ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2014, № 5, с. 68-75
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОСМИЧЕСКОЙ ^^^^^^^^ ИНФОРМАЦИИ О ЗЕМЛЕ
СТРУЙНОЕ ТЕЧЕНИЕ ШАНТАРСКОГО АРХИПЕЛАГА ПО СПУТНИКОВЫМ ДАННЫМ © 2014 г. К. А. Рогачев, Н. В. Шлык
Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева, Владивосток E-mail: rogachev@poi.dvo.ru Поступила в редакцию 16.12.2013 г.
Продолжительные наблюдения за дрейфом льда, полученные с помощью данных радиометра MODIS/Terra/Aqua, указывают на формирование антициклонической циркуляции и узкого струйного течения на шельфе Шантарского архипелага. Средний поток этого течения имеет значения скорости более 30 см/с на северном склоне о-ва Большой Шантар и к северо-западу от о-ва Фекли-стова. Максимальные скорости наблюдаются в области максимального наклона дна. Течение представляет собой узкую струю шириной 20—25 км. При этом, на шельфе доминируют полусуточные приливные течения с амплитудой 30—50 см/с, а приливное смещение достигает 8 км. Два разных механизма могут приводить к формированию струйного течения. Первый связан с бароклинным потоком воды низкой солености вдоль побережья. Второй механизм определяется выпрямлением полусуточных приливных течений (М2) на шельфе.
Ключевые слова: струйное течение Шантарского архипелага, залив Академии, Охотское море
Б01: 10.7868/80205961414040113
ВВЕДЕНИЕ
Заливы Шантарского архипелага, расположенные в северо-западной части Охотского моря (рис. 1), имеют важное промысловое значение. В регио возвращается на нерест более 3 млн лососей (Канзепарова, Кульбачный, 2008), он является местом воспроизводства аяно-шантарской популяции камчатского краба. Кроме того, заливы архипелага являются местом нагула полярных китов (Дорошенко, 1996; Ыпё§о1т, 1863; Яо-§асИеу й а1., 2008; Ь^ИсИепко, С1атрИат, 2010). Вместе с тем, океанография региона изучена недостаточно. Прежде всего, неясен механизм, формирующий скопления зоопланктона, который привлекает китов. В настоящее время нет наблюдений за течениями в заливах Шантарского архипелага и особенно вокруг о-ва Большой Шантар (Б. Шантар). Вместе с тем, спутниковые наблюдения за дрейфом льда показывают сложную динамику вод заливов архипелага. Спутниковые наблюдения за дрейфом льда, по сути, являются единственным источником информации о динамике вод архипелага. Прямые наблюдения за течениями, полученные по летним данным в зал. Академии, указывают на сильные полусуточные приливные течения и связанные с ними вихри разного масштаба (Рогачев, 2012). В заливах архипелага происходит накопление и разрушение дрейфующего льда (Ютига, 2000, 2004). Заливы
архипелага расположены вблизи области холодных и плотных шельфовых вод Охотского моря и являются самым холодным местом моря, поскольку дрейфующий лед остается в них продолжительное время. Для изучения формирования плотных придонных шельфовых вод Охотского моря американские исследователи выставили три буйковых станции на глубине около 100 м к северо-востоку от о-ва Б. Шантар, между архипелагом и банкой Кашеварова (рис. 1б), две из которых были подняты (Shcherbina et al., 2004). Представление о средней скорости поверхностных течений, основанное на данных дрейфующих буев, указывает на циклоническую циркуляцию в этой части моря (Рогачев и Шлык, 2011). Вместе с тем измерения течений к северо-востоку от Шантарского архипелага на банках Кашеварова и Ионы выявили антициклоническую циркуляцию вдоль границ банок (Rogachev et al., 2000; 2001; Ohshima et al., 2002; Martin et al., 2004; Ono et al., 2006). Антициклоническая циркуляция, вызванная сильными приливными течениями, установлена также на границах банки Джорджес (Loder, 1980) и на банке Крузенштерна (Рогачев, 2006). Все эти банки характеризуются сильными приливными течениями. Механизм формирования антициклонической циркуляции для банок Джорджес и Ка-шеварова связан с выпрямлением среднего потока приливными течениями. Однако для заливов
а
б
Рис. 1. Район исследований: а — общий вид; б — детальный вид (показано положение буйковых станций с измерителями течений: кружки — данные со станций за период 1999—2000 гг. по (8ИсИегЬта е! а1., 2004), закрашенные кружки — данные, полученные нами в 2004 и 2013 гг.
Рис. 2. Дрейфующий лед в Шантарском архипелаге по данным MODIS/Terra от 26.06.2013.
Шантарского архипелага таких наблюдений до сих пор не было. Кроме того, остаются неясными пространственные и временные детали такой циркуляции. В то же время динамика вод важна для понимания механизма переноса дрейфующего льда и зоопланктона, поскольку регион является важным местом питания полярных китов (ЬтёИо1т, 1863; Дорошенко, 1996; 1уа8ксИепко, С1арИат, 2010). К настоящему времени мы не нашли в литературе упоминания струйного течения архипелага, также как объяснения механизма его формирования. Поэтому, в данной работе впервые приводятся характеристики этого течения, полученные по спутниковым данным.
