Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Циркуляция вод Охотского моря в экстремальные и средние по ледовитости годы

ВАК РФ 25.00.28, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Циркуляция вод Охотского моря в экстремальные и средние по ледовитости годы"

На правах рукописи

ШУТОВА МАРИНА МИХАИЛОВНА

3 иСС^А^ л ЦИРКУЛЯЦИЯ ВОД ОХОТСКОГО МОРЯ

В ЭКСТРЕМАЛЬНЫЕ И СРЕДНИЕ ПО ЛЕДОВИТОСТИ ГОДЫ

25 00 2В - океанология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Работа выполнена в Дальневосточном государственном университете

Научный руководитель доктор географических наук,

профессор Якунин Л П

Официальные оппоненты доктор географических наук,

профессор В В Плотников

кандидат географических наук,

ведущий научный сотрудник Дарницкий В Б,.

Ведущая организация Дальневосточный научно-исследовательский

гидрометеорологический институт -

Защита состоится 15 мая 2008 г в 15 30 часов на заседании диссертационного совета Д 005 017 02 в Тихоокеанском океанологическом институте им В И Ильичева ДВО РАН по адресу 690041, г Владивосток, ул Балтийская, 43

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тихоокеанского океанологического института им В И Ильичева ДВО РАН

Автореферат разослан 10 апреля 2008 года

Ученый секретарь

диссертационного совета, /7

кандидат географических наук Храпченков Ф Ф

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Изучение динамических процессов, в частности поля и скорости морских течений Охотского моря, представляет интерес для судоходства и рыболовного промысла, и в том числе, в связи с разработкой нефтегазовых месторождений

Российскими и зарубежными исследователями получены фундаментальные схемы циркуляции вод, рассчитанные по летним среднемноголетним данным (Леонов, 1960, \Уа1апаЬе,1963, Морошкин, 1966, Чернявский, 1981, Лучин, 1987), которые в дальнейшем будут лишь уточняться и детализироваться

Одной из важных характеристик гидрологического режима Охотского моря является его ледовитость В последние годы большое внимание уделяется исследованию вод зимнего охлаждения (Винокурова, 1964, 1965, 1972, Морошкин, 1966, Чернявский, 1984, Гладышев, 1998, Лучин, 1998) При этом вопросы влияния плотных вод на океанологические условия непосредственно в районах их формирования почти не рассматривались Впервые было показано значительное отличие циркуляции вод в холодную половину года от летних схем течений и установлена достаточно отчетливая связь особенностей циркуляции и термохалинных характеристик вод с суровостью зимних условий в работе Фигуркина (2003) Но и эта работа выполнена на акваториях, свободных ото льда

Цель работы рассчитать поле течений Охотского моря зимой с учетом ледяного покрова в экстремальные и средние по ледовитости годы в толще слоя 0-500 м При этом были поставлены следующие задачи

сформировать базу данных для расчетов,

составить программу для расчетов течений по диагностической модели Саркисяна

построить карты границ (кромки) льда для февраля в максимальные, минимальные и средние по ледовитости годы, построить карты атмосферного давления

сформировать и сконструировать из всех доступных источников поле температуры и солености в феврале на поверхности моря в максимальные, минимальные и средние по ледовитости годы,

рассчитать поле плотности от поверхности до глубины 500 метров, с учетом глубины проникновения осенне-зимней конвекции,

выполнить расчет поля течений и построить схемы для трех типов ледовитости в толще слоя 0 - 500 метров

Фактический материал.

Данные о деловитости, положении кромки и границ серых и битых льдов, атмосферного давления были заимствованы из отчетов о ледовых авиаразведках Из архива ДВНИГМИ были выбраны глубоководные станции (всего 273), выполненные в феврале в экстремальные по ледовитости годы (максимальные по ледовитости 1967, 1978, 1979 гг - 98 станций, среднеледовитые 1981, 1985, 1988 гг - 69 станций, малоледовитые 1976, 1984, 1989гг - 106 станций,) Также были использованы карты температуры на поверхности в феврале, составленные по наблюдениям гидрометеостанций и попутных судовых измерений (архив кафедры океанологии ДВГУ), среднемноголетние данные плотности воды на стандартных горизонтах для августа (Лучин)

Методы исследований.

Для расчетов уровенной поверхности и трехмерного поля течений на акватории всего моря использована линейная диагностическая модель Саркисяна D2 Она учитывает реальное поле плотности от поверхности до дна, схематизированную конфигурацию берегов, рельеф дна и атмосферную циркуляцию

Все расчеты выполнены на персональном компьютере с помощью программы составленной к г н Л А Молчановой (ДВГУ) при непосредственном участии автора и отлаженной по средним многолетним данным плотности воды Охотского моря на стандартных горизонтах для августа (Лучин) Результаты обработки и анализа данных представлены в виде карт Графические построения выполнялись программным пакетом «SURFER»

Научная новизна Сформировано поле температуры и солености воды на поверхности для всей акватории моря в экстремальные по ледовитости годы (февраль -середина зимы с установившимся ледяным покровом и отсутствием начала таяния) и поле плотности воды для толщи вод 0 -500 метров Показано значительное отличие циркуляции вод в феврале от традиционных схем, составленных преимущественно по данным теплой половины года Также показано отличие циркуляции вод в зависимости от ледовитости

