УДК 551,46.01(268,53)
Циркуляция вод и кристаллическое строение морского льда в прикромочном районе заприпайной полыньи в море Лаптевых
И. А. Дмитренко*, К. П. Тышко*, Е. А. Холеманн**, X. Эйкен***, X. Кассене****
На основе данных натурных наблюдений в апреле — мае 1999 г. в море Лаптевых исследуются особенности поверхностной циркуляции в прикромочном районе заприпайной полыньи. На основе СТО-измерений и наблюдений за течениями сделаны выводы о конвективной природе измеренных поверхностных течений со скоростью до 62 см/с. Вероятно, они являются частью циркуляционных ячеек, возникающих вследствие вытекания рассола при интенсивном ледообразовании в полынье. Азимутальном упорядоченность кристаллов льда, обнаруженная в районе заприпайной полыньи, является следствием квазистационарной ячеистой циркуляции в прикромочных районах.
Заприпайными полыньями называют значительные по площади и устойчивые во времени участки с чистой водой и молодыми льдами, образующиеся за внешней кромкой берегового припая [5]. Большие пространства открытой воды, ширина которых в море Лаптевых достигает 200 км, в сочетании с экстремально низкими температурами воздуха приводят к интенсивному ледообразованию. Суммарная толщина льда, формирующегося в районе заприпайных полыней на шельфе морей Карского и Лаптевых к середине апреля, в среднем составляет от 3,5 до 4,5 м [2, 6]. Следствием интенсивного вытекания рассола при активном ледообразовании является локальное осолонение водной толщи, среднемноголетние оценки которого для района стационарных полыней в морях Карском и Лаптевых изменяются от 3,4 до 5,2%о [2]. Существование подобных локальных аномалий пространственного распределения солености должно вызывать формирование специфической термохалинной циркуляции вод. Несмотря на то, что заприпайные полыньи всегда привлекали особый интерес исследователей, публикации, описывающие влияние этого феномена на циркуляцию вод шельфовой зоны моря Лаптевых, отсутствуют. Имеющаяся информация о подледных течениях в зимний период в море Лаптевых базируется на эпизодических разрозненных наблюдениях и недостаточна
* Арктический и антарктический научно-исследовательский институт.
** Институт морских и полярных исследований им. Альфреда Вегенера, г. Бремерхафен, Германия.
*** Геофизический институт Университета Аляски, Фарбенкс, США.
**** Центр морских геонаук при Кильском университете, г. Киль, Германия.
для того» чтобы представить как целостную картину поверхностной циркуляции, так и ее особенности в районах заприпайных полыней. Прямые измерения течений непосредственно в заприпайных полыньях сложно реализуемы из-за экстремальных погодных условий и труднодоступное™. Тем не менее, в Арктике в прикромочных районах разводий неоднократно наблюдались устойчивые подледные поверхностные течения, направленные в сторону открытой воды [10, 15]. Физическая интерпретация этих течений впервые дана в [13]: поток плавучести, вызванный вытеканием рассола при ледообразовании, приводит к формированию циркуляционных ячеек, в которых верхний подледный слой движется в направлении открытой воды. В нижней части верхнего квазиоднородного слоя возникают компенсационные течения, направленные в обратную сторону. Измеренные скорости таких течений изменяются от 2 до 12 см/с. Как правило, скорость течения в подледном слое превышает скорость компенсационного течения. Расчеты циркуляции под разводьями на основе численных гидродинамических моделей [14] показали, что для океанографических условий, характерных для моря Бофорта, для случая свободной конвекции скорость течений может достигать 8 см/с. При разрушении вертикальной плотност-ной стратификации под разводьем компенсационные течения развиваются в слое пикноклина.
В апреле — мае 1999 г. в рамках российско-германского проекта "Система моря Лаптевых-2000" в ходе совместной вертолетной экспедиции TR.ANSDR.IFT VI в море Лаптевых в районе Анабаро-Ленской и Западной Новосибирской полыней проводились комплексные океанографические исследования (географические названия полыней приводятся в соответствии с [5]). Наряду со стандартными СГО-измерениями выполнялись наблюдения за подледными течениями и исследовалась кристаллическая структура морского льда в прикромочных районах заприпайной полыньи. Измерения течений носили эпизодический характер, поэтому на их основе затруднительно делать выводы о существовании устойчивой системы циркуляции вод. Однако изучение упорядоченности кристаллической структуры ледяного покрова дает возможность исследовать направленность подледных течений в течение всего периода нарастания льда, поскольку устойчивые подледные течения оказывают влияние на формирование пространственной азимутальной упорядоченности кристаллов морского льда [8, 16—18]. Данные, подтверждающие существование этой зависимости в натурных условиях, хорошо согласуются с результатами лабораторных экспериментов [9]. Поэтому совместный комплексный анализ дистанционных спутниковых наблюдений за динамикой полыньи, СГО-измерений, данных записей течений и информации о кристаллической структуре морского льда может позволить оценить характер и особенности циркуляции вод в при-кромочной зоне заприпайной полыньи. Настоящая статья посвящена сравнению результатов океанографических и ледовых наблюдений в море Лаптевых в апреле — мае 1999 г. с целью установления особенностей циркуляции вод в районах моря, близко прилегающих к заприпайной полынье.
