ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2014, № 3, с. 33-40
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ О ЗЕМЛЕ
ВЕТРОВОЙ АПВЕЛЛИНГ В ЗАЛИВЕ ПЕТРА ВЕЛИКОГО ПО СПУТНИКОВЫМ И МОРСКИМ НАБЛЮДЕНИЯМ
© 2014 г. Ф. Ф. Храпченков, И. О. Ярощук, А. В. Кошелева*, В. А. Дубина
Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН, Владивосток
*Е-таИ: kosheleva@poi.dvo.ru Поступила в редакцию 06.06.2013 г.
В работе приводятся результаты комплексных спутниковых и гидрологических наблюдений явлений прибрежного ветрового апвеллинга в заливе Петра Великого Японского моря. Выявлена периодичность возникновения апвеллинга во время перехода с летнего на зимний муссон (сентябрь-ноябрь) при ветрах северо-западного направления. Пространственный и временной масштаб явления определяется силой и продолжительностью воздействующего ветра. Выявленная неоднородность поля ветра в заливе Петра Великого ведет к нарастанию в нем апвеллинга возле некоторых участков побережья (в частности, в заливе Посьета, где были выполнены натурные измерения), а также к формированию температурных фронтов, холодных поперечных струй и вихревых образований. Рассмотрено локальное развитие во времени апвеллинга в октябре.
Ключевые слова: прибрежный ветровой апвеллинг, Японское море, спутниковые данные, гидрологические измерения, неоднородность поля ветра
Б01: 10.7868/80205961414020067
ВВЕДЕНИЕ
Исследование процессов водообмена между прибрежным шельфом и глубоководной частью моря было и остается одной из наиболее актуальных задач прибрежной океанографии Японского моря. Такой водообмен с наибольшим эффектом возможен в результате развития прибрежного ап-веллинга. Это явление интересно как само по себе, так и своими биологическими последствиями, выражающимися в формировании локальных областей высокой биологической продуктивности, оказывающих влияние на промысел кальмара и некоторых видов рыб и на развитие марикульту-ры в прибрежной части заливов. Многочисленные проявления апвеллинга отмечены во многих акваториях океанов и морей. В частности, ветровой апвеллинг в Черном, Каспийском, Охотском и других морях (Бондаренко, 1998; Бондаренко и др., 2012; Боровская и др., 2008; Гинзбург и др., 1997, 2006; Рутенко и др., 2009), а также апвел-линг, развивающийся в результате перемещения волн Росби и гравитационных волн (Бондаренко и др., 2012). В последние годы появился ряд работ, где для различных районов Охотского и Японского морей на основе спутниковых данных также исследуется апвеллинг. Так, по летне-осенним спутниковым снимкам в И К-диапазоне за отдельные годы выделены районы апвеллинга в зал. Петра Великого и в северо-западной части Япон-
ского моря (Жабин и др., 1993; Юрасов, Вилян-ская, 2010). Показано, что в поле изолиний поверхностной температуры холодные воды в виде изолированных "языков", прилегающих к побережью, или "пятен", расположенных в средней части шельфа, прослеживаются от южных районов Татарского пролива до зал. Петра Великого. Распределение температуры воды и по горизонтали и по вертикали в шельфовой зоне характеризуется значительной временной изменчивостью, перестройка поля температуры может происходить за несколько суток. Холодные участки ограничены резкими фронтами. Отмечено, что в летне-осеннее время выход холодных вод в поверхностные слои может быть обусловлен в основном прибрежным ветровым апвеллингом (Жабин и др., 1993).
Холодные воды у северо-западного побережья Японского моря и связанная с ними система фронтальных разделов эпизодически регистрировались на спутниковых ИК-изображениях, полученных в летние месяцы (Жабин и др., 1993). Авторами отмечено, что осенью холодные воды в прибрежных районах устойчиво наблюдаются вплоть до разрушения стратификации, а ветровая природа апвеллинга у побережья Приморья обусловлена муссонной изменчивостью полей ветра в разные сезоны года. Апвеллинг у берегов южного Приморья может развиваться при северо-западных (СЗ) и юго-западных (ЮЗ) ветрах, а
3
33
130.8° 131.0° 131.2° Е
Рис. 1. Карта исследуемого района (на врезке отмечен прямоугольником). Показаны точки выполнения гидрологических зондирований в зал. Посьета. Буквами П и А отмечены местоположения МС Посьет и МС ТОИ ДВО РАН Аап-(!егаа, расположенной на м. Шульца.
вблизи восточных и северо-восточных берегов Приморья — только при ЮЗ-ветре. Наиболее благоприятным для развития апвеллинга у южного Приморья является период с сентября по ноябрь. Согласно спутниковым данным, наибольшее число случаев появления холодных вод у восточного побережья Приморья приходится на октябрь, и только единичные случаи апвеллинга регистрировались в июле—сентябре (Жа-бин и др., 1993; Юрасов, Вилянская, 2010). Однако в этих работах крайне мало используются инструментальные наблюдения над изменениями структуры вод во время апвеллинга, в основном это единичные гидрологические разрезы с большим расстоянием между станциями, а динамические характеристики апвеллинга оценивались только с помощью эмпирических формул.