На защиту выносится:

1) распределение полей температуры, солености и плотности воды на поверхности дм февраля в годы с экстремальной и средней ледовитостью,

2) направление дрейфа льда в годы с максимальной, средней и минимальной ледовитостью (февраль),

3) циркуляция вод на поверхности и на горизонтах 10, 100, 200, 400 метров для трех типов ледовистости в зимний период (февраль) на акваториях с чистой водой и под ледяным покровом Практическая значимость работы Выполненное исследование представляет собой характеристику циркуляции вод Охотского моря в зимний период (февраль) в годы с экстремальной и средней ледовитостью Материалы данной работы могут найти применение для безопасного плавания надводного и подводного флота, при разработке и проектировании гидротехнических сооружений на нефтегазовых месторождениях, рыболовном промысле

Личный вклад автора Работа по программному обеспечению, подготовка данных, расчеты, построение карт, анализ и интерпретация полученных результатов, основные защищаемые научные положения, приведенные в диссертации, сделаны автором лично

Апробация работы Работа выполнена в 2006 г Результаты исследований докладывались на научных конференциях преподавателей и студентов Дальневосточного государственного университета и представлены в виде тезисов к докладам и статей в 2001, 2002, 2003,2004, 2005 годах, на семинарах в ДВНИГМИ и ТОЙ ДВО РАН в 2006 г Работа рассмотрена и одобрена на кафедре океанологии ДВГУ в 2006 г Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы В основной части работа состоит из 138 страниц текста, 44 рисунка, 1 таблицы Список литературы включает 90 наименований, в том числе 8 на иностранном языке

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении основное внимание уделяется состоянию проблемы и актуальности выбранной темы, ее научному и практическому значению, формулируется цель и задачи исследования, приводится краткое содержание каждой главы и показана новизна полученных результатов

Глава 1. Гидрометеорологический режим Охотского моря в зимний период

В главе на основе литературных источников приводится краткое описание физико-географической характеристики Охотского моря и гидрометеорологические условия в зимний период Подробно рассматривается метеорологический и ледовый режим моря, распределение температуры, солености и плотности в январе, феврале в слое 0 - 500 м по данным Лучина (1998), Жигалова (2004) Проведен обзор изученности течений Охотского моря различными методами

Глава 2 Основные положения теории течений в применении к Охотскому морю Во второй главе рассмотрены постановка задачи по формированию течений в океане, упрощение основных уравнений термогидродинамики в применении к Охотскому морю Метод расчета течений по диагностической модели Саркисяна, допущение модели

Три составляющие скорости (и,у,м') и приводное атмосферное давление (Р,) представлялись в виде аналитических соотношений через плотность (р) и уровень океана (О в декартовой системе координат Начало координат лежит на невозмущенной поверхности океана, ось х направлена по параллели на восток, ось у - по меридиану на север, ось г - вертикально вниз

гдеС2 = 2а)ь\пф - параметр Кориолиса, где® = 7,29*105 с1, р„ = сош1=1,02*10экг/м3 -постоянное значение плотности морской воды, А = 10~2м21с - коэффициент вертикального турбулентного обмена в океане, А' = \0м2/с - коэффициент вертикального турбулентного

g - ускорение свободного падения, £(А,р,1) - уровень океана, /- координата времени, К = 6,4»10бм - радиус Земли, <р - широта места

Рассмотрим уравнение уровенной поверхности (О [Саркисян, 1977]

О)

(2)

(3)

,, -V да dfi да д/3 _ , . ЭП - ЭГ„ ЭГ,

где 1(а,р) = — -т-—---— - Якобиан, /? = —- параметр Россби, rob.T = —*-——1 -

dtc Эу Эу Эх ох " Эдг Эу

оператор ротора. Ар = -^-у- + - оператор Лапласиана, ра =1,02*101 = const дх ду

Решение линейного уравнения (4) во внутренних точках бассейна может быть представлено в виде суммы двух независимо определяемых слагаемых

- 1 "

где С =--fpdz • уровень, получаемый по формуле П С Линейкина [Линейкин, 1982], а

Ро i

¿" - адиабатическая поправка, полученная путем интегрирования более простого уравнения

2 a Q дх p„g pJi дх

Исходными данными для расчетов принимались

1 Тх,Ту - составляющие касательного напряжения ветра, которые рассчитывались через атмосферное давление на уровне моря по модели Аккерблома,

2 Рельеф дна Н{х,у),

3 Плотность р(х,у,:),

4 Коэффициент турбулентности Аг, который может быть постоянным или переменным

Диагностические модели предполагают поле плотности известным из наблюдений, и по нему рассчитывается векторное поле скорости

Интегрирование уравнения (4) возможно с использованием приближенных численных методов Вся исследуемая область разбивается на квадраты с шагом Д х = 1°, Д у = 1° { выбирается для узлов расчетной сетки Реализация уравнения (4) позволяет получить значение £ и расчетные u,v,w во всем районе

Глава 3. Методика расчета течений в зимний период и использованный материал.

