ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2013, № 4, с. 3-15
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ О ЗЕМЛЕ
СИНОПТИЧЕСКИЕ ВИХРИ В РАЙОНЕ ЗАЛИВА ПЕТРА ВЕЛИКОГО
ПО СПУТНИКОВЫМ ДАННЫМ
© 2013 г. С. Ю. Ладыченко*, В. Б. Лобанов
Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН, Владивосток
*Е-таП: svemos@poi.dvo.ru Поступила в редакцию 14.08.2012 г.
В данной работе исследовались синоптические вихри в районе залива Петра Великого, расположенного в северо-западной части Японского моря. Были получены характеристики вихрей на основе данных МОЛА/ЛУИЯЯ в ИК-диапазоне за июль—октябрь 2000—2004 гг. Показано, что антициклонические вихри постоянно присутствуют в исследуемом районе. Они наблюдались на 85% безоблачных изображений. Нами были определены характеристики 43 из них. Диаметр вихрей варьирует от 20 до 110 км с наиболее повторяющимися значениями 20—60 км. Типичное время существования вихрей составляет от 3 до 30 сут. Однако некоторые вихри среднего размера (40—60 км) наблюдались более продолжительное время — до 40—60 суток, а крупные вихри (диаметром 60—110 км) — на протяжении 1—2 мес. При этом они перемещаются в юго-западном и южном направлениях вдоль континентального склона со скоростями 3—6 см/с. Отмечаются межгодовые различия в вихревой структуре вод, проявляющиеся в присутствии в отдельные годы одного крупного вихря, охватывающего большую часть залива (2000, 2002 и 2003 гг.), либо в формировании нескольких более мелких образований (2001 и 2004 гг.). Вихри содержат более теплые и менее соленые в сравнение с окружающими воды шельфового происхождения и переносят их в своем ядре на значительное расстояние. Таким образом, они являются элементом механизма формирования промежуточных вод Японского моря и играют важную роль в водообмене поперек шельфа, обеспечивая быструю вентиляцию прибрежной зоны и определяя изменчивость биологических процессов.
Ключевые слова: синоптические антициклонические вихри, инфракрасные спутниковые изображения, МОЛА/ЛУИЯЯ, Японское море, залив Петра Великого
Б01: 10.7868/80205961413030032
ВВЕДЕНИЕ
Залив Петра Великого расположен в северозападной части Японского моря (рис. 1). Благодаря особенностям климатического режима и обширному шельфу, в заливе формируются воды, отличающиеся по своим характеристикам от вод прилегающей морской акватории (Зуенко, Юра-сов, 1995; Данченков и др., 2003; Лучин и др., 2005). Водообмен залива с открытым морем имеет большое значение как для вентиляции вод залива, подвергающегося все возрастающей антропогенной нагрузке, очистке загрязненных вод прибрежной зоны, так и для формирования свойств водных масс самого моря. В частности, в период зимней термохалинной конвекции на шельфе залива формируются воды повышенной плотности, впоследствии стекающие вниз по склону и вентилирующие глубинные слои Японского моря (Ьо-Ъапоу й а1., 2002; Та11еу й а1., 2003). Формирование специфической водной массы в летний сезон, отличающейся пониженными значениями солености, также может играть важную роль в
формировании структуры водных масс Японского моря.
По сложившимся представлениям, циркуляция вод залива и прилегающей акватории в значительной степени определяется ветровым режимом, сгонно-нагонными явлениями и динамикой Приморского течения — потока вод, направленного на юго-запад вдоль континентального склона и проникающего в пределы залива (Леонов, 1960; Юрасов, Яричин, 1991; Японское море, 2003). Учитывая сложный рельеф дна, очертание побережья и изменчивость поля ветра можно ожидать существенную нестационарность динамики вод в этом районе, меандрирование течений и формирование вихрей синоптического масштаба. Действительно, присутствие вихревых структур вдоль побережья Приморья было показано в работах (ОопеИагепко, 1994; Гинзбург и др., 1998) на основе анализа спутниковых изображений в ИК-диапазоне. Характерный для исследуемого района муссонный климат умеренных широт предполагает значительную сезонную изменчи-
43.5°
43.0°
Уссурийский залив
42.5°
42.0°
41.5°
130°
131°
132°
133°
Рис. 1. Район исследований — залив Петра Великого и прилегающая акватория северо-западной части Японского моря (показаны изобаты в метрах). ПТ — Приморское течение.
вость циркуляции вод. Нестационарность течений усиливается в осенний период смены муссона и преобладания ветров западного и северо-западного направлений, под влиянием которых у юго-восточного побережья Приморья и в районе залива развивается апвеллинг (Гончаренко и др., 1993; Жабин и др., 1993; Зуенко, Надточий, 2004; Юрасов и др., 2007). В это время усиливается неустойчивость вдольсклонового потока и отмечается формирование системы антициклонических вихрей (Ладыченко, 2002). Было показано, что сравнительно крупные вихревые образования диаметром 40—80 км существуют в течение нескольких суток—недель, усиливая водообмен поперек шельфа, изменяя термохалинные и гидрохимические параметры вод и продукционные характеристики (Никитин и др., 2002; Звалинский и др., 2006; Лобанов и др., 2007). Однако их характеристики и особенности эволюции остаются неизученными.
