УДК 551.465.46.551.513(265.53)
Гидродинамические процессы на шельфе о. Сахалин в прибрежном Пильтунском районе кормления серых китов и их связь с атмосферной циркуляцией
А. Н. Рутенко*, В. А. Соснин*
Обсуждаются результаты многолетних гидрофизических исследований, проведенных на северо-восточном шельфе о. Сахалин в районе летне-осеннего нагула охотско-корейской популяции серых китов. Показано, что в гидрологическом режиме данного района важную роль играют поступление рас-пресненной стоком р. Амур воды и обусловленный летним муссоном прибрежный апвеллинг. Эти явления взаимосвязаны и зависят от межгодовых изменений атмосферной циркуляции. Приведены результаты исследований параметров внутренних волн, полученные с помощью заякоренной автономной вертикальной измерительной системы. Измерены скорости орбитального движения частиц воды в распространяющихся нелинейных внутренних волнах и соответствующие им вертикальные смещения слоев воды. Показаны особенности термохалинной структуры воды под сликом, формируемым внутренней волной на поверхности моря.
Введение
В данной статье использованы результаты гидрофизических исследований, проведенных в летне-осенние сезоны 2005—2012 г. в комплексных биолого-акустических морских экспедициях на северо-восточном шельфе о. Сахалин. Эта акватория характеризуется мелководной прибрежной областью: двадцатиметровая изобата удалена от уреза воды на 5—10 км, а пяти десяти метровая — на 20—30 км (рис. 1). Сюда поступают распрес-ненные воды из Амурского лимана, а также из заливов Пильтун и Чайво. Известно [1—3, 5—8, 11, 13], что в данном районе характер непериодических течений в летний период в основном определяется влиянием ветра южного и юго-восточного направлений (летний муссон), а осенью — ветра северо-западных румбов (зимний муссон). Поскольку шельф мелководный, то атмосферная циркуляция, формирующая ветер соответствующих направлений, вызывает типичный ветровой дрейф с характерным отклонением течения вправо от направления действия ветра. Эти течения оказывают существенное влияние на гидрофизические и гидродинамические про цес сы в ра йо не, опреде ляя их внут ри сезон ную и меж годо вую измен чи-вость, зависящую от развития муссонов.
* Тихоокеанский океанологический институт им. В. И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук; e-mail: rutenko@poi.dvo.ru.
Известно, что во время летнего муссона ветер южного и юго-восточного направлений вызывает прибрежный апвеллинг, а воздействие на морскую поверхность северного и северозападного ветра приводит к даунвел-лингу [7, 11]. Во время апвеллинга прибрежная зона заполняется холодной и соленой охотоморской водой, а относительно теплая и распресненная поверхностная вода смещается в глубоководную область шельфа. Во время даун веллин га она может сно ва вернуться в прибрежную зону [11].
Амурская вода поступает в район в первых числах июня во время схода льда. Например, 12 июня 2010 г. во время движения льда на юг вода в точке 2 (рис. 1) имела температуру 5°С и соленость 23 е. п. с. В июле из-за преобладания южного ветра апвеллинг "запирает" распресненную воду, по сту па ю щую на вос точ ный шельф о. Сахалин из зал. Северный, но при благоприятном северо-западном ветре процесс затекания распрес-ненной воды может принять характер втор же ния [11].
Гидрофизические процессы, протекающие в зоне северо-восточного шельфа о. Сахалин, вызывают особый интерес в связи с большой продуктивностью находящихся здесь бентосных сообществ, которыми питаются серые киты во время ежегодного летне-осеннего нагула [12]. Развитие бентосных организмов зависит от материала, произведенного на поверхности моря [20]. Весной и в начале лета бентосная фауна бурно разрастается из-за детрита, поставляемого в период зимне-весенней вспышки развития фитопланктона [23].
Важным фактором, влияющим на объемы продукции фитопланктона во время весенней вспышки, является соленость поверхностных вод в предшествующий период. Наблюдения показывают, что в период вспышки объемы фи топ лан кто на макси маль ные толь ко при силь ном рас прес не нии поверхностных слоев воды. При одинаковых значениях температуры масса первичной продукции фитопланктона в период весенней (летней) вспышки больше в районах, которые были подвергнуты большему распреснению [21].
Вспышки увеличения объема фитопланктона возможны не только весной, но и ле том в пе ри од ин тен сив ных лив не вых осад ков, свя зан ных с прохождением глубоких циклонов [22]. В условиях Северного Сахалина такая вспышка развития фитопланктона может следовать не только за
Рис. 1. Карта района работ и расположения точек.
1 — ежегодные гидрологические зондирования; 2 — долговременные гидрологические наблюдения в июне — июле 2010 г.; М-07-1 и М-07-2 —точки, в которых проводились стационарные измерения с помощью автономной вертикальной акустико-гидрофизической измерительной системы "Моллюск-07"; А — гидрологический разрез.
