ИЗВЕСТИЯ РАН. ФИЗИКА АТМОСФЕРЫ И ОКЕАНА, 2013, том 49, № 6, с. 717-732
УДК 551.465
О ПРИРОДЕ КОРОТКОПЕРИОДНЫХ КОЛЕБАНИЙ ОСНОВНОГО ЧЕРНОМОРСКОГО ПИКНОКЛИНА, СУБМЕЗОМАСШТАБНЫХ ВИХРЯХ И РЕАКЦИИ МОРСКОЙ СРЕДЫ НА КАТАСТРОФИЧЕСКИЙ ЛИВЕНЬ 2012 г.
© 2013 г. А. Г. Зацепин1, А. Г. Островский1, В. В. Кременецкий1, В. Б. Пиотух1, С. Б. Куклев2, Л. В. Москаленко2, О. И. Подымов2, В. И. Баранов3, А. О. Корж3, С. В. Станичный4
1ФГУБН Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН 117997Москва, Нахимовский проспект, 36 2Южное отделение Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН 353467Геленджик, Просторная, 1г 3Атлантическое отделение Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН 236022 Калининград, проспект Мира, 1.
4Морской гидрофизический институт НАНУкраины 99011 Севастополь, Капитанская, 2 E-mail: zatsepin@ocean.ru Поступила в редакцию 18.01.2013 г., после доработки 22.03.2013 г.
Приводятся результаты натурных наблюдений, выполненных на черноморском гидрофизическом полигоне ИО РАН в 2012 г. Проанализированы данные об изменчивости вертикального распределения гидрофизических характеристик (температура, соленость, плотность воды и скорость течения) в верхнем 200-метровом слое Черного моря над континентальным склоном в холодный период года, полученные благодаря использованию автономного профилографа "Аквалог" на заякоренной буйковой станции. Установлено наличие интенсивных колебаний положения перманентного пикно-халоклина и верхней границы сероводородной зоны с характерным периодом 5—10 суток. Эти колебания вызывают короткопериодные изменения толщины кислородосодержащего слоя на 20—40 м, что составляет до одной трети его общей толщины. Проведен совместный анализ данных измерений, выполненных автономными станциями (донный ADCP, термокоса) на экспериментальном подспутниковом полигоне в прибрежной зоне г. Геленджик, метеоданных, судовой и спутниковой информации в период катастрофического ливня и наводнения 6—7 июля 2012 г. и после него. Установлено, что в результате бурного стекания мутной пресной воды в море, в области шельфа — верхней части континентального склона образовался пояс опресненных (на 1.0—2.7 psu) менее плотных вод с высокой концентрацией взвеси. Эти воды образовали квазигеострофическое вдольбереговое течение северо-западного направления, скорость которого достигала 40—50 см/с. Благодаря этому значительная часть опресненной и мутной воды за двое суток после окончания наводнения "утекла" из геленджикского района на северо-запад, а оставшаяся часть примерно за то же время очистилась от взвеси, благодаря ее оседанию на дно. На акватории гидрофизического полигона осуществлена съемка полей скорости течения и концентрации взвешенного вещества в субмезомасштабном циклоническом вихре, идентифицированном на спутниковом изображении. Установлено, что высокое (по сравнению с фоновыми значениями) содержание взвешенного вещества в приповерхностном слое вод в вихре связано с интенсивным апвеллиногом в его ядре и подъемом взвешенного вещества (по-видимому, фитопланктона) из слоя скачка температуры, где его содержание максимально.
Ключевые слова: полигон, результаты измерений, колебания пикноклина, последствия наводнения, шельфовые вихри.
Б01: 10.7868/80002351513060151
ВВЕДЕНИЕ
На протяжении ряда лет ИО РАН на Черном море выполняет комплексное исследование прибрежной (шельфово-склоновой) зоны как обла-
сти, наиболее подверженной загрязнению естественной и антропогенной природы. При этом изучение гидрофизических процессов проводится с использованием традиционных и новых методов наблюдения [3]. К этим методом относят-
ся: 1) анализ спутниковых изображений поверхности моря в инфракрасном и видимом диапазонах спектра (температура, концентрация взвеси и хло-рофилла-"а"); 2) судовые разрезы в области шельфа — континентального склона с регулярным выполнением СТД-станций зондирования; 3) квазимгновенные пространственные съемки поля течений с помощью буксируемого за судном акустического доплеровского профилографа (АЭСР); 4) долговременные измерения вертикальных профилей скорости течения в фиксированных географических точках с помощью автономных донных станций с АЭСР; 5) долговременные измерения вертикальных профилей температуры в фиксированных географических точках с помощью автономных заякоренных термокос; 6) долговременные совместные измерения вертикальных профилей температуры, солености, плотности морской воды и скорости течения в фиксированной географической точке путем многократных и регулярных зондирований водной толщи с помощью нового автономного зонда-профилографа "Аква-лог", установленного на заякоренной буйковой станции. С целью обеспечения требуемого, достаточно высокого, пространственно-временного разрешения наблюдений перечисленные выше автономные измерительные системы расположены в районе г. Геленджика на сравнительно небольшом гидрофизическом полигоне размером 10 х 10 км2, простирающемся от ближнего шельфа (глубина 20 м), до середины континентального склона (глубина 1000 м). Приблизительно на этой же акватории проводятся и сопутствующие судовые зондирования и буксировки. Данный полигон функционирует пока в экспериментальном режиме, однако планируется превратить его в перманентную наблюдательную систему.
