научная статья по теме СТОК АНТАРКТИЧЕСКИХ ШЕЛЬФОВЫХ ВОД В ЛЕТНИЙ ПЕРИОД НА ШЕЛЬФЕ И МАТЕРИКОВОМ СКЛОНЕ МОРЯ СОДРУЖЕСТВА И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ФОРМИРОВАНИЕ ДОННЫХ ВОД ЮЖНОГО ОКЕАНА Геофизика

Текст научной статьи на тему «СТОК АНТАРКТИЧЕСКИХ ШЕЛЬФОВЫХ ВОД В ЛЕТНИЙ ПЕРИОД НА ШЕЛЬФЕ И МАТЕРИКОВОМ СКЛОНЕ МОРЯ СОДРУЖЕСТВА И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ФОРМИРОВАНИЕ ДОННЫХ ВОД ЮЖНОГО ОКЕАНА»

ОКЕАНОЛОГИЯ, 2011, том 51, № 3, с. 393-408

= ФИЗИКА МОРЯ =

УДК 551.465

СТОК АНТАРКТИЧЕСКИХ ШЕЛЬФОВЫХ ВОД В ЛЕТНИЙ ПЕРИОД НА ШЕЛЬФЕ И МАТЕРИКОВОМ СКЛОНЕ МОРЯ СОДРУЖЕСТВА И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ФОРМИРОВАНИЕ ДОННЫХ ВОД ЮЖНОГО ОКЕАНА © 2011 г. П. Н. Головин, Н. Н. Антипов, А. В. Клепиков

Государственный научный центр Российской Федерации Арктический и антарктический научно-исследовательский институт, Санкт-Петербург e-mail: golovin@aari.nw.ru Поступила в редакцию 29.09.2009 г., после доработки 22.09.2010 г.

Летом 2004—2007 гг. при выполнении ряда термохалинных разрезов поперек шельфа и материкового склона в районе моря Содружества и залива Прюдс обнаружен интенсивный сток Антарктических шель-фовых вод (АШВ) на шельфе и склоне (каскадинг). Быстро выполненные разрезы (4—10 часов) с субме-зомасштабным пространственным разрешением, а в районе бровки шельфа масштаб измерений был вихреразрешающим (X = 1.9—5.6 км), в сочетании с тонокоструктурным зондированием и достаточным вертикальным разрешением придонного погранслоя обеспечивают качественно новый уровень интерпретации данных натурных наблюдений. Детальный анализ полей температуры, солености и плотности выявил закономерности и особенности шельфового и склонового каскадинга АШВ. Интенсивный каскадинг АШВ на бровке шельфа и нижней части склона является вынужденным (в виде дискретных фронтальных меандров) или свободным (в виде дискретных плюмов) и часто носит волно-вихревой характер. Полученные репрезентативные оценки элементов склонового каскадинга АШВ подтверждаются данными натурных измерений. Основной район формирования АШВ находится вблизи шельфового ледника Эймери, откуда АШВ распространяются на северо-запад, огибают отмель Фрама и стекают по материковому склону. Оценочная величина вклада склонового каскадинга АШВ в вентиляцию глубинных и донных вод Южного океана QK « 0.04—0.24 Св на бровке шельфа протяженностью «70 км (где наблюдался каскадинг АШВ) соответствует подобным оценкам для других районов Антарктики.

ВВЕДЕНИЕ

Холодные и плотные воды, образующиеся в зимний период на антарктических шельфах, играют важную роль в вентиляции Антарктических донных вод (АДВ) Южного океана. В результате стока по материковому склону — каскадинга — Антарктические шельфовые воды (АШВ) инициируют интенсивную присклоновую циркуляцию, входящую составной частью в крупномасштабную циркуляцию вод в Антарктике [9, 14, 15, 24].

Самым большим в Мировом океане поставщиком ШВ является море Уэдделла [14]. В нем проводилось множество исследований склонового каскадинга АШВ [1, 12—17, 24, 23]. В других районах Антарктики такие исследования проводились реже [9]. В море Содружества каскадинг не был обнаружен, хотя наблюдалось интенсивное зимнее образование АШВ на юге залива Прюдс при вскрытии прибарьерной полыньи около шельфового ледника Эймери [2].

