УДК 551.46.07:629.783(265.54)
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОСМИЧЕСКОМ ИНФОРМАЦИИ О ЗЕМЛЕ
СИНОПТИЧЕСКИЕ ВИХРИ ЯПОНСКОГО МОРЯ ПО СПУТНИКОВЫМ ДАННЫМ © 2008 г. А. А. Никитин1*, Г. И. Юрасов2**
Тихоокеанский научно-исследовательскийрыбохозяйственный центр (ТИНРО-Центр), Владивосток 2Тихоокеанский океанологический институт ДВО РАН, Владивосток *Е-таИ: nikitin@tinro.ru **Е-тай: yug@poi.dvo.ru Поступила в редакцию 11.01.2008 г.
По ИК- и ТВ-изображениям со спутника МОАА за период 1988—1996 гг. и литературным источникам составлена новая схема районов наибольшей повторяемости синоптических вихрей в Японском море. Выделено семь квазистационарных синоптических антициклонических вихрей. Оценка повторяемости антициклонических вихрей показывает, что их распределение подвержено существенной сезонной и синоптической изменчивости.
ВВЕДЕНИЕ
На одной из первых схем течений Японского моря [1] вихревые образования синоптического масштаба не были отмечены, были показаны только крупные циркуляционные образования (круговороты). Несмотря на выход в свет в начале 1960-х годов двух монографий [2, 3], посвященных течениям Японского моря, в них исследования синоптических вихрей не были рассмотрены. В работе [4] исследованию синоптических вихрей было также уделено мало внимания. В последующей монографии [5] синоптические вихри также не рассматривались, но отмечалась тесная связь направлений течений с рельефом дна. Особенно большое влияние на течения оказывает расположенная в центральной части моря возвышенность Ямато, наличие которой ведет к разделению субтропических вод на отдельные потоки.
В результате целенаправленных исследований, выполненных на рубеже 60—70-х годов ХХв., было установлено большое разнообразие видов синоптических вихрей. В первую очередь их можно разделить на вихри западных пограничных течений и вихри открытого океана, обнаружение которых явилось крупнейшим достижением послевоенной океанологии [6].
Первые результаты исследований вихрей Японского моря были получены Нишимурой [7]. Но впервые вихри были представлены на схемах геострофической циркуляции относительно недавно [8, 9].
В середине 1980-х годов многие исследователи стали применять спутниковую информацию в исследовании вихрей [10—13]. Было показано, что синоптические вихри в водах Японского моря являются существенным компонентом его динами-
ки [14], их возникновение обусловлено неустойчивостью струйных течений. На спутниковых инфракрасных (ИК) изображениях море целиком заполнено вихревыми структурами [15, 16], которые вызваны горизонтальной турбулентностью с двумя спектральными пиками, один из которых соответствует диаметру вихря 100 км, а другой — 15 км [17]. На этом фоне выделяются устойчивые теплые антициклонические вихри с теплым ядром, которые существуют несколько месяцев и наблюдаются в определенных районах [18]. Их образование связано с теплым потоком Цусимского течениея к северу от о. Оки и п-ва Ното [11]; Восточно-Корейским теплым течением [10, 19— 21] и областью над возвышенностью Ямато [9]. Горизонтальные размеры этих вихрей в южной части района исследований по разным источникам оцениваются в 30—190 км, а период обращения — примерно в полмесяца [14, 22].
Существование мезомасштабных вихрей к северу от 40° с.ш. отмечалось и в северной части моря — как по спутниковым ИК-изображениям [15, 16, 22—25], так и по данным альтиметрии в поле возвышения уровня [26, 27]. У берегов Приморья вихри имеют горизонтальные размеры до 10— 30 км, что объясняется уменьшением радиуса деформации волн Россби вследствие усиления стратификации [22].
Анализ ИК-изображений за сентябрь 1993 г. [24] показал, что течения Японского моря представлены как совокупность вихрей, а представленная схема заметно отличается от схем, полученных на основе традиционных наблюдений. На этой схеме прослеживаются две цепочки вихрей в направлении юг—север, одна из которых протянулась от 37° до 41° с.ш. между 130° и 133° в.д., а другая — от побережья Японии
(39° с.ш., 139° в.д.) до точки с координатами 42° с.ш., 132° в.д. Вдоль берегов Приморья и Северной Кореи выделена цепочка мелких вихрей, огибающая линия которых интерпретируется как Приморское течение, непрерывное на большом протяжении (от 45° до 40° с.ш.).
Районы формирования вихрей из года в год примерно повторяются [28], и их огибающие обычно воспринимаются как ветви теплых течений. Траектории вихрей в северо-западной части моря исследованы пока недостаточно. По одним данным вихри, формирующиеся к востоку от возвышенности Ямато, движутся на запад [24], а по другим — на юг, юго-восток со скоростью 1—4 см/с по траектории, повторяющей контур края глубоководной японской котловины [29]. Время жизни этих вихрей превышает 2 мес., а некоторые индивидуальные элементы их структуры прослеживаются в течение 6—8 мес. Ядро таких вихрей состоит из теплой воды с соленостью меньше 34.00%о, происхождение которой может быть связано с водами северных прибрежных областей или южными районами Восточно-Китайского моря.
