Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему
Короткопериодная изменчивость положения фронта Гольфстрима
ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Короткопериодная изменчивость положения фронта Гольфстрима"

' 1215 0 5

ГозударстеоншЯ комитет ГСФСР по дэлаы науки и высшей иколн

СШТ-ПЕГГГБУРГСКШ ГССУЛАРСТВИОТП! ПЗШЕГСЯТЕТ

Ка ггрээа! рукоцреа

ИКЛОВ ИГОРЬ ОЛЕГОВИЧ

КОРСГКОПЕРИСДИЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПОЛОЖЕНИЯ ФРОНТД гйлмсткт

Специальность 11.00.03 - океанология

Автореферат лксертацви ча соискаяи» учекоЯ стопеки кандидата географических наук

С.т.'кт-П'ДТЗрЛурГ 19И

Работе выполнена в Сонкт-Петербургском Государственном Униворситзта

КаучннЯ руководитель - кандидат raorp<>l»î4eciGix наук, доцент В,В.Ионов

Сфщяальшо оппонента - доктор фкзкко-мзгечатических наук Е. Д..Ройков, доктор гвогро^чески* наук А.И.Ухркмов

Вдцуаья организация - Государственный океенографический институт

Занята диссертации состоится //lilt Я \ дд?г.

8 часов на заседают Специализированного-совэ,те Д.024.04.01 в Арктическом и Антарктическом научно-исследовательском институте. по адресу : 199226, Санкт-Петербург, ул. Бэринга, д.38.

С дассэртшиэй мокно ознакомиться в библиотеке Арктического и Ьнтарктечоского научно-исследовательского института.

Реферат разослан " ^ " _ 1992 г.

Учвгай секретарь

Спецяа^широкаккого совета, -¿у -,

кадщат географических, наук , ^ в.П.Карклж

/

с^ШлУиггс-чи^

.¡¿я

■ гл." л

¡иссортац^й

0Ш1АЛ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ альность темы исследования. Гольфстрим ягроет чреппы-

чг.йчо вакнуг» роль в общий щтрку.чяцш Мирового океана. Оказывая рет.чпцяв влиянио на г идро логич <эския условия в СоьлрнсЯ Атлантике, он является одним из вякнэЯшв факторов, Сормируыиыс погодные в климатячоски* условии на эьропоЯском континенте.

Экстремальна высокая интенсивность обшяя мгергиоЯ между океаном п ьтмог^роЯ позволяет Еадолить особо район Гольфстрима при построении «оделяй долгосрочных прогнозов о ко ано/м гаю с;«и г ашоо^ернцх ситуаций. Энергояктавные аони Мирового океана (ЭАЗО), к которым относится рэЯсн системы Гольфстрима, являются оОгектаии пристальных окевнолоппеских исследований. Если исходить из практических зздяч мониторинг», вытвкяотих аз концепции ЭАЗО, то слв»:внио за измончивостьо рвзличши окар.колоптчесют. хврвк?1>-рист'л". в самая зокь даст клпч к белее полному понимали» процессов ¡сругаомасотпбнсго ьзвамлдййстйия окв&на и атшофзри.

Стьнлзртчир океымлогичэсрие рнзрезы и съемки, шпелкяемие екэсозонно ил? екем&сячно. не дагт возможности исследовать (троцессн с характернкми временными мзсатеЗага в несколько десятков суток. НкОлгдения на кораблях погода и «а пояггоках буйкошх станций н* представительш для оценки крупномасштабных явлений с иростачствентага масштабами в несколько сетка километров. Следует учитывать такжа трудоемкость и большую стоимость океанологических исслодовонаЗ «етодсн долговрементя. гидрофтзичвеких полигонов. Все эта препятствия на пути осуществления наблюдений за изменчивостью термодинамического состояния океана с достбточноЯ пространственной разреповностмз и длительность» заставляют сбргщтся к косвенным индикаторам и методам • исследования круишнаезтосиых особенностей гидрофизических полеЯ б окапне.

Одним из индикаторов состояния термодинамического взвямо-д&йствия океана к атмссфиры в ЭАЗО является изменчивость положрнич Фровтальшх зон или ¡рронталъанк разделов. Использование спутниковых методов получения информации открывяот широкие возможности для алвк»ган г,а их смещениями и эволцкоЛ. Бсльпзя плопадь обзора к щх>дшют*льнс?еть иепреридаа рядог наблмдепий являет' ге аж.1пчи?*лы>о грсдстчьят.)льний для иссладовашм

.нптатТЖ'й илп«кчакч.-ти ГГ'Ль^о гркю.

1рс:>-,члкн?!Н. зояч Голь^гтргмз относится к клж^.т.тчиси'.м

;'5Л!КТ8лымм зона»j планетарного масштаба и является одним из ¿«юздых алиментов оЗдеЙ циркуляции юл Мирового окенне). Являясь квЕзистационарьей а мзсата<1? климата ohs исютываот значительные коропюгсориодЕыа JutyKTyaiaaj около среднего положения.^ причем в rt'fl да мере, б какой фп/хтуируэт - саха обкпя циркуляция (Федоров. 1933"..

В светь скаганного, вопрос о происхождении и механизме слещчкнЯ фронтальной пони Гольфстрима оказывается в ряда ьктуальнкх задач современной океанологии. Ответ на него предстоачяет не только ннучный, но и ¡фактическая интерес.

Даль к задаче исследования. Глааной целью работа является исследование щюстранстъвшшх и временны! закономерностей внутри-п межродовой изменчивости полохекм фронта Гольфстрима на основе ехсперкмен7альньа данки. 3 соотштсгьяи с этих решались еле душив задачи:

- определение пространстьонко-времеяных масштабов основных Бнергонес-уцкх колебания положения фронта Гольфстрима;

- выявление характера'пространственной и временной изменчивости иэридтоаальных смешений фронта;

- установление ирэисхоадения шявлэвдах флуктуация положения фронта;

- шг.ондПЕе возмокшх механизмов, определиодих судэствованиэ ласеСвавз основши временных масштабов.

