Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему
Закономерности пространственного распределения показателя ослабления света в северо-западной части Тихого океана
ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Закономерности пространственного распределения показателя ослабления света в северо-западной части Тихого океана"

и 9 §

Академия наук ССС? Тихоокеанский океанологический институт Дальневосточное отделение

На правах рукописи Косолапкин Геннадий Юрьевич

УДК 551.463.5:535.341

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ОСЛАБЛЕНИЯ СВЕТА В СЕВЕРО-ЗАПАДНОЙ ЧАСТ! ТИХОГО ОКЕАНА.

(специальность 11.00.08 - океанология)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Владивосток - 1990

Работа вило;;н5^а а Тихоокеанском океанологическом институте

ДВО АЧ ССС?

Научный руководитель:

Доктор физико-математических наук, ахадеиикВ.'Л.Ильичев

Официальные оппоненты:

Доктор физико-катематических наук О.В.Копелевич Кандидат географических наук Г.И.Квасов

Ведущее учреждение: Государственный оптический институт им.1

Зас^та диссертации состоится " 2 ч " о в_199С г

ъ 12 часов на заседании Специализированного ученого сов81 К С03.34.01 по са:цчте диссертаций на соискание ученой степей кандидата наук при Тихоокеанском океанологическом институте АН СССР.

Адрес института: 690032, Владивосток, ул.Радио, 7.

С диссертацией ксхно ознакомиться в библиотеке Гихоокеанског океанологического института ДВО АН СССР

Автореферат разослан " 2 " г

Ученый секретарь Сп?цлг.лизпгс1за(:нсг совета кандидат география ес.<их наук

в.н .Новожилов

0Е1ЦЛЯ ХАШТЕР1СГККА Р.4Е0ТЫ

Актуальность проблем. Распределение и игг«гга!зосгь гндроепти-еских параметров в Иировом океанеьвяпгЗ индяг'гтер состояния го природной систем. В гастоя^ев Ерсня болкзей объем

пнннх, позволпшрх судить о глобальной рпепредзшг.ти огт:'?ес"Г!Г. арактеристик, однако изученность районе:? с. с:«!-!!сЧ пр.-о:ррлст;'«'и-оЯ изменчивость^) далека от зааергегг.тя. Особенно з'л касается ихресых образований я фронтальное г.азделоз в еззеро-западне" чзс-•и Тихого океана и его охрамгашх «орг»1. Это обстоятельсро сдср-ивает теоретическое ос?ллслем::е <£:зико-жчл:;:о~б':1атсг:!чзск1« явле-гаЯ в этих структурах.

Антуалыш?! и перспоктязьтм ярздетазяяэггя таггя прдаоя' !.~?5 оргастических методов к анализу результатов псллгаягас иэкерошй з цзлъо вияиясгая осношнх законскергюсге'Л рр'т.трктстосниога распределения гадрооптическхсс пара.'.;егрс2.

Задача изучения осяосних гадролого-Сиолопда?окж: £с.;с?о?оз, *ср--аиру «я?« вертанальнуп сятстескуо структуру псоерглсзпгсго сил океана, оптякадьно разрепгчз с псяогэд иагег'агтгосксго кодб.т.^!сз"Ния распределим!! взссси бяояопгагского проксхо.-деп-.'я, п осчсеисм еярг-делпяцзй исмзнчивоста сптаческйх характеристик иорской зодн. Сраз-пагло модельного расчета к нлгурнах пабледсетЯ ккпег, с одной стороны, слупить доказательств ал гд^ктттностн полкгагисД а основу модели теории , о другой сторсии, еыяеглъ прз&яп в иге?,* знаниях я, тем с«.агм, указать пгрспегстшжэ нгшр38лсий.ч иез-гедсваияя. Цель рабой;. Цольч настоя:??!! работу является: I. Исследсзагш^ простраиствекно-эренеииой даздмчивоегг показателя ослаблстл еггта в вихревых образе раш.тх я фрочгялышх разделе.:; на акватории ееверо-заяаднсЯ част'.'. Ткхсго окег-ла я его ократе-н'.х морей.

1. Анализ результатов полигонных измерений в районах с сильной пространственной неоднородностью для выявления основных осо бенностеп оптической структуры сод путем применения метода глав ¡их компонент.

3. Изучение основных факторов, формирующих оптическую структуру поверхностного слоя океана, с помощь» математического моде дарования распределения взвеси биогенного происхождения.

Научная новизна. В данной работе проведено исследование олти> ческой структуры вихрей и фронтов в йчн о-Китай с к см и Охотском корях - районах, малоизученных с оптической точки зрения. Впервые исследована временная изменчивость оптических свойств вихревых образований зоны смешения вод в области субарктического фронта в Тихом океане.