Описание целей и задач развертывания гелен-джикского гидрофизического полигона и измерительных средств, размещенных на его акватории, содержится в [7]. В настоящей работе представлены некоторые результаты анализа данных измерений, выполненных на акватории полигона в 2012 г. Это не первая статья, основанная на данных, полученных с помощью новых подходов и измерительных средств, используемых на полигоне (см.: [4, 5, 14, 15]). Особенностью данной статьи является то, что в ней представлены самые новые результаты.
1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ДАННЫХ
ИЗМЕРЕНИЙ ЗОНДА-ПРОФИЛОГРАФА "АКВАЛОГ" В ОСЕННЕ-ЗИМНИЙ ПЕРИОД 2011-2012 гг.
В конце октября 2011 г. зонд-профилограф "Аквалог"-4 был установлен в точке на глубине 270 м на разрезе на траверзе Толстого мыса. Согласно программе профилограф должен был со-
вершать два цикла зондирования в сутки на протяжении 6 месяцев, измеряя при этом вертикальные распределения температуры, солености, плотности и содержание кислорода в морской воде, а также скорости течения. Снятие зонда-профилографа и скачивание информации было осуществлено 17 апреля 2012 г. Прибор выполнил всю запланированную работу. Получены уникальные данные об изменчивости гидрофизических характеристик в холодный период года.
На рис. 1 построена временная эволюция вертикального распределения температуры (а) и условной плотности (б) в верхнем 200-метровом слое Черного моря в период с октября 2011 г. по апрель 2012 г. по данным профилографа "Аква-лог". Из этого рисунка видно, как происходило остывание верхнего слоя, заглубление и разрушение термоклина и формирование глубокого перемешанного слоя. Наиболее интенсивно этот процесс происходил в период с конца января по середину февраля 2012 г., который характеризовался аномально холодной температурой воздуха и сильными северо-восточными ветрами (рис. 2а-2в). Глубина верхнего перемешанного слоя к середине февраля достигла 80-110 м. Затем на протяжении двух месяцев происходила медленная ре-стратификация этого слоя, хотя его температура продолжала убывать. Понижение температуры связано, по-видимому, с адвекцией холодных вод из центральной части бассейна в область континентального склона.
Другой особенностью временной изменчивости полей температуры и условной плотности морской воды, представленной на рис. 1, является наличие интенсивных колебаний положения перманентного пикно-халоклина (14.4-16.2 усл. ед.), с характерным периодом 5-10 суток. Эти колебания вызывают короткопериодные изменения толщины кислородосодержащего слоя на 20-40 м (см. положение изопикны 15.8 условных единиц), что может составлять до одной трети его общей толщины. Сведения о существовании таких колебаний были получены ранее из анализа спектров течений на отдельных горизонтах по данным измерений на АБС или же дрифтерных данных [3, 8, 9, 15, 16]. Использование зонда-профилографа "Аквалог" позволяет получить наиболее наглядный образ этих колебаний, свидетельствующий в том числе о их нелинейности (узкие впадины и широкие вершины). Их наличие затрудняет получение достоверной оценки толщины кислородо-содержащей зоны по данным единичных наблюдений: нужен учет погрешности, связанный с этими колебаниями. То же относится и к оценке глубины залегания верхней границы сероводородной зоны (изопикна 16.1 усл. ед.).
Возникает вопрос о физических факторах, порождающих 5- 10-суточные вертикальные колеба-
(a)
30 40 50 60 70 80 90
s 120
g 130 m
JS 140 Д
150 160 170 180 190 200
30 40 50 60 70 80 90 £ 100 * 110 g 120 | 130
S 140 Д
150 160 170 180 190 200
31 5 10 15 20 25 30 5 10 15 20 25 30 5 10 15 20 25 30 5 10 15 2025 1 5 10 15 20 25 30 5 10 15
16 15 14 13 12 11 10
- 9
31 5 10 15 20 25 30 5 10 15 20 25 30 5 10 15 20 25 30 5 1015 2025 1 5 10 15 20 25 30 5 10 15 Ноябрь Декабрь Январь Февраль Март Апрель
2011 г. /«ч 2012 г.
(б)
°С
ст. ед.
Ноябрь Декабрь
2011 г.
Январь
Февраль
2012 г.
Март
Апрель плотности
Рис. 1. Временная эволюция вертикального распределения температуры (а) и условной плотности (б) в верхнем 200-метровом слое Черного моря в период с октября 2011 г. по апрель 2012 г. (данным профилографа "Аквалог" на заякоренной буйковой станции на изобате 270 м).
р100
8
7
6
ния пикноклина. Наиболее вероятной причиной этих колебаний является изменение интенсивности вдольберегового течения за счет меандрирования струи Основного черноморского течения (ОЧТ) и
формирования мезомасштабных вихрей. На рис. 3а, 3б представлена временная эволюция вдольберего-вой и поперечной берегу составляющих скорости течения в верхнем 200-метровом слое, измерен-
(б)
Рис. 2. Помесячный (январь—март) ход метеопараметров: волнистая линия — температура воздуха (°С), горизонтальная линия — средняя многолетняя температура воздуха (°С), штриховая линия — скорость ветра (порывы, м/с, буквами указано направление ветра), жирная линия у
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.