В летние периоды 2004— 2007 гг. с борта НЭС "Академик Федоров" проводились целевые гидрологические наблюдения на шельфе и материковом склоне моря Содружества. На многих разрезах, выполненных поперек бровки шельфа и склона, были обнаружены признаки интенсивного склонового

каскадинга АШВ к западу от залива Прюдс. Особенность наблюдений состояла в очень малой пространственной дискретности между станциями на разрезах (достигается субмезомасштабное пространственное разрешение, а иногда вихреразре-шение), быстроте выполнения и повторении разрезов. Это отличает их от многочисленных похожих натурных наблюдений на материковых склонах Мирового океана (в том числе и на антарктическом склоне) [1, 3, 4, 9, 12, 13, 15, 16, 18, 19, 22, 23, 27, 29, 31]. Стала возможной более детальная и репрезентативная, чем в [3, 4], интерпретация данных натурных наблюдений. Полученные термоха-линные поля на фоне поля плотности на совмещенных разрезах достоверно отражают пространственную динамику Антарктического склонового фронта (АСФ), сформированного в результате взаимодействия холодных АШВ с теплыми Циркумполярными глубинными водами (ЦГВ) [2], что позволяет идентифицировать процессы, определяющие присклоновую циркуляцию.

В настоящей работе на основе анализа качественных данных предпринята попытка выявления общих термохалинных и динамических черт процесса каскадинга АШВ на шельфе и склоне. Они дополняют и уточняют физическую модель каскадинга, опирающуюся на результаты лабора-

Долгота(восточная)

Рис. 1. Схема гидрологических станций на разрезах выполненных поперек шельфа и материкового склона в море Содружества с борта НЭС "Академик Федоров" в рамках сезонных экспедиций в 49—52 РАЭ в январе 2004—2007 гг. Тонкими линиями показаны изобаты (м).

торных [5, 7, 9—11, 21, 25, 30] и теоретических [18, 28, 29, 31] исследований стока плотных вод на наклонном дне во вращающейся жидкости, которая представлена в [3, 4]. Приводится сравнительный анализ элементов каскадинга АШВ на бровке шельфа и оценивается возможный вклад АШВ в вентиляцию глубинных и донных вод Южного океана.

ХАРАКТЕРИСТИКА ДАННЫХ НАТУРНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ

В летние сезоны 2004—2007 гг. проводились целевые гидрологические наблюдения на шельфе и склоне моря Содружества и залива Прюдс. Схема разрезов, выполненных по нормали к бровке шельфа, приведена на рис. 1. Основной целью наблюдений является обнаружение и исследование

стока АШВ по шельфу и склону в этом районе Антарктики [2].

В статье проанализировано 12 разрезов (см. табл. 1). В шельфовой части разрезов расстояние между станциями колеблется от 9.4 до 31.5 км. В области бровки шельфа и на материковом склоне это расстояние колеблется от всего 1.9 до 11.1 км, в большинстве случаев составляя — 5.5 км (см. рис. 1). Разрезы поперек материкового склона являются очень "быстрыми", время их выполнения колеблется от 6 до 28 ч, а в области бровки шельфа — всего 4—10 часов. Измерения температуры и солености на станциях производились с помощью стандартного CTD-зонда 8еаВнё 8ВЕ 911+, с вертикальным разрешением около 1 м. Это позволило исследовать тонкую термохалин-ную структуру, в том числе в придонном экманов-ском погранслое, так как последний горизонт

Таблица 1. Количество выполненных гидрологических станций в рамках сезонных экспедиций РАЭ на антарктическом шельфе и материковом склоне, которые использовались для исследования каскадинга АШВ (см. рис. 1)

Гидрологические разрезы, выполненные поперек шельфа и склона и ориентированные по меридианам 49 РАЭ 2004 г. 50 РАЭ 2005 г. 51 РАЭ 2006 г. 52 РАЭ 2007 г.