Оакупческий материал и методы исследования. Б качество есходеоЗ гофэрна'дик в даосартвциоаной работе использовался массив керт "Океакогрзфггегкого Ля&тза" (The CceanograpAic Analysis Chart) поверхности океана, создаваемых Национальной Службой Спутников (NESS), Национальным Управление по Океану в Аткосфэре (N0A.4) е Национальной Службой Погоды (NBS) США на основе спуталсовах 1К-снимков. Даиае карта Сьиш получены в период с октября I960 по октябрь 1ЭОЗ. 3 качества дополнительных к исследованию были привлечены деюаю "Синогтхичэского бюллетеня" по Сйварясжу полуиаршо за период с 1930 ю 1983 г.г. Креме того, использовались набвддення sa колеОатими уровня моря на побэршкье полуостровь 1&>вяя ПЬтлоЕдга в п.Телефакс и наблюдения за ПрЕД0Н>1НМЯ твч9ниямя в районе 4С?с.ш. (ЙЬ.д. (точка K23SLE).

Для уотэновлйийя IKOO 7 рйкстабннс -SpdM9 иных особенностей кзмвй'акостй шложенил фронта Гс.пьСстрй\;а • истапьзовзлигь грцдгциэяше метода корреллщ.огаогч) л опектряльного «клипа.

' Нау-тая новизна работы. На о скопя анатепа массива карт, построены* по спутниковым КК-снкмкйм., охватываптлм обзшркыЯ район (от 5?.° до 7#з.д.) наблюдений, получены г.арактеристика ; меридиональных сисщоняА терминеского фронта "о :ьфстрима. Проведана оценка вклада климатической тонданшт смслкпл фронта ■ Гольфстрима в оОотЯ характер изменчивости его пэлохчкин. Проанализирована мвкгодовая изменчивость положения фронта Гольфстрима. Получета новые данные об аномальных смещениях фронта, яаляоднхея проявлением экстремальных ..условий ьо я сем Игровом океане. 1'сследоьепа роль сезонной ритмики в моридаональних смещеяклх фронта Гольфстрима. Установлен домикирухвдй характер колейаний с Бремоянкмк масштабами в несколько месяцев. Проанализирована спектральная структур« изме(гсивости положения фронта . в синоптическом временном интервале. шавленн основные спектральные зоны энвргоенпгёхения. Получены оценки волнока характеристик обнаруженных кслэЗажй.

Совместный анализ полокекия Фронта а факторов, определявших его флуктуации, позволял устаковить происхождение меридаональнчг смещения фронта Гольфстрима. Установлен характер взаимосвязи меридкеналыых скоаэнгЯ фронта Гольфстрима и уровня моря нз даЗерейьа п-ва Новея Шотландия. Предложен механизм распространения обнаружении волновых смещений фронта Гольфстрима синоптического масптаСа. Показано, что даншв колебания мета рассматривать в качества воли Россби, распространлпшяся на струйном зональном течении.

'Практическая значимость. Результата проведанного исследования могут быть использованы для решения задач, связанных с практическим осуществлением мониторинга океана в ЭАЗО. Использование такой характеристики, пак поломило фронта Гольфстрима, в качестве косвенного индикатора термодинамического взаимодействия океана и атмосферы в выделенном районе позволяет оценивать крупномасштабные КомененЕЯ, происходя^« в системе океан-атмосфера. Фиксация полохешы оси течения на основе сдеже-нлл за фронтом на поверхности океана (б случаэ Гольфстрима, за его се верным краем) с использованием дистанционных методов и сочетании с контактными измерениями температур« ювврхносгл океана ладу? возмохноегь рассчитывать очомелзи теплообмена океана и атмосфер«, вознякаяцяе 5олод«?и.э кчичюниЯ плода,«л контзеч . холодных воздушных а тешкх волгах масс.

Специфическая природа района Гольфстрима, связанная с оссбб1!япстгао( разг-ИБлщяЯся в зоне Сроита горизонтальной и 4 вертикальной циркуляцией и разкие горизонтальные грлдионгк гидрологических характеристик способствуют ее ьысокой биологи- v ческоЛ продуктивности. Мэандрирование Фронта Голы^стрима,, БЬ'Еывв1д<;е гзаимопрокикковеяно cos различного П'юис^оад^нил, формирование наряду с кручтюмасьтаошм! и-эандраыи ьихр-еЯ меньшего каситаоа, аномальнаэ моридионяльннб смещения фронта на временных масштаба?., српвяикчх с сезоном, все гто является Факторами, . влкягедачи ко полотенцу зон ¡громысловых скоплений риби. Эти обстоятельства во многом определяет практическую значимость исследования крушоыасзтабкых смешения фронта Гольфстрима.

/чстове^ность результатов обеспечена :

- привлечением к анализу данных необходимой точности и продолжительности, охвытывавдих больаой райок наСлтдениЯ;

- использованием апробировании е океанологии методик, алгоритмов к стандартны программ при вычислении оценок статистических характеристик;

- Оцениванием точности при расчете функция спектральной плотиосги.

Апробация работы. Результат« работа докладывались на научных семинарах лаборатории океанологии НЖГа (1989...1ЭЭ2), кафь.цре океанологии ЛГУ, на VIII Региональной коферевции по изучение природы Атлантического океана (Калининград,19S1), полностью, работа докладывалась на совместном заседании отдэла Взаимодействия океана я атносфрры и отдела Океалологвз ААНИИ (19Э2).

Публикации. По томе диссертационной работы опубликовано 3 робой, список которых приводится в конце автореферата.

Структуре и обьеи работы. Диссертация состоит из ввэдеиия, чэпфех глав, зшишчегшд и сшска литературы. Сбврй объем работа tra страниц машинописного тзхотя. Из юге 32 рисунка и 1Т таблиц. Библиография включает 145 названий, в том числе 95 работ аарубепак еаторов.

ОСЙОВЮЕ СОДЕРКАНИЕ FAKT4.