В третьей главе предложена методика расчета течений в зимний период Рассмотрены гидрометеорологические условия моря в феврале Проведен анализ полученных данных необходимых в дальнейшем для расчета течений

3 1 Материалы и методика их обработки

На первом этапе была выполнена выборка лет с максимальной, минимальной и средней деловитостью за период 1957-1989 годы (в виду малочисленности данных гидрологических станций, выполненных в зимний период, для каждого типа по три года) Аномальность ледовитости определялась по среднеквадратическому отклонению площади льда (± 0,67а) от среднемноголетнего положения Максимальными по ледовитости были 1967 (89,8%), 1978 (90,3%), 1979 (85,1%) года, малоледовитыми - 1976 (46,8%), 1984 (48,6%), 1989 (61,9%), среднеледовитыми -1981 (77,8%), 1985 (71,0%), 1988 (71,7%), что подтверждается другими авторами [Чернявский, 1973, 1992, Фигуркин, 1997, Шаталина,2001]

Для каждого типа лет на бланковые карты были нанесены 9 кромок льда (подекадно для каждого года), и выделены средние (Якунин 1979,1987, 1995. 1997) По такой же методике определялись граница битых и серых льдов Данные о ледовитости, положении кромки и границы серых и битых льдов были заимствованы из ежегодных отчетов о ледовых авиаразведках

При подготовке базы исходных данных поверхность моря разбивалась на квадраты со сторонами, равными одному градусу по широте и долготе Для выполнения условия глубокого моря (Козлов, 1972) расчетные узлы не выходили за пределы изобаты 100 м При аппроксимации в расчетах брались точки с глубиной меньше 100 м По нашему мнению, это не вызывает больших погрешностей, так как многие ученые океанологи считают море глубоким, если его глубина составляет 50 м В узлы расчетной сетки (центры трапеций) с карты масштаба 1 2 000 000 заносились значения глубин Для учета вклада ветрового дрейфа в общий перенос на верхней границе исследуемой области задавались составляющие касательного трения ветра, которые рассчитывались через атмосферное давление на уровне моря по модели Аккерблома (АкегЫот,1908) Средние (за три года) данные атмосферного давления для каждого типа ледовитости рассчитывались по картам приземного давления заимствованных из отчетов о ледовых авиаразведках Для каждого типа ледовитости на бланковую карту наносились данные гидрологических станций по температуре, солености и плотности, осредненные за годы указанные выше (банк данных ДВНИГМИ, всего 273 станции) В квадратах, расположенных на свободной ото льда поверхности и прибрежных областях моря, пробелы заполнялись данными, заимствованными с карт поверхностной температуры (архив кафедры океанологии ДВГУ), также осредненной по годам для каждого типа ледовитости В 1968 г ЛП Якуниным было отмечено, что кромка льда в Охотском море зимой совпадает с изотермой воды минус 1°С, а граница битых льдов совпадает с температурой - 1,7°С Позднее (Чернявский, 1992) было показано, что конфигурация области

холодных вод зимой с температурой минус 1° С в Охотском море также соответствует очертаниям кромки льда

Основываясь на этом, в квадратах, где проходит кромка льда, температура воды принималась равной -1 0 С, в квадратах на границе битых льдов равной -1,7° С В квадратах входящих в область границы серых льдов - -1,8 0 С Затем проводилась интерполяция Таким образом, были сконструированы карты температуры воды на поверхности Охотского моря для февраля

Соленость определялась путем интерполяции натурных данных в квадратах на свободной ото льда поверхности В остальных квадратах она рассчитывалась по формуле Гелланд-Ганзена (зависимость температуры замерзания от солености) (Малинин, 1998)

Т, = -0 03 - 0 05275 - 0 0000452 - 0 000000453 Например при температуре воды -1 8° С рассчитанная по формуле соленость равна 33 25 %о

Плотность рассчитывалась для каждого типа ледовитосги на поверхности (кроме квадратов с данными гидрологических станций) Проводилось сравнение карты глубины залегания нижней границы деятельного слоя (Лучин, 1998) с картой расчетной глубины вертикальной зимней циркуляции для февраля, рассчитанной методом Зубова (Тюряков, 1970) Проведя анализ данных гидрологических станций, в дальнейшем для расчетов использовалась глубина нижней границы деятельного слоя, так как она определялась по более полному массиву данных Для средней ледовитосги значения снимались в каждом квадрате с карты глубины залегания нижней границы деятельного слоя Для максимальной и минимальной ледовитости средняя глубина уменьшалась и увеличивалась соответственно на 30 м В работах ряда авторов (Ковалев АД, Глагольев ВМ, 1965, Винокурова, 1965, Тюряков, 1970, Чернявский, 1970, 1992, Фигуркин АЛ, 1997, 2003, Жигалов, 2004) отмечается выравнивание физико-химических свойств воды по вертикали В слое от 0 до глубины проникновения осенне-зимней конвекции принимались значения плотности воды на поверхности, на горизонте 500 м - значения среднемноголетней плотности воды для августа и проводилась интерполяция по стандартным горизонтам От 500 м до придонных горизонтов, использовались данные среднемноголетней плотности воды для августа на стандартных горизонтах (Лучин) данные среднемноголетней плотности воды для августа

