Физика атмосферы и гидросферы
Власова Г.А., кандидат географических наук, ведущий научный сотрудник Тихоокеанского океанологического института им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук
ВОДООБМЕН В ЗОНАХ ПРОЛИВОВ КОМАНДОРСКИХ ОСТРОВОВ ПОД ВЛИЯНИЕМ АТМОСФЕРНЫХ ПРОЦЕССОВ
На базе гидродинамической модели выполнены расчеты интегральной циркуляции вод в слое 0-200 м и от поверхности до дна в зонах проливов Командорских остовов под влиянием региональных синоптических ситуаций за период 1949-2010 гг. Выявлена четкая взаимосвязь между атмосферными и гидродинамическими процессами.
Ключевые слова: Командорские острова, водообмен, циркуляция вод, атмосферные процессы.
WATER EXCHANGE IN THE STRAITS OF THE KOMANDORSKIYE ISLANDS UNDER INFLUENCE OF ATMOSPHERIC PROCESSES
Calculations of the integral water circulation in the layers 0-200 m and from surface to bottom in the straits of the Komandorskiye Islands under influence of regional atmospheric situations are executed on base the hydrodynamic model in 1949-2010. The exact interrelation between atmospheric and hydrody-namic processes.
Keywords: Komandorskiye Islands, water exchange, water circulation, atmospheric processes.
Введение
Акватория Алеутской дуги, заключенная между азиатским и американским континентами, включает в себя непосредственно архипелаг Алеутских островов, занимающий большую часть исследуемой островной дуги, и архипелаг Командорских островов в ее западной части. Командоро-Алеутская гряда располагается на южной границе Берингова моря, образующая гигантскую выгнутую к югу дугу и отделяющая море от Тихого океана (рис.1).
Рис. 1. Карта Берингова моря и Алеутской дуги в разрезе (Kohei Mizobata, Jia Wang, Sei-ichi Saitoh, 2005)
Зона Командоро-Алеутской островной дуги и прилегающих акваторий Берингова моря и Тихого океана представляет собой комплексный регион с весьма сложными гидрометеорологическими условиями. Указанная сложность гидрологической обстановки обусловлена наличием здесь пограничной зоны, а именно зоны обмена через проливы водами различных модификаций (океан - море), переносимыми потоками приостровных течений. Процессы обмена, усложненные приливными явлениями в сочетании со сложным рельефом дна, изрезанностью береговой черты и суровыми климатическими условиями, обуславливают формирование специфической структуры вод в проливах и прилегающих акваториях. Наиболее широкие и глубокие проливы, которые играют главную роль в процессах водообмена с Тихим океаном, расположены в архипелаге Командорских о-вов: Камчатский пролив с максимальной глубиной 4420 м и пролив Ближний с максимальной глубиной около 1600 м.
В силу сказанного данный регион привлекает к себе пристальное внимание как важный объект для изучения его гидрометеорологического режима.
Целью данной работы является исследование водообмена в зонах проливов Камчатского и Ближнего под влиянием атмосферных процессов. В связи с этим, предлагаемый подход для решения вышеуказанной задачи состоит в численном моделировании циркуляции вод под воздействием региональных особенностей синоптических ситуаций. С этой целью была использована гидродинамическая модель, неоднократно описанная в работах [3-5, 11 и др.], в рамках которой были рассчитаны интегральные функции тока в слое 0-200 м и от поверхности до дна, и построены карты циркуляции вод, анализ которых приведен ниже.
Исходные данные
Атмосферные типы. Для описания особенностей атмосферной циркуляции над Коман-доро-Алеутской дугой были использованы декадные карты приземного давления, которые строились с использованием ежедневных синоптических карт японского метеорологического агентства (1МЛ) за 00, 06, 12, 18 час. Гринвича за период 1949-2010 гг. В основу классификации синоптических процессов, формирующихся над ДВ морями и Тихим океаном, было положено местоположение траекторий циклонов и пространственное расположение антициклонов [10]. В результате было выделено 6 типов атмосферных процессов, которые были поименованы по географическому признаку: «северо-западный» тип атмосферной циркуляции (СЗ), «охотско-алеутский» (ОА), «широтно- алеутский» (ША), «южный широтный» (ЮШ), «охотско-гавайский» (ОГ) и «циклоны над океаном» (Цн).
На данном этапе исследований было выполнено моделирование гидродинамической ситуации для 4-х типов, наиболее характерных для Командоро-Алеутского бассейна.
«С е в е р о - з а п а д н ы й» тип атмосферной циркуляции характеризуется расположением основных траекторий циклонов над акваторией северной части Тихого океана (рис. 2а). Пути циклонов пролегают в направлении с юго-запада на северо-восток, или с запада, юго-запада - на восток, северо-восток от Японских островов между 40° и 45° с.ш. далее на восток, северо-восток к алеутской депрессии (в районе 50°-55° с.ш., в Бристольском заливе, над восточной частью Алеутских о-вов или в заливе Аляска).
