Межгодовая изменчивость характеристик водных масс и их распространения в субполярной Северной Атлантике

Фалина, Анастасия Сергеевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Межгодовая изменчивость характеристик водных масс и их распространения в субполярной Северной Атлантике
ВАК РФ 25.00.28, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Межгодовая изменчивость характеристик водных масс и их распространения в субполярной Северной Атлантике"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ОКЕАНОЛОГИИ им. П.П. ШИРШОВА

На правах рукописи

ФАЛИНА Анастасия Сергеевна

УДК 551.465

МЕЖГОДОВАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ХАРАКТЕРИСТИК ВОДНЫХ МАСС И ИХ РАСПРОСТРАНЕНИЯ В СУБПОЛЯРНОЙ СЕВЕРНОЙ АТЛАНТИКЕ

25.00.28 - Океанология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва - 2005

Работа выполнена в Институте океанологии им. П. П. Ширшова РАН

Научный руководитель: кандидат географических наук

А.В. Соков

Официальные оппоненты: доктор географических наук

Б. Н. Филюшкин

доктор географических наук В.М. Грузинов

Ведущая организация:

Кафедра океанологии географического факультета МГУ

Защита состоится января 2006 г. в Щ часов на заседании

диссертационного совета К.002.239.01 при институте океанологии им. П. П. Ширшова РАН по адресу: 117851 Москва, Нахимовский проспект, д. 36.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института океанологии РАН

Автореферат диссертации разослан

Л2,

декабря 2005 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета, кандидат географических наук

Н. Г. Панфилова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы

Одна из фундаментальных проблем современной океанологии - выявление разномасштабной естественной изменчивости в промежуточных и глубинных слоях Мирового океана, обусловленной взаимодействием океана и атмосферы, а также процессами в океане. Исследование и количественное описание естественных климатических колебаний в Мировом океане необходимо для достоверного выделения антропогенных климатических изменений и прогнозирования поведения климатической системы планеты в целом.

Короткопериодные изменения в климатической системе с характерными периодами от двух до семи-восьми лет надежно выделяются в различных регионах Земного шара по разным типам данных, т. е. носят глобальный характер [Полонский, 2001]. Эти вариации в локальных районах океанской конвекции генерируют климатические сигналы, распространяющиеся в глубинных слоях океана. Носителями таких сигналов являются водные массы, представляющие собой сравнительно большие объемы воды, формирующиеся в определенных районах Мирового океана, обладающие в течение длительного времени постоянными характеристиками и распространяющиеся как единое целое [Добровольский, 1961]. Именно поэтому исследование изменчивости характеристик промежуточных и глубинных водных масс вблизи от очагов конвекции на основе гидрологических и i идрохимических данных является одним из наиболее эффективных методов выявления естественной климатической изменчивости в океане. Одним из таких районов генерации климатических сигналов является субполярная область Атлантического океана. Этот район Мирового океана уникален тем, что здесь происходит формирование собственных промежуточных и глубинных водных масс, которым принадлежит одна из ключевых ролей в системе глобального межокеанского тепло- и массообмена [Лаппо, 1984; Broecker, 1991].

Разномасштабная изменчивость характеристик водных масс субполярной Северной Атлантики активно изучается специалистами многих стран уже в течение двух десятков лет Сопоставление данных трансатлантических разрезов международной программы WOCE с более ранними измерениями показало, что имеется существенная долгопериодная изменчивость ядерных характеристик и объемов промежуточных и глубинных водных масс этого региона [Dickson et al., 2002; Koltermann et al, 1999; Lazier, 1995]. В значительной мере изменчивость гидрологической структуры вод Северной Атлантики определяется интенсивностью конвективных процессов в море Лабрадор и Гренландском море. Было установлено, что интенсивность «¡ыщздщщ нЯЗ£йЩ*Рских вод в м0Ре

БИБЛИОТЕКА |

сУВД? J

Лабрадор в результате процессов взаимодействия океана и атмосферы находится в противофазе с интенсивностью притока в субполярную Атлантику глубинных вод арктического происхождения [Dickson et al., 1996; Koltermann et al, 1999]. Периоды глубокой конвекции и формирования больших объемов холодных и пресных лабрадорских вод в 1950-х, 1970-х и 1990-х годах чередовались с периодами относительно слабой конвекции в 1960-х и 1980-х годах [Lazier, 1980, 1988; Lazier et al., 2002; Rhein et al., 2002]. В зависимости от двух основных факторов -формирования лабрадорских вод и поступления глубинных арктических вод - в Северной Атлантике происходит формирование относительно устойчивых мод меридиональной термохапинной циркуляции (МТЦ). Период интенсификации МТЦ в начале 1980-х чередовался с периодами ослабления системы МТЦ в конце 1950-х и начале 1990-х гг. На рис. 1 представлена концентуальная схема двухмодального режима МТЦ в Северной Атлантике. [Koltermann et al, 1999; Jlanno и др., 2003]

По мнению автора, на следующем этапе исследования необходимо сфокусировать внимание на физических механизмах, которые приводят к смене режимов меридиональной термохалинной циркуляции в Северной Атлантике. До сих пор исследование таких механизмов было выполнено преимущественно с помощью циркуляционных моделей [Hakkinnen, 1999; Eden and Willebrand, 2001; Gulev et al., 2003]. Однако модельные результаты сильно рассогласуются друг с другом в силу различий формулирования моделей и их решений. Мы представляем первую попытку анализа механизмов на основе натурных данных. Ключом к пониманию этих процессов может стать исследование короткопериодной (межгодовой) изменчивости характеристик водных масс и их распространения. Поэтому в предлагаемой работе основное внимание уделено выявлению закономерностей изменчивости водных масс субполярной Северной Атлантики в течение 1990-х и 2000-х годов. Одной из особенностей проводимого в работе исследования является комплексное использование гидрологических и гидрохимических параметров. Такой подход позволил разработать и опробовать новый метод получения количественных оценок межгодовой изменчивости водных масс.

Цель работы - исследовать структуру вод в промежуточном и глубинном слоях субполярной части Атлантического океана и построить непротиворечивую картину климатической изменчивости водных масс данного региона, играющего ключевую роль в формировании глобальной межокеанской циркуляции. Для достижения этой цели в работе решались следующие задачи:

• исследовать структуру вод в пяти относительно обособленных бассейнах субполярной Атлантики: море Лабрадор, бассейне Ирмингера, Исландском

бассейне, Ньюфаундлендской котловине и в районе к югу от плато Хаттон-Роколл;

• выявить в пределах каждого бассейна основные тенденции межгодовой изменчивости ядер промежуточных и глубинных водных масс в период между 1988 и 2004 г.;

• разработать новую модификацию оптимального многопараметрического анализа водных масс и применить ее для оценки климатической изменчивости водных масс;

• определить влияние зафиксированных климатических тенденций на формирование типа меридиональной циркуляции Северной Атлантики.

Предметом защиты является новое решение актуальной научной проблемы -построение феноменологического описания и количественной картины межгодовой изменчивости структуры вод субполярной части Атлантического океана в 1990-х и 2000-х годах. На защиту выносятся следующие положения:

• усшновленные тенденции климатической изменчивости ядер промежуточных и глубинных водных масс, определившие трансформацию трехслойной ячейки меридиональной циркуляции вод Северной Атлантики, установившейся в начале 1990-х годов;

• доказательства существования дополнительного источника Лабрадорской водной массы, расположенного вне моря Лабрадор;

• модификация оптимального многопараметрического анализа водных масс и результаты ее применения для исследования межгодовой изменчивости структуры вод субполярной части Атлантического океана.

Научная новизна работы

В предлагаемой работе впервые проведен комплексный, всесторонний анализ гидрологических и гидрохимических данных, полученных специалистами Института океанологии РАН в 1997-2004 гг. в субполярной Северной Атлантике. Использование новейших отечественных данных в совокупности с данными, полученными в 1990-е годы в рамках программы WOCE ("Глобальный эксперимент по изучению циркуляции Мирового океана"), позволило провести исследование изменчивости водных масс на качественно новом уровне одновременно во всех пяти котловинах региона.

Для получения количественных оценок межгодовой изменчивости водных масс автором был модифицирован метод оптимального многопараметрического анализа водных масс (ОМА). Предложенный новый метод был применен на практике и позволил учесть межгодовую изменчивость характеристик водных масс

в районах их формирования, а также разное время распространения этих вод до разных участков разрезов.

В предлагаемой работе существенно обогащена концепция формирования лабрадорских вод. Получены доказательства существования дополнительного источника Лабрадорской водной массы вне моря Лабрадор. Научная и практическая значимость

Выводы диссертации позволяют уточнить физические механизмы, определяющие смену устойчивых мод термохалинной циркуляции в пределах Северной Атлантики. Эти естественные колебания циркуляционной системы могут быть ответственны за вариации климата над европейским континентом. Поэтому результаты данной работы могут быть востребованы при построении прогностических оценок антропогенного влияния на климатическую изменчивость.

Полученные результаты позволят пересмотреть схему распространения Лабрадорской водной массы и более объективно рассматривать влияние интенсивности формирования этой водной массы на смену режимов меридиональной термохалинной циркуляции.

