= ФИЗИКА МОРЯ =
УДК 551.465
ПОВЕРХНОСТНЫЙ ОПРЕСНЕННЫЙ СЛОЙ В КАРСКОМ МОРЕ
© 2010 г. А. Г. Зацепин1, П. О. Завьялов1, В. В. Кременецкий1, С. Г. Поярков1, Д. М. Соловьев2
Институт океанологии им. П.П.Ширшова РАН, Москва, Россия e-mail: zatsepin@ocean.ru 2Морской гидрофизический институт НАН Украины, Севастополь, Украина Поступила в редакцию 29.09.2009 г., после доработки 28.01.2010 г.
В юго-западной части Карского моря обнаружена и обследована область опреснения поверхностных вод площадью около 40 тыс. км2 с соленостью воды менее 25 psu. На краю этой области у побережья Новой Земли соленость была понижена до значений менее 16 psu. Толщина слоя опреснения составляла около 10 м. Химический анализ соотношения содержания растворенного кремния, щелочности и солености показал, что основной вклад в опреснение вод моря принадлежит Енисею. Наиболее опресненная область у побережья Новой Земли представляла собой квазиизолированную линзу, отъединенную от устьев Оби и Енисея. Анализ ситуации позволяет сделать вывод, что формирование поверхностного опресненного слоя было связано с июньским паводком — мощным "выбросом" речных вод в море и последующим экмановским переносом опресненных вод на запад в июле и августе под воздействием преобладающего северного ветра. Показано, что дополнительный вклад в опреснение этого слоя (до 2—3 psu) у берегов Новой Земли могло внести таяние Новоземельского ледяного массива. Обсуждаются также закономерности временной эволюции поверхностного опресненного слоя и его влияния на гидрологию и динамику вод юго-западной части Карского моря.
ВВЕДЕНИЕ
Важнейшим фактором гидрологического режима Карского моря является речной сток. В Карское море впадают две крупнейшие реки Сибири — Обь и Енисей, а также более мелкие реки. При этом водосборная площадь Оби и Енисея равна 5500000 км2, что составляет около 4% площади земной суши [18]. Карское море принимает более половины речного стока Сибирской Арктики и более трети всего речного стока в Арктику [2, 18]. Ежегодный сток речной воды в Карское море составляет около 1100— 1300 км3, из них Обь выносит 400—450 км3/год, а Енисей — 600—630 км3/год.
Речной сток имеет существенную сезонную изменчивость. Около 80% стока приходится на теплый период года, причем его пик наблюдается в июне [13]. Имеет место также межгодовая изменчивость стока в зависимости от обилия осадков на площади водосбора. Благодаря его огромной площади суммарный годовой речной сток подвержен меньшим вариациям, чем годовой сток отдельных рек.
Речные воды распространяются в верхнем слое моря толщиной порядка 5—15 м. По имеющимся оценкам до 40% площади Карского моря может быть занято опресненными водами [18]. Дальность проникновения речных вод в море и конфигурация слоя опресненных вод изменяются от месяца к месяцу и год от года. В зависимости от объема речного стока и, главным образом, ветровых условий наблюдаются три типа распространения опресненных вод: "западный", "центральный" (или "веерный") и "восточный" [6, 7]. При западном типе распростра-
нения опресненные воды достигают восточного берега Новой Земли. Центральный тип распространения характеризуется проникновением опресненных вод далеко на север. При восточном типе распространения речные воды прижимаются к берегу и в виде пограничного течения переносятся к Северной Земле и далее — в море Лаптевых.
В данной работе внимание уделяется описанию пространственного распространения и основных характеристик (температуры, солености, плотности, толщины, площади, объема) вод поверхностного опресненного слоя (ПОС) в юго-западной части Карского моря в сентябре—октябре 2007 г. по данным измерений в 54-м рейсе НИС "Академик Мстислав Келдыш" [8]. Обсуждаются механизмы образования, временной эволюции и ветрового переноса вод ПОС, а также его возможное влияние на гидрологию Карского моря.
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА НАБЛЮДЕНИЯ
Исследования проводились с применением широкого арсенала технических средств, обеспечивающих: а) непрерывную регистрацию гидрофизических параметров поверхностного слоя вод на ходу судна (СГО-зонд SBE-911 в проточной системе); б) получение вертикальных профилей гидрофизических и биооптических характеристик на станциях (CTD-зонд SBE-19plus с дополнительными датчиками прозрачности и флуоресценции); в) частое сканирование водной толщи по вертикали на ходу судна (CTD-зонд Idronaut в режиме "on line"); г) из-
мерение вертикального профиля скорости течения на ходу судна (буксировка акустического доплеров-ского измерителя течений ADCP Workhorse, 600 Кгц). Для оперативного применения также использовалась спутниковая информация в видимом и ИК-диапазонах спектра.