Для малоледовитых, средних и лет с максимальной ледовигостью был рассчитан дрейф льда по формулам (Якунин, 1964)

С~ скорость дрейфа, %а - угол направления дрейфа, - горизонтальная и

„, <1р ¿р

вертикальная составляющие дрейфа льда, —,— - горизонтальная и вертикальная

ах ¿у

составляющие градиента атмосферного давления

Для учета влияния дрейфа льда на поверхностные течения была построена

зависимость между коэффициентом (соотношениями) скорости дрейфа льда (А) и

серединой интервалов фазной сплоченности льда (Ы) (рис 1), используя следующие

соотношения отношение скорости течения на чистой воде к скорости течения в редких (1-3

N N N

балла) льдах можно принять равной единице, и —— = 111, —— = 1 25, —— = 1 39

#4-6 #7-8 #7-8

(Доронин, Хейсин, 1975, Тимохов, Хейсин, 1987) Из графика видно, что наблюдается линейная зависимость и при дальнейшей экстраполяции до сплоченности 9-10 баллов коэффициент равен 1,45 Используя полученный график можно определить скорость понижения дрейфа льда в зависимости от сплоченности

Рис 1 Коэффициент скорости дрейфа льда (А) для различной сплоченности (Ы)

В диагностической модели течений Охотского моря в данной работе используется метод параметрического учета ветрового дрейфа льда Задается известный из анализа наблюдений средний угол отклонения ветрового дрейфа льда от геосгрофического ветра, составляющий 30°

Считается также, что градиентный дрейф льда совпадает с установившимся градиентным течением на поверхности моря

При учете влияния дрейфа льда на направление и скорость поверхностных течений были сделаны некоторые допущения в формулах расчета течений по модели Саркисяна

1 В квадратах, которые находятся под ледяным покровом, скорость течений уменьшалась на размер коэффициента дрейфа льда А, который принимался равным 1,45 от 0 до 100 м В данном случае средняя сплоченность льда для Охотского моря принималась 9 баллов

2 В аргументе тригонометрических функций в формулах расчета горизонтальных

составляющих скорости течения принималась фаза ^ (течение на поверхности по Экману

направлено под углом 45° вправо от ветра) для случая отсутствия льда В случае наличия

ледяного покрова она менялась на — ( дрейф льда по Зубову имеет направление 30° вправо

6

от ветра)

3 Поле плотности воды на поверхности рассчитано по сформированным картам температуры и солености

3 2 Анализ гидрометеорологических условий моря в феврале по полученным данным Для расчета течений нами были составлены карты ледовитости, атмосферного давления, карты температуры, солености и плотности воды, с учетом наблюденных данных, логических предположений, интерполяции и экстраполяции данных, по методике приведенной в главе 3 1 Проведен анализ полученных данных ■Деловитость

В работе представлены карты кромки льда, границы битых и серых льдов в годы с максимальной, средней и минимальной деловитостью Проведен подробный анализ расположения этих границ на акватории моря Атмосферное давление

В годы с максимальной деловитостью в феврале среднее месячное давление над Охотским морем изменялось от 1000 до 1015 гПа, а в годы со средней деловитостью - от 1004 до 1020 гПа, повышаясь с востока на запад Область низкого давления была вытянута в меридиональном направлении

В годы с минимальной ледовитостью давление над Охотским морем изменялось от 1009 до 1017 гПа с востока на запад, циклон был значительно вытянут в широтном направлении

Глубина проникновения осенне-зимней конвекции

Предельная глубина конвекции в годы со средней ледовитостью достигала дна в заливе Шелихова, на североохотоморском шельфе до 58° с ш , на северо-западе до 142 0 в д,

на шельфе Сахалина до 143° вд, на шельфе Камчатки до 155° вд В северной части Охотского моря глубина конвекции достигала 100-150 м, в восточной части 80-100 м, в западной - 130-150 м Далее на юг глубина конвекции увеличивалась и в Курильских проливах достигала 200-250 м В годы с максимальной ледовитостью глубина конвекции увеличивалась в среднем на 30 м, а в годы минимальной деловитости уменьшалась в среднем на 30 м

Температура воды на поверхности в Феврале

В феврале на свободной ото льда поверхности в годы с максимальной ледовитостью наблюдаются более теплые воды, по сравнению со всей акваторией, температура изменяется от - 0 4 до -1 7° С, что является следствием адвекции теплых тихоокеанских вод У границы кромки льда температура воды имеет значения от - 1 0 до -1 7° С, у границы битых льдов от -1 7 до -1 8° С У берегов Камчатки температура воды изменяется от -1 5 до -1 8° С На североохотоморском шельфе и в заливе Шелихова наблюдаются минимальные значения температуры воды - -18° С На шельфе Сахалина температура воды имеет значения от -1 6 до -1 8° С, причем наименьшая температура воды -1 8° С наблюдалась в заливе А нива