Анализ полигонах измерений методом главных компонент позволил выявить основные особенности вертикальной структуры показат* •ал ослабление света в области субарктического фронта в Тихом ок! ане, проследить сезонную изменчивость и связь с типом вод, а та! же предложить сиъактивниЬ! критерий классификации по оптическим признакам.

Выполненный числекныл анализ модели распределения различных составляющих биогенной взвеси позволяет оценить влияние различных йиоико-химкко-биологических факторов на формирование профилен фитопланктона и детрита - основных оптически активных компонент взЕеиешого вецества в океане. .

Практическая ценность. Проведенные исследования оптических свойств различных гидрологических структур позволяет углубить знания о явлениях, происходящих в них. Полученная информация почет быть использована при разработке методик аэро-космическогс исследовался океана. В частности, сна мочет многое дать для

развития техники наблюдения вихревых образований.

Районы проведения натурных измерений являются традиционными для рыбного промысла, и полученные даннае могут быть использованы при составлений локальных прогнозов продуктивности.

Численное моделирование вертикального распределения различных оптически активных компонент взвеси позволяет расширить интерпретацию совместных измерений показателя ослабления света и флюоресценции фитопланктона, сделать заключение о размерах частиц.

Основные результаты диссертации, выносимые автором на защиту:

1. ¡¡оказано, что маломнгенсивнке циклонические вихревые образования, расположенные в глубоководной части Юзно-Китайского коря, выделяются повышенными значениями показателя ослабления

у поверхности.

2. Показана существенная зависимость оптических свойств елтц-циклонических вихрей Куросио от стадии их разпития.

3. Обнаружена статистическая связь между толщиной слоя пониженной прозрачности и значением В в кем я области субарктического фронта в Тихом океане.

4. Проведен анализ влияния гидрояого-биологических условий

на формирование профилей фитопланктона и деяркта - основних- оптически активных компонент взвеси.

Апробация работа, йатерталы диссертации докюдыбэлюь на семинарах Лабораторш Оптики океана института океанологии им. Л. II. Ширшова АН'СССР (1988-1969 гг), расширенном семинаре Отдела терлики и динамика океана Тихоокеанского океанологического института ДВО АН СССР (1989), II Международном симпозиуме по морским наукам (Находка, 1S88). Тезисы докладов представлены на ТУ Все-« соэзнув конференцию ".¿mopol океан" (Владивосток, 1983), конференций "Оптлка океана и атмосферы" (Батуми, 1984), III съезд

советских океанологов (Ленинград, 1937), X пленум РГ по оптике океана (Ростов, 1988).

Публикации. Ло материалам диссертации опубликовано 7 работ.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит' из введения, трех глав и заключения. Объем диссертации составляет VV2_ страниц машинописного текста. 52 рисунка ( страницы) Список литературы составляет 123 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении дается обоснование актуальности работы, излагаются цели и задачи исследования и описывается структура диссертации .

I

Глава' I. результаты исследования вербшлыой изменчивости оптического показателя' ослабления в ТИХОл океане в начале первой главы проводится анализ современного состояния исследований изменчивости оптических характеристик в океане, при этом основное внимание уделяется'оптическим свойствам вихре-Ьых образований и фронтальных разделов. иоказана существенная зависимость распределения оптических характеристик этих образований от степени их интенсивности, направления вращения и происхождения (синоптические вихри, ринги). Отмечается недостаточность накопленного объема данных об оптической структуре вихрей в звт-рофных районах, в частности в северо-западной части"Тихого океана»

Из первичных гидрооптических параметров наиболее доступным для измерения 1п $11ц и в то же время достаточно информативным является показатель ослабления света ( £ ). Поскольку экспериментальная чг.сть работы целиком посвящена судовым измерениям вертикальной структуры показателя ослабления, на основе литературных данных выполнен анализ факторов, определяющих этот гидро-олтичесгий параметр. Показано, что в исследуемом.спектральном

интервале наиболее существенный вклад вносит взвеаенное вещество.

Все натурные исследования, приведенные в работе, выполнены при помощи погружаемого прозрачномера "Кванг-З". Рассматривается принцип действия прибора, анализируется диапазон измерений показателя ослабления. Для расширения, возкояности измерения малых значений

S предлагается отличная от стандартной методика юстировки прибора, которая позволяет проводить измерения в олиготрофных водах.

Экспериментальные исследования изменчивости показателя ослабления света. Натурные измерения вертикальной структуры показателя ослабления света, представленные в диссертации, выполнялись в четирех рейсах на судах ДБО аН СССР. Проведены исследования на 360 станциях. За исключением мелководных районов,зондирования выполнялись до глубины ~ 250 м. Itec правило, одновременно проводились синхронные измерения зондом "¡четок-4".