Во введении сбсукдваз актуальность темы диссертационной работа. сформулированы цель и задачи наследования, показнш

научная новизна и практическая значимость p'i"om

Ft noprofl глава рассматривается нопросы, сзлззшпм с м-этодлкС'Я анализз немодной информации. Г: 'Л/ргом рл.чдч.лч анализируется опыт исполь.зоб^нкч джкшх дг : ; •шцкчя'ого зондирование морскс.Р лов&рхяости в изучении шттч^гюа ггроцессоь, протечЕнних в океане. Укаанр^етсл ну то, чп.- дистанционное эондировягаг? морской поЕархкост;: р. ИК-диалз:юн* особиннэ 8ф>-кгтено используется в настоящее время для изучения термически? фронтов. високий прос.трлнстзаг^ял? градиенты ъ районе фронтальной зоил Гольфстрима (перепад тоиюратур с северной стороны Гольфстрима составляет S-TC) оггоодн^ягт высокую точность фиксации шловотя фронта на основе дястз'.пкашщх мгтодов. Приводятся оценки точноста определения полокчния фронта ' на поьершости го картам, использованным э настоящей работа. Обсувдаотся вопрос информативности данной характеристика в задача исследования крупночэситабвых смещений собственно Гольфстрима. Отмечается, что смещений 5ронтз Гольфстрима на поырхпостя окаяяа и подповерхностного Фронта, определенного но цолох-энкп изотерма 15"С, на глубине 200 мэтров происходят практически спяфазиэ (Напзнп and Maul, 1970). Следовательно, изаднчнэость полоаююм фронта яа тювэрхпости океана отражает колебания собственно Гольфстрима и воспроизводит его крупномасштабную изменчивость.

Особенности. исходной информация (используемые карта выпускаются каадьй покеделыок, среду я пятницу) трэбовалл заполнения ииоигапсся пропусков я прдвбдедаи? к охзкдиставтпому веду- построенных ' краденных рядов. Вопросы, связанные с заполнение)*'..пропусков в нвчкнлдистантвах временных рядах, сбсу<яаггс>] во втором'раздела. Показано, что заполнение пропусков с помощью кубических сплайн ФукчщЛ дает оптимэльку») интерполяцию временного ряда и не призо.цит к появлении нериодичтагтей, не сройстсйпшх игхрдаоя лиодшаии.

Третий раздо пбСЕяа"!' npo6j»wo фмьтртди исхолннг дигаюх. Дач гр.н осечка ; р^зх^нк* опс-мЛои Тр.лътржи v отдчотсл прздтр.--т.кКу;.r~*Ssr ¿ильтру Пагт«>;-.»эрта Бэлшая

крушена амплнтудно-ч 'civ vn-.й хгр'^теглотжи вдвизд ча стогн С}*:"», П Ь '"lT.r,i Ip;;v.K С Т . Т. .JSKVTp 515 рглвостз

м-тду а^еяе зудами ap..su.-?r,?;v;n я пп'жтотп алгоритмзв по

cpsph..-m:i> i фу: яли м£ то/;«,«! (j.!;*?! 13135! у"/!л;лт'1." -с,?б/10т в пользу

длт.гч. так* фильтра, ч.рп лсслодок?ьт.а едтаых полпзгелл '.чепи

процессов. Кргш этого, в данном разделе приводится описание оптимального лхнейного фильтра, вщеляпцего линейную функцию времеш! гз смзси с белым шумом (ПрквальскиЯ.1987), который использовался при оценка вклада тенденции средаего положения фронта Гольфстрима в общую изменчивость его меридиональных смещений. Применение уквзвпных способов фвльтрации позволило устранить на стационарность по матеинтическоч/ ожидашш временных рядов к с иоименышмг пскааениями профильтрованного ряда подойти х анализу исследуемых смешений фронта как стационарному во времена процессу. Представление данных натурных наблвдоний как рэвднзают случаИного процесса позволяло применять к нему в&роятпос гный анализ временных рядов.

5 четвертой разделе приведены основные статистический характеристика, которые использовались при анализе времинйъх рядов. Корреляционные и спектральные оценки изменчивости полояэяия фронта позволили исследовать процесс во зременвой и частотной области. Еыбср данного метода анализа обусловлен сложной внутренней структурой исследуемых колебаний. Использование функций взаимной корреляции, и спектральной плотности позволило выяснить механизм возникновения и суцестгования обнаруженных периодичностей в . смещениях фронта Гольфстрима.

Бо второй главе исследуется оОдий характер изменчивости положения фронте Гольфстрима. Б первом раздело 'анализируются особенности мервдионалышх смещений фронта. Установлено, что ввергая г.олеОаяйй обладает значительной пространственной изменчивостью. lie наибольшие величина наблвдах)тся иэвду 67° и 03° з.д. Срэдлекзэдратаче екое отклошнйэ пожмюнил фронта в данном районе достигало одного градуса по сироте. Отмечено, что особэкностн пространственного распрвделёйня эаэргки колоб&най положения фронта совладают с характером изменчивости интенсивности течений осшзной_с£руи ГольФЗ'фв« э исследуемом районе.

Вследствие млогомасшгэ^носги процессор, {орирукцк* колебания aor.omd.it> фронта, в ;;онс;о>ся ре&дамщг/ вссладуэмого процесса могут пудаутствсют», состав лигцая. вромэнкой масштаб которой CjciaoK к ыине puta илт яачэ oro щш восходи т. Для оце яхл вклада д гшмг сизцэим! фронта Гольфстрима в с3!цяй характер яршячирооти с^о Зьла определена величина треядо1-/>Я

составляйся, Результаты расчета даквзали. что тенденция

меридионального смеценля фронта в масштабе климата невелика. Еа вклад В суьмэряув экерпге колн'еккЯ фронта на превышает 20*. Характерной особенность» пространственного раап еделенкя аеяготн тренда является наличие разнонапрЕРлетил тенденция восточнее и западнее бЛ.д. Е районе м-жц/ К/"!* 7Л.д. фронт имеет тенденция к меридиональному смещению ъ »жноч иапрчьлэнии (дальне от берега). Между 52е и с.^я.д.- в противолологИ'./Ч лапрарлпяик. Отмечается, ч«> пространственное распределений релит/я тенденции язмекенкя положили фронта согласуется с осоСвотсотяия донной топографии района. Как известно, около н.Хаттерас Гольфстран поворачивает на северо-восток и покидает мате^иковай педьф. Западнее 69 меридярна он еще продолжает двигаться. над материковым склоном. В районе 69-66" з.д. Гольфстрим пересекает подвдцшй хребет Нэвой Англия я продолжает свое двотеяие над а5аосальннми глубинами. Воемовко такой хвракгор донной топографии является одним из факторов, опредэляоткх. особенности пространственного распределения тенденция смешения фронта Гольфстрима. Значительное влияние подводных гор КСвой Англии на динамику Гольфстрима отмечалось в целом ряде экспериментальных (Н!гг.агг1зоп, 19В1; Сот! 11оп, 1986; КаИосК.1Э39) и тзсрэтачоских исследований (Абаяес, 1988; Тйояраол №1 ЗсЬп1и, 19в9).