Серия спутниковых радиолокационных изображений Яаёагва! ЗсапБАИ (рис. 1) показывает, что в зимний период 1998/99 г. в море Лаптевых за-68
Рис, 1. Развитие заприпайной полыньи весной 1999 г. по данным спутниковых радиолокационных изображений Ка{кгеа1 ЗсапЭАК.
а) 21 марта; б) 5 апреля; в) 25 апреля; г) 5 мая 1999 г. На снимках указано также положение океанографических станций,
припайная полынья была слабо развита и до середины марта 1999 г. представляла собой цепочку отдельных разводий незначительной ширины (рис. 1а). Зафиксированное с 25 по 31 марта на метеостанции о. Котельный штормовое усиление юго-восточного ветра до 17 м/с привело к быстрому формированию полыньи в юго-восточной части моря (рис. 16). Под воздействием преобладающих до середины апреля ветров с юго-востока полынья начала активно расширяться в северном направлении. К 25 апреля в отдельных местах ширина полыньи достигла 50—60 км (рис. 1е). В дальнейшем вплоть до конца работы экспедиции (8 мая 1999 г.) положение и размеры заприпайной полыньи в этом районе моря не претерпели существенных изменений (рис. 1г).
Для исследования океанографических процессов в прикромочной зоне заприпайной полыньи моря Лаптевых в апреле — мае 1999 г. на кромке
припайного льда были выполнены комплексные океанографические станции TI9908, 7/22, 18/19, 14, 2/6/23, 24 (рис. 2). Наблюдения на станциях, в нумерации которых присутствует наклонная разделительная черта, проводились несколько раз. На базовых станциях TI9902/23, 7, 8 проводились также измерения на микроразрезах длиной 500—600 м, ориентированных по нормали к кромке припайного льда. Наблюдения в этом случае выполнялись с припайного льда, на его кромке, и на открытой воде или с молодого тонкого льда при относительно тихой погоде. CTD-наблюдения с припайного льда выполнялись кабельным CTD-зондом ME OTS-3 производства Германии. На открытой воде и с молодого льда зондирования осуществлялись CTD-зондом Seabird производства США с резиновой лодки или непосредственно с ледяного покрова толщиной более 10 см. Для измерения течений использовался акустический доплеровский измеритель течений 3D-ACM производства FSI, США. Технические характеристики измерителя течений следующие: датчики скорости акустические, по сдвигу фазы, точность ±1,0% от измеренной величины, разрешение 0,1 см/с; датчик направления: точность ±3,0°, разрешение 0,1°; частота измерений —
Ol \ ---- 3 ■ 4
Рис. 2. Схема станций, измеренных поверхностных течений и ориентации С-осей кристаллов в слое с азимутальной пространственной упорядоченностью кристаллического строения морского льда в экспедиции TR.ANSDR.1FT VI в апреле — мае 1999 г.
I—комплексныеокеаиогрзфическ-иестанции (Т199...); 2 — векторы поверхностных течений; } — направление С-осей кристаллов морского льда; 4 — метеостанция о. Дунай; изолинии — скорость подледных течений (см/с).
2 ед./с. Наблюдения за течениями во всех случаях производились с неподвижного льда. Прибор опускался в воду через отверстие во льду диаметром 22 см. Горизонты наблюдений располагались на расстоянии 2—3 л1 друг от друга, от нижней поверхности ледяного покрова до морского дна. Для получения надежных значений измеритель течений фиксировался на каждом горизонте измерений в течение 3—4 мин. В память прибора записывались осредненные за 30 с параметры скорости течения. Для получения окончательных значений на каждом горизонте осреднялись 6—8 последовательных записей. Всего были выполнены наблюдения за течениями на 6 станциях (Т19918, 19, 20, 22, 23, 24, рис, 2). Из них станции Т19918 и 19 находились в 2,5 км друг от друга, одна на припайном льду толщиной 108 см, другая на молодом сером льду толщиной 24 см в 5 м от границы с открытой водой заприпайной полыньи. Станция Т19922 была расположена в 100 м, а Т19924 в 6 к.и от кромки припайного льда. Станция Т19920 располагалась на припайном льду на удалении около 120 км от заприпайной полыньи. Измерения течений, за исключением станций Т19919, 23 и 23с1, проводились с однотипного льда, образцы которого отбирались для анализа кристаллического строения на незначительном удалении от места океанографических измерений.
Отбор кернов для анализа кристаллической структуры морского льда проводился на станциях Т19901, 2, 3, 4, 7, 8, 9, 11, 16, 17, 18, 24 (рис. 2). Для проведения анализов использовался азимутально ориентированный керн, который распиливался приблизительно на равные части, толщиной от 20 до 30 см. Из каждого отпиленного куска приготавливался один или два вертикальных и один горизонтальный шлиф толщиной не более 1 мм. Размеры шлифов составляли 9 х 12 см. Тип кристаллической структуры льда опред
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.