В годы со средней ледовитостью площадь, занятая льдами, меньше (73,5%) по сравнению с годами при максимальной ледовитоеги (88,3%) На свободной ото льда поверхности температура воды имеет положительные значения, что связано с адвекцией тихоокеанских вод, и изменяется в пределах от 0 5 до 2 6° С Между границами кромки льда и битых льдов температура воды имеет значения от 0 43 до -1 7° С У берегов Камчатки температура воды изменяется в пределах от 1 0 до -1 47° С, на североохотоморском шельфе и в заливе Шелихова от -1 б до -1 8° С Тихоокеанские теплые воды распространяются на более большую территорию, по сравнению с годами с максимальной ледовитостью На шельфе Сахалина температура воды имеет значения в пределах от -1 55 до -1 7° С Минимальная температура -1 7° С также наблюдается в заливе Анива на акватории серых льдов

В годы с минимальной ледовитостью площадь льда составляет 52 4 % и более обширная акватория свободная ото льда имеет положительные значения температуры воды, изменяясь в пределах от 3 0 до -1 0° С Характерная изогнутость изотерм явно указывает на заток тихоокеанских вод Положительные значения температуры воды наблюдаются до 57° с ш Вблизи границ кромки льда температура воды изменяется в пределах от 0 0 до -1 0° С, у границ битых льдов от - 1 0 до -1 7° С К берегам Камчатки примыкают более теплые воды, по сравнению с годами со средней и максимальной ледовитостью, температура здесь изменяется в пределах от 2 0 до -1 0° С Отрицательные значения температуры воды наблюдаются у самого побережья На североохотоморском шельфе и в заливе Шелихова

температура воды изменяется в пределах от -1 7 до -1 8° С, более холодные воды также расположены ближе к берегу На шельфе Сахалина температура воды составляет - 1 6 - -1 7° С, минимальные значения температуры воды наблюдаются в заливе Анива Соленость воды на поверхности в феврале

В феврале соленость воды имеет максимальные значения вследствие осолонения вод за счет льдообразования и затока тихоокеанских вод В годы с максимальной деловитостью на всей акватории моря наблюдается повышенная соленость воды, которая изменяется в пределах от 33 до 33 28%о На свободной ото льда поверхности наблюдаются наименьшие значения солености воды Повышенные значения солености воды наблюдаются на акватории с серыми льдами

В годы со средней ледовитостью соленость воды изменяется в пределах от 32 9 до 33 25%о По всей акватории моря они менее соленые, чем в годы с максимальной ледовитостью В последнем случае на свободной от льда поверхности соленость воды имеет наименьшие значения, изменяясь в пределах от 32 9 до 33 0%о Наибольшие г.значения солености воды наблюдаются в районах образования серых льдов на североохотоморском шельфе, в заливе Шелихова и составляет 33 25%о

В годы с минимальной ледовитостью соленость воды Охотского моря изменяется в пределах от 32 8 до 33 25%о На свободной ото льда поверхности моря, занимающей большую площадь, чем в иные типы ледовитости наблюдаются наименьшие значения солености воды от 32 8 до 33 0 Воды с пониженной соленостью (32 9%о) наблюдаются до 57° с ш Наибольшие значения солености воды наблюдаются в районе образования серых льдов и равна 33 25%о

Плотность воды на поверхности в феврале

Осенью, до начала льдообразования, плотность воды в Охотском море повышается за счет снижения температуры воды Затем вступает в действие процесс льдообразования, и увеличение плотности зависит от высаливания льда

В феврале плотность воды Охотского моря увеличивается только за счет повышения солености воды при льдообразовании В годы с максимальной ледовитостью плотность воды имеет максимальные значения, изменяясь в пределах на свободной ото льда поверхности моря от 26 51 до 26 76 уел ед, на площади моря занятой льдами от 26 63 до 26 76 уел ед

В годы со средней ледовитостью воды Охотского моря менее плотные и изменяются в пределах на свободной ото льда поверхности моря от 26 25 до26 55 уел ед, на площади моря занятой льдами от 26 35 до 26 74 уел ед

При минимальной ледовитости воды имеют наименьшую соленость и меньшую плотность, по сравнению с зимами других типов Их плотность составляет на свободной

ото льда поверхности моря от 26 21 до 26 72 уел ед , на площади моря занятой льдами от 26 36 до 26 76 уел ед Дрейф льда

Для учета вклада ветровой составляющей на направление течений в годы с максимальной, средней и минимальной ледовитостью был рассчитан дрейф льда

Анализ дрейфа льда показывает, что на ледяной покров существенное влияние оказывает синоптическая обстановка, дрейф проходит со значительной циклонической составляющей Так, в малоледовитые зимы атмосферные потоки обусловливают дрейф льда вдоль о Сахалин на юг В зал Шелихова и на выходе из него дрейф направлен на запад, юго-запад

В максимальные и средние по ледовитости годы дрейф льда в северной и западной частях моря направлен на юго-восток со значительной меридиональной составляющей, равномерно заполняя льдом центральную часть моря Средняя скорость дрейфа составляет 0,04-0,06 м/с

4. Циркуляция вод Охотского моря в зимний период

В четвертой главе представлены схемы течений в годы с максимальной, средней и минимальной ледовитостью для февраля на поверхности и на горизонтах 10,100,200 и 400 м Проведен их анализ

4 1 Поверхностные течения Охотского моря в максимальные, средние и минимальные по ледовитости годы