Во втором разделе, на осксво анализа автокорреляционных ФуккшШ, рассматривается вопроси изменчивости положения фронта эо временной области. Выявлено, что в маридконалышх смещениях фронта доминируют колебания с периодом несколько месяцев. Кз их Фоне развиваются колебания меньших временных масштабов.

Б третьем разделе анализируется - структура колебаний положения фронтз в частотной области. Отмечается полгспклэтность исследуемого процесса. Больоинетво функций спектральной шютности меридиональных смолений фронта имеет вид красного пума, т.е. .набявдлэтел уионькзявэ -энерпы колебаний с увеличением частота, споктрн не вдинтачиа мявду собой. -Вид их зависит от географической долгота и--;, к<>тг.хЯ н^.япся анялк* додоввЯ фронта. Р'илелйеч-'-л елвлуюэм %*Гди/ ч-'ртч ЯуккщЯ пгектралчюВ ллотнэсте. Р^-порьит. «?стпс спектр-ич имеет хорг-ао в&раювшЯ

ээдргегдостЯ додюз-м ш ча^ом окап.гО.гг^рйд'еут, изделчлехЯ дот&догсдо к 1лт',чннл с г.ериоцу. тлкадых». м-?.:д'{-и от более коротксп-'-риодннх тряляса. и'иш >1ОД)яиЯ ?-ровта. Во-мсрис, спектуч хврйктвргзуютсн нгш'.кием »нсрггтячепси зкячанах махскиу-

mod на часто!к, соответстьуггах триодам около 50, 30 к 14 суток. Подобная спектральная структура изнюнчибостя рбийруказалась при изучении ТПЭ е районе Новэ-Шотляндсксго ' шельфа

Б потгвртом разделе на ослсье анализа взалшокорреляциоячых функция акяскяогся обаяя взаимосвязь меридиональных смешений Стоите. Результата взаикнокорраляцкснного анализа свидетельствуют о слабой (Р.<0.5) линейной зависимости смещения фронта Гольфстрима в точках, удаленных друг от друга более, чем на один градус долгота. Однако, отмечается увеличение промежутка времени яастуслегаи максимума функции взаимной корреляции смешений фронта при увалпчошга пространственного интервала меэду меридианами, на

КОТОрЦХ ©ИКСКрСЕвЛОСЬ ПОЛОЖ9НИЭ фрОНТЗ. ЭТО МОКЙТ СВИДОТОЛЬ-

ствовать о поступательном херахтере волнообразных смещения фронта Гольфстрима.

Невысокие величина коэффициентов паргюй корреляции могут быть связаны с тэм, что взаимкокорреляционвая функция яьляатся "ивтогралъной" характеристикой взаимосвязи двух процессов. В случае ах полгаикличэского характера (каким я является процесс изменчивости полокеккя фронта Гольфстрима) неоЗходимо . исследовать взаимосвязь но только во временной, но и в частотной области.

В гитом разделе исследуется взаимосвязь основных энергонесущих колебаний, обнэруаэнннх в спектрах сивяргшй фронте Гольфстрима. Дня этого были проЕвдены расчеты спектров когерентности меридиональных сиеааЕий фронта. Сошествий анализ автоглектров меридиональных синений фронта Гольфстриме и рассчитанных спектров когерентности позволил установить, что нягоЗольсие велптеы когерентности наблюдаются на частотах, совпадчяют с основннин в ¿органа сущ»« зонами, обнарухяаньми при изтостактралъном вхашзэ меридиональных смещения фронта Гольфстрима. Азсолютыв ьах зикуш когерентности соответствуют колеса-шшч око.по ЕО, 14 и 30 суток. Русский уровень когерентности мокет СЕедотельс'июаато с одной сторона о том, что сведения фронте на данах частотах Еэгчикавт под дайсткмм ' крупномасштабной в.инух-дандаЯ етим, с другой сторона о ножевом характере данных кслйОакИч. Kwws того, он указывает на устойчивость ДЕкк-.'глЯ дапаах вромс^х

Б грз'уьэЕ гла&е гфЕводатся результата исследования измеячи-

- Ii -

вости положения фронте, связанной с проявленном сезонной р^тмщси р системе чод Гольфстрима. В перроч раздало рпссштривяится вопрос« прсис*садешя годогсй к полу го 1030?. "о; мпчюга в изменчивости рчзлотнп окочнологическгас характеристик. Приводятся сулеотсуляиг rnnoiess о ».охннирмлх, отг^пгаш зя смешение Гольфстрим9 от criaom к созону. Обобщая та, скчнуть, что

яитеяетфосмия Гольфстрима в якмнее полугодке. прм?.одягая ;< смйХониг (фронта в twia« направленна, тгшьаотся кпмбинчци.чй дзух фзкторся: юрогюскм 'из-за схдашвил лорерхиоотиьх вод и ЕЯЗНИХМЯЛЯ При ЭТОМ Т'»рМ0Х8Л!НН0Я циркуляции (Я.')Г t Irrten, < 975)) и динамического {иа-гп Зол ягих аеличди ньпрячиияя ветрз б зкмиаЯ период). Еследсть-ие втого, сезонная иг.мезчивостъ положения фронта не является коегко определенной гармоникой с фйксаровинаым годовым иди тслугодоЕим периодом. Во втором разделе дзотся обзор результатов наблюдения сезонной ритмики в система вод Гольфстримэ, полученгал различили авторами. Стаччается больгое развообрвяие в оцонк&х периодов сэзокнкх колебаний, а в случае положения термического фронта - времени наступления максимальных смешений. Это связано, ао-пврвнх, с физическима особенностями изучаемого процесса (возмоигостьп гмшпггулной: и фазовой модуляции сезонной ритмики), во-вторых, о различим качеством данных, ня основе котерл строятся виводц.

