ОКЕАНОЛОГИЯ, 2012, том 52, № 2, с. 190-199
= ФИЗИКА МОРЯ -
УДК 551.465.42
ОБНАРУЖЕНИЕ СРЕДИЗЕМНОМОРСКИХ ЛИНЗ В АТЛАНТИЧЕСКОМ ОКЕАНЕ ПО ИЗМЕРЕНИЯМ ПРОФИЛОГРАФОВ ПРОЕКТА "АРГО" © 2012 г. А. Н. Демидов1, 2, Б. Н. Филюшкин2, Н. Г. Кожелупова2
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, географический факультет
e-mail: tuda@mail.ru 2Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва e-mail: borfil@ioran.ru, nk@ioran.ru Поступила в редакцию 02.11.2011 г.
По данным массива наблюдений буями-профилографами проекта "Арго" (более 11200 зондирований) были выполнены исследования по обнаружению средиземноморских линз в Атлантике. Исследована область от 28° до 47° с.ш. и от 7° до 27° з.д. за период с 2001 по 2010 г. Из этого массива были выделены "линзовые" профили со значениями солености более 36.0 епс в количестве 2043. Показано распределение буев Арго по пространству и времени, а также распределение частоты встречаемости "линзовых" профилей. Обнаружено, что буи Арго отслеживают отдельно существующие линзы и правильно отражают характер их движения, вертикальный масштаб, положение по глубине и гидрологические характеристики. Получена оценка числа линз, обнаруженных для различных лет, и качественно исследован характер взаимодействия буя Арго и внутритермоклинной линзы. Подчеркнута важная роль этих наблюдений для исследования динамики средиземноморских вод.
В северо-восточной части Атлантического океана в слое 500—1500 м наблюдается язык теплых и соленых средиземноморских вод (СМВ) [5]. В толще языка СМВ встречаются внутритермоклинные вихри (линзы), заполненные еще более теплыми и солеными водами. Они образуются на континентальном склоне Пиренейского п-ова в результате динамической неустойчивости придонного потока СМВ, поступающего через Гибралтарский пролив в Атлантику. Как правило, в начальный момент отрыва объема вод от струи формируется дипольная система из двух вихрей — циклонического и антициклонического вращения [4]. Время жизни циклонических вихрей меньше года, тогда как антициклонические вихри (линзы) в среднем живут 4— 5 лет и распространяются на большие расстояния — до 6000 м от района их формирования [5]. Линзы представляют собой изолированные эллипсовидные образования с горизонтальными осями от 40 до 100 км, вертикальными — от 0.4 до 0.9 км и объемами до 4000 км3. Отличия характеристик в ядре линз от окружающих вод могут меняться от 1 до 4°С по температуре и от 0.3 до 1.0 епс по солености [5]. Абсолютные значения условной плотности воды в ядрах линз изменяются от 27.5 до 28.2, а сами ядра могут располагаться на глубинах от 800 до 1400 м [6].
Основная концентрация линз наблюдается в районах их формирования и области, прилегающей к Пиренейскому п-ову. В основном они распространяются в западном и южном направлениях (около 70%), и только треть дрейфует на север и северо-восток на удаление до 2000 км [6]. Имен-
но эти антициклонические вихри (в научной литературе Meddy — Mediterranean eddy) играют основную роль в процессах крупномасштабного переноса тепла и соли на промежуточных глубинах на большие расстояния от источника их поступления и поддерживают существование языка СМВ на промежуточных глубинах в северной части Атлантического океана.
До настоящего времени нет точного ответа на вопрос — сколько линз существует в океане одновременно? Это, в основном, связано с трудностью их обнаружения. Впервые глубинный вихрь был обнаружен в Кадисском заливе Своллоу в 1968 г. [20] с помощью поплавков нейтральной плавучести. Как правило, обнаружение проводится с помощью гидрологических съемок CTD-зондиро-ванием до глубин не менее 2000 м. Линзы выделяются по экстремальным значениям температуры и солености в слое от 800 до 1200 м. Динамику вращающегося вихря можно исследовать с помощью поплавков нейтральной плавучести или прямых измерений скорости течений. Сочетание этих видов наблюдений позволяет исследовать наиболее полно эволюцию линзы во времени и пространстве вплоть до полного ее разрушения.
Такие полные исследования крайне сложны и дороги. К настоящему времени число подобных экспериментов ограничено. Это эксперимент "Sharon", когда в течение 2 лет проводились наблюдения за линзой [17]. В работе [15] описан случай наблюдений за северной линзой "Ulla" над банкой Шарко. Она отслеживалась лагранже-выми поплавками в течение 18 месяцев, а посто-
янство ее характеристик подтверждали гидрологические зондирования.
В эксперименте "Мезополигон" [1] была использована другая стратегия исследования: в центр обнаруженной линзы был выставлен кластер автономных буйковых станций с измерителями течений на нескольких горизонтах. Это позволяло исследовать структуру течений по глубине как непосредственно в теле линзы, так и в прилегающих водах. Наблюдения проводились 3 месяца, за это время было выполнено семь съемок СТЭ и трижды менялось положение кластера буйковых станций.