Нами были рассмотрены два механизма формирования антициклонической циркуляции. Первый механизм связан с прибрежным баро-клинным течением. Второй — с выпрямлением приливных течений на склоне Шантарского шельфа. Под выпрямлением мы понимаем формирование среднего потока. Резонанс суточного прилива М2 в северо-западной части Охотского моря приводит к приливам и отливам больших объемов воды в заливах архипелага с амплитудой приливных течений около 0.5 м/с. На склоне шельфа поток слабеет при увеличении глубины и усиливается на мелкой воде, что создает значительный градиент скорости. Адвективные члены уравнений движения при этом становятся важ-
ными в данных регионах и при осреднении за приливной период вносят значительный вклад в баланс момента импульса. Генерация среднего потока приливными течениями на склоне шельфа рассматривалась и ранее (Loder, 1980). Механизм выпрямления связан с неразрывностью потока, эффектом Кориолиса, и регулируется придонным трением. В настоящей работе мы определили характеристики струйного течения Шантарского архипелага и выявили возможный механизм его формирования.
ДАННЫЕ
Спутниковые данные
Данные радиометра MODIS/Aqua/Terra с разрешением 250 м были использованы для определения дрейфа льда в Шантарском архипелаге. Характеристики течений получены по данным в июне-июле 2013 г. Сроки наблюдений приведены на рис. 4. Данные предоставлены Центром коллективного пользования и мониторинга окружающей среды ДВО РАН. Для определения течений были выбраны крупные льдины, которые хорошо различались длительное время на каждом изображении. Кроме приливного смещения, на последовательных спутниковых изображениях был выделен долговременный дрейф льда. Для временного ряда изображений дрейфующего льда, были
Рис. 3. Дрейфующий лед в Шантарском архипелаге по данным MODIS/Terra от 03.07.2013.
построены вектора перемещений льдин и рассчитаны скорости их дрейфа. При анализе ежедневных данных о положении льдин ошибка измерения скорости дрейфа таким способом составила <1 см/с, что меньше 3% при скорости дрейфа 34 см/с.
Прямые наблюдения
Прямые наблюдения за течениями включают данные двух буев с измерителями течений в Уль-банском зал., установленных на глубинах около 30—40 м в июле—августе 2004 г., и двух буев в заливе Академии, выставленных в августе—сентябре 2013 г. Измерение течений были выполнены электромагнитными инструментами S4 Interocean и Infinity JFM. По этим данным были рассчитаны приливные гармоники и среднее течение с использованием известного метода (Foreman, 1978). Полученные нами результаты мы сравнили с измерениями течений, выполненных американскими исследователями на глубинах 100—130 м в
1999—2000 гг. в районах, расположенных к северо-востоку от Шантарского архипелага с использованием акустических методов (ВИсИегЪта et а1., 2004).
РЕЗУЛЬТАТЫ
Спутниковые данные
Результаты обработки спутниковых данных указывают на антициклоническую циркуляцию вокруг архипелага. Например, на карте распределения дрейфующего льда 26 июня (рис. 2) хорошо выделяются две струи разряженного льда. Одна из них находится к западу от о-вов Феклистова и Сахарная голова на долготе 136°05' в.д., имеющая ширину в 20 км и направленная на север, а другая — к востоку от о-ва Б. Шантар на долготе 138°05' в.д., такой же ширины, но направленная на юг. На рис. 3 выделяется узкая струя разряженного льда на широте 55.25° с.ш. между 136.5° и 138° в.д., шириной
Рис. 4. Положение больших льдин по данным МОВК/Гегга/Адиа в период с 26.06.2013 по 03.07.2013. Стрелки указывают направление дрейфа.
136°Е 137°Е 138°Е 139°Е
около 20 км. Последовательность спутниковых изображений с 26 июня по 7 июля 2013 г. позволила определить траектории отдельных льдин, хорошо различимых длительное время, и рассчитать скорость их дрейфа. Большие льдины у западного побережья Удской губы в течение всего периода наблюдений медленно смещались на юго-запад вдоль побережья (рис. 4). Дрейфующие льдины к западу от о-вов Сахарная голова и Феклистова — на север-восток в противоположном направлении. К северу от о-ва Б. Шантар траектории льдин были направлены вдоль северного побережья острова на восток вдоль изобат. При этом их скорость была гораздо выше, чем скорость льдин у западного побережья Удской губы и у восточного побережья о-ва Б. Шантар. Вторая особен-
ность этого потока — его узость. Поток у северного побережья имел ширину около 20 км и менял направление на изобате 80 м (рис. 4). Максимальная скорость потока (средняя за сутки) на северовосточном шельфе о-ва Б. Шантар составляла 29—36 см/с в области максимального градиента глубины (рис. 5). На северо-западном шельфе о-ва Феклистова скорость потока достигала 38 см/с на изобате 50 м в области максимального наклона дна.
Прямые наблюдения
Ранее прямые наблюдения за течениями были выполнены к востоку от о-ва Б. Шантар (8ИсИег-Ыпа е! а1., 2004) на глубине 100—130 м (рис. 1б) и показали медленный поток вдоль изобат со ско-
55.5° N
55.0° N
54.5° N
54.0° N
136° Е
137 ° Е
138 ° Е
139°^ Е
Рис. 5. Скорость течения, полученная по результатам слежения за дрейфом льда.
ростью около 6 см/с в направлении на юго-восток. Однако следует учесть, что эти наблюдения были выпо
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.