В третьем разделе пригодится анализ сезояной изменчивости положения фрсита Гольфстрим в период с 1SS0 по t983i.r. Первоначально прочналпзировеко полол» ни» Фронта и эзоргия его колебания в."зимнее" (оьгйЗрь-wapTj и "летнее" (апрель-сентябрь) полугодия. Установлено. что 'до !932 годя пг.менбние гологения Фронта от зимы к лет у не превышает 0.2° по широте, т.е. амплитуде тедовой гармоники изменчивости положения фронта ' Гольфстрима невелика. Энергия меридиональных смешений также слябе меняется от сезона у. сезону. Однако, зимой 19S2-'S3 годов нвбллдалось значительное (около t ,Б*по змготр) скедавне фронта в северном нзирпвл.эчйя практически во воем рчРс'ке нзОлвдечкй. Одаивроийкна, отмечало--* умэныевня» вноргии иол-бйкиД ас>ло*с:-г,:я фронте. Таким обр'-.?1чм, зумой, 1 C*t2/£? г.с. ньОлклогось Haf уаэето' "правильного'' Хидя фронта от: сезона к сезону. Обнаруженное

аномальна смлздшю фронтч г<и!ьФ<,трум!1 не лвдлятся локадьнам цроньдиатеч аиоя&чьной дон-апкя окавяп в . дачниЯ пэраод. Как кзвагтна, »3G3-J5«Sr.r. Счгя годом экстромядашх сицоара с

Икротом океане и етмосфере Шаг.згп and Herman, 1Э6Э; Johnpon and O'Brien,1990).

¿иолиа среднемесячных значений положения фронта показал, что в изменчивое« голодания фроята прасутствуют колеЗания с периодом несколько месяцев, п временные интервалы между наступлением максимальных сменяла фронта колеблется от 2 до В месяцев. Время наступления северного (икногэ) полохензя • фронта имеет значитель- нуя мэжгодовую и пространственную изменчивость.

Высокая роль динамического воздействии атмосфер на формирование сезонной ритмики океанологических характеристик в районе rojaficrpHMa отмечалась целым радом авторов. Согласно сувдотвумнм гипотез®« (А2селин,1540; ДуваяинИЭбЗ) я модельным расчетам (Behrlnger,1979; Као, 1980; Свапайу,1980) рост интенсивности атмосферных процессов в зимнее полугодие приводит к усилении циркуляция Северо-Атлантического круговорота течений, что сопровождается его сжатием, это приводит к смовднлю Гольфстрима (к его фронте) з кжном направлении, .анализ изменчивости атмосферной циркуляции (основанный на рассмотрении среднемесячных индексов атмосферной циркуляции по Кецу) показал наличие хоросо выравзгаой годовой гармошки с максимальными величинами нктонсивности атмосферных процессов в зимние месяцы. Однако, у смена а еятовсишЬсгп атмосферных процессов в ssmhso полугодие по обязательно привода? к ккноыу гаещенш фронта. Более того, хотя интенсивность атмосферной цткуляцин в зимнее полугодие 196В/83г.г. была высокой (1>1.8), БкергЕЯ колебаний полокения фронта Гольфстрима значительно уданыиалась, а фронт сместился к северу. Отсутствие четкого соответствия мевду изменчивостью индекса атмосфарной цяркумша да Кацу в смещением Фронта (йожэт быть вызвано тем, что, «о-порвых, индекс циркуляции рассчитывается для всей Северной Атлантики, в то врэма, как Езментавость Гольфстрима yos&t ъ большей степаш (Армироваться за счет .более локальных динамике сказ «ешшзков. Во-вторых,, на смецошга фронта иогут оказывать значительное воздействие чисто тярмичзскио механизмы ваапмодейсткм океана и атмосферы. В-третьих., так как фаза сеаошшх колебаний Гольфстрима мояя&тся .от района ■ к району (fugiietarj951) данные колэбвяая могут распространяться в виде поступательной волны. Энергия для :ю,икркп>шя (формировагак) данных волнообразных, дзжшняй мокэт перодгБр.ться с>т атмосферы океану в определзюих (резонансных)

областях и распространяться в другие реЕоны.

Как Оило установлено во второй главе, наличие хорошо шрахе иного энергетического кижжума в спекчрвх изменчивости положения фронта Гольфстрима на частота около 3.065рад/сут позволяет отделить колебания с вромэнклм масштабам! несколько месяцев от более високочастотних движения. Езаихиокоррелящкяшкй анализ меридиональных смещений фронта пссле фильтрация колебаний с частоты«! йольшпти, чем О.С65рад/сут, которые принимались в качестве ¡лумовой составляющей, позволил уточн/ть • характер меридиональных смещений фронта о периодом около нескольких месяцев. Установлено, что данные волнообрзанне движения фронта' имеет период около 4,6 месяцев и распространяются вниз по потоку со скоростью порядка ?Осм/сек. Их характерная длина равняется примерно 450км., причем она изменяется пря смещении волны ка восток. Анализ даспэрски флуэтуациЗ положения фронта после удаления высокочастотной составляющей показал, что вклад 4,6 месячных колебаний в общую эваргют мерадкональшп смещений фронта висок я достигает величины около ВОЯ. Колебания о периодами от 4 до а месяцев обнаруживались в изменчжвости расходов Гольфстрима и Северо-Атлантического течения (Барысевская,1990). Кроме того, ранее отмечалось (Угриюв, 1981), что длительность существования тешервтургсгх аномалий океана составляет в среднем для серенных ыирот Северной Атлантики 4...5 месяцез. Соответствие щремеинше-масштабов изменчивости расходов Гольфстрима, смещения 'фронта а циклических колебаний , температура юда ■ свидетельствует о ззпе.освязн этих ироцесов; а таза» об адвективной 'природо меридиональных смэдания фронта дананх временных масатаШв.

В четвертой главе исследуются происхождение ¡и 'механизм распространения колебаний с пвриодамя около 50,30 -и '14 суток, доминирование которых б спектрах меридиональных снесений фронта Гольфстрима было установлено вс второй главе нестоящей работы. Внсоха'я когерентность дакни, движений (Р: 0.4-0.9, Р: 0.3-0.7, У: 0.4-0,7 для пятидесятисуточтах, месячных к полумесячных флуктуэцяй соответственно) на расстояния более одаого градусе долготы свидетельствует о еолзовом характера обнаруженных колейгний. 3 нервом раздала приводятся оснонгае водяовко характеристики исследуемых колебаний франта, подученные из взаимшепектрального анализа меаду меридиональными смещениями фронта Гольфстрима на ранних долготах. Последовательное

увеличение разности фаз флуктуация ■ фронта с увеличением расстояния кезду меридианами свидетельствует о поступательном движении данннх волновых колебаний, расвростракя'вдихся вниз но потоку, т.е. о запада на восток. Характерная . скорость распространения 60 суточной волш составляет величину 8-10 си/сек. Ее длила иоканяется в пределах от 340 до 430км. Скорости распространения месячной и полумесячной волны равняются Ю-ЧЭсм/сек и 2Е-Збсм/сек соответственно. Длина полумесячной волны увеличивается от ЗГО кы. в заданной части района до 4G0 км. в восточной. Для месячной волш установлено увеличение от 260 км. до 520 км. в западной и восточной части района соответственно. Оценка длины месячной волны в восточной части района исследования кожзт бить аавшэнной из-за неустойчивости в ней данных колебаний (а вследствие этого, неоднозначности в трактовке фазовой картины косячных колебаний). Ополчается, что соотношение периодов и скоростей распространения волн согласуется с теоретически® цредотавленияш о ссотнодении волновых характеристик для boot Россба.

