ОКЕАНОЛОГИЯ, 2004, том 44, № 5, с. 670-678
= ФИЗИКА МОРЯ =
УДК 551.465
ВНУТРИГОДОВАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ТЕРМОХАЛИННОЙ СТРУКТУРЫ И ЦИРКУЛЯЦИИ ВОД БАРЕНЦЕВА МОРЯ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ
МОДЕЛЬНЫХ РАСЧЕТОВ
© 2004 г. А. Н. Сидорова, А. Д. Щербинин
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва Поступила в редакцию 04.08.2003 г., после доработки 16.02.2004 г.
На основе одноградусного климатического массива среднемесячных данных о температуре и солености, обработанных с помощью метода гидродинамической адаптации гидрофизических полей, исследуется внутригодовая эволюция термохалинной структуры вод и полей течений Баренцева моря с марта по ноябрь включительно. В расчетах использована численная модель динамики океана, основанная на трехмерной нелинейной системе уравнений гидротермодинамики жидкости. Полученные в результате расчетов поля температуры, солености и скорости течений на стандартных горизонтах, в целом согласующиеся со сложившимися ранее представлениями о гидрофизической структуре бассейна, позволяют дать характеристику структуры термохалинных полей на различных уровнях во всей толще вод, а также общей системы циркуляции со сравнительной количественной оценкой отдельных ее элементов.
ВВЕДЕНИЕ
Работа посвящена исследованию циркуляции и структуры вод Баренцева моря с использованием метода гидродинамической адаптации гидрофизических полей, предложенного Саркисяном и Деминым [6]. Расчеты выполнены с помощью численной трехмерной нелинейной модели термогидродинамики океана ОВМ-88, подробно описанной в [1, 5]. Эта модель прошла калибрацию [1, 5, 6, 10] и успешно применялась для расчетов в различных акваториях, в том числе в Баренцевом море [2, 11]. В качестве исходной информации использовался климатический массив среднемесячных данных по температуре и солености Баренцева моря с одноградусным пространственным разрешением на стандартных горизонтах (0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 75, 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 400 м). Массив создан в Центре океанографических данных в г. Обнинск.
Гидрометеорологический режим Баренцева моря формируется в результате взаимодействия вторгающихся с запада теплых высокосоленых атлантических вод с местными водными массами, которые обретают свои свойства от водообмена с соседними акваториями и под воздействием климатических особенностей региона. В этом процессе особая роль принадлежит динамике вод. Представление о ней долгое время основывалось на динамическом методе обработки ограниченного объема материалов наблюдений с построением схем горизонтальной циркуляции вод в среднегодовом выражении. Сведения о внутригодовой изменчивости общей системы течений или отдельных ее элементов получались исходя из раз-
розненной информации и общих соображений [4, 7]. Впрочем, ряд исследователей убеждают в относительном постоянстве основных течений. Об устойчивости общей системы циркуляции вод Баренцева моря вполне может свидетельствовать стабильность крупномасштабной топографии уровенной поверхности, построенной по нашим расчетам. Постоянно пониженный уровень в срединной части моря и повышение его с усилением градиентов у береговых границ (рис. 3 а, 36) определяет общее циклоническое обращение вод Баренцева моря с интенсификацией течений в прибрежной зоне. Стоит отметить, что основные черты рельефа уровенной поверхности существенно деформируются в связи с изменчивостью поля плотности, связанной с береговым стоком и климатическими особенностями отдельных частей Баренцева моря. Как показано в [4], в спектре скоростей течений наиболее сильно выражена полусуточная приливная составляющая. После ее исключения доминирующими становятся колебания синоптического масштаба с периодом около 15 сут, характерном для данных широт. Впрочем, возможные суперпозиции возмущений различного масштаба могут вызвать существенные, сравнительно кратковременные, деформации гидрофизических полей, в том числе рельефа уровенной поверхности, а следовательно, и всей системы течений. Ранее отмечалась межгодовая изменчивость состояния Баренцева моря, а недавно [3] обнаружена реакция на сигнал такого отдаленного явления, как Эль-Ниньо, происходящего с периодичностью в 4-5 лет.
Хотя скорости приливных течений, как правило, больше, чем постоянных, и в результирующих течениях при нештормовых условиях обычно преобладает приливной компонент, выделение непериодической составляющей суммарного течения в самостоятельную категорию движений вод оправдано тем, что именно непериодические течения приводят к формирующейся системе переноса водных масс. В [4] отмечено, что дальнейшее подразделение непериодических течений проводится обычно с учетом вызывающих их сил (ветровые, плотностные, стоковые) или в зависимости от временной изменчивости (квазипостоянные, течения синоптического масштаба). Обще-признана важная роль для гидрометеорологического режима Баренцева моря устойчивых течений, связанных с водообменом на его границах, которые принято называть постоянными. Необходимо подчеркнуть, что в настоящей работе корот-копериодные колебания (приливные, инерционные и др.) исключены при формировании климатического массива, а благодаря семисуточной адаптации получены сглаженные термохалинные поля и упорядоченная структура течений.
