НАУКИ О ЗЕМЛЕ
УДК 551.465(262.54)
СЕЗОННАЯ ТЕРМОХАЛИННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ВОДНЫХ МАСС В ТАГАНРОГСКОМ ЗАЛИВЕ АЗОВСКОГО МОРЯ
© 2007 г. Член-корреспондент РАН Д.Г. Матишов12, Г.В. Ильин2, Д.В. Моисеев2
На основе материалов двух мезомасштабных гидрологических съемок определены основные закономерности формирования гидрологической структуры и гидродинамики вод Таганрогского залива в летний и осенний сезоны. Сезонные изменения ветрового режима определяют систему циркуляции вод, процессы фронтогенеза и фронтолиза в заливе. Трансфронтальный обмен и смешение вод в эстуарии происходит как в форме ветрового перемещения, так и в форме нормальных к линии фронта осцилляций. Возникающий эффект интрузий приводит к образованию в зоне смешения множества разномасштабных "линз" и локальных короткоживущих гидрофронтов.
Несмотря на относительно хорошую изученность гидрологического режима Азовского моря вопросы формирования мезомасштабной структуры термохалинных полей и циркуляции вод остаются до настоящего времени практически неизученными.
В июне и сентябре 2005 г. Мурманским морским биологическим институтом Кольского научного центра РАН совместно с Южным научным центром РАН в ходе двух гидрологических съемок с судна "Профессор Панов" впервые были проведены исследования мезомасштабной структуры вод Таганрогского залива. Во время каждой из съемок выполнено по 260 гидрологических станций (рис. 1). Дискретность сетки станций в зависимости от ожидаемой гидродинамической активности на участках акватории составляла 2'-3' по широте и 4'-6' по долготе [1]. Измерение гидрологических характеристик выполнялось СТД-зондами CTD90M и SEACAT SBE 19. Координаты станций контролировались с помощью системы геопозиционирования GPS. Все станции сопровождались метеонаблюдениями. Каждая съемка выполнена в короткий временной промежуток в условиях стабильной метеорологической обстановки.
Сезонная смена ветров в условиях мелкого бесприливного бассейна становится ведущим фактором изменения циркуляции вод и форми-
1 Южный научный центр Российской академии наук, Ростов-на-Дону.
2 Мурманский морской биологический институт Кольского научного центра Российской академии наук, Мурманск.
рования их термохалинной структуры [2, 3]. Над акваторией моря с июня по август преобладают западные, юго-западные и северо-западные ветры. Повторяемость западного и юго-западного направлений составляет в июле 31-34%, а средняя скорость 5-5,5 м/с. Осенью и зимой над бассейном преобладают северо-восточные и восточные ветры. Их суммарная повторяемость составляет около 51%, средняя скорость ветра 5-6,5 м/с [4].
В период обеих съемок несмотря на смену атмосферной циркуляции ветровая деятельность протекала при слабо различающихся барических ситуациях. В июне на фоне мало изменчивого атмосферного давления (759-768 мм рт. ст.) преобладал ветер западных румбов со скоростью до 9 м/с. В сентябре перестройка барических систем не вызвала значимого понижения фона атмосферного давления (755-760 мм рт. ст.), но преобладающими стали северные и восточные ветры. Скорость ветра достигала 12 м/с.
Метеоусловия июня: температура воздуха 18-25 °С, высота волн до 1,25 м - обусловили изменчивость температуры воды в заливе в интервале от 20 до 26 °С. Соленость воды изменялась от 0,9 до 9,9%о.
С помощью Т, 5-анализа в Таганрогском заливе летом выделено два основных типа вод (рис. 2а). Первый тип - это речные воды, отличающиеся низкой соленостью (от 0,9 до 3,2%©) и значительными колебаниями температуры (от 22 до 24,5 °С). Второй тип - воды морского бассейна. Для них характерны широкий диапазон
+0,0-^-«гг-^гы----,-,-,-
37,5 38,0 38,5 39,0
Рис. 1. Сеть гидрологических станций, выполненных в Таганрогском заливе в июне и сентябре 2005 г. Батиметрическая основа приведена по Г.Г. Матищову [6, 7]
солености (4,5-9%о) и относительная тепловая инертность (21-22 °С). В ядре водной массы сохранялась высокая соленость (9-10%о), свойственная водам морского бассейна.
На акватории залива было сформировано два гидрофронта в кутовой и устьевой частях залива, оконтуривающих соответственно речную и морскую водные массы.
В отсутствие пршшвно-отливных течений ветровое волнение препятствовало развитию плотностной стратификации вод, что обусловило вертикальное развитие фронтальных разделов. Диффузное сопротивление галоклина определило обмен через него посредством интрузий. Вследствие этого на акватории залива выделялись многочисленные мезомасштабные гидродинамические образования - линзы с линейными размерами от 3 до 8 км, что делало термохалшную структуру вод очень мозаичной (рис. За).
Термическая структура воды в графическом отображении выглядит более сложной, чем ха-линная структура. Однако истинная термическая структура в мелководном бассейне маскируется значительной суточной изменчивостью температуры и неадекватно отображается при анализе данных натурных измерений. Для выявления термической структуры в таких водоемах необходимы дополнительные суточные наблюдения с последующим приведением измеренной темпе-
ратуры воды в водоеме к одному определенному часу.