Использование карт гидрометеорологических характеристик, составленных нами и представленных в главе 3, позволило произвести расчет полей течений на всей поверхности моря и на горизонтах 10, 100, 200, 400 м в самый суровый месяц года - февраль Подобный расчет с учетом ледяного покрова выполнен впервые Ниже приводятся расчетные схемы течений и выполнено их сравнение с существующими данными о течениях в летний период

Анализ полученных схем ( рис 2) показал, что поле течений изменяется в зависимости от ледовитости, и имеет значительные отличия от традиционных схем Главная причина выявленных отличий от летней схемы циркуляции связана с формированием на североохотоморском шельфе моря при льдообразовании аномально плотных вод с температурой близкой к точке замерзания и повышенной соленостью

Рассмотрим течения на поверхности в основных районах Охотского моря Западная Камчатка

Проведя анализ полученных нами схем, можно отметить, что зимой в районе Западной Камчатки наблюдается северное движение вод На схемах хорошо просматривается заток

вод через Курильские проливы, начиная от Первого Курильского до Рикорда Западная граница потока проходит по 153° в д в годы с максимальной и средней ледовитостью и по 15.2° - минимальной ледовитостью В годы с максимальной ледовитостью льдом покрыта большая часть моря (88 3 %), Западно-Камчатское течение (ЗКТ) более узким потоком движется на север, поток доходит до 56° 30 с ш , В годы со средней ледовитостью (73,5 %) течение также узким поток доходит до 56° 30 с ш, поворачивая на запад к впадине ТИНРО В годы с максимальной и средней ледовитостью холодные соленые воды под ледяным покровом интенсивным потоком движутся с североохотоморского шельфа на юг, юго-запад, юго-восток, заполняя всю западную и центральную части моря, Северной ветви ЗКТ не наблюдается В малоледовитые годы ледяной покров составляет 52 4 % общей площади моря В годы с минимальной ледовитостью ЗКТ, более широким потоком движется на север, теплые тихоокеанские воды распространяются на большую акваторию моря, течение разделяется на две ветви Северную, которая доходит до 56 30 с ш, и Срединную, воды, которой поднимаются до 54° с ш, соединяясь с холодными водами североохотоморского шельфа и движутся на юго-восток (Шутова. 2004) Границы, отделяющие холодные воды североохотоморского шельфа от теплых тихоокеанских, в разные по ледовигости годы, хорошо согласуются с границами кромки льда

Североохотоморский шельф Циркуляция вод на североохотоморском шельфе в феврале отличается от летних схем Основная часть различий связана с изменениями пространственной структуры плотности, возникающей за счет холодных высокосоленых плотных вод В основном источником аномалии плотности является вытеснение рассола при льдообразовании, а наибольшая интенсивность данного процесса отмечается в районах полыней и разводий

Движение вод, формирующее общую циклоническую циркуляцию северной части моря, в феврале нарушается В годы с максимальной ледовитостью наблюдается южное, юго-западное движение вод Воды северо-западной части шельфа движутся на юг, юго-восток, к впадине Дерюгина, образуя Восточно-Сахалинское течение (ВСТ) В годы со средней ледовитостью воды шельфа от 147° в д движутся от берега на юг В районе 57-58° с ш 143-146° в.д воды имеют юго-восточное направление В точке 58° с ш, 155° в д воды поворачивают на северо-восток и доходят до горла залива Шелихова (Северная ветвь ЗКТ), их дальнейшему прохождению препятствуют вынос льда и вод из залива Часть вод северозападной части движется на юг, образуя ВСТ В годы с минимальной ледовитостью воды шельфа имеют юго-западное направление по всему шельфу Воды северо-западной части движутся на юг, юго-запад, и от 55 с ш на юго-восток, образуя ВСТ

а

б

0,25 м/с 0.5 м/с 1 м/с

Рис. 2. Поле течений на поверхности Охотского моря (февраль) в максимальные средние (б) и минимальные (в) по ледовитости годы.

Залив Шелихова.

Анализируя полученные нами схемы течений для трех типов деловитости, было установлено предположительно (расчет течений не выходил за рамки границ 100 м глубины) в годы с максимальной ледовитостью противотечение североохотоморского шельфа вдоль берега заходит в залив, поток вод движется на юго - восток Направление потока указывает на антициклоническое движение вод в заливе Антициклоническое движение вод подтверждается направлением дрейфа льда вдоль берегов Западной Камчатки на юг (Якунин,1964) Потоки вод Камчатского течения не достаточно сильны, чтобы противостоять выносу льда и вод из залива Вынос вод из залива наблюдается у Камчатского берега и далее поток опускается к впадине ТИНРО (ЗЬиЮуа, Уакишп, 2005)

Восточно-Сахалинское течение

На полученных нами схемах воды северо-западной части моря на широте 56° с ш, соединяясь с водами центральной части моря, движутся на юг, образуя Восточно-Сахалинское течение Начиная с 53° с ш воды всей акватории моря, исключая поток ЗКТ, движутся на юг, юго-восток, юго-запад, вытекают из моря через проливы Кунаширский, Екатерины, Фриза, Уруп, Буссоль, Дианы в Тихий океан

В годы со средней ледовитостью течение хорошо согласуется с дрейфом льда, имеет южное, юго-западное направление, стекая в Курильскую котловину, и выходит через проливы Кунаширский, Екатерины, Фриза, Уруп, Буссоль, Дианы