Поскольку основной целью исследований являлось изучение изменчивости показателя ослабления в районах с сильной горизонтальной неоднородностью, необходимо знание фоновых характеристик, т.е. структуры £ в областях, где горизонтальные градиенты гидрофизических параметров не превыпоют среднеклшатичееких значений. Анализ экспериментальных результатов начинается с данных, полученных на меридиональном разрезе по 1б0°в.д. от побережья Камчатки до зоны экваториальной дивергенции. Разрез включал три однородные области. Участок от Камчатки до северного субарктического фронта характеризовался в период проведения измерений (октябрь) пониженной прозрачнсстьв в вер^снем однородной слое (значения лежали в пределах 0.3f0.4 Ниже термоклина прозрачность

бкетре- увеличивалась. Своим происхоздением верхний слой обязан • осеннему ,7.*эе?'як,«-! фитопланктона, что подтверэдавт сопутствующие измерения ас^.^ичрй^йч пстиентов хлорофилла. Вторим однородным /чедовоу ¿кододь ç^epoffifuei.Ka* область, для которой была

характерна высокая прозрачность вод и наличие на вертикальной профиле двух небольших максимумов на горизонтах сО-ВО м и

110-130 м. Отмечена связь ме.кду глубинами залегания этих максимумов и изотерм 20°С и 16°С соответственно. Южнее субтропического фронта профили прозрачности остаются слабо выраженными, хотя их характерный вид меняется, становясь, как правило, одногорбый.,

Гидрооптическая съемка, выполненная в Южно-Китайском море зимой, выявила существенную неоднородность распределения прозрач-, ности по пространству. Систематизация профилей £(г) позволяет выделить пять характерных типов. Две области, определенные по гидрологическим данным как места циклонических круговоротов, характеризовались вертикальным распределением £(¿1 с максимальным значением вблизи поверхности. Исследуемые структуры располагались в глубоководной г'асти моря, следовательно, взвесь, определяющая понижение прозрачности, несомненно биогенного происхождения. Поскольку изменчивость гидрооптических характеристик наиболее отчетливо прослеживается в поверхностном слое,для наблюдения за такими образованиями могут быть использованы аэрокосшческие методы.

Исследования показателя ослабления света в южной части Охотского моря в период зимней конвекции показывают, что для этого времени года характерна низкая прозрачность в конвективном слое и быстрое увеличение прозрачности ниже его. Отмечается прямая . связь между градиентами показателя ослабления и температуры на нижней границе конвективного елок, что свидетельствует о влиянии интенсивности турбулентного обмена на формирование профиля гидро-оптицеских характеристик. Области фронтальных разделов как у материкового склона о.Сахалин, так и у о.Итуруп выделялись на окружающем фоне наличием мкцшх слоев пониженной прозрачности на горизонтах нихе эвфонической зоны. Антицикло.Чический вихрь не имел существенных аномалий в поле показателя ослабления, лишь вариацкк

татаиня слоя пониженной прозрачности, определ;:е':сП глубинен неП конвекции, выделяли это вихревое образование.

В рамках ме^педомс?венного эксперимента. <оГ.,а<УЕ5Г0Н, посвященному детальному и комплексному иоуксгаа за и сж-:с-нчя 1.од в области субарктического фронта в Тихом окозче, проводилось,п частности,и исследование вертикальней структуру кэкаэателл ослабления света. Выполнены две съемки: в кше и гкгуста. Таким образом, измерения охватили дна сезона - сегсн "б• слсгнч-есксй" и лета. Гидрологические данное позво.-.-лл-л сл'тгг.'ль в изучаемом ра1оне следующие элементы структуру - кеакдр ■•-згепчого субсртам-ческого фронта (фронт Ойясмо), гторг.чн'.'Я фрс::г погерхкост-лое проявление фронта Куросио, дез гнтмциклечн'ггеких вихре:'/к образования (ринга Куросио) и хеледкмп цж.-с ! (ранг СЯпско). Сравнение результатов д^ух съепок указывает нч. <те"н?елъно'з >"*йл-дрпрование течения Куросао. ДтхЗ процесс г;че-:.ди? к фор:,гиро:-я-нн.а вторичных фронтов, сихрей, меандров, скугр:'. -отсрых всстот-но существование рециркуляционных образовал {гчер-м^оодр»). Примером такого образовать"! слугл? зе^гагароггаккЛ з кгс-ссгтсч-ной части полигона вихрь -иааядр.