Новая модификация оптимального многофакторного анализа водных масс, разработанная автором, может быть использована для более объективного выделения границ водных масс на основе сразу нескольких океанологических параметров. Апробация работы

Результаты работы были представлены на международной конференции «European Geosciences Union - 2005» (Вена, Австрия, 2005). По теме диссертации опубликовано две работы, еще три работы в настоящее время находятся в печати Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Работа изложена на 140 страницах машинописного текст, содержит 59 рисунков и 4 таблицы. Список литературы состоит из 162 научных статей и монографий.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, излагаются ее цели и задачи, показана научная новизна и практическое значение исследования.

Обзор литературы

В обзоре литературы кратко изложены основные этапы развития представлений о водных массах, охарактеризованы географические особенности Северной Атлантики. Далее были рассмотрены характеристики, особенности формирования и распространения основных водных масс субполярной части Северной Атлантики. Сделан обзор современных концепций «глобального

конвейера» и двухмодального режима меридиональной циркуляции Северной Атлантики. Отдельно были рассмотрены методические вопросы выявления разномасштабной климатической изменчивости в толще океана.

На гидрологические условия субполярной Северной Атлантики оказывают влияние следующие факторы:

• наличие орографических барьеров (хребтов и порогов), которые обуславливают ограниченный водообмен с арктическими морями и определяют пути распространения глубинных вод в регионе;

• атмосферная циркуляция над регионом, определяющая циклонический характер циркуляции вод в рамках субполярного круговорота;

• существование очага глубокой конвекции в море Лабрадор;

• вынос льдов из Арктического бассейна;

• интенсивный меридиональный обмен вод с более низкими широтами Атлантики в системе межокеанской циркуляции.

Субполярная часть Атлантического океана, согласно [Dickson, Brown, 1994; Koltermann et al., 1999, Dickson et al., 2002; Добролюбов, Соков, 2002] является отправной точкой для глобальной межокеанской циркуляции. Здесь процессы взаимодействия между океаном и атмосферой приводят к охлаждению воды и ее погружению в глубь океана, способствуя формированию водных масс: Лабрадорской, Северо-восточной глубинной и Северо-западной глубинной [Koltermann et al., 1999]. Они образуют комплекс североатлантических глубинных вод, движущийся в южном направлении. В соответствии с концепцией «глобального конвейера», образующийся в Северной Атлантике поток глубинных вод распространяется затем по всему Мировому океану и компенсируется в верхнем слое потоком теплых вод из Тихого и Индийского океанов [Лаппо, 1984; Broecker, 1991] (рис 2). Изменение интенсивности конвективных процессов в очагах формирования i дубинных вод, определяемое как атмосферными условиями, так и адвекцией вод с аномальной соленостью, приводит к значительной долгопериодной и межгодовой изменчивости характеристик водных масс и является причиной изменений в функционировании "глобального конвейера", что в свою очередь отражается на циркуляции атмосферы и на состоянии климатической системы [Dickson et. al., 1996; Koltermann et al., 1999].

В первых работах, связанных с концепцией глобального океанского конвейера, исследователи исходили из принципа двухслойной циркуляции вод Мирового океана. В ходе последних исследований было установлено, что при изучении глобального межокеанского конвейера необходимо учитывать его взаимодействие с локальной многослойной циркуляцией Северной Атлантики

Усиленное Сле£ая конвекция Двухслойная

формирование СЗГБ ^море Лабрадор я чейка циркуляции

Ослабленное Интенсивная конвекция Трехслойная

формирование СЗГВ в море Лабрадор ячейка циркуляции

» чг *

Рис. 1-2. (1) Концептуальная схема двух режимов меридиональной циркуляции вод Северной Атлантики. Верхний рисунок иллюстрирует режим меридиональной циркуляции, характерный для начала 1980-х годов. Нижний рисунок иллюстрирует режим меридиональной циркуляции, характерный для конца 1950-х и начала 1990-х годов [КоКегтапп е1 а1., 1999].

(2) Схема «глобального конвейера» [Лаппо, 1984; Вгоескег, 1991].

[Добролюбов, Соков, 2002]. Именно это взаимодействие приводит к смене режимов глобальной циркуляции (ее изменчивости), а значит, и существенно влияет на колебания климата связанные с океанским конвейером.

В исследуемом регионе Северной Атлантики (севернее 40° с. ш.) на основе литературных источников нами были выделены следующие основные водные массы.

Субполярная модальная водная масса (СТТМВ) выделяется в подповерхностном слое в пределах субполярного круговорота и формируется путем охлаждения и опреснения вод Северо-Атлантического течения вследствие взаимодействия океана и атмосферы и зимней конвекции. Гидрологические характеристики этой водной массы варьируют в широких пределах, при этом температура и соленость увеличиваются с запада на восток от бассейна Ирмингера до прохода Роколл. В центре моря Ирмингера СПМВ характеризуется потенциальной температурой 3-4°С и соленостью около 34,9 епс, в Исландском бассейне она уже имеет 5<0<9°С, 34,95<S<35,25, а над проходом Роколл -9<9<11°С, 35,30<S<35,50 епс. Содержание кислорода в пределах СПМВ всегда ниже уровня насыщения, содержание силикатов относительно низкое - в среднем около 5-6 цмол/кг [van Aken, Becker, 1996].

Исландская промежуточная вода (ИПВ) соответствует минимуму кислорода, максимуму содержания нитратов и фосфатов, не имея при этом экстремумов в температурно-соленостных характеристиках. Она выделяется в слое главного пикноклина в пределах Исландского бассейна и над плато Хаттон-Роколл и представляет собой продукт трансформации средиземноморских и антарктических промежуточных вод, последние из которых поступают с Северо-Атлантическим течением. Эта водная масса в пределах Исландского бассейна имеет погенциапьную хемпературу 5-9" С и соленость 35,0-35,25 епс. Для ИПВ характерен четко выраженный минимум кислорода - 200-260 цмол/кг [van Aken, de Boer, 1995; van Aken, Becker, 1996].

Антарктическая промежуточная водная масса (ААПВ) образуется в зоне Южного Полярного фронта. Распространяясь на север от места своего образования вместе с течениями Южной Атлантики, она постепенно теряет свой главный отличительный признак - минимум солености. В Северной Атлантике севернее 25° с.ш. ААПВ приурочена, в основном, к Западному глубинному пограничному течению (ЗГПТ); проследить ее в рассматриваемом районе (севернее 40° с.ш.) можно но максимуму биогенных элементов. Сравнительно высокая скорость утилизации кислорода на промежуточных глубинах и удаленность очага формирования определяют максимальные значения дефицита кислорода в слое ААПВ [Добролюбов и др., 1995].

Средиземноморская водная масса (СВ) представляет собой соленые и плотные воды Средиземного моря, вытекающие из Гибралтарского пролива, опускающиеся до соответствующего им изопикнического интервала и распространяющиеся в восючной Атлантике на север, запад и юго-запад. [Кукса, 1983]. Непосредственно у пролива эти воды имеют температуру 13,5° С и соленость 37,8 епс, однако уже в 250 км от Гибралтара в результате смешения с окружающими водами температура уменьшается до 11-12°, а соленость - до 36-36,2 епс [Tomczak and Godfrey, 1994]. Под действием силы Кориолиса средиземноморские воды распространяются на север вдоль европейского шельфа, существенно ослабляя выраженность своего основного отличительного признака - максимума солености. СВ обладает аномально низким содержанием биогенных элементов по сравнению с другими водными массами Северной Атлантики [Добролюбов и др., 1995].

Формирование Лабрадорской водной массы (JIB) происходит в результате зимней конвекции в центральной и южной частях моря Лабрадор, остающихся свободными 010 льда [Pickart et al., 2002]. ЛВ может быть легко идентифицирована в Северной Атлантике по минимуму солености и потенциальной завихренности, по высокому содержанию растворенного кислорода, которое свидетельствует о недавнем контакте водной массы с атмосферой, а также по относительно низкому содер -жанию биогенных элементов -силикатов, фосфатов и нитратов [Tal ley, McCartney, 1982; Cunningham, Haine, 1995; Lazier et al., 2002].

В субарктической части Атлантики (севернее 40° с.ш.) ЛВ распространяется из очага формирования в разных направлениях- на юг в системе Западного глубинного погра-ничного течения, вокруг южной оконечности Гренландии в бассейн Ирмингера, а также над глубоководным разломом Чарли-Гиббс в восточный бассейн, где затем распространяется в Исландский бассейн и в проход Роколл [Cunningham, Haine, 1995] (рис. 3).

Рис. 3. Обобщенная схема распространения промежуточных и глубинных водных масс в субполярной Северной Атлантике.

В последнее время были установлены значительные межгодовые изменения глубины конвекции (от 200 до 2300 м) в районе формирования ЛВ. Это приводит к значительной межгодовой изменчивости объемов и характеристик лабрадорских вод в очаге формирования [Yashayaev et al., 2000; Lazier et al., 2002].

Разномасштабная изменчивость интенсивности формирования и характеристик ЛВ в море Лабрадор оказывает влияние на смену режимов меридиональной термохалинной циркуляции вод Северной Атлантики [Koltermann et. al., 1999], перераспределение глобальных потоков тепла [Talley, 2003] и интенсивность проникновения арктических глубинных вод в субполярную часть Атлантического океана [Dickson et al., 1996; Koltermann et. al, 1999]. Учитывая ошосительно небольшие объемы формирующихся вод, основными механизмами такого влияния является отклик направленного на юго-восток пограничного течения в море Лабрадор и его последующее взаимодействие с СевероАтлантическим течением, а также регулирование роли Арктических вод в циркуляции промежуточных и глубинных слоев.