осадками вблизи района наблюдений, но и за отдаленными ливневыми осадками, которые попадают в море со стоком р. Амур.
Продуктивность фитопланктона в период весенней вспышки зависит от многих внешних метеорологических факторов. Например, несмотря на достаточное содержание биогенных веществ в море в весеннее время, вспышка развития фитопланктона может быть лимитирована динамикой вод из-за интенсивного вертикального ветрового перемешивания, конвекции или недостаточной освещенности. Она не начнется до тех пор, пока не возникнет устойчивая стратификация вод вследствие прогрева, таяния льда или же выноса пресных вод [15].
В северных морях динамика изменчивости ледового покрова оказывает большое влияние на условия развития фитопланктона и во многом определяет направление передачи энергии в пищевой цепи. Если вспышка развития фитопланктона происходит в холодных водах, то малая скорость его потребления сообществами при низкой температуре определяется тем, что пищевая цепь больше контролируется наличием ресурсов, чем их потреблением. Этот сценарий обеспечивает больший поток энергии бентосному сообществу, чем пелагическому [18, 24].
При поздней летней вспышке развития фитопланктона, когда вода становится более теплой, увеличивается скорость его поедания зоопланктоном, что распределяет энергию внутри пелагической пищевой цепи, при этом бентосному сообществу питания достается значительно меньше.
Таким образом, сезонное и межгодовое различие во времени начала вспышек развития фитопланктона может иметь последствия для всей пищевой цепи. Сдвиг потоков энергии в пределах пищевой цепи от ее направленности поверхность — дно или дно — поверхность может влиять на численность и прирост биомассы как пелагических, так и бентосных со об ществ [15].
Время вспышки развития фитопланктона и его продуктивность являются функцией нескольких метеорологических и океанологических величин. Известно, что действие температуры воды и солености на объем фитопланктона является прямым, причем обе величины действуют независимо. Учитывая реальные метеорологические условия Северного Сахалина, следует отметить, что значения температуры воды зимой год от года имеют малый разброс, так как они всегда отрицательны и близки к температуре за мер за ния воды. Исход ные зим ние гид роло ги чес кие усло вия для ве сен-ней вспышки развития фитопланктона во все годы являются примерно одинаковыми. Если же различия массы первичной продукции и последующие за ними различия биомассы бентоса существуют, то они связаны, скорее всего, с другими причинами. К ним следует отнести суровость и длительность зимнего сезона, влияющие на сроки вскрытия моря ото льда. Большое значение имеет температура воздуха над морем и континентом, которая определяет скорость вскрытия моря и степень прогрева воды сразу по сле исчез но ве ния льда.
Еще одной важной метеорологической величиной является ветер и связанный с ним летний юго-восточный муссон. Этот фактор определяет время начала развития прибрежного апвеллинга и его продолжительность. С одной стороны, апвеллинг создает благоприятные условия для развития
фитопланктона в результате дополнительной поставки биогенных элементов из глубины моря. С другой стороны, он разрушает стратификацию вод, что мешает устойчивому росту массы фитопланктона, поскольку вместе с водой он может опуститься в придонный слой на плохо освещаемые горизонты.
Важный фактор — сток р. Амур и вынос вод из мелководных прибрежных заливов Пильтун и Чайво. Вынос вод из заливов можно считать постоянным и устойчивым фактором, который мало изменяется.
Таким образом, переменными факторами, которые могут оказывать влияние на развитие биопродуктивности района, являются лед (время вскрытия), биогенные и органические вещества, приносимые амурской водой и поступающие во время паводков из заливов Пильтун и Чайво, летний ап веллинг, при но ся щий в при бреж ную зону охотомор ские воды, бо га-тые би о ген ны ми ве щес тва ми. По-ви ди мому, имен но эти про цес сы обес пе-чивают высокую биологическую продуктивность в этом районе Охотского моря и делают его одним из центров рыбного промысла и основным районом летне-осеннего нагула охотско-корейской популяции серых китов [2, 12].
Межгодовые различия атмосферной циркуляции могут вызывать изменения в развитии апвеллинга и в распространении вод р. Амур, что должно сказываться на поступлении в прибрежную зону биогенных и органических веществ и на биопродуктивности района.
Важную роль в циркуляции и перемешивании вод на шельфе играют внутренние волны. Орбитальные движения частиц воды в распространяющихся внутренних волнах генерируют интенсивные турбулентные пульсации в придонном слое [10], влияют на поверхностное волнение и формируют слики на поверхности моря. Нелинейные внутренние волны трансформируют сезонный термоклин, вызывая перемешивание всей толщи водного слоя. Следовательно, внутренние волны способствуют вертикальному переносу кислорода, биогенных веществ и, по-видимому, также играют важную роль в биопродуктивности вод шельфа.
Целью данной статьи является анализ результатов многолетних гидродинамических и гидрофизических
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.