Соленость воды мало подвержена суточной изменчивости и более надежно отображает плотностную а динамическую структуру вод в заливе. Как правило, максимальные различия солености в линзах и окружающих водах не превышают 0,5%с, что и отображено на рис. 3. В большинстве же такие различия составляют 0,2-0,25%о и могут восприниматься на картах как интрузивные выступы изохалин (рис. За). Соответственно наибольшее развитие мезомасштаб-ных образований и интрузий отмечено в зоне смешения между фронтами.
В сентябре диапазон изменчивости температуры воздуха расширился за счет ночного выхолаживания (14-27 °С). Температура воды мелководного Таганрогского залива быстро реагировала на изменения метеоусловий и понизилась до 16-24 °С. В отличие от июня речные воды характеризовались более низкой (16-19 °С), чем морская вода, температурой.
Смена направления ветра вызвала ветровое противодействие адвекции вод из морского бассейна. Результатом этого стало уменьшение солености, максимум которой снизился до 8%с. В то же время северные и восточные ветры привели к обострению речного гидрофронта у юго-восточ-ного берега залива. Соленость речных вод в эстуарии уменьшилась и удерживалась в диапазоне
30
Д.Г. МАТИШОВ и др.
1-1-1-1-1-1-1-1-г
20,5 21,0 21,5 22,0 22,5 23,0 23,5 24,0 24,5 25,0 25,5 26,0
Температура Г, °С
1-г~
16,0 17,0 18,0 19,0 20,0 21,0 22,0 23,0 24,0
Температура Т, °С
Рис. 2. Г,5-диаграммы вод Таганрогского залива 23 июня - 2 июля (я), 15-25 сентября (5) 2005 г.
0,5-1,2%© (рис. 26). Азовоморская вода осенью характеризовалась соленостью 4,5-8,0%о и по-прежнему стабильной температурой (21-23 °С).
В целом ветровая деятельность и ветровое волнение (0,2-1,0 м) обеспечивали хорошее вертикальное перемешивание вод и относительную однородность термохалинных характеристик от поверхности до дна.
Изменение направления преобладающих ветров привело также к перераспределению водных
масс на акватории залива. Ядро морских вод было оттеснено от косы Долгой к северо-западной периферии залива, в область жёлоба. В заливе был сформирован эстуарный фронт типа солевого клина (рис. 4) [5]. В отличие от приливных морей причиной формирования фронта стала ветровая деятельность [6, 7]. На границе солевого клина генерировались мезомасштабные термо-халинные структуры с такими же линейными размерами, что и в летний период.
Рис. 4. Эстуарный фронт в поле средневзвешенной солености. Таганрогский залив, сентябрь 2005 г.
Миусский лиман уС
Таганрог1
Мариужшь
Семибалки
Порт-Катон
Шабельск
Ейский лиманг_
Азовское
,олга:
47°,2
47°, О
46°,8
46°,6
37°,5
38°,О
38°,5
39°,О
Рис. 5. Схема течений в Таганрогском заливе в летний (а) и в осенний период (б) 2005 г. 1 - поток речных вод из залива, 2 - поток азовоморских вод в залив
Общее понижение солености вод залива вызвало уменьшение контрастности вод в зоне смешения, и в отличие от летнего периода трансфронтальный обмен в поле солености проявлялся главным образом как мезомасштабные осцилляции изохалин (рис. За).
Характерный для летнего периода процесс обособления солевых линз был, по-видимому,
трансформирован в генерацию мелкомасштабных структур с относительно размытыми границами (различия 0Л%о и менее), которые не выявлялись при мезомасштабных съемках.
В формировании термической структуры воды в сентябре по-прежнему большую роль играла суточная изменчивость, однако понижение температуры речных вод вызвало заметные ус-
тойчивые различия между раслресненными и морскими водами. Именно температурная контрастность вод обусловила мозаичиость термической структуры вод в заливе. Большая часть термически неоднородных мезомасштабных образований генерировалась на фронтальном разделе вдоль северного берега Таганрогского залива.
Под влиянием ветрового поля в заливе формировалась специфическая система циркуляции (рис. 5). При малых глубинах и большой суточной вариации температуры основным консервативным фактором, позволяющим судить о направлении течений, является соленость вод. Потоки стокового и компенсационного течений в заливе ориентированы вдоль градиента солености воды. Хорошая вертикальная перемешан-ность вод дает возможность использовать для анализа этих градиентов и соответственно течений карты средневзвешенной солености.
Детом западные ветры вызывали повышение уровня в восточной периферии морского бассейна. Отсюда морские воды как компенсационное течение проникали в залив вдоль его южного берега. Сформировав обширную линзу осолонен-ных вод с замкнутой циркуляцией у косы Долгой, компенсационное течение распространялось далее узкой полосой (5-7 км) вдоль южного побережья залива.
Стоковое течение было ориентировано по тальвегу в донном рельефе. В морской бассейн речные воды выходили по жёлобу близ косы Бе-лосарайская, вероятно, являющемуся фрагментом древнего русла реки Дон (рис. 5а). Осенью перераспределение материкового стока под воздействием восточных и северо-восточных ветров вызвало ориентацию основного потока стокового течения вд
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.