Северо-западная глубинная водная масса (СЗГВ) образуется в результате вовлечения и смешения промежуточных вод Арктического бассейна, перетекающих через пороги Датского пролива, с водами северной части бассейна Ирмингера (в частности с ЛВ и СВГВ) [Swift et al., 1980; Swift, 1984]. СЗГВ распространяется с Западным глубинным пограничным течением вдоль материкового склона Гренландии на юг, затем огибав! море Лабрадор и далее вновь распространяется в генеральном направлении на юго-запад (рис. 3). Ее присутствие легко идентифицировать в бассейне Ирмингера и море Лабрадор по придонному максимуму кислорода, минимуму температуры и силикатов. СЗГВ -наиболее плотный компонент комплекса североатлантических вод и поэтому не может проникнуть в восточный бассейн через разлом Чарли-Гиббс [Mantyla, Reid, 1983; Dickson et. al, 1994].

Северо-восточная глубинная водная масса образуется при трансформации арктических вод, поступающих через Фарерско-Шетландский пролив и проход Фарерской Банки в северо-восточную часть Исландского бассейна. Здесь происходит вовлечение и перемешивание Норвежской глубинной и Норвежской арктической промежуточной водных масс со значительно более теплыми и солеными промежуточными водами, в которых велико влияние СПМВ и ИПВ [van Aken, de Boer, 1995; Dickson et al., 2002; Fogelqvist et. al, 2003]. Норвежская глубинная водная масса (НГВМ), имеет потенциальную температуру около -1°С и соленость около 34,91 епс [Lee and Ellett, 1965; Harvey, Theodorou, 1986; van Aken, Becker, 1996]. Норвежская арктической промежуточной водная масса (НАПВ)

теплее (-0,5 < 0 < +0,5°С) и преснее (S=34,87-34,90 ene) нижележащей в очаге формирования НГВМ [Fogelqvist et. al, 2003].

СВГВ с глубинным пограничным течением распространяется вдоль восточного склона хребта Рейкьянес и через глубоководный проход Чарли-Гиббс в районе 52° с.ш. проникает в западную Атлантику [Harvey, 1980]. Следуя теперь преимущественно на север вдоль западного склона хребта Рейкьянес вдоль изобаты 2500 м, она достигает северной границы Лабрадорской котловины и затем распространяется в системе Западного Глубинного пограничного течения (рис. 3). В Исландском бассейне СВГВ легко идентифицировать по максимуму солености между ЛВ и АВБ на глубинах 2500-3500 м. СВГВ в западном бассейне Северной Атлантики прослеживается по локальному максимуму солености и силикатов, а также минимуму кислорода между ядрами СЗГВ и ЛВ.

В субполярном регионе Северной Атлантики также выделяется Абиссальная вода Восточного бассейна (АВБ). которая представляет собой продукт трансформации антарктических донных вод в восточном бассейне региона. Она распространяется вдоль восточного склона абиссальной равнины Поркупайн, затем проникает в проход Роколл, а также огибает южный склон плато Хаттон-Роккол в системе Северного глубинного пограничного течения и проникает в Исландский бассейн вдоль канала Маури [van Aken, Becker, 1996]. АВБ характеризуется как придонная водная масса пониженной солености, имеющая пониженные концентрации растворенного кислорода и повышенное содержание силикатов и нитратов [van Aken, de Boer, 1995; van Aken, 2000; van Bennekom, 1985].

Несмотря на все неопределенности, проведение повторных наблюдений на

Данные и методы исследования

широтных океанографических с ш •

разрезах является единственно возможным экснериментапь -ным методом исследования

изменчивости структуры вод, поскольку исследования этих процессов не могут быть выполнены на основе климатологий, построенных по

осредненным разнородным данным. Именно поэтому в работе одновременно исполь -зованы данные четырех съемок на трансатлантическом разрезе

Рис. 4. Положение использованных разрезов.

по 60° с.ш. и двух съемок на разрезе по 53° с.ш., выполненных специалистами ИО РАН в течение 1997-2004 гг. Географическое положение разрезов обеспечило пересечение ими основных пограничных течений, входящих в субполярный круговорот. Кроме того, разрез по 60° с.ш. проходит вблизи порогов, отделяющих Лабрадорскую и Северо-Европейскую котловины от Норвежского и Гренландского морей, служащих для Северной Атлантики источниками наиболее плотных вод и несущих климатический сигнал из Арктического бассейна. Разрез по 53° с.ш. уникален тем, что проложен над разломом Чарли-Гиббс, играющем важнейшую роль в водообмене между восточным и западным бассейнами Северной Атлантики. Помимо этого, использованы данные, полученные отечественными специалистами в 2002 г. на стандартном разрезе AR07W через море Лабрадор. База анализируемых данных была расширена за счет привлечения данных, полученных на разрезах А02 (по -48° с. ш.), А16 (по 20° з. д.) и А01Е (52-60° с. ш.) иностранными специалистами в рамках программы WOCE.

Таблица 1. Характеристика использованных разрезов

Сроки Название судна Маршрут

07-08.1988 НИС «Oceanus» 20° з. д. (А16\УОСЕ)

04-05. 1998 НИС «Discovery» 20° з. д.

06-07.2003 ПИС «Ronald II. Brown» 20° з. д.

09.1991 НИС «Meteor» 52-60° с.ш. (А01Е \VOCE)

11-12.1994 НИС «Meteor» 52-60° с.ш.

08-09.1996 НИС «Valdivia» 52-60° с.ш.

10.1997 НИС «Профессор Штокман» 59,5° с.ш.

04-05.2001 НИС «Академик Иоффе» 53,5° с.ш.

08-09.2002 НИС «Академик Мстислав Келдыш» Три разреза: - 59,5° с.ш. - разрез АК07\^ через море Лабрадор - 53,5° с.ш.

06-07.2003 НИС «Академик Иоффе» 59,5° с.ш.

06.2004 НИС «Академик Иоффе» 59,5° с.ш

06-07.1993 НИС «Gauss» 42-49°с.ш. (А02 \УОСЕ)

05-06.1996 НИС «Gauss» 42-49° с.ш.

05-06.2000 НИС «Gauss» 42-49° с.ш.

Помимо классических методов исследования водных масс (метода ядра [Wust, 1935] и T.S-анализа [Мамаев, 1970, 1987]) в предлагаемой работе применен относительно новый метод - оптимальный многопараметрический анализ водных масс (ОМА).

Суть метода заключается в определении пропорции смешения известных а priori первоначальных источников исследуемой водной массы путем решения системы линейных уравнений для каждой точки наблюдения. ОМА является логическим продолжением Т,8-анализа, т. к. основан на простой модели линейного смешения водных масс. Однако для исследования перемешивания водных масс помимо температуры и солености ОМА использует такие дополнительные характеристики как биогенные элементы, параметры, вычисляемые из соотношения Редфилда, потенциальную завихренность и концентрации стабильных изотопов. Данный метод получил развитие в 1980-е годы, благодаря работам Маттиаса Томчака [Tomczak 1981, Tomzcak, Large, 1989; Poole and Tomzcak, 1999; Tomzcak, 1999].

В основе метода лежит несколько положений. Во-первых, подразумевается, что свойства всех водных масс подвергаются одинаковому процессу смешения, т е. коэффициенты смешения одинаковы (как вследствие турбулентного перемешивания). Во-вторых, полагается, что характеристики любой пробы морской воды в точке наблюдения можно разложить на составляющие разного происхождения и каждая из этих составляющих может быть представлена в виде точки в параметрическом пространстве. Иными словами, исходные водные массы, участвующие в перемешивании, принято характеризовать a priori известными осредненными параметрами («параметрами источника»). В-третьих, полагается, что параметры источника не подвержены климатической или какой-либо другой изменчивости. Кроме этого, метод предполагает, что все используемые океанологические параметры являются величинами консервативными.

Метод ОМА предполагает решение системы линейных уравнений методом наименьших квадратов индивидуально для каждой точки наблюдения. Поэтому все точки наблюдений, данные которых мы анализируем, должны находиться на пути распространения исследуемых водных масс.

В одной из первых модификаций ОМА в качестве дополнительных параметров использовались силикаты и нитраты. Однако в океанских масштабах концентрации кислорода и биогенных элементов - не консервативные величины, а очаги формирования ресурсных водных масс обычно находятся далеко от места наблюдений. Вследствие этого биогеохимические процессы не могут игнорироваться и должны быть введены в анализ.

С этой целью вместо концентраций биогенных элементов используется ряд дополнительных квази-консервативных параметров. Прежде всего, это -комбинации концентраций растворенного кислорода (или дефицита кислорода) и биогенных элементов, использующие соотношение Рэдфилда [Redfield et. al., 1963]. Установлено, что данное соотношение не является константой для вод Мирового океана Оно меняется от региона к региону и варьирует в зависимости от глубины [Takahashi et al., 1985; Anderson and Sarmiento, 1994]. Поэтому в настоящее время специалисты используют разные стехиометрические коэффициенты для расчетов N0 и РО. В рамках данной работы для расчетов использованы стехиометрические коэффициенты, предложенные в работах [Perez et al., 1993; van Aken, 2000; Alvarez et al., 2004] в виду того, что они выведены на основе данных, полученных вблизи района настоящего исследования (северная часть Атлантического океана): РО= 163[Р04] + [02] N0= 10-[N03] + [02].

