научная статья по теме ИЗМЕНЧИВОСТЬ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ ЯПОНСКОГО МОРЯ И ЕЕ СВЯЗЬ С ПОЛЕМ ЗАВИХРЕННОСТИ ВЕТРА Геофизика

Текст научной статьи на тему «ИЗМЕНЧИВОСТЬ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ ЯПОНСКОГО МОРЯ И ЕЕ СВЯЗЬ С ПОЛЕМ ЗАВИХРЕННОСТИ ВЕТРА»

ИЗВЕСТИЯ РАИ. ФИЗИКА АТМОСФЕРЫ И ОКЕАНА, 2008, том 44, № 4, с. 553-566

УДК 551.465:551.58:519.237

ИЗМЕНЧИВОСТЬ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ ЯПОНСКОГО МОРЯ И ЕЕ СВЯЗЬ С ПОЛЕМ ЗАВИХРЕННОСТИ ВЕТРА

© 2008 г. О. О. Трусенкова, В. Б. Лобанов, Д. Д. Каплуненко

Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН 690041 Владивосток, ул. Балтийская, 43 E-mail: trolia@poi.dvo.ru Поступила в редакцию 06.08.2007 г., после доработки 19.03.2008 г.

Изменчивость температуры поверхности (ТПМ) Японского моря исследована на основе комплексного ЭОФ анализа ежедневных данных, разработанных в университете Тохоку, Япония (New Generation SST; 2002-2006 гг.). Взаимосвязь с полем ветра исследуется на основе ежедневных данных ре-анализа NCEP/NCAR с пространственным разрешением 1°. Аномалии (АТПМ) рассчитаны путем удаления среднего по акватории моря годового хода, оцененного как старшая мода разложения температуры. Старшая мода разложения АТПМ представляет собой поправку к среднему годовому ходу, наиболее значительную в декабре в зоне субтропических вод, поступающих в море через Корейский пролив, и в районах северо-западной части моря, над которыми в холодный период года развивается циклоническая завихренность ветра. Выявлена полугодовая мода изменчивости, характеризуемая наибольшим повышением (понижением) температуры в зоне западного участка субарктического фронта (в Татарском проливе), запаздывающим на 2 месяца по отношению к полугодовым изменениям завихренности ветра над морем. Выявлено эпизодическое перемещение АТПМ в северной части моря с востока на запад вдоль западной ветви Цусимского течения со скоростью, по порядку величины соответствующей адвективному масштабу.

ВВЕДЕНИЕ

При изучении крупномасштабной изменчивости температуры поверхности океана (ТПО) и морей (ТПМ) основное внимание направлено на межгодовые и долгопериодные периодичности и поиск взаимосвязей аномалий с метеорологическими характеристиками, обуславливающими вариации локального теплообмена с атмосферой. Для этого применяются статистические методы, в первую очередь, разложение на эмпирические ортогональные функции (ЭОФ), позволяющие выявить районы, в которых развиваются аномалии определенных временных масштабов [1]. На основе ЭОФ-анализа выявлены взаимосвязи температурных аномалий Японского моря с изменчивостью зимнего муссона северо-восточной (СВ) Азии [2, 3].

Вместе с тем, признана важность нелокальных процессов для формирования аномалий ТПО, в частности, адвекции тепла крупномасштабными течениями [4] и динамическими структурами синоптического и мезомасштаба, осуществляющими, в том числе, трансфронтальный обмен [5]. Физическим механизмом формирования аномалий температуры поверхности (приповерхностного слоя) моря (океана), связанных с циркуляцией лежащей под ним стратифицированной толщи вод, является турбулентное вовлечение на нижней границе верхнего квазиоднородного слоя [6].

Японское море традиционно разделяется на теплую субтропическую и холодную субарктическую области. Проточная составляющая от Корейского пролива на юге до проливов Сангарского и Лаперу-за на восточной границе определяет режим теплых течений субтропической области - Цусимского течения вдоль восточного берега и восточно-Корейского течения (ВКТ), следующего на север вдоль юго-западного (ЮЗ) берега, а затем отрывающегося от него и пересекающего море с запада на восток. Продолжения теплых течений в северной части моря формируют восточную периферию циклонических (Ц) круговоротов, по западной периферии которых следуют на юг вдоль материкового берега холодные Приморское и Северо-Корейское течения. После отрыва от берега встречных теплого и холодного течений в зоне их конвергенции формируется субарктический фронт, точнее, субарктическая фронтальная зона (см. обзоры [7, 8]). За последние 15-20 лет были выполнены обширные океанографические исследования Японского моря, которые существенно дополнили сложившиеся к тому времени представления [8]. Выявлена, в частности, высокая синоптическая изменчивость как в субтропической области, например в ЮЗ районе к северу от Корейского пролива [9], так и в субарктической области, где были обнаружены теплые вихри и термические фронты [8, 10-12]. Это позволяет предполагать, что адвективный механизм играет важную

роль в формировании аномалий температуры поверхности (АТПМ) Японского моря.

Дистанционное зондирование поверхности океана с искусственных спутников Земли проводится уже в течение нескольких десятилетий, что позволило сформировать архивы спутниковых ТПО, в том числе для северо-западной (СЗ) части Тихого океана, включающей Японское море, за период около 20 лет. Вместе с тем, измерения в инфракрасном диапазоне невозможны при облачности, что приводит к появлению многочисленных пропусков в данных, которые должны быть тем или иным способом восполнены. На основе таких реконструированных полей исследованы характеристики когерентных структур [13] и внутригодовые цикличности [13, 14], а также межгодовая изменчивость [3] ТПМ Японского моря.