Ионьская съемка покагква<г.' сильна кесд1;ср:,дно''Т^ иропгрзис?-венисго распределения похязстелл ослабления. Для гзртихалького распределения прозрачности типичными кьлязге:-. поа^чг;! с бол; значениями В в пряяозерхностнся -м?ру:.сч с-'.ое и бесс?-: увеличением.прозрачности у.те на горизонтах ЗС/-50 петров. Показатель ослабления -¿лиги поверхности изчшялся «г 0.18 а аедах субтропической структура до 1.2 доя ог.-сльма уи'-^-сз а окрестности северного субарктического фр»>га. Ко. г.у (а нех 1Ч>~2&0 и показатель ослабления при :чогкк по ::з:кп«;.сь (£ ~ 0.1:->0.Х4 и***4

*

Все ви;:р--г,!:е образо^'г." особенна?м е распределении

гидрезпти^' <-'.-!Х хардктеристл:!. При зтем ссчечглвсь связь иэжду

временем существования антициклонического вихря и эго оптическими свойствами. Три зарегистрированных антициклона по Т , £ характеристикам ядер имели следующий возраст: вихрь AJ в юго-западной части полигона просуществовал одну зиму, вихрь (центральная часть полигона) два зимних периода и вихрь-меандр Ш — молодое образование, формирование которого происходило во время исследования. Распределение показателя ослабления е вихре А2 и .вихре-меандре во многом совпадает : ядро вихря образовано относительно прозрачными водами (£ ~ 0.2 ^ 0.3 На периферии наблюдалось значительное уменьшение прозрачности, при этом контраст мезду центральными и периферийными областями в вихре-меандре значительно больше. Антициклон яо по оптическим свойствам противоположен и вихрз Ар и вкхра-меандру. Его центральная область и особенно западная часть характеризуется экстремально высокими значениями показателя ослабления ("»1.1 тогда как на периферии почти повсеместно располагаются относительно прозрачные воды (£ ~ 0.25 0.35 м-1). Циклонический" вихрь Ц выделился повышенными значениями показателя ослабления в приповерхностном слое центральной области.

Измерения, проведенные в' августе, показали значительное изменение оптической ситуации. В вго-западной половине полигона вертикальное распределение прозрачности 'становится трехслойным. Вихрь А^ ь августе находился за пределами полигона, а вихрь А2 пересечен 'только двумя разрезами. Результаты измерений показывают наличие ыоцкых слоев пониженной прозрачности (£ ~ 0.6 и" ) в центрально:; часп: антициклона на глубине ~ 50 м. Сравнение структуры вихря А^ с вихрей Гольфстрима Б2-В показывает ряд общих черт, в частности, цогьгсекнуи биологическую продуктивность >дра, кмекдув сходную природу. Анализ результатов двух гидрологических съемок V. 5ст гл н&лкчке подъема сод в центральной области гщтицагло-

на А,,. Средняя скорость уменьшения глубины изотсря Ю°С 0.8 м/сут, что сопоставимо с данными о ринге 82-В. Проведенное сравнение двух рингов позволяет заключить, что определяющим оптическую структуру вихря Аг, служи явление, известное под названием ПСНома! ¿вСйу , т.е. разрушение из-за трения.

Оптически свойства вихря-меандра за период меаду ипнем и августом существенных изменений не претерпели, лишь контраст меяду центральной областью и северной периферией увеличился. Здесь зарегистрированы экстремальные по полигону значения показателя ослабления (£ ~ 0.9 и-*), что безусловно свидетельствует о сильной локальней апвел.тинге в этой области и, как следствие, бнстрся делении клеток фитопланктона. Циклон 1! во ьреия августовской'съемки в поле анс:лал;:Я оптических сгоЛств себя не проявил.

Отдельно изучалось расгределеп'ле прозрачности в области фронтальных разделоз. Оптические сг.сЛстга гихрег.ого фронта антициклона з ютаой и северной частях з',,отно отличатся. Северная часть повсеместно проявляется пошсением прозрачности сод, прячем наиболее чистые воду находятся а районе лакекмаяьного наклона изолиний гидрологических характеристик. Подобная однозначная связь отсутствует на п:гксм спхрйгоч френге."

В ионе сегер:~.') субяргстп^есгкй фронт шделяяся на фоне окрука-ю'дях вод относительной прозрачкостьп кед п сблгсти максимального наклона изотеру, так я к сереру от нее. Язперхнссгкоз проявление фронта Куросио по свс:о1 сягкческ::и срсЯсгнаи зг*:стно отличается от северного субарктического фроотя. Область лаяскиаяьного наклона изотерм, а гакхё прилегаете а северу района гаделгзгея пони-•хенной прозрачность». В аггусте эта облаегь характеризовалась , наличием мощного слоя понижен кол прозрачности на глубине сезонного термоллина.

Анализ оптической структура субарктического фронта й Тяхси

схеанз закаичиъас-ся рассмотрением результатов широтного разреза по К0°б.д., пройденного в октябре б период осеннего "цветения" •' фитопланктона. Обнаружено соответствие оптических и гидрологических свойств при че1ь:рехзональноп структуре.

Гласа 2. ШЖЗ ВШЙКАШЮГО РАС11РЕДЕЛЬНЯЯ

¡К^РаЧНОСТИ

В начале глаи' излагается теоретические основы метода разложения случайг^ж полой по естественным ортогональным функциям (b/J) у;./, »-.¿года ívt.sí£¿; кочг.знен?, рассматриваются возможности практи-

кспсльзсе-^г.:;; котода. Далез проведен обзор исследования гг^роз::тичсск::х поле;'.- в иорях к океанах с применением метода ЬОФ.