Расчет процентного содержания водных масс на исследуемых разрезах

осуществлялся по двум гидрофизическим (потенциальная температура и соленость) и двум гидрохимическим параметрам (концентрация силикатов, РО или N0).

Система уравнений выглядит следующим образом: " Si X|+ S2 х2+ S3 х3+ S4 х4+ S5 х5 = S,n s,tu

е, xi+ е2 х2+ 03 х3+ е4 х4+ е5х5 =0 ,„ „ш

Si| X|+Si2 х2+SÍ3X3+Si4 X4+Sis х5 = Si m MhJ

NO, x,+ N02 x2+ N03 x3+ N04 x4+ NOj x5 = NO,„ Sltu

x, + x2 + x3 + x4 + x5 = 1 (100 %)

В общем случае в матричной форме систему уравнений можно записать так: Gx=d

G-матрица параметров источников (характеристик 100%-ного содержания водных масс);

d-вектор измеренных данных (in situ); х-искомое соотношение исходных водных масс.

Система состоит из и уравнений, из которых одно представляет собой условие равенства единице суммы всех вкладов исходных водных масс, а остальные построены с помощью п-1 параметров морской воды. Использование 4 параметров водных масс позволяет найти процентное соотношение 5 водных масс в исследуемом объёме воды.

Решение системы уравнений должно удовлетворять двум условиям:

1. в сумме вклады всех источников должны быть равны 100%;

2. все вклады не должны быть отрицательны.

Целесообразность применения ОМА в рамках данной работы продиктована тем, что сравнение разрезов процентного содержания, рассчитанного по данным разных лет, позволяет судить об изменчивости структуры вод. Однако применение ОМА в целях исследования изменчивости водных масс в пределах Северной Атлантики невозможно без серьезной доработки метода. Необходимость модификации метода продиктована двумя причинами:

• Объектом исследования в рамках данной работы является регион субполярной Северной Атлантики. Параметры формирующихся здесь водных масс подвержены значительной межгодовой и декадной изменчивости [Read and Gould, 1992, Sy et al.. 1997; Dickson et al., 2002; van Aken, 1995]. В связи с этим при исследовании межгодовой изменчивости соотношений водных масс на разрезах необходимо варьировать параметры источников водных масс северного происхождения;

• На трансатлантических разрезах в пределах Северной Атлантики в течение одной съемки в разных копювинах (бассейнах) можно встретить разновозрастные модификации JIB, СВГВ и СЗГВ с существенно различающимися характеристиками 100%-ного содержания [Koltermann et al., 1999, Добролюбов, Фалина, 2002]. Поэтому задача нахождения процентной доли «чистых» водных масс в пределах Северной Атлантики должна учитывать разную скорость их распространения до разных участков разрезов.

Такая постановка задачи потребовала восстановить межгодовую изменчивость характеристик 100%-ного содержания ЛВ, СВГВ и СЗГВ. Характеристики ЛВ были определены в центральной части моря Лабрадор по данным разреза AR07W согласно [Yashayaev et. al., 2000, Lazier et. al., 2002], a также на основе собственных данных, полученных на том же разрезе в 2002 г. на НИС «Академик Келдыш».

Определение характеристик 100%-ного содержания СЗГВ проводилось в придонном слое Датского пролива. Для этого с помощью программного пакета Ocean Data View из всех данных, содержащихся в океанологической базе World Ocean Data Base 2001 (WODB-2001) [http://ferret.prnel.noaa.gov/WODB/servlets/ dataset] были отобраны данные, полученные в 1988-2001 гг. в районе 65-67.5° с.ш., 24-30° з.д. на станциях с глубиной более 300 м. Верхнюю границу СЗГВ в Датском проливе согласно [Kâse, Oschlies, 2000; Macrander et al., 2002] целесообразно выделять по изопикне ou=27,8 кг/м3. В соответствии с этим, осреднение данных о потенциальной температуре и солености для каждого года проводилось в слое вод с Оо>27,8 кг/м3. Полученные значения приведены на рис. 5. Полученная картина изменчивости солености СЗГВ в Датском проливе качественно совпадает с картиной, полученной в работе [Dickson et al., 2002].

Рис. 5. Характеристики 100%-иого содержания Северо-западной и Северо-восточной глубинных водных масс в период между 1987 и 2003 гг., полученные автором на основе данных World Ocean Data Base 2001.

Определение характеристик 100%-ного содержания СВГВ проводилось в северо-восточной части Исландского бассейна в районе 61-63° с. ш. и 15-20,5° з. д. Для восстановления термохалинных характеристик СВГВ в период между 1987 и 1997 гг. использованы данные из WODB-2001. Потенциальная температура и соленость СВГВ в 1998 и 2003 г. получены на основе данных повторяющегося меридионального разреза вдоль 20° з.д. в диапазоне 61 -63° с. ш. (табл. 1).

Осреднение данных проводилось для вод с соленостью менее 35,0 епс, потенциальной температурой менее 3°С и Оо>27,8 кг/м3. Полученные значения солености и потенциальной температуры СВГВ для разных лет представлены на рис. 5.

В соответствии с имеющимися в распоряжении данными на разрезах характеристики 100%-ного содержания ААПВ, ААДВ и АВБ были отнесены не к очагам формирования, а к районам отчетливого проявления этих водных масс на разрезе по 36° с. ш. в пределах Северной Атлантики. Такой подход в рамках поставленной задачи (исследования процессов смешения вод в субполярной части Атлантики) вполне корректен и не раз применялся отечественными и западными специалистами при использовании ОМА [van Aken, 2000; Alvarez et. al., 2004, Добролюбов, Фалина, 2002]. Конечно, в таком случае в результате расчетов можно получить не абсолютное, а лишь относительное процентное содержание вод разного происхождения. Однако полученные таким образом результаты расчетов гораздо точнее и информативнее, чем абсолютные значения.

Характеристики ядер ААДВ и ААПВ были определены исходя из данных, полученных на разрезе по 36° с. ш. в ходе экспедиций на НИС «Chain» в 1959 г., НИС «Atlantis - II» в 1981 г. и НИС «Профессор Мультановский» в 1993 г. [Добролюбов и др., 1995]. Характеристики АВБ были взяты из работы [van Aken, 2000]. Определение характеристик проводилось ван Акеном в придонном слое абиссальной котловины Мадейра в районе 36° с. ш., 20° з. д. Параметры СВ

определены в Кадисском заливе примерно в 180 км от Гибралтарского пролива в районе 36° с. ш., 8° з. д. [Добролюбов и др., 1995; Добролюбов, Фалина, 2002].

Для наиболее объективного определения параметров исходных модификаций JIB, СВГВ и СЗГВ, подверженных наибольшей климатической изменчивости, автором были использованы оценки времени «добегания» этих водных масс до разных бассейнов региона. Для этого на основе современных литературных данных была составлена карта, содержащая оценки времени «добегания» Лабрадорской, Северо-восточной и Северо-западной глубинных водных масс до различных участков разрезов (рис. 6).

Таким образом, расчеты процентного содержания водных масс на разрезах в пределах субполярной Северной Атлантики проводились с учетом межгодовой изменчивости термохалинных характеристик исходных водных масс (JIB, СВГВ и СЗГВ), а также разного времени распространения этих вод до различных бассейнов.

Выявленные тенденции межгодовой изменчивости водных масс

Анализ изменчивости параметров промежуточных и глубинных водных масс субполярной Северной Атлантики проведен в пяти относительно обособленных бассейнах: море Лабрадор, бассейне Ирмингера, Исландском бассейне, Ньюфаундлендской котловине и в районе к югу от плато Хатгон-Роколл. Исследование проводилось на основе термохалинных характеристик, данных о содержании кислорода и концентрации биогенных элементов. Основное внимание

[Fogelqvist et. al., 2002; Smethie and Swift, 1989; Fleischmann et. al., 2001], СЗГВ - из работы [Smethie, 1994]. «К» - районы конвекции; прямоугольника -ми отмечены районы опреде -ления параметров источников.

Рис. 6. Карта, содержащая литературные оценки времени «добегания» водных масс. Оценки для ЛВ приведены в соответствии с [Koltermann et. al., 1999; Cunningham and Haine, 1995; Rhein, Fischer et al., 2002; Min, 1999]. Оценки «времени добегания» СВГВ приведены в соответствии с

уделялось водам ниже главного термоклина, так как на этих горизонтах можно пренебречь сезонной изменчивостью характеристик водных масс и корректно рассматривать все разрезы, выполненные в разные месяцы. Водные массы северного происхождения

JIB. Значительные декадные и межгодовые вариации параметров JIB связаны в первую очередь со значительной изменчивостью климатических условий в районе моря Лабрадор, что приводит к изменчивости мощности конвективного слоя (от 200 до 2300 м) [Lazier et al., 2002] Лабрадорская водная масса, сформировавшаяся в 1990-1994 гг. была самой холодной и самой плотной за последние 100 лет [Rhein et. al., 2002]. Резкое уменьшение глубины конвекции в 1995-1999 гг. (с 2000 м до 400 м) привело к формированию двухмодовой структуры JIB. В 1996 г. над основным ядром с плотностью а0=27,77-27,78 кг/м3 стало формироваться более легкое ядро в изопикническом интервале а0=27,71-27,73 кг/м3. С этого момента в пределах нижней и верхней мод ЛВ (нЛВ и вЛВ соответственно) наблюдались разнонаправленные тенденции. С 1996 по 2000 гг. в море Лабрадор наблюдалось уменьшение солености и потенциальной плотности вЛВ (рис. 7а). К 2000 г. верхнее ядро JIB стало более пресным и лучше выраженным, чем нижнее. В то же время нижнее ядро ЛВ после прекращения ежегодного обновления и за счет вертикального турбулентного обмена постепенно теряло свои отличительные признаки - минимум солености и максимум растворенного кислорода.