В годы с минимальной ледовитостью ВС течение имеет южное, юго-восточное направление и вытекает в океан через проливы Кунаширский, Екатерины, Фриза, Уруп, Буссоль, Дианы

Течение центральной части моря имеет в основном южное, юго-восточное, юго-западное направление Мощный вынос северо-охотских вод не позволяет развиться Срединному течению в годы с максимальной и средней ледовитостью Срединное течение наблюдается в годы с минимальной ледовитостью

Зимняя циркуляция вод значительно усиливается по интенсивности и упрощается, по сравнению с летней Проведя анализ данных, построенных карт скоростей течений, можно сказать, что скорости постоянных течений в феврале по всей акватории моря возрастают в 1,5 - 2,0 раза по сравнению с летними и составляют 0 01 - 1 54 м/ с

4 2 Течения Охотского моря на горизонтах 10 - 400 м в максимальные, средние и минимальные по деловитости годы для февраля

Течение на горизонте 10 м

Схемы течений на горизонте 10 м существенно отличаются от схем течений на поверхности Это указывает, что на поверхности особое влияние на направление и скорости течений оказывает деловитость (влияния дрейфа льда) и ветровой режим В разные по деловитости годы на горизонте 10 м течения практически не имеют различий Лишь в некоторых точках наблюдаются изменения в направлении рассчитанных течений Воды на склоне Западной Камчатки имеют северное, северо-западное направление Часть вод движется на североохотоморский шельф, достигая 57° с ш, поворачивает на восток к заливу Шелихова, часть соединяется с водами шельфа и движется на юго-запад Поток тихоокеанских вод (Срединная ветвь ЗКТ) движется на северо-запад и в районе 55° - 56° с ш 145° - 146° в д соединяется с водами североохотоморского шельфа На североохотоморском шельфе воды, в основном, имеют юго-западное направление На севере шельфа вдоль берега воды движутся на восток и заходят в залив Шелихова В заливе Шелихова наблюдается антициклоническая циркуляция вод Воды шельфа Сахалина движутся на юго-восток, восточная граница потока проходит по 146° в д

Течения на горизонтах 100.200.400 м

Схемы течений на горизонтах 100, 200 и 400 метров в основном отражают элементы циркуляции вод на горизонте 10 м, в результате выравнивания вертикальных градиентов плотности за счет осенне-зимней конвекции Воды на склоне Западной Камчатки имеют северное, северо-западное направление Поток тихоокеанских вод (Срединная ветвь ЗКТ) движется на северо-запад до 55° с ш в годы с максимальной, средней и минимальной ледовитостью На североохотоморском шельфе воды имеют южное и юго-западное направление На севере шельфа вдоль берега воды движутся на восток и заходят в залив Шелихова Воды шельфа Сахалина движутся на юго-восток Скорости течений с глубиной уменьшаются незначительно, и на глубине 10 - 400 м изменяются в пределах 0 002 -1 05 м/с К основным отличиям циркуляции вод в феврале можно отнести смену направлений вдольбереговых течений на североохотоморском шельфе, антициклоническую циркуляцию вод залива Шелихова на поверхности От типа деловитости зависит количество затока теплых тихоокеанских вод и их распространение по акватории моря Движение вод ЗКТ изменяется в зависимости от деловитости В максимальные (88 3 %) и средние (73 5 %) по ледовитости ЗКТ узким потоком вдоль берега Камчатки доходит до впадины ТИНРО

Западная граница потока проходит по 153 0 С вд Под ледяным покровом интенсивным потоком холодные соленые воды движутся с североохотоморского шельфа на юг, юго-восток, заполняя всю западную и центральную часть моря В малоледовитые годы ледяной покров составляет 52 4 % общей площади моря, ЗКТ более широким потоком движется на север, граница потока проходит по 152° С в д ЗКТ разделяется на две ветви - Северную, которая движется вдоль берегов Камчатки и доходит до впадины ТИНРО, и Срединную, которая движется в центральной части моря и доходит до 54° с ш до в д

Холодными, солеными водами, движущимися с североохотоморского шельфа, заполнена западная часть моря Граница, отделяющая эти воды от теплых тихоокеанских, в разные по ледовитости годы, хорошо согласуется с границей кромки льда

Движение вод, формирующее общую циклоническую циркуляцию, северной части моря в феврале нарушается В годы с максимальной и средней ледовитостью наблюдается южное, юго-западное движение вод с минимальной - юго-западное

Воды северо-западной части движутся на юг, юго-восток в годы с максимальной и средней, юго-запад - минимальной ледовитостью, образуя ВСТ В заливе Шелихова наблюдается антициклоническая циркуляция „

Анализ схем течений на поверхности и на горизонтах 10 - 400 м показал,, что поле течений имеет различия, зависящие от типа ледовитости, в основном на поверхности На горизонтах 10-400 м циркуляция вод отражает, в основном летнюю схему движения вод Отличие наблюдается на североохотоморском шельфе, где осенне-зимняя конвекция достигает дна, и за счет направления преобладающих ветров и формирования в полыньях высокосоленых плотных вод происходит изменение направления течений Воды североохотоморского шельфа движутся на юг, юго-запад и в залив Шелихова, где наблюдается антициклоническая циркуляция