ТЕРМОХАЛИННАЯ СТРУКТУРА ВОД
Структура полей температуры и солености Баренцева моря формируется в сложном взаимодействии вод различного происхождения. Водные массы Баренцева моря исследовались многими авторами, подробный перечень которых помещен в [4]. Собственно Баренцевоморская водная масса с низкой температурой и высокой соленостью образована в результате водообмена с соседними морями, под воздействием местных атмосферных процессов и речного стока. Она занимает акваторию севернее 76 параллели и восточнее 35 меридиана. Основной вклад в формирование этой водной массы вносит трансформация вод Северной Атлантики, обеспечивающих относительно высокую соленость. Юго-восточная часть, Печорское море, представляет собой обширный и в значительной мере мелководный собственный шельф Баренцева моря, имеющий особый гидрологический режим с большой пресной составляющей, интенсивными приливными колебаниями и ветровым перемешиванием. Важная особенность Баренцева моря - круглогодичная плюсовая температура воды во всей толще на юго-западной половине ее акватории. Незамерзающая область южнее 76° с.ш. подогревается Североатлантической водой, вторгающейся в системе Субарктического фронта, главным образом, через относительно глубоководный проход о. Медвежий-Скандинавия (рис. 1а, 16). Она выделяется соленостью более 34.90%е и всегда более высокой температурой. Даже зимой, в марте, на юго-западной границе ниже поверхностного слоя по всей глубине она
превышает 4°С. По мере распространения на восток обе характеристики уменьшаются по величине, хотя и с различной интенсивностью. Так, Атлантическая водная масса прослеживается во всей толще ниже 50 м примерно до 35° в.д. (рис. 1в-1е), восточнее следует граничная зона интенсивной трансформации с формированием водной массы собственно Баренцева моря. Такая ситуация в поле температуры наблюдается во все сезоны с той разницей, что в зимние месяцы стратификация разрушается, и процесс перемешивания становится единым от самой поверхности до дна (рис. 1а, 16). В приведенном рисунке отчетливо показана зимняя конвекция, пронизывающая всю толщу вод. Граница распространения Атлантической водной массы на север, определяемая максимумом горизонтального градиента Г,5-ха-рактеристик, проходит примерно по 75°с.ш. (рис. 2а, 26). На юге существенно трансформированные ее свойства прослеживаются даже в Печорском море, по крайней мере в северной, при-глубой его части. Ядро Атлантической водной массы в Баренцевом море располагается, в основном, на глубине около 100-150 м. В зависимости от рельефа дна и интенсификации вертикальных движений в пределах локальных циркуляционных образований изменяется главным образом толщина водной массы. Сезонной изменчивости, по-существу, подвергается лишь верхний 50-метровый слой моря. В летние месяцы прогретый и опресненный талыми водами и увеличившимся береговым стоком поверхностный слой покрывает всю исследуемую акваторию, образуя сезонный слой скачка температуры и солености, особенно резкий в северной части моря. В холодное время конвекция охлажденных и осолоненных при ледообразовании вод формирует однородную вертикальную структуру почти всей толщи Баренцева моря. Стратификация вод наблюдается лишь в период положительной среднесуточной температуры воздуха - приблизительно с конца мая по конец сентября. Структура вод в это время представлена тремя слоями:
1. Поверхностный, с водными массами двух модификаций, южной и северной, которые разделены зональной полосой между фронтальными разделами, выраженными в западной части стрежнями Нордкапского и Медвежинского течений (рис. 1в, 1г). В северной части поверхностный слой опресняется исключительно таянием льдов, до величины солености менее 32.0%е, поэтому в слое скачка солености градиенты необычайно высоки. Южная поверхностная вода существенно теплее, до 9°С, а пониженная соленость, около 34.0%е, связана, главным образом, с береговым стоком.
2. Промежуточный слой в центральной части Баренцева моря представлен Североатлантической водной массой с соленостью более 34.90%е и температурой от 2 до 5°С. Обе характеристики
Глубина, м
с.ш. с.ш.
Рис. 1. Температура (°С) и соленость (%о) на меридиональном разрезе по 30° в.д. в марте (а, б) и июле (в, г) и зональном по 74° с.ш. в августе (д, е).
уменьшаются с запада на восток. На горизонте 100 м, где прослеживается ядро этой водной массы с термохалинным максимумом, она располагается между 72 и 76 параллелями до самой восточной окраины моря (рис. 2д, 2е). К северу и к югу от этой зоны также выделяются две модифика-
ции промежуточных вод. На севере акватории в значительной мере открытой для обмена с Арктическим бассейном, собственно Баренцевомор-ская промежуточная водная масса в ядре слоя имеет отрицательную температуру даже в разгар лета, при солености около 34.70%е. Южная проме-
в.д. в.д.
Рис. 2. Поля со
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.