ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2012, № 2, с. 28-40
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ О ЗЕМЛЕ
СПУТНИКОВЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ СИНОПТИЧЕСКИХ ВИХРЕЙ И ГЕОСТРОФИЧЕСКАЯ ЦИРКУЛЯЦИЯ ВОД ЯПОНСКОГО МОРЯ © 2012 г. А. А. Никитин1*, Г. И. Юрасов2, Н. С. Ванин1
Тихоокеанский научно-исследовательскийрыбохозяйственный центр (ТИНРО-Центр), Владивосток 2Учреждение Российской академии наук Тихоокеанский океанологический институт ДВО РАН, Владивосток
*Е-таИ: nikitin@tinro.ru; nikiti-alexandr@yandex.ru Поступила в редакцию 23.03.2011 г.
По осредненным данным многолетних судовых гидрологических измерений за 1925—2005 гг. и спутниковым изображениям за 1988—2002 гг. проведены исследования течений и вихрей в Японском море. На основании этих данных построены схемы геострофических течений и определено положение квазистационарных вихрей на поверхности моря. Показано, что вихревые образования сосредоточены вдоль струй основных течений. Предпринята попытка построения схемы поверхностных течений с учетом вихрей.
Ключевые слова: данные, спутниковые изображения, геострофическая циркуляция, вихри, течения, схема, Японское море
ВВЕДЕНИЕ
Японское море является одним из наиболее изученных бассейнов Мирового океана. В течение прошлого — начале текущего века научно-исследовательскими судами России, Японии, Кореи и США в пределах акватории Японского моря было выполнено огромное количество океанографических станций на глубинах 0—3500 м. Полученные данные использовались в издании многочисленных атласов, справочных пособий, монографий и статей по океанографии Японского моря. Наиболее полный массив данных по температуре и солености моря был использован для характеристики гидрологического режима моря (Лучин, 2003). В тоже время вопросы, связанные с динамикой вод, выпали из рассмотрения.
Расчеты течений Японского моря (Степанов, 1961), выполненные динамическим методом, были основаны на неполных данных многолетних измерений отечественных и японских судов, на основании которых удалось рассчитать течения только для трех сезонов года (лета, весны и зимы). Полученные схемы течений явились в дальнейшем тестовыми для оценки достоверности многочисленных диагностических и прогностических моделей.
Несмотря на достаточную изученность Японского моря, факты о проникновении теплолюбивой фауны рыб в северную часть Японского моря, а также наблюдающейся с конца 90-х годов прошлого столетия в южном Приморье продолжительной теплой осени, не могут быть объяснимы классической схемой течений (Яричин, 1980) (рис. 1). Совершенно ясно, что причиной увеличения численности теплолюбивых видов в Япон-
ском море, ранее неизвестных для вод Дальнего Востока тропических и субтропических видов животных, и в частности рыб, является значительное потепление вод, вызванное активизацией потоков теплых течений. Продление теплого периода (теплая осень) в районах среднего (43°—45° с.ш.) и (47° с.ш.) северного Приморья (м. Золотой) также можно объяснить поступлением субтропических вод из южных районов. С большой вероятностью это связано с горизонтальным теплообменом, обусловленным вихревыми образованиями, механизм передачи тепла которыми подробно рассмотрен в публикации (Никитин и др., 2002) одного из авторов настоящей статьи.
В середине 1980-х гг. многие исследователи стали использовать спутниковую информацию в исследовании течений и вихрей (Булатов и др., 1978; Булатов, 1980; Ichiye, Takano, 1988; Isoda, Saitoh, 1993; Isoda, 1994). На одной из первых схем (Ostrovskii, Hiroe, 1993), созданной на основе спутниковой информации, течения Японского моря показаны как совокупность вихрей. Поверхностная циркуляция Японского моря на этой схеме заметно отличается от ранее предложенной (Яричин, 1980), полученной на основе традиционных наблюдений. В течение последних 10—15 лет исследования фронтов и вихрей в Японском море развивались особенно активно в связи с широким применением в океанологии дистанционных методов измерений с искусственных спутников Земли (ИСЗ) и высокочувствительных судовых измерительных приборов. В результате этих исследований было установлено, что фронты и вихри встречаются здесь в широком спектре пространственно-временных масштабов и являются
132°
136°
139°
- 48°
- 44°
40°
- 36°
Рис. 1. Схема течений Японского моря по В. Яричину (1980).