С 1996 по 2004 гг. присутствие вЛВ зафиксировано в море Лабрадор, в бассейне Ирмингера, в северной части Ньюфаундлендской котловины (рис. 7). Распространяясь на восток, к 2002 г. вЛВ достигла района разлома Чарли-Гиббс (рис. 7в). Однако в Исландском бассейне присутствие вЛВ не зафиксировано даже в 2004 г. На разрезе по 53° с. ш. в 2001-2002 гг. зафиксировано продвижение вЛВ из района ЗГТ1Т в восточном направлении. При этом за 16 месяцев между съемками верхняя мода ЛВ продвинулась на восток на 600-700 км. На разрезе А02 в 2000 г. в западном бассейне легкая мода лабрадорских вод не прослеживается даже спустя 4 года после начала формирования (ее изопикнический интервал занят сильно трансформированной ААПВ). Эти факты свидетельствуют о том, что вЛВ распространяется лишь в пределах субполярного круговорота и практически не вовлекается в систему Западного глубинного пограничного течения, переносящего более плотные воды северного происхождения (в частности нижнюю моду JIB) в южном направлении.

Постепенное потепление, осолонение и уменьшение содержания кислорода в пределах нижнего ядра ЛВ в период между 1996 и 2004 гг. отчетливо прослеживается в море Лабрадор, в бассейне Ирмингера, а также на разрезе по 53°

с. ш. Расчеты процентного содержания вод показали, что в бассейне Ирмингера в слое 1500-2000 м доля JIB с 1994 по 2004 гг. уменьшилась с 80-90% до 40-50%. В то же время на разрезе А02 в западном бассейне в период между 1996 и 2000 г. наблюдалось увеличение влияния нЛВ (увеличение концентрации кислорода и понижение солености), обусловленное более поздним «добеганием» этих вод из моря Лабрадор. Процентное содержание Лабрадорской воды на разрезе А02 в 1993 г. указывает на то, чго данная водная масса распространялась преимущественно через западный бассейн, в то время как в 2000 году наименее трансформированные воды наблюдались над восточным склоном Серединно-Атлантического хребта.

В восточном бассейне в течение 1990-х годов происходило увеличение влияния лабрадорских вод, обусловленное проникновением экстремально холодной и плотной ЛВ, сформировавшейся в начале десятилетия. Гак на разрезе А01Е с 1991 по 1994 гг. зафиксировано опреснение и охлаждение слоя ЛВ. На разрезе А16 в пределах Исландского бассейна и в районе к югу от плато Хаттон-Роколл влияние ЛВ значительно усилилось в период между 1988 и 1998 г. Однако после 1998 г. влияние этого климатического сигнала ослабло: в северной часта Исландского бассейна в промежуточном слое снова наблюдалось увеличение солености и уменьшение процентного содержания ЛВ (рис 12)

В ходе исследований характеристик ЛВ установлено, что формирование вод, сходных по характеристикам с Лабрадорской водной массой, может происходить также вне моря Лабрадор На основе Т,8-анализа выявлено, что в 1995-1996 гг. формирование вЛВ происходило в бассейне Ирмингера (рис. 76). Таким образом, можно констатирова!ь, что формирование верхней легкой моды лабрадорских вод в бассейне Ирмингера началось одновременно с формированием легкого ядра в море Лабрадор. Кроме этого, выявлено, что конвективные процессы в бассейне Ирмингера оказали влияние на характеристики нижней моды ЛВ в 1997 г. Известно, что ЛВ необходимо около 2 лет для распространения из моря Лабрадор до бассейна Ирмингера [Pickart et al., 2003]. В 1995-1996 гг. содержание кислорода в переделах нЛВ в море Лабрацор составляло 295-302 цмол/кг (рис. 8). По мере <■

распространения водной массы из очага формирования в ее пределах должно наблюдаться уменьшение содержания кислорода вследствие биогеохимических процессов. Однако в бассейне Ирмингера в конце 1997 г. в пределах нЛВ наблюдались напротив более высокие концентрации кислорода (300-308 цмол/кг), чем в очаге ее формирования (рис. 8). Это свидетельствует о том, что в 19961997 гг конвективное обновление нЛВ происходило вне моря Лабрадор. Этот вывод хорошо согласуется с результатами недавних исследований Пикарта и

Рис. 7. 8,8-диаграммы, иллюстрирующие двухмодовую структуру Лабрадорской водной массы в 1994-2004 гг. в субполярной части Северной Атлантики: (а) - море Лабрадор, разрез АШ)7\1У, 1994-2002 гг.; (б) - бассейн Ирмингера, разрез по ~60° с. ш., 1996-2004 гг.; (в) - станции в районе разлома Чарли-Гиббс, НИС «Академик

Мстислав Келдыш», 2002 г.

море Лабрадор, разрез АК.07>А' О

бассейн Ирмингера

Рис. 8. Распределение содержания кислорода (цмол/кг) на стандартном разрезе АМ)71У через море Лабрадор, выполненном в июне 1995 г. и в мае 1996 г., а также в бассейне Ирмингера на разрезе по 60° с. ш. в ноябре 1997 г.

Бэкона [Pickart et al., 2003; Bacon et al., 2003], согласно которым, зимой 1996 - 1997 r i. неоднократное воздействие стоковых ветров, дующих с восточного побережья Гренландии, способствовало формированию интенсивной конвекции в юго-западной части бассейна Ирмингера.

СЗГВ. Межгодовая изменчивость характеристик СЗГВ в южной части бассейна Ирмингера и в море Лабрадор тесно связана с изменчивостью характеристик придонных вод в Датском проливе. Резкое опреснение донных вод в проливе в 1991-1994 гг на 0,04 епс [рис 5, Dickson et al., 2002] привело к аналогичным изменениям в этот период в пределах СЗГВ в районе 60° с. ш. (соленость понизилась на 0.02-0.03 епс) Практически синхронное увеличение солености донных вод в проливе и СЗГВ наблюдалось в 1994-1996 гг. В период между 1997 и 2004 гг. у южной оконечности Гренландии в пределах СЗГВ наблюдалось значительное уменьшение солености, потенциальной температуры, сопровождавшееся увеличением содержания кислорода (рис. 9). При этом в 2004 г. характеристики СЗГВ достигли рекордных отметок за весь период наблюдений: в этом году зафиксирована самая холодная и пресная модификация СЗГВ за 15 лет (потенциальная температура понизилась до 0,8°С, а соленость - до 34,83 епс). На основе распределения термохалинных характеристик выявлено, что с 1997 по 2004 г. в южной части бассейна Ирмингера СЗГВ имела четко выраженную многоядерную структуру. Расчеты процентного содержания СЗГВ у восточного склона Гренландии также выявили многоструйную систему распространения этой водной массы При этом содержание СЗГВ в бассейне Ирмингера значительно увеличилось за 10 лет: если в 1994 г. максимальное содержание в ядрах составляло 30-35%, то в 2004 году оно увеличилось до 50-55% (рис. 10). В море Лабрадор с 1996 по 2000 г. наблюдалось значительное опреснение и охлаждение СЗГВ. В 2000 г. были зафиксированы самые низкие значения температуры и солености за весь период наблюдений (1990-2002 гг.). Эти изменения, видимо, являются следствием резкого опреснения и охлаждения придонных вод Датского пролива в начале 1990-х годов (рис. 5, [Dickson et al., 2002]), а также взаимодействием с аномально плотной и пресной нЛВ, сформировавшейся в 1990-1994 гг.

СВГВ. Гидрологический мониторинг характеристик водных масс на разрезе по 60° с.ш. показал, что между съемками 1997 г. и 2002 г. распространяющаяся на глубинах 2300-3000 м СВГВ стала значительно теплее (на 0,3° С), ее соленость увеличилась на 0,01 епс. Под влиянием ЛВ увеличилось содержание кислорода на 5-10 |амол/кг К 2004 гг СВГВ в Исландском бассейне стала самой теплой и соленой за предыдущие 13 лет (0=2,6° С, S=34,98 епс).

Рис. 9-10. (9) - Разрезы-разности распределений потенциальной температуры, солености и содержания кислорода, бассейн Ирмингера, разрез по 60° с.ш.; (10) - процентное содержание СЗГВ у восточного склона Гренландии, рассчитанное на основе данных, полученных в 1994 и 2004 гг.