В днесерха^ш и^тодоп EGv лроьсдатся* анализ полей показателя ослабления света б ойласти субарктического фронта в Тихом океане. О качестве исходного патериала г.спользосааа значения показателя селаЗяения сюта на двенадцати кгобатических поверхностях 136 стшияй, слг.ол««-гаик в кшз,Ш стшедш в августе. Рассматривает- • сл ьгрхкиП 55-м':трошЛ слой, в основной спредел?кций изменчивость гедрооптич-гск:;:; характеристик в исследуемой районе.

Для исследования на устойчивость главках компонент среднестатрс-тичеекке профиля ¿ Ш. и перше £0® вкчислглись по всему полигону и так s-.c отдельно по восточной и заладноП частям. Съемка в ионе показкпает незначительнее изменения пра смене выборки, тогда как ь августе отмечается радикальное отличие форм и среднестатическо-го значения £(г) и першх EOS для восточной и западной частей полигона.

Как'кггесгно, пет^д ЕОЬ позволяет с любой точностью восстановить значение £í(£) для к£здой станции по следувдей формуле:

л

где (¡\{г) - естествешп-'е ортогональные функции, ад - коо$ енты разложения, т - количество функций, г-нбр?>.нних для сосста-!:оплекня, I - нсглер вектора измерений. Поскольку катдая из главах компонент определяет изменчивость показателя ослабления на характера« горизонтах, в рабсте праггдены карт« коэффициентов разложения £;(?-! по ертогоналыагм функциям ( Оц )( что дает есз-ког'лость углубить понимание пространственной измешшвости показателя ослабления.

В июне основная изменчивость сосредоточена п верхних 15-ти метрах, о чем свидетельствует форт $(2).При этом вклад в сб-гуа дкеперекз £ сссгазляот около 75$. Вторая 102 '&(г), огр.-жегед! изменчивость на глубине незеюгаяышх градиентов условной плотности, определяет лизь 12.дисперсии' £ . /ла::я форд пергих ЕС.«' и парт распределения коэффициентов <1ц,йц показывает наличие связи толгзшоа приповерхностного слоя пониженной прозрачности и пели'-гпп-

£ в ней » чем менее прозрачна вода у поверхности, тем томьгг слоя.

Измерения, проведенные в аггусте, показывав? принципиальнее изменение оптических свойств вод по ерзгнедав с икнем, что нгя.то отра ~ яенне в результатах статистического знаккэа. Для ьссточной полегл-т полигона характерны максимальные значений ¿(1) ъ верхнем переметанном слое» Подобном образен ведет себя и первая Е02 Для западной части, напротив, 6(2) '/.моет накеллуп в области Сссоппогг; пикнеклина, а (р(г) по фор-50 аналогична £ (г) .

Совместный анализ поверхностной температура и коэффициентов йц показывает совпадение изотера Г7°С и изолинии Лц я 0. Таким образом., за объективный критерий группировки оптических профилей йотою принять знак Оц . Станции с ползямельгавя значенное» располагаются в водах преимущественно субарктической структуры, тогда как с отрицательни-м О.и — субарктической.

Для сформированных указанным образом выборок, в сЬою очередь, рассчитаны {(¿) и первые ЕОФ. Для "субарктической" выборки основная изменчивость находится в верхнем 40-метровом слое (60%) при этом сохраняется закономерность, найденная при анализе июньских данных - чем тоиыге верхний слой, тем больше значение £

Статистический анализ "субтропической" выборки показывает радикальное изменение и формы £ (г) , и физического смысла главных компонент : £ (¿) имеет одномодовую структуру с максимальными значениями на глубине ~ 40 м, (р,(£) - определяет положение слоя пстсхснноп прозрачности (39.6,«), /Д (¿) - формирует амплитуду этого слоя (33,2«). Показана связь между глубиной залегания слоя понижен ной прозрачности, его толдиной и значением показателя ослабления г ней с при уменьпс-нпи глубины слой становится шире, прозрачность увеличиваете;;; при заглубления толщина уменьшается, значение возрастает.

Глава 3. КОРЕГЛЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ГИДРООПП1ЧЕСКИХ ХАРАКТЕРНОМ И СРАВНЕНИЕ С ЭКСПЕРИМЕНТОМ

В начало главы сделан обзор подходов к математическому моделированию химико-биологичэского круговорота взвешенного вещества биогенного лроисхоядогшя - основного процесса, формирующего оптические ссойстса вод.

Скорость роста фитопланктона. Принято считать, что на интенсивность этого,процесса влияют освещенность, концентрация биогенных элементов н температура.

