ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2012, № 1, с. 54-60
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ О ЗЕМЛЕ
СПУТНИКОВЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ РЕГУЛЯРНЫХ ВИХРЕЙ В ЗАЛИВАХ ШАНТАРСКОГО АРХИПЕЛАГА, ОХОТСКОЕ МОРЕ
© 2012 г. К. А. Рогачёв
Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН, Владивосток
E-mail: rogachev@poi.dvo.ru Поступила в редакцию 21.04.2011 г.
У выдающихся в море мысов в заливах Шантарского архипелага формируются вихри диаметром 4— 40 км. Такие вихри играют важную роль в дисперсии льда и планктона. Формирование этих вихрей исследовано на основе спутниковых и морских наблюдений. Для построения векторов скорости использовались изображения со спутников Aqua и Terra (данные канала 1 радиометра MODIS с пространственным разрешением 250 м). Измерения течений сделаны по последовательным спутниковым изображениям с интервалом около 100 мин. Для определения течений по спутниковым данным были выбраны крупные льдины. Для каждой пары изображений построены векторы перемещений льдин и рассчитаны их скорости. По этим данным сделана оценка дивергенции. Морские наблюдения включают прямые наблюдения за течениями и СТД данные. Наблюдения за течениями получены электромагнитными измерителями, выставленными на заякоренные буи. Результаты прямых наблюдений указывают на приливные течения как основной механизм формирования непродолжительных, но регулярных областей конвергенции, связанных с формированием вихрей.
Ключевые слова: вихри у мысов, залив Академии, Охотское море, конвергенция течений
ВВЕДЕНИЕ
Шантарский архипелаг, расположенный к югу от области формирования холодных и плотных шельфовых вод, — основная зона конвергенции льда в северо-западной части Охотского моря. По этой причине он является местом самого продолжительного присутствия морского льда в море (Ютига, ^кк^исЫ, 2004). По наблюдениям за дрейфом буев Аргос, в теплое время года (с мая по август) на востоке региона поверхностная циркуляция находится под воздействием потока вод северного направления из Сахалинского залива. Этот поток распространяется вплоть до северного побережья моря и, поворачивая на юго-запад, формирует циклоническую циркуляцию (рис. 1). Комбинация сибирского антициклона на континенте и алеутского минимума в океане зимой приводит к сильному северо-восточному ветру на северном шельфе моря. Поскольку морской лед дрейфует примерно параллельно этому ветру (Ютига, ^&ка18исЫ, 2000), система течений переносит лед в заливы Шантарского архипелага, где он может сохраняться вплоть до середины июля. В северной прибрежной области Охотского моря формируется около 0.87 х 106 км2 год морского льда. Это составляет значительную часть площади морского льда всего моря (около 1 х 106 км2). Благодаря конвергенции, около 0.74 х 106 км2 льда исчезает в районе Шантарского архипелага (Ютига, ^ака18исЫ, 2004). Сокращение площади льда в заливах архипелага вызвано его деформа-
цией и увеличением толщины. Однако механизмы, которые поддерживают этот процесс, изучены слабо.
Залив Академии, расположенный в северо-западной части Охотского моря, окруженный островами Шантарского архипелага, находится вблизи самой холодной области азиатского континента (рис. 1). Следствием этого является существование холодных плотных шельфовых вод с температурой около —1.7°С, которые сохраняются в течение всего года. Северный шельф Охотского моря играет важную роль в вентиляции северотихоокеанских промежуточных вод (БЬсЬегЫпа й а1., 2003).
Залив Академии и прилегающие к нему заливы Шантарского архипелага — важное место питания полярных китов (Ва1аепа шузИсгШз) (Дорошенко, 1996; 1уа8ксИепко, С1арИат, 2010). Адвекция холодной воды из северной части Охотского моря и присутствие льда, по-видимому, являются процессами, поддерживающим арктические виды зоопланктона, которые служат добычей для полярных китов в других районах их обитания.
Глубина моря в заливе Академии растет с юга на север от нескольких метров до 50 м на его северной границе. Гидрологические условия находятся под влиянием сильных приливных течений и речного стока. Приливные течения на основе прямых наблюдений на двух буйковых станциях в заливе Академии исследовались ранее в работе (Яо§асИеу е! а1., 2008). Однако пространственная
136 138 140 142 144
Рис. 1. Положение выполненных станций и заякоренных буев (М1 и М2) с измерителями течений и уровня. Показаны изобаты через 10 м. Район исследований и схема поверхностной циркуляции вод, построенная по наблюдениям за дрейфующими буями, показаны квадратом на нижнем рисунке.
изменчивость приливных течений до сих пор неясна. В заливе наблюдаются приливы амплитудой около 3 м и приливные течения амплитудой около 80 см/с (Яо§асИеу е! а1., 2008). Приливные течения в регионе приводят к значительной дисси-
пации приливной энергии и тем самым — к сильному перемешиванию (Яо§асИеу е! а1., 2000). Они также являются основным механизмом, вызывающим разрушение и таяние льда в этой части моря и образование полыней (Яо§асИеу е! а1., 2000;
137°
Рис. 2. Поле льда по данным по данным спутника Aqua в июне 2007 г. (данные канала 1 радиометра MODIS). Стрелками показаны рассматриваемые вихри. Антициклонический вихрь диаметром около 40 км виден во внутренней области залива Академии. Антициклонический вихрь диаметром 4 км расположен к юго-востоку от м. Укурунру.