В Заключении сформулированы основные результаты работы

1 Составлены поля температуры, солености и плотности воды для всей акватории Охотского моря (февраль), в том числе и подо льдом, при максимальной, средней и минимальной ледовитости

2 Показано отличие циркуляции вод в феврале от традиционных схем течений, составленных по данным теплой половины года. Не наблюдается общепринятая циклоническая циркуляция вод движение вод, нарушающее общую циклоническую циркуляцию вод северной части моря имеет южное, юго-западное направление, не наблюдается Северо-Охотского течения

3 Выявлена изменчивость циркуляции вод в феврале на поверхности моря в зависимости от типа деловитости (максимальной, средней, минимальной)

а) воды Западно-Камчатского течения в годы доходят до впадины ТИНРО,

б) в годы с максимальной и средней ледовитостью отсутствует Срединное течение, в годы с минимальной ледовитостью Срединное течение наблюдается, и его воды достигают 54° с ш

в) скорости течений на поверхности в феврале по всей акватории моря возрастают в 1,5-2,0 раза по сравнению с летними и составляют 0,01-1,54 м/с

4 Поля течений на горизонтах ¡0-400 м существенно отличаются от схем течений на поверхности и, в основном, отражают летнюю циклоническую циркуляцию вод На схемах течений хорошо прослеживается Западно-Камчатское течение, движущееся на север, северо-запад, с Срединной ветвью, Восточно-Сахалинское течение, движущееся на юго-восток Отличие наблюдается на североохотоморском шельфе, где воды движутся на юг, юго-запад Скорости течений с глубиной уменьшаются незначительно и составляют 0 002-1 05 м/с Установлено, что главная причина выявленных отличий от летней схемы циркуляции связана с ледовитостью и изменчивостью дрейфа льда, с формированием на шельфе моря при льдообразовании аномально плотных вод, повышенной соленостью и процессами осенне-зимней конвекции

По материалам диссертации опубликованы работы:

1 Выбор оптимальной методики расчета течений в Охотском море // Вторая региональная научно-практическая конференция Тез докл - Владивосток ДВГУ,

2000 - С 46

2 Атлас океанографических параметров Охотское море // ГУНИО МО РФ Сп-б,

2001 -391 с

3 История исследования течений в Охотском море // Материалы научной конференции студентов и аспирантов ДВГУ - Владивосток ДВГУ, 2002 -С 136

4 Факторы, формирующие динамику Охотского моря // Третья региональная научно-практическая конференция Тез докл - Владивосток ДВГУ, 2002 - С 45

5 Циркуляция вод Охотского моря в августе // Региональные вопросы синоптической метеорологии и климатологии - Владивосток ДВГУ, 2002 - Вып 11 - 85-90 с (Межвузовский сборник)

6 Вертикальные движения вод в Охотском море в августе // Вопросы гидрометеорологии и географии Дальнего Востока Четвертая региональная научно-практическая конференция Тез. докл - Владивосток ДВГУ, 2003 - 6970 с

7 Циркуляция вод Охотского моря в феврале в экстремальные по деловитости годы // Гидрометеорологические и географические исследования на Дальнем Востоке Материалы пятой юбилейной научной конференции - Владивосток ДВГУ, 2004 - 72 -73 с

8 Течения на поверхности Охотского моря в экстремальные и средние по ледовитосги годы для февраля П Деп в ИЦ ВНИИГМИ-МЦД - № 1226-гм 04 от 10 08 2004 -20 с

9 Методика расчета течений в зимний период // Деп в ИЦ ВНИИГМИ-МЦД - № 1227-гм 04 от 10 08 2004 -11 с

10 Surfase Current in the of Shelikov in the winter // The Twentyth Int Simp On Okhotsk Sea and Sea Ice // Abstracts - Mombetsu, Japan, 2005 -Pp 272-273

11 Воздействие льда на поверхностные течения Охотского моря // Вестник ДВО РАН №2 -2007

-133-139 с

12 Термохалинная структура воды на поверхности Охотского моря с учетом ледяного покрова//Изв ТИНРО -Т 148 - 2007

13 Распределение температуры воды на поверхности Охотского моря в феврале // Седьмая научная конференция Тез докл - Владивосток ДВГУ, 2007 -102-104 с

ШУТОВА Марина Михайловна

3 и л^ил X ЦИРКУЛЯЦИЯ ВОД ОХОТСКОГО МОРЯ В

ЭКСТРЕМАЛЬНЫЕ И СРЕДНИЕ ПО ЛЕДОВИТОСТИ ГОДЫ

Специальность 25 00 28 - океанология

Автореферат Диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Подписано в печать 24 03 2008 г Формат 60x90/16 1 уч -изд л Тираж 100 экз Заказ № 94 Отпечатано в типографии издательского центра ФГУП «ТИНРО-Центр» Г Владивосток, ул Западная, 10

Уважаемые коллеги,

Отзывы на автореферат, прошу выслать по адресу

690000, г Владивосток, ул Октябрьская, 27, ДВГУ, кафедра океанологии

Email marshutova@ mail ru