характеристик фронтов рассчитывались их средние квадратические отклонения, обусловленные межгодовой изменчивостью. При этом использовались среднемесячные значения величин экстремумов градиентов, характеризующих данный фронт, температуры, при которой формируется фронт, и широты, на которой на-
блюдается соответствующий экстремум. Внутри-годовые изменения характеристик фронтов и их межгодового СКО свидетельствуют о высокой надежности определения сезонного сигнала характеристик фронтов по спутниковым данным (рис. 1в). Амплитуда перечисленных характеристик сезонного сигнала в большинстве случаев превышает их межгодовые вариации.
При интерпретации особенностей сезонной изменчивости характеристик фронтов использовалось климатическое поле ветра, рассчитанное на основе массива Climatology Interdisciplinary Data Collection-98 [14], который содержит среднемесячные значения зональной (U) и меридиональной (V) составляющих скорости ветра для каждого года в узлах сетки 2° х 2° за период с 1980 по 1993 гг. Климатический сезонный цикл поля ветра анализировался по осредненным за 14 лет среднемесячным значениям U и V.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
Проведенные расчеты позволили уточнить среднюю схему фронтов восточной части Тихого океана и описать их сезонную изменчивость. На рис. 2 представлены: слева — рельеф дна и схема положения климатических температурных фронтов, справа — среднегодовое распределение ТПО и схема крупномасштабной циркуляции вод. На рис. 3, 4 показаны внутригодовая изменчивость МГТ и положение фронтов на меридианах 140°, 120°, 110°, 100°, 96°, 92°, 88°, 84°, 80°, 76° и 72° з.д. На рис. 5, 6° приведен сезонный ход интенсивности, температуры и широтного положения фронтов на каждом из перечисленных меридианов.
Фронты тропической зоны
На северо-западе рассматриваемого региона (на меридиане 140° з.д.) наблюдаются положительные значения МГТ, которые, начиная с 20° с.ш. и далее на север, увеличиваются. Это увеличение градиентов объясняется влиянием Северного субтропического фронта, основная ветвь которого располагается за пределами исследуемой акватории. В широтном диапазоне от 15° до 20° с.ш. отмечаются минимальные положительные значения МГТ. Согласно [3, 7], здесь располагается Северный тропический фронт, который по спутниковым данным на поверхности океана практически не проявляется.
Южнее, примерно между 8° и 20° с.ш. прослеживается Северный Субэкваториальный фронт (ССбЭФ), в структуре которого можно выделить две основные ветви, соответствующие северной и главной струям Межпассатного противотечения. В сезонной изменчивости интенсивности Северной ветви ССбЭФ преобладает годовой период. В центральной части океана на меридиане 140° з.д.
к
о
8 Е
О
К
И
00 И
¡=1 к
и> *
О
О
о
о >
£
о о
ОО
с.ш.
-70-
ю.ш.
-40
О И
О
К
и?
СП
X А К И О
0 ч сг
Я
¡<
Я
1
о
2
£
В
§
я Е
х
в -а О Я
И
1 3 5 7 9 11 Мес.
9 11 Мес.
Рис. 1. Отношение сезонных и межгодовых СКО поля ТПО (а); внутрнгодовое (жирная линия) и межгодовое (тонкая линия) СКО поля ТПО (б); внутригодовая изменчивость величины МГТ (слева), широтного положения (в центре) и температуры (справа) Фронта Северной ветви Южного пассатного течения (ФСВ ЮПТ), Южного тропического фронта (ЮТФ), Южной ветви Южного субэкваториального фронта (ЮВ ЮСбЭФ) и Южного субтропического фронта (ЮСбТФ) и их межгодовое СКО (в) на меридиональном разрезе вдоль 84° з.д.
-150 -140 -130 -120 -110 -100 -90 -80 -70 -150 -140 -130 -120 -110 -100 -90 -80 -70
00
к
О
s e
О И
К
и
OJ
И
I
К К
OJ
О
О
о
о >
г -t.
S -20Н
о л к
-зо-
-10-
ЮВ ЮСбЭФ
Ifgiys
ЮВ ЮТФ
^ *Щкыя"^1 ' 'Г. л
>4000 It'L
-"•••J^/Or. >300° Л'Ь-зо
ЮСбТФ ¿У ---------
ЮВ ЮСбТФ
>5000 I
САФ ""-Г---
-40-
-50-
-60-
-70-
^ АПФ^^
>3000 Ю
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.