Явление апвеллинга также отмечено и достаточно подробно исследовано с использованием как спутниковых, так и инструментальных методов измерений, в юго-западной части Японского моря у берегов Кореи (Kyung-Ae Park, Kyung-Ryul Kim, 2010).
В настоящей работе изложены результаты анализа спутниковых съемок в ИК-диапазоне, позволивших охватить большие морские акватории, неоднородности поля ветра по данным метеонаблюдений, а также инструментальных наблюдений за развитием апвеллинга в юго-западной части зал. Петра Великого — зал. Посьета. Показана
приуроченность зон с повышенными концентрациями хлорофилла-а к зонам апвеллинга. Выявленная ранее неоднородность поля ветра в зал. Петра Великого (Дубина и др., 2008) приводит к усилению апвеллинга у отдельных участков побережья и образованию температурных фронтов и поперечных струй холодных вод. Показано локальное развитие апвеллинга в октябре в зал. По-сьета по согласованным во времени спутниковым и инструментальным наблюдениям.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
Для анализа мезомасштабных особенностей поля приводного ветра на акватории зал. Петра Великого и пространственно-временной изменчивости областей апвеллинга использовались:
— данные наблюдений за скоростью и направлением ветра на метеостанциях (МС) Посьет, Аапёегаа (северо-западного и северо-восточного побережья зал. Посьета соответственно, рис. 1) и МС Владивосток за период 1—20 октября 2011 г., а также 12 ноября 2006 г. (только МС Посьет и Владивосток). Использованы архивные данные, доступные на сервере "Погода России", Шр://ше1ео. infospace.ru, и данные метеостанции Тихоокеанского океанологического института (ТОИ) ДВО РАН (Аапёегаа);
— измерения радиолокатора с синтезированной апертурой (РСА), установленного на спутни-
ке Envisat, (2003—2011 гг.) Размер пиксела изображений 12.5 х 12.5 м в режиме узкой полосы обзора (ширина до 100 км) и 75 х 75 м в режиме широкой полосы (405 м). Изображения вначале поступали из Европейского космического агентства (ЕКА) в рамках совместных проектов с ТОИ, а в последние годы загружались из оперативного архива ЕКА (https://oa-es.eo.esa.int/ra/). По измерениям РСА восстанавливались поля скорости ветра на высоте 10 м над уровнем моря с использованием геофизической модельной функции CMOD5 (Hersbach, 2003);
— изображения в тепловом ИК-диапазоне (10.3—11.3 мкм), полученные радиометром AVHRR (2000—2011 гг.), пространственное разрешение около 1 км (данные были получены из Центра коллективного пользования регионального спутникового мониторинга окружающей среды ДВО РАН — http://www.satellite.dvo.ru/);
— изображения в тепловом ИК-диапазоне (10.78—11.28 мкм), полученные спектрорадио-метрами MODIS со спутников Terra и Aqua (2003—2011 гг.), пространственное разрешение 1 км (http://rapidfire.sci.gsfc.nasa.gov);
— карты распределения концентрации хлоро-филла-а, рассчитанные по данным спектрорадио-метров MODIS со спутников Terra и Aqua (http:// www.nowpap3.go.jp/eng/callender/chl-r.php);
— данные гидрологических измерений in situ, выполненных сотрудниками ТОИ ДВО РАН в период с 1 сентября по 20 октября 2011 г., согласованные по времени со спутниковыми наблюдениями 2011 г. Основным источником инструментальных данных явились наблюдения за изменчивостью гидрологической структуры вод с помощью СТД-зондов на нескольких разрезах, выполненных через зал. Посьета, а также четырех термогирлянд, установленных там же на глубинах от 19 до 42 м, с количеством термодатчиков от 10 до 30. Расстояния между датчиками на самой близкой к берегу гирлянде составляло 0.5 м, а на трех других — 3 м по вертикали.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Измерения спутниковыми РСА позволили исследовать мезомасштабные неоднородности поля приводного ветра в северо-восточной части Японского моря (Дубина и др., 2008). Наибольшая изменчивость ветра в зал. Петра Великого наблюдается при СЗ-ветрах в условиях неустойчивой стратификации приводного слоя атмосферы. При скорости ветра 3—4 м/с на МС Владивосток на акватории залива диапазон значений скорости ветра — 0—17 м/с. На рис. 2 приведено РСА-изображе-ние, полученное 12 ноября 2006 г. в 01:22 по Гринвичу. В качестве маски суши использован цифровой рельеф радарной топографической съемки SRTM.
Яркость морских участков изображения в данном случае полностью определяется скоростью приводного ветра. Цифры показывают среднюю скорость ветра в квадратах размером 6 х 6 км, рассчитанную по модели CMOD5. Поле скоростей ветра, приведенное на рис. 2, является типичным для данного региона в условиях преобладающего воздушного потока северо-северо-западного направления. В момент спутникового измерения на МС Владивосток скорость ветра была 3 м/с, направление 360°, на МС Посьет — 5 м/с и 290° соответственно. Сильное орографическое усиление ветра наблюдается в восточной и западной частях залива. Усиление ветра в бухтах Экспедиции и Рейд Паллада возникает при направлении приземных воздушных потоков 290°—300°, дующих вдоль долины реки Тесная, расположенной между г. Малая Тигровая и высотой 360 м. Область орографического усиления ветра в юго-западной части зал. Петра Великого по площади з
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.