Юшига, ^акайзисЫ, 2004). В свою очередь быстро тающий лед понижает соленость верхнего слоя моря. Источником вод низкой солености в теплое время года является речной сток. Учитывая значительный сток пресной воды, залив Академии можно рассматривать как район с сильным влиянием речного стока. Поэтому можно полагать, что на течения в заливе оказывает влияние эстуарная (гравитационная) циркуляция. Действительно, океанографические наблюдения, выполненные в летнее время, показали сильную стратификацию и струю вод низкой солености, связанную с речным стоком. Накопление пресной воды ведет к формированию антициклонического вихря во внутренней области залива. Вместе с тем, природа этого вихря до сих пор не ясна. Одна из гипотез предполагает, что формирование антициклонического вихря в заливе связано с регулярными вихрями у мысов. В настоящей работе морской лед использован как трассер для исследования вихрей у мысов и их роли в циркуляции вод в заливе. На основе спутниковых определений скорости течений получены оценки конвергенции вод.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Для определения доминирующих физических процессов, влияющих на циркуляцию вод в заливе Академии, использованы спутниковые и прямые наблюдения за течениями. Спутниковые наблюдения включают изображения видимых каналов радиометра АУНЯЯ (ИСЗ серии NOAA),
предоставленные Центром коллективного пользования регионального спутникового мониторинга ДВО РАН. Для отслеживания траекторий отдельных льдин использовались изображения со спутников Aqua и Terra (данные канала 1 радиометра MODIS с пространственным разрешением 250 м). Для определения течений по спутниковым данным выбраны крупные льдины, которые были отчетливо видны на каждом изображении. Доминирующий дрейф льда в период наблюдений в теплое время года в заливе связан с приливом. Это отчетливо видно на последовательных спутниковых изображениях. Для каждой пары изображений, разделенных промежутком времени около 100 м, были построены векторы перемещений льдин и рассчитаны скорости дрейфа льда. Ошибка измерения скорости дрейфа таким способом составила около 4 см/с, что соответствует примерно 4% при скорости дрейфа 1 м/с. Рассчитанные скорости были использованы для оценки дивергенции потока.
Детальные наблюдения за термохалинной структурой были выполнены зондом Seabird 19. Течения были измерены путем постановки заякоренных буев с измерителями течений S4 Inter-ocean Systems. Материалы прямых океанографических наблюдений были собраны в двух экспедициях ТОИ ДВО РАН, выполненных НИС "Луговое". В ходе этих работ выполнялись две детальные СТД съемки в заливе. На рис. 1 указаны места постановки буев с измерителями течений и положение гидрологических станций.
РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЙ
Спутниковые наблюдения указывают, что пресная вода, стекающая в залив Академии, формирует антициклоническую циркуляцию. Такая циркуляция накапливает значительную часть речного стока р. Ульбан и многочисленных ручьев, впадающих в залив. Наблюдениями за дрейфом льда также выявили антициклоническую циркуляцию в заливе на поверхности с периодом около 3 дней (рис. 2). Средняя циркуляция в южной части залива Академии в теплый период года определяется речным стоком и накоплением пресной воды антициклоническим вихрем. Перенос массы эстуарного потока зависит от градиента плотности в эстуарии. В то время как сток пресной воды и тающий лед поддерживают стратификацию в заливе, приливное перемешивание в придонном слое ее разрушает. В вершине залива летом наблюдается высокая стратификация, вызванная потоком теплой воды низкой солености в верхнем слое. В северную часть залива поступает холодная и относительно соленая вода из глубокой части моря. В июне такая вода хорошо выделяется на спутниковых изображениях сильно разряженным полем льда (рис. 2—3). В верхнем слое относительно теплая вода низкой солености рас-
Рис. 3. Поле льда по данным спутника Aqua 26 июня 2010 г. (данные канала 1 радиометра MODIS). Антициклонический вихрь диаметром около 30 км с выраженной полыньей в центре хорошо виден у м. Врангеля. Циклонический вихрь диаметром около 20 км виден у м. Филиппа. Меньшего диаметра (4 км) циклонический вихрь расположен к северу от м. Укурунру. Стрелки указывают положение вихрей.
пространялась на север вдоль восточного побережья.
Антициклоническая циркуляция хорошо выражена в поле дрейфующего льда в заливе в июне. Несколько крупных льдин были захвачены этой циркуляцией и совершили оборот, что позволило определить период циркуляции вихря и скорость поверхностного течения. Диаметр циркуляции составил около 40 км. При этом период циркуляции в вихре составил около 3 дней. Средняя скорость течения на поверхности составила около 0.3 м/с.
Гидрологические наблюдения показали, что антициклонический вихрь во внутр
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.