Краткое описание методики использования в рейсе перечисленных выше технических средств (за исключением проточной системы) содержится в статье [4]. Размещение гидрофизического зонда в проточной системе впервые позволило осуществить непрерывную регистрацию температуры, солености, плотности вод поверхностного слоя на протяжении всего маршрута судна в юго-западной части Карского моря. Зонд был помещен в контейнере объемом около 100 литров, закрепленном на палубе в срединной части судна у борта. Морская вода подавалась в контейнер с помощью электронасоса, заборный шланг которого заглублялся вблизи расположения контейнера от 0.2 до 1.0 м под поверхностью моря. Благодаря тому, что заборное устройство располагалось вне кильватерного следа судна, возмущения, создаваемые судном непосредственно в зоне забора воды, были невелики. Производительность насоса обеспечивала полную замену воды в контейнере за время порядка 5 мин, что позволяло получать пространственное разрешение измерений в 0.5—1.0 мили при ходе судна 5—10 узлов. Информация с зонда поступала на компьютер, где записывалась и обрабатывалась, а также выводилась на монитор и принтер для оперативного использования. Эти данные позволяли в режиме реального времени отображать гидрологические параметры верхнего слоя и положение фронтов на поверхности моря, а также выявить пространственную конфигурацию и термохалинные характеристики области опресненных вод в юго-западной части Карского моря. Данные CTD-зондирований на станциях использовались, в свою очередь, для оценки вертикальных перепадов и градиентов солености, температуры и плотности, а также для получения представлений о трансформации гидрологической структуры на разрезе от устья Оби до желоба Святой Анны. Данные буксировки ADCP в настоящей работе не использовались, поскольку репрезентативные измерения скорости течения этим прибором были возможны только на глубинах свыше 10 м, т.е. вне ПОС.
Для оценки ряда характеристик ПОС, а также его трансформации и перемещения под влиянием ветрового воздействия использовались массивы данных NCEP (National Centers for Environmental Prediction) по скорости приводного ветра на высоте 10 м на сетке 1° х 1° по широте и долготе над Карским морем в период с июля по октябрь 2007 г. Эти данные использовались, в том числе, для расчета напряжения трения ветра на поверхности моря.
РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЙ
Распределение солености в поверхностном слое юго-западной части Карского моря представлено на рис. 1. Оно не является монотонным: в южной части моря соленость составляет 30—33 рви, затем убывает к северу и достигает локального минимума (менее 16 рви) под берегом Новой Земли у 75°30' с.ш. Отсюда соленость возрастает в северо-восточном направлении и у северной оконечности Новой Земли превышает 33 рви. Наименьшие значения (несколько промилле) соленость имеет в устье Оби, однако эта область низкой солености отделена от той, что расположена в западной части моря вблизи Новой Земли более солеными водами. Поэтому опресненные воды у берега Новой Земли представляют собой квазиизолированную линзу.
На рис. 2а представлены типичные профили температуры, солености, условной плотности воды на ст. № 1464 в области опресненных вод. Поверхностный слой низкой солености (16—17 рви) на этой станции, расположенной над Новоземельской впадиной, имеет толщину около 12 м. Под опресненным слоем, на глубинах от 12 до 15 м расположен узкий пикно-халоклин, в котором соленость увеличивается от 17 до 32 рви. Здесь же располагается и термоклин с падением температуры от 5 до —1°С. При этом перепад плотности практически полностью (на 98%) определяется перепадом солености и составляет около 13 усл. ед. Глубже градиентного слоя характеристики вод мало изменяются с глубиной. Соленость продолжает увеличиваться и возрастает до 34 рви на глубинах 40—50 м, где температура достигает своего минимума (— 1.7...—1.8°С). Этот минимум обусловлен процессом зимней подледной конвекции, и значения температуры в нем близки к температуре замерзания воды при данной солености.
Толщина ПОС мало изменялась от станции к станции и составляла от 8 до 12 метров. На периферии области опреснения квазиоднородного слоя не наблюдалось, так как пикно-халоклин выходил на поверхность. Это видно на рис. 2б, где изображены профили гидрологических характеристик на ст. № 4990, расположенной у южной оконечности желоба Св. Анны. Непосредственно над желобом опресненных вод ПОС уже не наблюдается (ст. № 4984, рис. 2в). Поверхностная соленость на этой и соседних станциях имеет значения более 34 рви, при этом вертикальная устойчивость столба воды очень невелика.
Контуры области опресненных вод видны на рис. 1. На юге ее граница располагалась у 72° с.ш., а на севере — у 76° с.ш. Осталось невыясненным, сколь далеко на восток простиралась эта область. Если считать, что отъединенная от устьев рек вода ПОС располагалась между Новой Землей и Ямалом, то занятая ею площадь занимала около 40 тыс. км2. При средней толщине ПОС, равной 10 м, ее объем составлял 400 км3. Принимая, что средняя соленость
° в.д.
76 -
74
72 -
70 -
68
—I—
70
н—
80
50
60
° с.ш. 90
Рис. 1. Распределение солености в поверхностном слое юго-западной части Карского моря по данным CTD-зонда в проточной системе.
опресненных вод равнялась 20 psu, а соленость морских вод равна 34.8 psu, получаем, что объем пресной воды составлял 170 км3. Это означает, что ПОС в юго-запа
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.