Поля высокого давления при СЗ типе представлены двумя антициклонами, один из которых располагается над Дальним Востоком. Он обычно обширный и устойчивый во времени с одним или несколькими центрами. Другое антициклональное поле находится над юго-восточной частью исследуемой акватории Тихого океана, к востоку от 120°-175° в.д. и к юго-востоку от поля циклональной завихренности.
Рис. 2. Типы атмосферной циркуляции: а - «северо-западный»; б - «охотско-алеутский»
«О х о т с к о - а л е у т с к и й» тип атмосферных процессов характеризуется двумя депрессиями, одна из которых находится над акваторией Охотского моря, другая располагается в зоне Алеутского минимума над акваторией Аляски (рис. 2б). Охотоморская и Алеутская депрессии представляет систему циклонов, вращающихся вокруг некоторого квазистационарного центра над акваториями Охотского моря и Аляски, которые могут углубляться или заполняться, становится более или менее обширными. Глубина их обычно колеблется в пределах 975-1005 мб. Траектории циклонов в этих системах сложны, иногда спирального типа. В целом интенсивность Алеутской депрессии меньше Охотской.
Географическое положение полей высокого давления при действии ОА типа характеризуется двумя антициклонами, соединенными гребнем высокого давления, который занимает всю центральную часть северной половины Тихого океана, распространяясь с севера на юг.
«Ш и р о т н о - а л е у т с к и й» тип синоптических ситуаций характеризуется расположением основных траекторий циклонов в широтном направлении вдоль Алеут (рис. 3 а). Циклоны смещаются с акватории Охотского моря с запада на восток через п-ов Камчатка, далее в океан вдоль Алеутских островов в район Алеутской депрессии. Циклоны часто проходят сериями. Глубина циклонов в сериях бывает различной, от неглубоких (1005-995 мб ) до очень глубоких (965 мб).
ША тип характеризуется наличием высокого барического поля над всей северной частью Тихого океана от азиатского материка до североамериканского побережья южнее области циклогенеза.
в.д 160 170" 180" 170" 160" 150" 1400 з.д
в
160 170 180 E
г
Рис. 3. Типы атмосферной циркуляции: в - «широтно-алеутский»; г - «циклоны над океаном»
При типе «ц и к л о н ы н а д о к е а н о м» над северной частью Тихого океана в подавляющем большинстве преобладают циклонические образования,
при этом может наблюдаться любой набор траекторий циклонов (рис. 3в).
Положение высоких барических образований не стабильно. Антициклоны в виде отдельных очень локальных ядер, давление в которых мало отличается от окружающего барического поля, появляются на непродолжительное время, не сохраняют своего географического положения, быстро исчезают и могут появиться вновь где-то в другом районе. Площадь, занятая полями высокого давления, всегда незначительна и несоизмерима с площадями, занятыми полями низкого давления.
Все типы имеют наибольшую интенсивность в осенне-зимнее время.
Для расчета циркуляции вод входной информацией послужили:
• данные указанных выше ежедневных синоптических карт приземных полей атмосферного давления JMA за период 1949-2010 гг., соответствующие определенному типу атмосферных процессов [10];
• среднемесячные данные по поверхностной температуре и солености в одноградусных трапециях за период 1960-1994 гг. (World Ocean Atlas);
• банк данных гидрологических наблюдений рейсов ТОИ ДВО РАН «ОКЕАН-2» за период 1970-1990 гг.;
• значения глубин из массива ETOPO-5 (Earth Topographic) из базы данных NOAANGDC c 15' разрешением топографических и батиметрических карт всей земной поверхности (http://www2.evl.unic.edu/pape/vrml/etopo/).
Для расчетов использовалась равномерная сетка с шагом от 10' до 60' по долготе и от 15' до 30' по широте, стандартные горизонты по вертикали. Расходы в проливах определялись на основании расчета полных потоков, нормальных к жидким границам исследуемой области.
В зимний период модель автоматически учитывает образование льда на поверхности моря, рассчитывая интегральную циркуляцию подо льдом. Распространение кромки льда учитывалось, исходя из работ [9, 12].
Анализ
Численные эксперименты на базе гидродинамической модели были выполнены для каждого типа атмосферной циркуляции: Цн - для января месяца, СЗ - апреля, ША - июля, ОА - октября в проливах Камчатский и Ближний. Проанализируем изменчивость средних течений в слое 0-200 м и полных потоков (от поверхности до дна) в зависимости от преобладающих типовых атмосферных процессов (рис. 4-5).
Анализ карт циркуляции вод в слое 0-200 м показал, что независимо от сезона года и синоптической обстановки в целом основная масса тихоокеанских вод циклонического происхождения поступает в пролив Ближний, а основной поток беринговоморских вод, соединяясь с холодными водами Камчатского течения, выходит из пролива Камчатский, что не противоречит известным фактам [1, 2, 6, 8].
^ I ™" ™ ^ £
Рис. 4. Интегральная циркуляция вод в слое 0-200 м (Св) в проливах Камчатский и Ближний при различных типах атмосферных процессов: январь - Цн, апрель - СЗ, июль - ША, октябрь - ОА
Средний годовой перенос тихоокеанских и беринговоморских вод в изучаемых проливах не превышает 1 Св (1х106 м3/сек).
Единственной отличительной
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.