В настоящей работе на основании материалов спутниковых ИК-изображений за летне-осенние периоды 2000—2004 гг. рассматриваются особенности синоптической динамики вод в районе залива Петра Великого, характеристики формирующихся здесь вихревых образований (типичные размеры, времена существования, траектории движения), условия формирования и эволюции. По данным специальных судовых съемок рассматривается термохалинная структура вод вихрей и их влияние на динамику вод в районе.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Исследуемый район включает залив Петра Великого и прилегающую акваторию Японского моря, ограниченную приблизительно параллелью 42° с.ш., меридианом 133°30' в.д. и береговой чертой. Район исследований охватывает акваторию несколько большую, чем внешняя граница залива (проходящая по линии устье р. Туманная — м. Поворотный), так как вихри, центры которых располагаются за пределами шельфа, также оказывают влияние на динамику вод залива.
Для изучения вихрей были использованы спутниковые изображения в ИК-диапазоне, полученные в Межинститутском центре спутникового мониторинга ДВО РАН (Алексанин, Алексанина, 2007) со спутников серии МОЛА. Рассматривались данные за летне-осенний период (июль—октябрь) 2000—2004 гг. В этот период контрасты температуры воды на поверхности моря максимальны, что благоприятствует визуализации особенностей, связанных с динамикой вод. Ежедневно принималось от двух до пяти изображений, охватывающих залив Петра Великого. Эта цифра варьировала в зависимости от количества доступных спутников и технических условий приема (табл. 1). Она значительно возросла в 2004 г. в связи с появлением на орбите новых спутников МОЛЛ. Всего было получено 1661 изображение.
Однако из-за присутствия облачности значительная часть изображений не давала достаточной информации для анализа водной поверхности и не
Таблица 1. Анализ набора спутниковых изображений района залива Петра Великого за период июль—октябрь 2000-2004 гг.
Год Месяц Количество полученных изображений Количество изображений, свободных от облачности Количество изображений, свободных от облачности, % Количество изображений с присутствием вихрей Количество изображений с присутствием вихрей, %
2000 07 70 5 7 4 80
08 60 2 3 0 0
09 64 15 23 11 73
10 71 27 38 22 81
2001 07 60 10 17 8 80
08 74 19 26 19 100
09 61 16 26 14 88
10 66 29 44 27 93
2002 07 80 4 5 4 100
08 67 16 24 16 100
09 74 22 30 22 100
10 83 26 31 18 69
2003 07 71 3 4 3 100
08 69 13 19 13 100
09 79 25 32 24 96
10 84 42 50 33 79
2004 07 82 10 12 10 100
08 149 28 19 19 68
09 153 41 27 39 95
10 144 80 56 64 80
Вс гго: 1661 433 26.2 370 85.4
использовалась для дальнейшего анализа. Всего было использовано около 433 информативных изображений, что составляет лишь 26% от общего количества принятых.
Облачность представляет собой значительную помеху для исследования данного района особенно в начале летнего периода. Изображения водной поверхности для июня практически отсутствуют, поэтому мы исключили этом месяц из анализа. В июле количество информативных изображений возрастает, но пока еще невелико (3-10 изображений с открытой водной поверхностью). Оно значительно возрастает к концу августа-октябрю, когда увеличивается повторяемость выхода в район сухой воздушной массы с континента. В этот период количество информативных изображений составляет 40-60%.
В табл. 1 приведено ежемесячное количество ИК-изображений, полученных над исследуемым районом, количество безоблачных изображений, использованных для последующего анализа, и количество изображений, на которых присутствуют вихревые структуры. Интересно отметить, что даже тогда, когда количество свободных от облачности изображений мало (июль-август),
относительное количество изображений, на которых наблюдаются вихри, достаточно велико. Частота присутствия вихрей велика на протяжении всего рассмотренного сезона июль-октябрь и изменяется от 69 до 100%. Всего из использованных 433 информативных изображений вихри наблюдались на 370, т.е. в 85% случаев. Это означает, что вихревые образования являются характерной и устойчивой особенностью динамики вод исследуемого района.
Вихревые образования выделялись по характерным структурам в поле температур поверхности океана (ТПО). Принимая во внимание ограничения исходной информации (пространственное разрешение около 1 км, помехи, связанные с туманом и слоистой облачностью), а также сложную конфигурацию вихрей, нами рассматривались только вихревые структуры размером более 20 км и наблюдающиеся на нескольких ИК-изоб-ражениях на протяжении не менее 2 сут. Размеры вихрей определялись по внешнему краю теплой области или его спиральной структуры, при этом мы полагали точность определения около 10 км.
Для изучения термохалинной структуры вод вихрей были использованы материалы судовых
130°
131°
43°
42°
43°
42°
133° 130° 131°
132° : Владивосток
132°
133°
б _ ; Владивосток
ш............
1 „
Е5 Е6
43°
42°
43°
42°
Рис. 2. Синоптические вихр
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.