Резкое увеличение температуры и солености СВГВ в 2002-2004 гг. по сравнению с 1997 г. обусловлено изменением характеристик ее исходных компонентов. Формирование СВГВ в самой северной части Исландского бассейна происходит путем смешения двух основных компонентов: холодных и пресных вод, поступающих через Фарерско-Шетландский пролив и проход Фарерской Банки, и теплых, соленых вод на глубинах 700-800 м к юго-востоку от Исландии. Изменение характеристик СВГВ вызвано резким увеличением температуры и солености на глубинах 500-1000 м с 1994 по 2001 г. в районе южного склона Исландии, а также увеличением солености в придонном слое Фарерско-Шетландского пролива с 1997 г. по 2001 г. [Dickson et. al., 2002]. В бассейне Ирмингера в период между 1991 и 1997 г. наблюдалось охлаждение и опреснение СВГВ, а с 2002 г. зафиксировано потепление и осолонение СВГВ у западного склона хребта Рейкъянес. Охлаждение и уменьшение солености СВГВ в 1990-х годах обусловлено не только аналогичными процессами в пределах ядра СВГВ над восточным склоном хребта Рейкъянес в течение 30 лет вплоть до 1996 г. [Dickson et. al., 2002], но и охлаждением и опреснением слоя 1000-2000 м вследствие проникновения большого объема JIB. Увеличение потенциальной температуры и солености у западного склона САХ в 2002-2004 гг. обусловлено потеплением и осолонением СВГВ в Исландском бассейне, а также резким уменьшением влияния нЛВ.

В море Лабрадор в слое СВГВ с 1990 г. но 2002 г. происходило постепенное опреснение и охлаждение. Этот процесс обусловлен аналогичными тенденциями в пределах данной водной массы в Исландском бассейне в течение нескольких десятилетий вплоть до 1996-1997 гг. [Dickson et. al., 2002]. Водные массы южного происхождения

На трансатлантическом разрезе по 48° с.ш. в периоды между съемками 1993, 1996 и 2000 гг. было зафиксировано уменьшение содержания кислорода в слое ААПВ. На основе данных, полученных на меридиональном разрезе А16, пересекающем всю северо-восточную часть Северной Атлантики, выявлено, что в течение 15 лет (между съемками 1988, 1998 и 2003 гг.) на глубинах 700-1300 м происходило постепенное уменьшение содержания кислорода и увеличение содержания фосфатов (рис. 11). Содержание ААПВ на разрезе за пять лет между съемками 1998 и 2003 гг. увеличилось на 5-10% (рис. 12). Эти факты свидетельствуют об интенсификации проникновения ААПВ в субполярную часть Северной Атлантики в течение всего периода наблюдений

1000

2000

3000-

4000-

5000-

1000-

2000

3000

4000

5000-

-45 -30 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 30

ЦМОЛ/КГ

-04 -01 -0 05 0 0 05 0 1 015 0 2 0 25

Рис. 11. Разрезы-разности распределений содержания кислорода и фосфатов, разрез по 20° з.д. (А 16).

В восточном бассейне Северной Атлантики на меридиональном разрезе А16 зафиксировано увеличение содержания фосфатов в придонном слое к югу от плато Хаттон-Роколл в течение 1988-2003 гг. Увеличение содержания биогенных элементов в этом слое является следствием интенсификации проникновения Абиссальной воды Восточного бассейна в северном направлении (рис. 11).

Распределение солености севернее 40° с.ш. на разрезе Al 6 свидетельствует об усилении проникновения на север СВ в слое 700-1300 м в период между 1988 и 2003 г. Распространение средиземноморских вод на меридиональном разрезе наиболее отчетливо прослеживается по минимуму содержания кислорода (<200цмол/кг) и максимуму солености (более 35,4 епс). За пятнадцать лет, в течение которых были выполнены три съемки (в 1988, 1998 и 2003 гг.), соленость в ядре СВ в районе 40°-44° с. ш. увеличилась на 0.1 епс, содержание кислорода уменьшилось на 10 цмол/кг.

Если в 1988 г. проникновение СВ с соленостью более 35,4 епс прослеживалось до 43° с.ш., то в 2003 г. - до 46° с.ш. Расчеты процентного содержания на основе данных разреза Al 6 также свидетельствуют об интенсификации проникновения СВ в северном направлении в 1998-2003 гг. (рис.

12).

40 4S 50 55 60 *с. ш.

40 45 So 55 ОТ "с. III.

Рис. 12. Процентное содержание промежуточных и глубинных водных масс на разрезе по 20° з.д. (А16).

Придонные воды в районе плато Хаттон -Роколл

Гидрологическая структура вод между хребтом Хаттон и европейским шельфом на настоящий момент практически не исследована. На основе Т,8-анализа данных,

полученных на разрезе по 60° с. ш. в 2002 и 2004 гг., были выявлены водные массы данного района. Привлечение T,S-HHfleKCOB водных масс из литературных источников [Hansen and Osterhus, 2000; Fogelqvist et al., 2003] позволило установить, что придонные воды на разрезе восточнее 17° з. д., представляют собой продукт трансформации Модифицированной Восточно-Исландской водной массы (MBИВ). Эта водная масса является продуктом зимней конвекции в Исландском море и на северном шельфе Исландии. Характеристики МВИВ в районе Фарерско-Иславдского порога: 1<0<3О С, 34.7<S<34.9 ene, содержание кислорода -300 цмол/кг, силикатов - 67 цмол/кг. После проникновения через порог эта водная масса смешивается с теплыми и солеными ИПВ и СПМВ, формируя придонные воды исследуемого района. Формирующаяся Донная вода (ДВ) обладает потенциальной температурой 3,7-5° С, соленостью 34,93-35,1 епс, максимумом кислорода (260-280 цмол/кг) и силикатов (10-13 цмол/кг). На рис. 13 видно, что в течение периода между съемками 2002 и 2004 гг. придонные воды в этом районе стали холоднее на 0,8° С и преснее на 0,04-0,05 епс вследствие проникновения вод с большей долей МВИВ. В 2004 г. в ходе экспедиции на НИС «Академик Иоффе» были выполнены 2 станции в Фарерско-Шетландском проливе. На рис. 13 показано, что придонные воды в проливе представляют собой продукт смешения Норвежской арктической промежуточной и Норвежской глубинной водных масс.

348

356

35 8

2002 2004

35 35.2 35 4 Соленость, епс хребет Хаттон - европейский шельф

2004 Фарерско-Шетландский пролив

Рис. 13. O-S-диаграмма, отражающая характеристики водных масс на разрезе по 60° с. ш. восточнее хребта Хаттон по данным экспедиций 2002-2004 гг. Прямоугольниками обозначены характе -ристики водных масс согласно [Hansen and Osterhus, 2000, Fogelqvist et al., 2003].

В заключении отмечены наиболее важные результаты и обобщены выводы из проведенного исследования. В сравнении с модельными исследованиями, цитированными выше, автором обнаружен существенно более богатый набор механизмов регулирующих динамику термохалиной циркуляции в Северной Атлантике Большинство модельных работ [Hakkinnen, 1999; Eden and Willebrand, 2001; Gulev et al., 2003] учитывает лишь крупномасштабные факторы, такие как формирование Лабрадорской водной массы и субтропических вод. При этом различия в свойствах лабрадорских вод и их взаимодействие с другими модальными водами диагностируется крайне неопределенно. Исследование наиболее полною на сегодняшний день архива высокоточных гидрографических наблюдений позволило впервые построить достоверную картину процессов трансформации промежуточных и глубинных вод субполярной Северной Атлантики и зафиксировать влияние этих процессов на формирование режима циркуляции.

1) В работе установлены основные тенденции межгодовой изменчивости характеристик водных масс в западном бассейне субполярной Северной Атлантики:

• После 1995 года в море Лабрадор и бассейне Ирмингера зафиксировано формирование верхней относительно легкой моды лабрадорских вод. Распространение этих вод происходит в пределах субполярного круговорота. Наряду с этим зафиксирована постепенная трансформация экстремально холодной и пресной нижней моды ЛВ, сформировавшейся в начале 1990-х годов;

• Выявлена интенсификация поступления вод арктического происхождения через Датский пролив. Анализ данных, полученных в результате шести съемок в южной части бассейна Ирмингера, позволил установить, что у восточного склона Гренландии после 1997 г. имело место охлаждение и опреснение слоя СЗГВ, сопровождавшееся увеличением содержания кислорода. При этом в 2004 г. наблюдалась самая холодная и пресная модификация СЗГВ за 13-летний период наблюдений.

Обе тенденции свидетельствуют о трансформации трехслойной ячейки меридиональной циркуляции Северной Атлантики, установившейся в начале 1990-х годов [Koltermann et al., 1999].

2) Выявлены тенденции межгодовой изменчивости водных масс в восточном бассейне субполярной Северной Атлантики:

• Зафиксирована последовательная интенсификация проникновения

Средиземноморской и Антарктической промежуточной водных масс, а также

Абиссальной воды Восточного бассейна в северном направлении в течение 1988-2003 гг.;

• Выявлено усиление влияния Модифицированной Восточно-Исландской водной массы, свидетельствующее об интенсификации водообмена с арктическим бассейном;

• После 1997 г. в Исландском бассейне зафиксировано потепление и осолонение СВГВ. Установлено, что в 2004 гт. эта водная масса стала самой теплой и соленой за предыдущие 13 лет.