72° в.д. 10 ст. 8 ст. - -

71° в.д. 11 ст. - - -

70° в.д. 7 ст. 11 ст. 14 ст. 17 ст.

68° в.д. - 8 ст. - -

66° в.д. - 8 ст. - -

64° в.д. - 6 ст. 6 ст. 7 ст.

зондирования на станциях находился в 3—8 м от дна. Исследование пространственно-временной изменчивости термохалинных и плотностных полей на шельфе и склоне обеспечивается повторением одних и тех же разрезов, на которых станции повторяются в одних и тех же географических точках (см. рис. 1, 2, 3).

ТЕРМОХАЛИННЫЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЛЕТНЕГО КАСКАДИНГА АШВ

Как известно, плотные воды формируются на антарктическом шельфе в течение зимнего периода в результате вертикального тепло- массообмена, обусловленного гравитационной конвекцией в виде протяженного (фронтального) источника АШВ вдоль бровки шельфа [9, 12—17, 23, 31]. В летний период экранирующий сезонный хало-пикноклин препятствует развитию конвекции, поэтому во время наблюдений в море Содружества отсутствовал механизм, ответственный за образование АШВ. Тем не менее, на многих разрезах западнее залива Прюдс (см. рис. 1) наблюдается непосредственно сам процесс шельфового каскадинга (см. рис. 2). А на некоторых разрезах, кроме этого, наблюдается процесс глубинного склонового каскадинга АШВ (до глубин более 2000 м) в виде придонного течения несколько менее соленой и значительно более холодной воды (см. рис. 3). В этих случаях каскадинг АШВ идентифицируется и в термохалинных полях и в поле плотности в виде существования горизонтального перепада плотности in situ — А.рх(т situ) = ((pin situ)склон — (pin «'(^шельф) (бароклинности) в придонном слое поперек бровки шельфа и склона на расстоянии X между станциями наблюдений на разрезах (см. рис. 2, 4а). Для идентификации и анализа динамических процессов в пределах шельфа и бровки шельфа, а также для удобства представления полученных результатов можно использовать поля условной потенциальной плотности а400 = р^юоТ = 04оо; S; р = рш) — 1000 — относительно отсчетного уровня давления p = 400 дб (см. рис. 2, 4а, 5а), так как из оценочным расчетов по данным натурных наблюдений на бровке шельфа ДРх(ш situ) ~ ДРх(400), далее ДРх(ш situ) = ДРх Здес^ 0400 — потенциальная температура, приведенная к отсчетному уровню давления p = 400 дб, который является приблизительной границей шельфа и склона, а так же средним уровнем наибольшей горизонтальной и вертикальной изменчивости в области АСФ, температуры, солености и плотности воды (см. рис. 2, 4а, 6). Наличие Дрх является дополнительным признаком для определения возможности возникновения или существования процесса каскадинга в период проведения натурных исследований [19, 29, 31].

На разрезах в западной части моря Содружества процесс каскадинга АШВ не наблюдается.

Здесь отмечается результат каскадинга АШВ, который имеет отражение только в термохалинных полях, но не отражается в поле плотности (см. рис. 5а). Такое пространственное различие в идентификации каскадинга АШВ в западной и восточной частях моря Содружества по данным летних натурных наблюдений, вероятно, обусловлено тем, что основная масса АШВ формируется в зимний период на востоке моря Содружества — в южной части залива Прюдс [2]. Импульс для летнего каскадинга может быть дан только в зимний период, когда возможно образование АШВ. Поэтому влияние интенсивного источника образования АШВ в заливе Прюдс продолжает сказываться летом на ближних разрезах (см. рис. 1, 2, 3, 7а, 7б) и уже не сказывается на отдаленных разрезах в западной части моря Содружества (см. рис. 1, 5). Особенно интенсивный процесс формирования АШВ происходит в периоды зимнего вскрытия прибарьерной полыньи около шельфового ледника Эймери (см. рис. 1). При контакте с ледн

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