Внутритермоклинные вихри идентифицируют на картах динамической топографии уровня океана, полученных по данным спутниковой альтиметрии [7, 19]. Но эти измерения необходимо сравнивать с гидрологическими наблюдениями. При наличии сложной системы взаимодействия нескольких вихрей не всегда обнаруживается удовлетворительное соответствие величины сигнала альтиметра с гидрологическими наблюдениями [10].
В конце двадцатого века появились новые технические возможности наблюдения гидрологической структуры открытого океана. Это автономные самопогружающиеся от поверхности до глубины 2000 м буи-профилографы проекта "Арго" (далее в тексте буи Арго), регистрирующие вертикальные профили температуры и солености. Наблюдения проводятся с интервалом около 10 суток. Общее число таких зондирований отдельным буем Арго может достигать 400 (в зависимости от производителя прибора). Вся полученная информация передается через спутник и доступна в Интернете, например на сайте [3]. Так, за период с января 1999 г. по декабрь 2010 г. в северной Атлантике (от 10° до 70° с.ш.) было выполнено 39559 таких наблюдений, и по этим данным было определено изменение теплосодержания вод в слое 0—1500 м для различных широтных зон океана за последние 7 лет [12].
В данной работе сделана попытка по данным массива буев Арго показать возможность обнаружения средиземноморских линз, попытаться определить их число и динамику перемещений в конкретный момент времени. Для этой цели была выбрана область Атлантического океана, ограниченная по широте от 28° до 47° с.ш. и по долготе от 7° до 27° з.д. Были использованы наблюдения за период с 2001 по 2010 г. Всего были обработаны данные 11245 зондирований, взятых с портала оперативной океанографии СогюЦя [3].
Буй Арго проводил профильные измерения температуры и солености в автоматическом режиме. Причем режим работы для различных целей мог меняться. В нашем случае рабочий цикл начинался с погружения буя Арго с горизонта 1000 м на глубину 2000 м. Затем начинался рабочий подъем к
поверхности океана с регистрацией исследуемых параметров. На поверхности буй находился несколько часов и передавал на спутник полученную информацию. После этого он погружался на глубину 1000 м и в течение последующих 9 сут дрейфовал на этом горизонте. Общее время рабочего цикла занимало одни сутки, а интервал между последовательными регистрациями распределения термохалинных характеристик в фиксируемых точках траектории буя составлял 10 сут.
Для определения положения линз и основных закономерностей их пространственного распределения был применен кластерный анализ выделения максимальных значений температуры и солености для одноградусных квадратов. В качестве "линзовых" профилей (характерных профилей температуры и солености с максимумом их значений на глубинах 800—1200 м) выбирались наблюдения со значениями солености выше 36.0 епс и температуры выше 11.0°С одновременно на нескольких горизонтах в слое 500—2000 м. При обработке проводился предварительный контроль качества данных: отбрасывались профили, где отсутствовали измерения либо температуры, либо солености и на основе 0,¿-анализа проводился отсев явных выбросов характеристик. Далее в каждом одноградусном квадрате вычислялось общее число профилей Арго и количество "линзовых", что позволило определить отношение количества точек с экстремальной соленостью к числу всех наблюдений в этом квадрате.
На рис. 1 приведена гистограмма распределения общего числа наблюдений Арго и число зондирований, фиксирующих профили температуры и солености, характерные для средиземноморской линзы на промежуточных глубинах. Отметим, что как общее число наблюдений, так и количество "линзовых" профилей, полученных в разные годы, сильно меняется, но прямой зависимости между этими двумя величинами не обнаруживается. Следует заметить, что на современном этапе исследования океана наблюдения Арго крайне важны и их нельзя игнорировать. Так, для рассматриваемого района число зондирований Арго уже почти в два раза превышает количество глубоководных СТЭ-измерений, находящихся в банке данных ЩЭЭВ 2009 [21] (11245 и 6441 измерений соответственно). Количество данных Арго с профилями с экстремальным изменением солености составляло 2043, что несколько меньше, чем для СТЭ-профилей — 2593. Следует напомнить, что первое наблюдение линзовых образований в рассматриваемом районе было выполнено с помощью буев Арго лишь в 2001 г., а задача поиска здесь линз для многих экспедиций, выполняющих СТЭ-зондирования, является одной из приоритетных.
На рис. 2 приведены результаты кластерного анализа пространственного распределения числа профилей Арго для каждого одноградусного квад-
3000 г
Ц 2000 -
о ч о
¿г 1000 -
0-1=1--------
2002 2004 2006 2008 2010 Годы
Рис. 1. Гистограмма распределения всех зондирований буев Арго (белый цвет) и "линзовых" профилей (темный цвет) по годам в исследуемом районе.
рата. Можно констатировать, что основная площадь исследуемого района равномерно обеспечена данными (в среднем 20—30 наблюдений) и только на севере района число наблюдений возрастает (до 50—70). Данные буев Арго отсутствуют лишь на малых глубинах. В целом, для значительной части района мож
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.