Межгодовая и декадная изменчивость СВГВ, АВБ, ААПВ, СВ не учитывалась при разработке концепции двухмодального режима меридиональной циркуляции Северной Атлантики. Проведенные исследования свидетельствуют о том, резкое уменьшение конвекции в море Лабрадор в середине 1990-х годов не привело к смене климатических тенденций в пределах водных масс южного происхождения. Можно предположить, что последовательное усиление влияния промежуточных вод, проникающих в северо-восточную часть субполярной Атлантики в течение 10-15 лет, способствовало резкому изменению характеристик СВГВ в конце 1990-х годов.

3) Произведено апробирование метода оптимального многофакторного анализа водных масс для исследования межгодовой изменчивости водных масс. Метод, предложенный в 1980-х годах М. Томчаком, был значительно модифицирован: расчеты процентного содержания водных масс производились с учетом межгодовой изменчивости характеристик ЛВ, СВГВ и СЗГВ в районах их формирования (поступления в регион) и разного времени распространения этих вод до разных участков разрезов. Полученные количественные оценки изменчивости водных масс отражают климатические тенденции, выявленные другими методами.

4) Сравнительный анализ полей распределения ряда океанологических параметров на разрезах через бассейн Ирмингера (выполненных с 1991 по 2004 г.) позволил выдвинуть предположение о существовании дополнительного источника ЛВ, расположенного вне моря Лабрадор. Конвективные процессы в бассейне Ирмингера не приводят к формированию основного объема лабрадорских вод, однако в отдельные годы, как, например, в 1996-1997 гг. этот источник может играть очень важную роль. Этот вывод основан на том, что в море Лабрадор глубина конвекции с 1995 по 2000 г. не превышала 1000 м [Lazier, 2002], в то время как к юго-востоку or южной оконечности Гренландии она могла достигать 2000 м зимой 1996-1997 гг

Список опубликованных работ по теме диссертации:

1. Добролюбов С.А., Фалина A.C. Межгодовая изменчивость циркуляции промежуточных вод Северной Атлантики по данным многомерного анализа водных масс. Океанология, 2002, т. 42, №5, с. 650-659.

2. Фалина А. С. Межгодовая изменчивость характеристик водных масс субполярной Северной Атлантики на трансатлантическом разрезе по 60° с.ш. Океанология, 2005, т. 45, №4, с. 504-517.

Отпечатано в копицентре «СТ ПРИНТ» Москва, Ленинские горы, МГУ, 1 Гуманитарный корпус. www.stprint ru e-mail: zakaz@stprint ru тел.: 939-33-38 Тираж 100 экз. Подписано в печать 16.12.2005 г.

7-vé

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Фалина, Анастасия Сергеевна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СТРУКТУРА ВОД И СХЕМА ЦИРКУЛЯЦИИ СУБПОЛЯРНОЙ СЕВЕРНОЙ АТЛАНТИКИ.

1.1. История понятия «водная масса».

1.2. Географические особенности Северной Атлантики.

1.3. Водные массы субполярной Северной Атлантики.

1.3.1. Подповерхностные и промежуточные водные массы.

1.3.2. Глубинные водные массы.

1.4. Глобальный конвейер и роль североатлантических глубинных вод в глобальной океанической циркуляции.

1.5. Двухмодальный режим меридиональной термохалинной циркуляции вод Северной

Атлантики.

1.6. Инструментальные и методические проблемы выявления разномасштабной климатической изменчивости водных масс.

ГЛАВА 2. ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДАННЫЕ И МЕТОДЫ

ВЫЯВЛЕНИЯ КЛИМАТИЧЕСКОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ

ВОДНЫХ МАСС.

2.1. Метод ядра.

2.2. Т,8-анализ.

2.2.1. Номограмма для определения процентного содержания водных масс.

2.3. Оптимальный многопараметрический анализ водных масс.

2.3.1. Нормирование системы и взвешивание параметров.

2.3.2. Применение консервативных и неконсервативных параметров для анализа.

2.3.3. Проблема определения характеристик исходных (100%-х) водных масс.

2.4. Используемые данные.

ГЛАВА 3. МЕЖГОДОВАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОМЕЖУТОЧНЫХ И ГЛУБИННЫХ ВОДНЫХ МАСС

СУБПОЛЯРНОЙ СЕВЕРНОЙ АТЛАНТИКИ.

3.1. Трансформация характеристик Лабрадорской водной массы по данным 1988-2004 гг.

3.1.1. Формирование и изменчивость Лабрадорской водной массы в море

Лабрадор и бассейне Ирмингера.

3.1.2. Распространение и изменчивость Лабрадорской водной массы в

Ньюфаундлендской котловине.

3.1.3. Распространение климатического сигнала лабрадорских вод в Исландском бассейне.

3.1.4. Лабрадорская водная масса в юго-восточной части субполярной Северной Атлантики.

3.2. Межгодовая изменчивость характеристик Северо-западной глубинной водной массы по данным 1990-2004 гг.

3.2.1. Изменчивость характеристик придонных вод Датского пролива и трансформация Северо-западной глубинной водной массы в бассейне Ирмингера.

3.2.2. Северо-западная глубинная водная масса в море Лабрадор.

3.2.3. Северо-западная глубинная водная масса в Ньюфаундлендской котловине.

3.3. Межгодовая изменчивость характеристик Северо-восточной глубинной водной массы по данным 1988-2004 гг.

3.3.3. Формирование и изменчивость Северовосточной глубинной водной массы в Исландском бассейне.

3.3.2. Северо-восточная глубинная водная масса в разломе Чарли-Гиббс.

3.3.3. Северо-восточная глубинная водная масса к югу от плато Хаттон-Роколл.

3.3.4. Северо-восточная глубинная водная масса в бассейне Ирмингера.

3.3.5. Охлаждение и опреснение Северовосточной глубинной водной массы в море Лабрадор.

3.4. Колебания интенсивности проникновения вод антарктического происхождения.

3.4.1. Антарктическая промежуточная водная масса.

3.4.2. Антарктическая донная водная масса.

3.4.3. Абиссальная вода Восточного бассейна.

3.5. Межгодовая изменчивость характеристик Средиземноморской и Исландской промежуточных водных масс.

3.6. Влияние Модифицированной Восточно-Исландской водной массы на формирование структуры вод в районе плато Хаттон-Роколл.

ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗМЕЧИВОСТИ ВОДНЫХ

МАСС И ИХ РАСПРОСТРАНЕНИЯ.

4.1. Необходимость модификации метода.

4.2. Характеристики 100%-ного содержания водных масс и используемые при расчетах оценки времени «добегания».

4.3. Оценка погрешностей метода.

4.4. Результаты расчетов процентного содержания водных масс в пределах субполярной Атлантики.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Межгодовая изменчивость характеристик водных масс и их распространения в субполярной Северной Атлантике"

Одной из фундаментальных проблем современной океанологии является выявление разномасштабной естественной изменчивости в промежуточных и глубинных слоях Мирового океана, обусловленной взаимодействием океана и атмосферы. Короткопериодные климатические вариации в системе океан-атмосфера с типичными периодами от двух до семи-восьми лет надежно выделяются в различных регионах Земного шара по разным типам данных, т. е. носят глобальный характер [25]. Эти вариации в районах конвекции генерируют климатические сигналы, распространяющиеся в глубинных слоях океана. Носителями таких сигналов являются водные массы, представляющие собой сравнительно большие объемы воды, формирующиеся в определенных районах Мирового океана, обладающие в течение длительного времени постоянными характеристиками и распространяющиеся как единое целое [7].

Основными целями исследования естественных климатических колебаний в природных системах, в частности в промежуточном и глубинном слоях океана, являются достоверное выделение антропогенных климатических изменений и прогнозирование поведения климатической системы планеты.

В предлагаемой диссертационной работе исследована короткопериодная (межгодовая) изменчивость характеристик водных масс и их распространения в северной части Атлантического океана. Этот регион Мирового океана, согласно [19], играет важнейшую роль в формировании долгопериодных изменений климата северного полушария. Именно здесь в результате водообмена с Северным Ледовитым океаном, адвекции теплых соленых вод из субтропических широт и локальной конвекции формируются глубинные воды, формирующие нижнее звено меридиональной термохалинной циркуляции (МТЦ). Изменение условий генерации вертикального потока массы в этом районе определяет значительную межгодовую и долгопериодную изменчивость характеристик промежуточных и глубинных вод, интенсивность меридионального переноса тепла, что, в свою очередь, отражается на циркуляции атмосферы и на состоянии всей климатической системы [14].

До настоящего момента основное внимание специалистов было приковано к изучению долгопериодной изменчивости водных масс Северной Атлантики. На основе анализа данных трансатлантических разрезов, выполненных в разные десятилетия, было выявлено, что характеристики промежуточных и глубинных водных масс региона подвержены значительной изменчивости [62, 93, 98, 120]. Было также установлено, что на протяжении последних четырех десятилетий в Северной Атлантике наблюдалась смена двух относительно устойчивых мод меридиональной циркуляции (МЦ). Период интенсификации МЦ в начале 1980-х чередовался с периодами ослабления системы МЦ в конце 1950-х и начале 1990-х гг. Смена этих двух режимов напрямую зависит от интенсивности притока в регион глубинных вод арктического происхождения, которая в свою очередь находится в противофазе с интенсивностью образования лабрадорских вод [60, 93].