важным элементом структуры и динамики вод как глубоководных, так и прибрежных районов. Спутниковая информация позволила детализировать некоторые участки поверхностной циркуляции вод Японского моря, особенно на участках, прилегающих к материку в зоне Приморского течения. Дальнейшие исследования на основе совместного анализа спутниковых данных за 1993—1994 гг. и траекторий буев 1992—1995 гг. ADCP- и СТД-зондирования (Гинзбург, 1998) позволило детально исследовать систему течений и квазистационарных вихрей Японского моря. Были представлены значения скоростей течений и основные пространственно-временные и кине-
матические характеристики вихрей. Вихри можно рассматривать как замкнутые образования, переносящие воды с отличающимися от окружающих термохалинными признаками, т.е. вихри являются локальными образованиями фронтального типа. Поэтому исследование фронтов и вихрей позволило установить ареалы распространения водных масс, оценить их динамику, тепло-массоперенос, а также определить области повышенной биологической продуктивности, что актуально на современном этапе изучения освоения ресурсов Японского моря. Рациональное использование природных ресурсов прибрежных зон и увеличивающееся антропогенное
воздействие в этих областях требуют также углубленного изучения фронтов и вихрей. Кроме того, были определены районы формирования, их географическое положение, траектории и движения вихрей (Лобанов и др., 2007; Никитин, Юрасов, 2008). Было показано, что вихри и меандры могут переносить на большие расстояния воды с определенными характеристиками ^апсИепкоу й а1., 1997; ЬоЪапоу е! а1., 1998; Никитин и др., 2002; Никитин, Харченко, 2002). И более поздние работы (Никитин и др., 2008) позволили приступить на основе как спутниковой, так традиционных исследований к созданию обобщенной схемы поверхностных течений, составленной с учетом влияния стационарных вихрей. Таким образом, исследования вихревой системы с использованием спутниковой информации, а также с привлечением синхронных подспутниковых судовых данных и измерений дрифтеров по всей ее акватории, с выявлением и классификацией всех образований вихревого типа, их качественными и количественными характеристиками, динамикой, сезонной и межгодовой изменчивостью позволяет нам перейти к составлению обобщенной схемы течений с учетом стационарных синоптических вихрей, что является в настоящее время актуальной задачей как с точки зрения динамики, так и с позиции использования в практической деятельности в интересах рыболовства.
В настоящей работе была предпринята попытка сопоставления расчетных геострофических течений, построенных по гидрологическим данным для всех сезонов и поверхностных течений Японского моря, с построенными по данным спутниковой информации, и выявления их отличий.
ДАННЫЕ И МЕТОДИКА
Для построения схем геострофической циркуляции использовался исторический массив глубоководных океанографических станций, сформированный из данных, имеющихся в информационных центрах России, Японии, Кореи и США, научно-исследовательские суда которых выполняли измерения температуры и солености в Японском море в период с 1925 по 2005 гг. Методика построения среднемесячных полей рассмотрена в опубликованной статье (Гонтов, Юрасов, 1985). Расчет течений производился динамическим методом (Зубов, Мамаев, 1956). За отсчет-ную (нулевую) поверхность при расчетах течений выбран горизонт 1000 м.
Для анализа вихрей используются спутниковые инфракрасные (ИК) и телевизионные (ТВ) изображения Японского моря за 1988—2002 гг., сформированные в базу данных на магнитных носителях. В эту базу включены изображения, полученные радиометром высокого разрешения (AVHRR) как в режиме автоматической передачи (АРТ) с пространственным разрешением около
4 км, так и изображения, полученные радиометром высокого разрешения (HRPT) с разрешением около 1 км в Институте автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН, г. Владивосток) и в Дальневосточном региональном центре приема и обработки данных (ДВ РЦПОД, г. Хабаровск). Также в информационный массив, начиная с 1999 г., включены данные регулярного приема аналогичной информации Межинститутского центра спутникового мониторинга, организованного на базе ИАПУ ДВО РАН (г. Владивосток). Основные положения методики обработки спутниковых снимков изложены в соответствующих работах (Булатов, 1984; Алексанин, Алекса-нина, 2006) и основаны на визуальном дешифрировании ИК-, ТВ-изображений, совместно с анализом судовых и синоптических данных. Основное внимание уделялось изучению таких элементов структуры, как положение, размеры, конфигурации отдельных вихрей; положение термических фронтов и горизонтальные градиенты температуры на них, положение и размеры меандров течений, отдельных ветвей и струй течений. На спутниковых снимках вихри диаметром более 20 км представлены как термические кольцевые или дугообразные образования, иногда с хорошо выраженной спиралевидной структурой.
Было привлечено около 1000 карт фронтоло-гического анализа, построенных по данным спутниковых наблюдений. Обеспеченность спутниковыми данными по всей поверхности Японского моря была неравномерна: от нескольких изображений в сутки до полного отсутствия в течение 1—2 мес. Наибольшее количество карт построено в марте—мае и октябре—ноябре, наименьшее — летом в июле—августе. Наибольшая обеспеченность по годам приходилась на 1980—1982, 1985-1986, 1987 и с 1992 по 1996 гг. Наименее обеспеченным районом в Японском море являлся Татарский пролив.
Прежде чем перейти к обсуждению результатов, остановимся на факторах, обусловливающих термический режим того или иного сезона. В холодную половину года (зима, весна) в море наблюдается многообразие вихревых образований различных знаков и различ
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.