4наяиз прэдошых течений в район? точки HEBBLE (42t,и. .д.) ьынвы наличие колебаний с периодами около 14 и 50 суток. Присутствие данных перподачкостей в изменчивости положения фронта к скоростей придонных течения может свидетельствовать о том, что воя толща вод испытывает движения с данными пременными масштабами. Отмечено, что колебания скоростей течений с полумесячным периодом происходят практически сикфазно со смещением фронта на ноБэргзоста океапа, т.е. мокко полагать, что полумесячные колебания носят Саротропный характер (5 ток смысле, что движения ириехедят когерентно от поверхности до дна). Причиной, внзцващвй данные дакачння (проникапцие через bcd толщу окена), шкот являться кругаомаситабнея пораодачоская скла, действукдая но всв толпу юд океана. ТахоЯ крупномасштабной периодической силой может бить прчлизообрэзувдая сала Луны а Солнца.

Временные е пространственше мвсштвСы 50-г суточных колебаний: фронта хороао соответствуют наиболее неустойчивым волкам, ргзЕивазцимся на Фроате Гольфстрима. Согласно оценкам Т£>реев8.(Твревв,1Э7&) их период равен около БО-и суток и длина юлвы равняется около 2СС-400км, Это свидетельствует о том, что данные движения могут возникать в результате бароклпнно-Саро-трошюв неустойчивости течения и распространяться ениз по потоку.

Оозпядение энергонесуцих зон слэктроа мерядпоналыгах смещений Фронта Гольфстрима с энергонесуидая зонами спектра временной изменчивости вдл^чгаь" прилипообрчэу^ей сила приводит к гиглезам о приливном происхождении колебаний полумесячного и месячного периодов.

Существование полумесячных я месячных першдичностэй в изменчивости разлачдых оквыюлогичесгатх харкктеризтик и полей отмечалось целим рядом авторов (ffunsch,1967; WaKCü\öB,t970: Фукс, 1370; Moнин и др.,1974; Luther,1S63; Ioncv et al.,1983). В качестве npirum возникновения полумесяччкх и месячных пзриодич-иостей, наряду с возможгостьк пх неприятного проксхокдвния полумесячные колебания йяпки к периоду колебаний "цикла индекса атмосферы" (Мотан,1966);, различные исследователи (*unsch.1967; Максимов,1970; Фукс,1977) рассматривали либо непосредственное воздействие на вода окэаня долгопериодной ссставлятсей црилкво-оОразугщеЗ силы Дуны, либо проявление приливал: неравенств в полусуточных и суточных при. яга эх, полумесячного или мэсятаого периодов (Фукс,1970,1973). Оценка рати долгопериодной сесгаыи-щей прилгевообразувдеЯ сила в формировании внутримесячнах колебаний положения фронта дается во второй разделе. Приводятся общие характеристики -временной гокэвчивостл долгопериодной составляющей приливообразулцей сила. Указывается на то, что полумесячная и месячная состввляпдае домянарупт в спектре пратавэобразугеей саля долгого периода. Проведан взаиыно-слектральнкй анедиз предвкчислонного временного ряда долгопериодной части цраливообрезуюдэй силы к мераданальянх смещений фронта. Предполагая, что долгопериодная_ составляющая приливосСразущих сил, вызывая, приливные движения В ргйоке Гольфстрима, приводит к системе долгоперходтос пралйаыг. волн, взаимодействующих с потоком Гольфстрима и pacnporcipfetesnaaxcfl на фоне основного течояяк, результаты ззаишгоспокг^аньйогс анализа трактуются следувдик сбразоч. Когерентность кодобЗяйй, приляво-обрагущ&Я сила и смещения фронта мс.вдт с одной сторона, указывать на ыслад долгопериодных кршшишх колзбшшй в суммарные месячкка и ::с..кумескччыя колебания (которые мог/т бать обусловлена и дгугкш Акторами, например, колебания«! атмосферного дашюгая идя. ислумеся'йики и месячными нзрасенстсалм полусуточьах и су точяь'Х. ¡тр.ьт.шоз). с другой сторога, когерентность модат указывать не степень динамической устойчивости возкшезпш. к>лн.

Расчеты показали, что величины когерентности ляка-т в интервала 0.5-0.9 для полумесячных колебаний и 0.3-С.7 для месячных. Это мохег СБВДбтэльотвовбть о высоком вкладе долгопериодных состаклящих (К'$и Ии ) прклйвообразущей силы в формирование полумесячной и месячной изменчивости подокеняя фронта Гольфстрима. Отмечались области гошиешш величин когерентности. Для полумесячных колебаний они приходятся аа районы между 68-72° з.д.(величина когерентности. составляет величину 0.56-0.96); ¡texts 64-6С*з,д. (Р:0.6-0.9 ); моаду б^-бО'з.д, (Р:С.б); восточнее £4° з.д. (?:0.69-0.88), Для колебания с периодов около месяца наибольшие» ве.ют.пш когерентности наблюдаются в районе между 70-в4Ъ.д. (около 0.5) и восточнее 67%.д.(около О.в). Район наикеньшх воличин когерентности находится между Б9-6Сб.д. Ранее спектральный анализ меридиональных емевегай фрода показал, что месячные колебания в данном районе выракегэд ач,ад* слабо.