В последние годы отработаны методики расчета ТПО по данным зондирования в микроволновом диапазоне, сигнал которого не зависим от облачности. Это дало основу для надежного восстановления полей с высокой степенью временной дискретности, в том числе ежедневных. В рамках национальных и международных программ в Интернете свободно доступны различные метеорологические продукты, которые могут привлекаться для интерпретации выявленных мод изменчивости.

Целью данной работы является исследование изменчивости ТПМ Японского моря путем разложения на ЭОФ ежедневных полей, основанных на спутниковых данных, поиск взаимосвязей полученных мод изменчивости с завихренностью ветра над морем и на этой основе анализ возможных физических механизмов формирования температурных аномалий, связанных с особенностями циркуляции вод. Для последнего привлекаются работы, обобщающие результаты наблюдений [8-12], а также результаты расчетов течений Японского моря на основе гидродинамической модели [15, 16].

ДАННЫЕ И МЕТОДЫ

Изменчивость ТПМ Японского моря исследована на основе ежедневных данных для СЗ части Тихого океана и окраинных морей СВ Азии за период с июля 2002 г., разработанных в университете Тох-оку, г. Сендай, Япония, в рамках проекта МОК/ВЕСТПАК "Новое поколение данных по ТПО" (New Generation Sea Surface Temperature) и свободно доступных в Интернете [17]. Эти поля с пространственным разрешением в 0.05 градуса получены путем оптимальной интерполяции спутниковых наблюдений в инфракрасном и микроволновом диапазонах, их точность составляет 0.95°С. Методическая сторона рассмотрена в работе [18], сравнение с данными контактных наблюдений выполнено в работе [19].

Микроволновый сигнал, в отличие от инфракрасного, не зависим от облачности, но в данных все же имеются пропуски, связанные со смещением полосы микроволнового зондирования, поэтому район исследования ограничен координатами 34.5°-48°К 127.5°-142°Е, а северная часть Татарского пролива, а также западная часть акватории Восточно-корейского залива (между 39° и 40°К, к западу от 128.5°Е) исключены из рассмотрения. Исключены 7 полей за 8 и 9 августа 2002 г., 23 сентября 2004 г., 29 ноября 2005 г., 5 и 13 февраля 2006 г. и 4 марта 2006 г.: в эти дни данные отсутствовали в некоторых районах моря вблизи побережья Приморья. Оставшиеся единичные пропуски были заполнены с помощью сплайновой интерполяции временных рядов. Нами было выполнено дополнительное осреднение по 0.25-градусным квадратам для улучшения оценок собственных чисел и векторов матрицы корреляций между точками поля, получаемых в ходе разложения полей на ЭОФ [1]. Таким образом, итоговые поля ТПМ представлены в 1597 пространственных точках для 1463 временных отсчетов за период с 1 июля 2002 г. по 9 июля 2006 г.

Для поиска связей с полем ветра над Японским морем привлекаются ежедневные (4 срока наблюдений в сутки) данные о приводном ветре реанализа КСЕР/КСАИ в области 34-53°К 127°-143°Е за 1998-2005 гг. с пространственным разрешением в 1°, повышенным по сравнению со стандартным продуктом [20]. На основе комплексного ЭОф (КЭОФ) анализа этих данных были выявлены характерные синоптические ситуации в холодный и теплый периоды года, характеризуемые преобладающим направлением ветра, и построены типовые поля касательного напряжения и завихренности ветра (рис. 1; [21]). При расчете вихрь был отнесен к центру одноградусных квадратов, в вершинах которых задано напряжение ветра; Ц (антициклонический - АЦ) вихрь положителен (отрицателен). В относительно стабильных метеорологических условиях холодных месяцев года (ноябрь-март) преобладают ситуации с северной составляющей ветра - северо-западная (СЗ1; рис. 16 для декабря; повторяемость до 65% в месяц) и северная (С; рис. 1а для января; повторяемость 10-25% в месяц); наблюдается также западная ситуация (З1; рис. 1г для февраля; повторяемость 10-25% в месяц). В это время года над Японским морем преобладает Ц завихренность ветра.

Напротив, теплым месяцам года свойственно разнообразие типовых распределений напряжения и завихренности ветра (рис. 1), как это подробно обсуждается в работе [21]. В целом, ситуации с западной составляющей ветра - юго-западная (ЮЗ1 в апреле, мае и июле, рис. 1е для мая, и ЮЗ2 в июне, августе и сентябре, рис. 1ж для августа), западная (З2; рис. 1д для апреля) и северо-западная (СЗ2; рис. 1в для апреля) характеризуются АЦ завихренностью над восточной и во многих случаях центральной ча-

130 135 140

130 135 140

Рис. 1. Типовые поля напряжения и завихренности ветра над Японским морем в характерные месяцы: для ситуации С в январе (а), ситуации СЗ в декабре (б) и апреле (в), ситуации З в феврале (г) и апреле (д), ситуации ЮЗ в мае (е) и августе (ж), ситуации Ю-ЮВ в июле (з) и июне (и), ситуации В в июле (к) и ситуации СВ в сентябре (л). Масштабный вектор напряжения ветра соответствует 0.5 дин/см2, изолинии завихренности проведены через 2 х 10-8 дин/см3. Положительные (отрицательные) значения соответствуют Ц (АЦ) завихренности; на нулевой изолинии показаны засечки, направленные в сторо

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.

Показать целиком