Для скисания влияния освещенности чаде Есего используют формулу Стала:

Ш = а ехри- аЕ£ ) (2)

- Iтах

где оС(Е) - скорость роста фитопланктона,«^ -максимальная гк'.ргеть роста, й - эмпирический параметр, Ег - освещенность.

Для описания влияния концентрации биогенных ¿лсжитов п наибольшее распространение имеет зависимость Мах-<здиса-&нтен: , шах ¡х

' СЗ)

где кп - константа Михаэлиса-Ыентен.

Влияние тсмператури может боть списано зксгтс.ч-'нциальноЯ функцией

Объединив индивидуальные воздействия несколъ::::: ¡г--стогел, мседо в соответствии с принципом толерантности пс-.лрсиг> обойг^элкуп зависимость скорости роста фотопяенктгка от ссвег;?кности Е , гои-центрацни биогешшх элементов П я те ¡.г. Т :

Л( Е.п.Т) ■= ЛЕШпкаТ).

Трансфогяацня взвеси п бногеиоп _гетррс?п:-^н 'IX5 с>и~

карно сводится к виедаикэ автотрасс; орг.:.гид«-: -•.'.»г» сатанических растворенных и взветенюк ссгдаизтВ. 1!ссрс5леннля пипд частично тратится ка иетаболизи ( Т ) и ¿'ест <, V К цг.сс.ги.г .ю усваивается С Р ): Й = & + Т Р .

Наиболее простой модельв шщмоотно-е^иг'лл^г.-гертгза'' ггляет-ся модель Ьойьтерра, в которой иктснгисиос?:. г'тр'.бя'яг,.*. чиргл! полагается пряьгапропорц^онадшоЯ биомасс гаиг^ткь н

Регенерация биэтюп из :.:еоггог.о оргаш 'чес??ор-.; гсг • стеч п г:.; с удит под действие!! сложных процессов уизнздзятельчзсти. йактер.^», простеПлих и других оргаюпчов. Одаа «5г:бо"Ч'.. г» ^ул-.^ато:-

кссяедовшшя процессов кянорзлязаэдп*. оргми-...., ■-'.•¡гчаи:'« к.г-

ио-*лостн удовлетворительного описания с г.смсты, ур->:

нения первого гк.р«дка ^ > гд-г ;с1 - ясаЭДии/скт ¡■ '~

иералиэации. Зависимость о? тега^рат^р" I ?Л':ъ г-; -

сана форму ¿с Я:

= (СООЬ Т 0.01 ) exp ( O.lT ) (5)

1 j

Моделирование химико-биологической трансформации взвеси.

Лкбая модель,■описиваюцая вертикальное распределение и изменчивость взвешенного вещества в океане, основывается на уравнении переноса пассивной неконсервативной примеси с источниками:

ЭФ _ А и , .,ЗФ Ъ_(и) Л> _ q §Т dl К дТ + vaT + Sz«Vr>-¿v. СЬ)

где первый член левой части отражает изменения во времени, второй -турбулентшй обмен, третий - адвективный перенос, четвертый - гравитационное осатдение взвеси, 0}<р - скорость гравитационного оседания субстанции ф , если SP - взвесь, -Sip - источник, связанный с дейстЕиеа хкижо-биологических процессов.

Гак как химико-биологические процессы в'различных районах океана протекагт в обдих чертах одинаково, го представляется целесообразным в различных конкреткнх модельных задачах использовать универсальную схему процессов и способов их математического описания. Цель подобной схемы - отразить процессы переноса в составе взвешенного живого и мертвого органического вещества и регенерацию биогенных солей. В предлагаемой схеме (рис.1) 4 блока: фитопланктон С , зоопланктон • { , детрит d и лимитирующий биогенный элемент П .

Рис.1. Схема трансформации взвешенного вецества и биогенов меяду блоками. Пояснения в тексте.

Источника, слисываощие xiaonro-биологическую изменчивость концентрации jiOxio.'.cHTOB для 4 блоков, были пришли следующими:

Se = - f, С ~ rci cf ,

& = Г<с + Г* f " idd - TVdf *rlff, Sf re',cf * rVd-f - ~ rtt(l -p^ffE) тгЬк, * ^ •

где Л - максимальная скорость роста фитопланктона, (f> ( В) ~ — Е/f €Хр (1 ~£"/£а ) ~ зависимость скорости роста фитопланктона от освещенности, Еа - оптимальная освещенность, Jc " постоянная, характеризующая потери на обмен и естественную смертность, %cf - постоянная, определяющая скорость потребления фитопланктона зоопланктоном, Нп - постоянная Михаэдиса-Ментен, ]]■ - удельная скорость отмирания зоопланктона, - удельная скорость минерализации детрита, T(i - постоянная, определяющая поступление детрита за счет выедания зоопланктона зоопланктоном, ^ и -. постоянные, определяющие скорость роста зоопланктона при питании фитопланктоном и детритом, р - постоянная, равная расходу биогенного элемента на единицу продукции фитопланктона, - постоянная, определяющая возврат биогенов при минерализации детрита. Значение коэффициентов схемы в большинстве случаев оценивались по литературным данным, в случае их отсутствия подбирались опытным путем. Показатель вертикального ослабления освещенности £ считался линейной функцией суммы концентраций фитопланктона и детрита:

|| = -[асс +ch + 6] £ . (7)

где CL и 6 - констант«.