Совместный анализ изменчивое?? положения фронта и долгопериодной: часта праяивосброзунаей силы показал, что в" качаствэ вынувдащет. внешних сил, разоиирупчих с собственными полумесячными и месячными пвргодамил могут выступать долгопериодные составляли?» лрилявообразуюцей силы Душ и Солнца. Причем, величины когерентности сввда^ельствов&ш о на яички определенных областей, ь которых рсугцествля&тся предполагаемый реЕоаансю»« мэхатаз«. Таким образом^ кскно срвлполакать, что ваешее воздействие не оказывается, на. весь район одновременно, а осущэстьляется на определенном участка, откуда оно распространяется з ьидэ свободах волк на струйном, течении.

Для выяснения характера распространения полумесячной и месячной лршсиБных волн аа фронта Гольфстрим, привлекались наблюдения за уровнем океана в п.Галифакс (л-в Новая Ютландия). Этому посвяцвн третий раздел. Сложный спектр аынукдащюс сил гравитационного н ьквмобарического происховдекая», действующих, на водкыо ыассы, а также разномасштабная изменчивость .термодинамического состояния океанских вод предопределяет, в конечном Етоге, кногофакторную обусловленность изменений уровня океана (Da?is, 1962; Шва and Dewto, 1934; Spillnne at al.,198T). Апалкэ среднемесячных значения показал, что в зшию месяцы наблюдаются' повш.йлио уровня, одной m причин которого является иахелмяльное рлтровое &~.здйЯ:те«ш (Sandstrvm, 1980; Smltli et а1.,Т9вО>. "Однйко. на рремвянт масштабах сраБкгмых с сезоном, .уоьйляаов fosieScrsc*

- 3.7 -

ьетра не является дсмюгоругаим фактором определяоди повшэние уровня на побережье п-ва Новая Еотлаядм (Зап0з1гЬетГ|, 1980).

Спектральный анализ изменчивости уровня еыябял наличке колебаний с периодами близкими к 25,14 и 9 суткям. На единое происхождение полумесячных и месячных колебянпй уровня и смещений Фронта указывают величины когерентности данных колебаний с долгопериодной частью праливоосразуодзй силы (0.7 для полумесячных и С. 5 для месячных). На приливной характер полумесячных и месячных колебания уровня указывалось рядом авторов с*ипаа'л,1967; 1лШ1ег,'1963; Футсс. 1974 и другие). СовместшсЗ стгекгральный анализ колебания' уровня и меридиональных смещоьшй фронта показал невысокие величины функции спектральной когерентности на полумесячном и месячном периода. Анализ фазовой картины исследуемых колеСо.тай позволил посроить схему распространения полумесячной и месячной волн яа фронте Гольфстрима относительно момента наступления полкой воды в п.Галифакс. Полученные результаты подтворгдаст поступательный характер далшх волн, распространяющихся вниз по потоку. Длина зслны и скорость ах распространения Меня стоя при дошшая в восточном направлении. Оценки волновых Характеристик соответствуют розультатам полученным из вгайййого спектрального анализа смещений фронта на различных керидпанах, что йодтвервдгвг жх достоверность. Отмеченные невысокие. хоэ^янгонти сЙЭКтрглышЙ когерентности меаду мвррдиойалъними смещениям и колебанием уровня на

полумесячной и месячном периоде мсвет свидетельствовать, с одной стороны» о гашукленнсстй данный наблюдений) о другой стороны, о том, что кблйСаяие уровня на данных отвода! з большей степени формируется за счет краевых илй кШЬфовдх. вслй (Вгкюв,1987). Кроме того» ЭТО мо^ат быть связано о тем, что механизмом распростряйбкйй Дайнн* вслн^ рчзвиваидахся на фронте Гольфстрима могут формироваться свободным (она та янлятеся свободными в об.тшом смксле слева, как было установлено вша«», т.к. выяуздаются приливными колебагаяш, по только внесшее воздействие не сказывается на зесь бассейн, а производится в определенном районе, откуда ойэ распространяется в каде вола) ьолнеми Г-сссби, кскоркэ слабо вяаяэг ня колебания уровня.

Выяснению мохенизка. распространения лятидесятиеуточкшс, месячных и полумесячных кйридяон&кьгас смащэниЯ Трента' по седин четвертый раздел. Результаты эмпирического анализа ыэридаонаяьвых

- IB -

смоцекяй фронта Гольфстрима: соотношения «чаду волноваки характеристиками дакшх колебаний (характерное увеличение скорости psciipocTpBHcFM волк с умйНЬ'лчтп'м их периода), особенности шшяакя вьяувдаисшх сил нв формирование и^сдодуемих нерисдкчшстей свидетельствует о том, что дакнкэ колебания могут рассматриваться в качество гориз¡л;тальао-попэречных волновых двизогай типа волн Poccflz.

Существуйте гипотезы уделяжт большую роль волнам î-оссСи в формировяющ кзмзечивости океанологически* характеристик (Hogg, 1951 ; Saltti, 1983; В£одзв,1935). Предполагается, например, что мосячшй и полуиэсячшй периода являются собственными периодами колебательной системы, которую представляет собой врацпщиаск бароклинниЯ океан. Основная энергия 8той систем« проявляется в виде горизонталььо-пог.эречшга дввташгй типа волн Россби. В. качестве шнухдаыцта внешних сил, резонируют* с собственники полумесячной л месячными периодами наряду о долгопериодшжи составлящгш приливообрязувюлх скл Душ а Солнца, возможно глобальное взаимодействие системы океан-атмосфера, к'ак связанных колебательных систем. Регсаанснва условия могут создаваться в отдельшх районах и' затеи передаваться на всю систему Гольфстрима (Григоргаша,Фукс, 1972; Некрасов, 1975).

Нежотря на ярко шраяеяный берохлгознЯ характер системы Гольфстрима, большую роль в его когут ягрэть бвротропные колебания. Уодалыеые . расчете по баротрошым моделям продэмсастряровалл возможность генерация . топографических волк России (обнаруживаем« s изменчивости преданных течений) за счет непосредственной передачи зсшшгрбянэсти . от Гольфстриме в прадоншо слои (louis anl Smith, 1932). Отмечалось (Keiley.iÇffiî), что проявление Зэротроиних волн Россбк с периодом около 14-и суток в района контомнтального склона-гг-ва Ковая Иоглакдия мсает явл^ьоя результатом воздействия полумесячных смеэдвиЛ Гольфстрима. Ожюбремекко с этим, может возникать соколебатэльный рент гршивкоа водны Mj и волн Госеси, ■ приводящий К уСИДбШТ» (поддчркпию полумесячных колобачяЯ. Это может быть сладстзквм того, что частота приллвз в районе кмтшннтгльйого поднятия (около S0-G5e3.s,) близка к частоте Заротрспннх топографических

БОЛИ FCC'CCji.