Отметим, что вихри наблюдаются не только в поверхностных [30], но и в глубинных слоях, что следует из результатов прямых измерений течений с помощью долговременных заякоренных систем [31]. Отмечается, что эти вихри могут играть значительную роль в обмене вод в направлении север—юг вблизи субарктического фронта.
Совместный анализ спутниковых данных за 1993—1994 гг. и траекторий буев, прослеживаемых спутником за 1992—1995 гг. [32], позволил изучить пространственно-временную изменчивость основных элементов динамики Японского моря и дать оценку их кинематических параметров. Типичные размеры, орбитальные скорости и периоды обращений синоптических мезомасштабных вихрей в южной части моря по этим исследованиям составляли 90—140 км, 26—34 см/с и 12—15 дней соответственно, а скорость поступательного движения оценивалась в 2 см/с.
Менее устойчивые вихри с диаметром 40—70 км обнаруживаются вдоль южного побережья Приморья до 45° с.ш. Они связаны с сильными ветрами, вызывающими мощный апвеллинг вдоль побережья [29].
Обобщены материалы по циркуляции и исследованию вихрей с использованием 226 буев ARGOS в период 1988—2001 гг., по которым построена схема циркуляции вод на глубине 100 м [33, 34]. На этой схеме проявляются наблюдаемые ранее антициклонические вихри. Отмечается, что удвоение кинетической энергии вихрей происходит каждые 15—60 дней.
По данным дрейфа глубинных поплавков ALACE (600-800 м) за период 1999-2001 гг. удалось [35] выявить устойчивые глубинные течения
не только на южной границе Японской котловины (на восток), но и вдоль 42° с.ш. (на запад). Эти течения являются звеньями циклонического крупномасштабного круговорота северной части моря. Последнее из этих течений переносит относительно теплые и соленые воды от о. Хоккайдо к зал. Петра Великого и является важным элементом циркуляции вод моря [35]. В восточной части круговорота расположен стационарный циклонический вихрь. Скорость глубинных течений вдоль северо-западного фронта оказалась сравнимой со скоростью поверхностных течений (до 30 см/с).
Вихри и меандры способны переносить на большие расстояния воды с определенными характеристиками [16]. В работах [36, 37] показано, что антициклонические вихри посредством струй между вихрями могут переносить теплую воду в западную часть моря, а от о. Хоккайдо такой перенос обусловлен ветвью Цусимского течения. И более поздние работы позволили составить обобщенную схему поверхностных течений, основанную на данных дрейфа буев [38].
Таким образом, в западной и южной частях Японского моря по гидрологическим и частично спутниковым материалам выделены районы формирования вихрей. Значительная часть из этих исследований относится к вихрям, расположенным к югу от субарктического фронта, что объясняется как большим количеством судовых наблюдений, так и резкими термическими контрастами, позволяющими выделять вихри, используя спутниковые данные.
Однако для северной части, а тем более для моря в целом, такой схемы нет.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ
В предлагаемой работе анализировались ИК-и телевизионные (ТВ) изображения Японского моря с ИСЗ серии МОАА за 1988-1996 гг., сформированные в базу на магнитных носителях в Тихоокеанском научно-исследовательском рыбохо-зяйственном центре (ТИНРО-Центр). В эту базу включены изображения, полученные радиометром высокого разрешения (АУНЯЯ) как в режиме автоматической передачи (АРТ) с пространственным разрешением около 4 км, так и изображения, полученные радиометром высокого разрешения (HR.PT) с разрешением около 1 км в Институте автоматики и процессов управления ДВО РАН (ИАПУ ДВО РАН, Владивосток) и в Дальневосточном региональном центре приема и обработки данных (ДВ РЦПОД, Хабаровск). Основные положения методики обработки спутниковых снимков представлены в работе [39]. Методика исследования фронтов и вихрей основана на ви-
С.ш., град 50
48
46
44
42
40
38
36
34
128 130 132 134 136 138 140 142 В.д., град
С.ш., град 50
48
46
-44
-42
-40
-38
-36
34
128 130 132 134 136 138 140 142 В.д., град
Рис. 1. Повторяемость вихрей на спутниковых картах зимой (а) и летом (б) в 1988—1996 гг. Обозначения: цифры 0...8 изолинии повторяемости вихрей в %; на вставке (рис. 1а) представлены районы в Японском море.
зуальном дешифрировании ИК-, ТВ-изображений, совместном анализе спутниковых и судовых данных и на синоптическом анализе результатов дешифрирования.
Метод идентификации вихревых образований основан на том, что вихри на спутниковых ИК-снимках проявляются в виде кольцевых или дугообразных полутоновых образований, иногда с хорошо выраженной спиралевидной структурой.
Оценка повторяемости вихрей в Японском море основана на использовании массива карт фронтологического анализа и отдельных ИК-снимков за период с 1988 по 1996 гг. Исходя из океанографических особенностей, море было разделено на пять крупных районов, которые полностью охватывали акваторию (рис. 1, вставка). Первый и второй районы расположены между 40°—45° с.ш., третий — к северу от 45° с.ш., а четвертый и пятый — к югу от 40° с.ш. Отслеживались все вих
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.