Граничные условия принимались исходя из предположения нулевого потока взвеем и биогенов через верхнгт границ/ и нулевых градиентов концентраций компонентов взвеси на нижней границе постоянства концентрации биогенов. Нижняя, граница задавалась на глубине 200

метрое. I

Начальные условия моделировали - э основном варианте-ситуацию, ■соответствуюцух) началу весеннего "цветения" фитопланктона. Из тех чсе соображений выбирался профиль вертикального турбулентного обме; и температуры, которая;, в свою очередь, определяла скорость гравИ' тоциошгого осаждения взвеси и интенсивность минерализации детрита

Результат» ь-псленного анализа. Исследование влияния различных гидрофизических к хикико-биологических факторов на формирование вертикального распределения оптически активных компонент взвеси проводилось путем численного решения на ЭЗл ЕС-1061 системы уравнений. Вначале изучалось влияние интенсивности турбулентного обмана на ээолецк» профилей взвеси. ¡Моделирование показало, что увеличение турбулентности приводит к возрастанию ширины максимумов концентраций как фитопланктона, так и детрита.

Отдельно проводилось исследование влияния размеров фракций езветенного вст;естга и, как следствие этого, скорости гравитационного оседания. Результаты расчетов показывают зависимость взаимного положения максимумов концентраций фитопланктона Ста* и детрите (2„:сх от размеров взвеси. Для крупных фракций взвеси йтг распо-ло.тен глуйг.е Стаз: • для мелкой взвеси эти максимумы меняются местами ,

Изучение вклада возврата биогенных солей пси минерализации детрита в формирование вертикального распределения взвеси показывает, что донный' процесс ке является оиределязощим. Для фракций с линей-гШШ1 размерами частиц С" 18 мкы отличие эволюции профилей взвеси чег^ду вариантами; 100-процентной реутилизации •. биогенов и полным исутствиеь! реутилизации не носит принципиального характера.

Влияние вертикального подъема вод на формирование оптической структуры и распределение биогенной взвеси многократно являлось объектом теоретического анализа, однако, в объеме предложенной

лодели такие исследования не проводились. Включение в систему в качестве функциональных блоков детрита и осязанного с ним возврата биогенов в среду, а также зоопланктона вызывает следующие осо-5енности: I - при увеличении скорости алгел.чнкга наступает периодическое изменение концентраций фито-и зоопланктона, находящихся в противофазе; 2 - квазистационарные решения г.оказнвйот, что в области максимальных.концентраций взвеси вблизи поверхности преобладает фитопланктон, что является следствием температурной зависимости интенсивности минерализации детрита.

Для большинства вариантов численного анализа в условиях отсутствия аявеллинга отношение концентрации фитопланктона и детрита' -

С/{[ в области их максимальных значения порядка единкцч, а вблизи нижней границы модели (200 ;.«.) взяяпкна с/({ имеет характерное значение 0.1.

.Моделирование распределения биогенной ез?ес:- в условдях зимней конвекции в умеренных широтах (малая освещенное'.'!» у поверх« ос-: н ( Н0 =.0.2 Еа), интенсивная турбулентность з конвективном слое и постоянное увеличение его толщины) приводит к квазистационарныге решениям С(и^) и с!(£.1), характерны?.! рсгос.чер:п.м респределсннгм взвеси в перемешанном слое. Градиент концентрации взвеси ка границе конвективного слоя связан с интшснгностьз турбулентности и термоклинеУменьшение турбулентности :гызавает увеличение градиента концентрации взвеси. Результаты чксдяннсгэ моделирования согласуется с данной натурных наблюдений в ОхотсК'-". морс- зимой.

ЕЫЩЩ

I. Впервые доч-вздно исследована оптическая, структура вод Юяно-

Китайского моря._Кадоинтексивные циклонические вихревые образовх-

пия, расположенное в глубоководной части, выделялась повкз'ончглга

- .. ' ■ 1 значениям',: показателя оела&ктк С у .поверхности .1 '

2. Ксследована пространственная изменчивость показателя ослабления £ в Охотском море зимой. Показано, что на фоне двухслой-

. ной вертикальной ^структуры прозрачности с равномерно высокими значениями £ е конвективном слое фронтальные разделы выделялись присутствием мощных слоев пониженной прозрачности глубже эвфоти-ческой зоны.