йссдчдуемчо »чридвоа&шше" . сиацэяи* ..фронта -Тольфстима воспроизводя? волгойав колебали-:, 'развяеаивгесц ' на" ссбетгдвпо

течении. 3 соответствие с этим, для установления механизма распространения исследуемых колебаний, была выбрана математическая модель, описыващая распространение баротрспных волн Г'ассба не цокольном потоке.

Анализ дисперсионных соотношений для бездазергентных и •дивергентных баретрогашх волн Россбп, распрострянягашся на зснальном потоке, поз воли! оценить волновые характеристики пятидесятисуточных, месячных и полумесячных волн. Сравнение теоретических сценок волновых характеристик с сценками полученными т взаамноспектрального анализа меридиональных смешений (фронта Гольфстрима показало их хорошее соответствие. Зто свидетельствует о тоу, что зоянэзык колебания положения фронта Гольфстрима с периодами около полумесяца, месяца и пятидесяти суток, ррспросграяящйеся етмз по потоку, можно рпссматряветь, как проявление горизонтально-поперечных волн, типа баротропных волн Роогби, распрострашодкся на стуЗнсм зональном течении.

В_г клачекяи сфзрмулироЕекы основные результаты

диссертационной работы:

1. Показано, что вклад климатической тенденции меридионального смешения фронта в изменчивость пологенкя фронта не превышает 202. Обнаружен протшзопслокный характер тенденции смещения фронта в западной (72-70°з.д.) и восточной (69-52° з.д.) частях района. Данная особенность пространственной изменчивости трбндовсй состнвлягпдай связана с характером довной топогрефга района. ?.. Определено,что еэличина иервдиоЕ&тьшх смеиданий фронта от созона * к сезону невелика. Установлено, что ыэжгодозая изменчивость положения фронта моют значительно превышать сезонную. Обнаружено, что в период 1Э82Л983 г.г. фронт Гольфстрима сместился значительно севернее своего положения занимаемого в зимнее полугодае, при этом энергия колебаний фронта резко уменьшилась. Данное аномальнее смесение Гольфстрима является одним из проявлений экстремальных океанологических условий, наблюдавшихся во всем йфовси окванч . в данный период. Совместный анализ изменчивости индексов изтенсявпоста атмосферной циркуляции по Каиу и полокел'я фронта Гольфстрима показал, что наличие годовой гармоники в измеютвости интенсивности атмосферных ирсцэсооз но определяет доминирования данной периодичности в смещениях фроста Гольфстрима. 3. Применение вероятностно-статистического подхода к анализу

временной изменчивости положения фронта Гольфстрима позволило установить гневные энергонэсущие зоны ь спектре его меридиональных, смещений. Выявлено, что осноънч? временные масштабы изменчивости положения фронта соответствуй колебаниям с периодом около половпнн месяца, тридцати суток, пятидесяти суток и нескольких месяцев.

Обнаружено, что наиболее енергознячимыми в спектре меридиональных смещений являются колебания с временными масштабами в несколько месяцев. Ка основании взаимнокорреляцион-ного аяализа было определено, что эти движения носят поступательный характер и распространяются вниз по потоку со скоростью около 20см/сек. Период установленных колебаний равняется около 4,5 месяцев и длила волны - около 450км. Данные . меридиональные смещения фронта язляются проявлением сезонной ритмики в система вод Гольфе 1рпма и связаны с изменчивостью интенсивности собственно Гольфстрима.

5. Происхождение, обваренных в изменчивости положения фронта Гольфстрима, колебаний с периодом около 50--ти суток связано с бароклинно-бэротропной неустойчивостью. сановной струи Гольфстриме. Взаимноспектральшй анализ позволил установить волновой характер данных колебаний. Волны с данным периодом распространяются вниз по потоку с фазовой скоростью около 8-Юсм/оэк. Длина волны равняется около 540-450 км.

6. Установлено, что полумесячные и месячные меридиональные . смещения фронта носят поступательный характер и распространяйся в восточном направлении со скоростями 10-19 см/сек для месячной и 25-33 см/сек для полумесячной волну, волны соответственно. Отмечено, что длины волн я их фазовые скорости, изменяется при ЛЕШЭНЗИ В0ЛШ1 вниз по потоку. Оценки длин волн составляют величину от 260 км.(в западной части района) до 520 км.(в восточной части района) и от 300 км. (в западной части района) до 450 км,(з восточной части района) для месячной и полумесячной волны соответственно. ■ - •

7. Аеллез керадяонялькых смещений фронта и временной изменчивости долгопериодной часг-и приливоооразущеЗ силы показал, что Еолукмячняе и месячные колебания положения фронта Гольфстрима могут являться следствием правления долгопериодной при.'квной ратжжи в районе йово-Шотланлского шольфа. Совместное исследо-ьанвэ изменчивости уровая моря нй поборехье п-ва Ноьая, ПЬтлэндия

и меридиональных смешений фронта Гольфстрима позволило построить фазсьуи картину распространения полумесячных и месячных колебаний относитэльно наступления полной боды в порту Галифакс. 8. Показано, что морихио^альнче смещения фронта Гольфтрима с периодами около ачтидесяти, тридцати и четырнадцати суток можно ряссмзтривать ь виде горизонтально-поперечных волновых дкигангй типа волн Россби, гаспрос.трпнявдшсся на зональном потоке.

СПИСОК РАГОТ, ОПУБЛИКОВАНИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. С!илов И.О. Сезонная изменчивость полевения фронта Гольфстрима // Вестник СЛОГУ, сер. Географи, вып. 3(21), 1991; г. Еилов И.О. о долгопериодной изменчивости в смещениях фронта Гольфстрима //тезисы докладов. на III региональной конференции по "Исследованию природы Атлантического океана" в г.КаЛкИИКгреда, апрель, 1991;..

3. Ионов В.П., Шилов И.О. Долгопериодная приливная изменчивость соложения фронта Гольфстрима // тезисы докладов вз III региональной конференции по "Исследовании природы Атлантического океана'в г.Калининграде, апрель, 1991;

ро*п./шшк.г«.зв-юо

08.03.82 5Чнзд.1ь0.8