3. Впервые детально исследована оптическая структура зоны смешения вод в области субарктического фронта в Тихом океане. Шказана существенная зависимость оптических свойств антициклонических вихрей Куроско от стадии их развития. Молодые вихревые образования выделяются на окружающем фоне повышенной прозрачностью в ядре и значительным уменьшением прозрачности на периферии. Вихрь, находящийся в стедик разрушения, характеризуется пониженной прозрачность*! в ядре и увеличением прозрачности на периферии.

4. Оптические свойства фронтальных разделов субарктической фронтальной зоны в Тихом океане зависят от их генезиса, при этой подавляющее большинство фронтальных разделов выделялось повышенной прозрачностьв в области максимального наклона изолиний гидрологических параметров. . •

5. Анализ гидрооптической ситуации в области субарктического фронта методом главных компонент показал, что вертикальное распределение показателя, ослабления может быть описано с удовлетворительной точностью двумя векторами. При этом в июне первый вектор определял изменчивость в верхних 15-ти метрах, а второй вектор - в области сезонного термоклина. В августе исследованная акватория

по оптическим свойствам делится на две части; Для одной, с преобладанием субтропической структуры вод, характерно наличие максимума В ь области сезонного терыоклина, а дисперсия <Г в равной ызре определяется соложением слоя пониженной прозрачности (<рл) и вариациям* в ней ) , Для другой части, с преобладанием вод

субарктической структуры, максимум £ расположен в верхних 55 м, а изменчивость в этом слое определяет первая функция. Обнаружена связь между толщиной слоя пониженная прозрачности к значением в нем - при уменьшении толщины величина £ возрастает.

6. ]7,оделиройаине вертикального распределения фитопланктона и детрита показало, что их концентрации в области максимальных значений при различных параметрах модели практически равны. Ни--" максимальных концентраций преобладает детрит. Для мелкой фракции взвеси максимум фитопланктона расположен глубже максимума детрита.

Для крупной фракции взаимное расположение максимумов глиоЯ и косной составлявших взвеси изменяется на противоположное. Учет возврата бисгеноп за счет минерализации детрита не приводит к качественному изменения вертикального распределения взвеси, лнггь вблизи поверхности акаедтельно' повихаегся концентрация ф-лтепдаигго'ла.

7. Прц моделировании условия, харокторчих для периода зн'тлсП конвекции, получены квазг.стацнонарныа распределен;»! фитопланктона ■л детрита с постоянными концентрациями в перемешанном слое и бнетрцм уменьшением концентрации под ним. Показана связь мкгду величиной турбулентного обмена в пнкноклине и гергигальнгм градиентом концентрации взвеси, что согласуется с результатами ccei:;;c-зкиних наблюдений в 0хОтсясм :,юри.

По тема диссертации опубликованы слсдуггцие работы:

1. Косолапкин Г.Я., Кумейца A.A., Зортус В.iL 0 связи прозрачности с гидрологическими и гидробиологически,-.:! характеристикам в совзро-запсдноЛ части Тихого океана //Препринт. Владивосток, IS85. 18 с. . ;

2. Косолаляин Г .13., Кумеяпа A.A., Sopryc В.М. О связи гидроол-гнческих и гидрологических характеристик з зенв сезгрного полярного фронта Гйхсго океана // Морскс?

журнал. 1965. Jf6. С.45-48.

3. Косолапкин Г.Ю., Оортус Б.'А. О связи оптической и гидрологической структуры вод ЕЬшо-Китайского моря в зимний период // Препринт. Владивосток. 1987. 1Ь с.

4. Косолапкин Г .В., Еелонодко В.11. О связи оптической и гидрологической структуры вод в кгкной части Охотского моря. Владивосток, I960. 17с. Дег.. в ВИНИТИ 21.06.68, Г48С2-В88.

5. Косолапкин Г.Ю., Гладшев C.B. С связи оптической и гндро-

. логической структуры вод субарктического фронта в Тихом океане. Владивосток, 1989 . 37 с. Деп. в ВИНИТИ 14.08.89. ÍÍ952-В69.

6. Косолапкин Г.Ю., Резникова H.H. Моделирование вертикального распределения взвеси и гидрооптических характеристик в поверхностной слое океана. Владивосток, 1990 . 25 с. Деп. в В1ШТИ 14.02.90, JP890-B90.

7. Косолапкин Г.Ю., Корец В.Л., Резникова H.H. Вертикальная структура показателя ослабления в области субарктического фронта в Тихом океане, Владивосток, 1990. 24 с. Деп. в ВИНИТИ 14.02.90. Ш89-В90.

ВД07142 Подписано к печати 4 апреля 1990 г. вормат 60хШ/1б. Уч.-изд. л.093. Гкр. Г00 экз. Заказ 189. Бесплатно.

Иэдапп Тихоокеански океанологическим институтом ДВЭ АН СССР, Отпсчатв-зд в 0НМ ТОЛ ДБО АН СССР, Владивосток, ул. Радио 7,