Проведение повторных наблюдений на широтных океанографических разрезах является одним из самых эффективных методов исследования изменчивости структуры вод. В течение 1997-2004 гг. специалистами Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН в результате проведения ряда научных экспедиций были получены новые гидрологические и гидрохимические данные о структуре вод субполярной Атлантики. В работе использованы данные четырех съемок вдоль трансатлантического разреза по 60° с.ш. между шельфом Великобритании и Гренландией, а также двух съемок вдоль разреза по 53° с.ш. Географическое положение разрезов обеспечило пересечение ими основных пограничных течений, входящих в субполярный круговорот. Кроме того, разрез по 60° с.ш. проходит вблизи порогов, отделяющих Лабрадорскую и Северо-Европейскую котловины от Норвежского и Гренландского морей, служащих для Северной Атлантики источниками наиболее плотных вод и несущих климатический сигнал из Арктического бассейна. Разрез по 53° с.ш. уникален тем, что проложен над разломом Чарли-Гиббс, играющем важнейшую роль в водообмене между восточным и западным бассейнами Северной Атлантики. Помимо этого, использованы данные стандартного разреза AR07W через море Лабрадор, выполненного отечественными специалистами в 2002 г.

Использование новейших отечественных данных в совокупности с данными, полученными в 1990-е годы в рамках программы WOCE ("Глобальный эксперимент по изучению циркуляции Мирового океана"), позволило провести исследование изменчивости характеристик водных масс на качественно новом уровне. В рамках предлагаемой работы не только выявлены основные тенденции межгодовой климатической изменчивости ядер промежуточных и глубинных водных масс в течение 1988-2004 гг., но и определено влияние зафиксированных климатических тенденций на формирование нового типа меридиональной циркуляции Северной Атлантики.

В рамках данной работы также сделана попытка получить количественные оценки изменчивости водных масс на основе как гидрологических, так и гидрохимических параметров. Для этого было произведено апробирование метода оптимального многопараметрического анализа водных масс для исследования межгодовой изменчивости водных масс. Метод, предложенный в 1980-х годах профессором М. Томчеком [147, 148], был значительно модифицирован: расчеты процентного содержания водных масс производились с учетом межгодовой изменчивости характеристик водных масс в районах формирования и разного времени распространения этих вод до разных участков разрезов.

Кроме этого, на основе новых отечественных данных обогащена концепция формирования Лабрадорской водной массы. Получены доказательства существования дополнительного источника этой водной массы вне моря Лабрадор. С точки зрения автора, полученные результаты имеют важное значение, так как позволят в дальнейшем более объективно рассматривать влияние интенсивности формирования Лабрадорской водной массы на смену режимов меридиональной термохалинной циркуляции.

Заключение Диссертация по теме "Океанология", Фалина, Анастасия Сергеевна

Основные результаты работы и полученные выводы можно сформулировать следующим образом: 1) Установлены основные тенденции межгодовой изменчивости характеристик водных масс в западном бассейне субполярной Северной Атлантики:

• Резкое уменьшение глубины конвекции в море Лабрадор в 1995-1996 гг. привело к формированию и распространению в пределах субполярного круговорота верхней относительно легкой моды лабрадорских вод. Эти воды, имеющие потенциальную плотность о а0=27.70-27.74 кг/м , практически не вовлекаются в систему Западного глубинного пограничного течения, переносящего более плотные воды северного происхождения (в частности нижнюю моду ЛВ) в южном направлении. Распространение верхней ЛВ в южном направлении ограничено субполярным фронтом, и ее присутствие не прослеживается в районе 42-45° с. ш. Распространяясь на восток, к 2002 г. верхняя мода ЛВ достигла района разлома Чарли-Гиббс, однако в Исландском бассейне в районе 60° с. ш. в 2004 г. присутствие вЛВ зафиксировано не было;

• После 1996 г. во всех котловинах субполярной Северной Атлантики наблюдалась постепенная трансформация экстремально холодной и пресной нижней моды лабрадорских вод, сформировавшейся в 19901994 гг.: в ее пределах зафиксировано увеличение потенциальной температуры, солености и уменьшение содержания кислорода;

• В период между 1997 и 2004 гг. у южной оконечности Гренландии в пределах СЗГВ наблюдалось значительное уменьшение солености, потенциальной температуры, сопровождавшееся увеличением содержания кислорода. При этом в 2004 г. характеристики СЗГВ достигли рекордных отметок за весь период наблюдений: в этом году зафиксирована самая холодная и пресная модификация СЗГВ за 15 лет. На основе распределения термохалинных характеристик впервые выявлено, что с 1997 г. СЗГВ имела четко выраженную многоядерную структуру.

Эти тенденции свидетельствуют о трансформации трехслойной ячейки меридиональной циркуляции Северной Атлантики, установившейся в начале 1990-х годов и описанной в работе [93]. Интенсивное образование больших объемов экстремально холодных и плотных лабрадорских вод, формировавших промежуточное звено термохалинной циркуляции в начале 1990-х годов, сменилось формированием и распространением в пределах субполярного круговорота относительно теплой, соленой и легкой моды лабрадорских вод. Если в начале 1990-х годов наблюдалось ослабленное поступление арктических вод через Датский пролив, то после 1997 г. наоборот зафиксировано резкое увеличение влияния арктических вод на структуру вод в бассейне Ирмингера.

• Зафиксирована последовательная интенсификация проникновения Средиземноморской и Антарктической промежуточной водных масс, а также Абиссальной воды Восточного бассейна в северном направлении в течение 1988-2003 гг.;

• Выявлено усиление влияния Модифицированной Восточно-Исландской водной массы, свидетельствующее об интенсификации водообмена с Арктическим бассейном;

• После 1997 г. в Исландском бассейне зафиксировано потепление и осолонение СВГВ. Установлено, что в 2004 гг. эта водная масса стала самой теплой и соленой за предыдущие 13 лет.

Межгодовая и долгопериодная изменчивость СВГВ, АВБ, ААПВ и СВ не учитывалась при разработке концепции двухмодального режима меридиональной циркуляции Северной Атлантики. Проведенные исследования свидетельствуют о том, что резкое уменьшение конвекции в море Лабрадор в середине 1990-х годов не привело к смене климатических тенденций в пределах водных масс южного происхождения. Можно предположить, что последовательное усиление влияния промежуточных вод, проникающих в северо-восточную часть субполярной Атлантики в течение 10-15 лет, способствовало резкому изменению характеристик СВГВ в конце 1990-х годов.

3) В работе произведено апробирование метода оптимального многопараметрического анализа водных масс для исследования межгодовой изменчивости водных масс и их распространения. Метод, предложенный в 1980-х годах М. Томчаком, был значительно модифицирован: расчеты процентного содержания вод производились с учетом межгодовой изменчивости характеристик ЛВ, СВГВ и СЗГВ в районах их формирования (поступления в регион) и разного времени распространения этих вод до разных участков разрезов. Полученные количественные оценки изменчивости водных масс отражают климатические тенденции, выявленные другими методами.

4) На основе сравнительного анализа распределений ряда океанологических параметров на разрезах через бассейн Ирмингера (выполненных с 1991 по 2004 г.) доказано существование дополнительного источника Лабрадорской водной массы, расположенного вне моря Лабрадор. Установлено, что формирование как нижней, так верхней моды этой водной массы в отдельные годы может происходить к югу-востоку от южной оконечности Гренландии в бассейне Ирмингера. Конвективные процессы в бассейне Ирмингера не приводят к формированию основного объема лабрадорских вод, однако в отдельные годы, как, например, в 1996-1997 гг. этот источник может играть очень важную роль. Этот вывод основан на том, что в море Лабрадор глубина конвекции с 1995 по 2000 г. не превышала 1000 м [98], в то время как в южной части бассейна Ирмингера она могла достигать 2000 м зимой 1996-1997 гг.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенное в рамках работы исследование позволило построить феноменологическое описание и количественную картину межгодовой изменчивости структуры вод субполярной части Атлантического океана в 1990-х и 2000-х годах.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Фалина, Анастасия Сергеевна, Москва

1. Архипкин B.C., Добролюбов С.А. Основы термодинамики морской воды. М.: Диалог-МГУ, 1998, 154 с.

2. Бруевич С.В. Проблемы химии моря. М.: Наука, 1978, 335 с.

3. Бубнов В А. Структура и динамика средиземноморских вод в Атлантическом океане. В кн.: Океанологические исследования, М. Наука, 1971, №22, с. 220-278.

4. Демидов А.Н. О выделении промежуточных и глубинных водных масс в Южной Атлантике. Океанология, 2003, т. 43, №2, с. 165-175.

5. Демидов А.Н., Беседин Д.Е. Об интерполяции полей характеристик на океанологических разрезах. Вестник МГУ, сер. 5 География, 2003, №6, с. 22-27.

6. Добровольский А.Д Водные массы северной части Тихого океана. Автореф. дисс. на соиск. уч. степ, д-ра геогр. наук. М., 1947, 45 с.

7. Добровольский А.Д. Об определении водных масс. Океанология, 1961, т. 1, вып.1, с. 12-24.

8. Добролюбов С.А. Об определении средних термохалинных характеристик океана. Вестник МГУ, сер. география, 1987, N 3, с. 65-71.

9. Добролюбов С.А., Соков А.В. Роль глубинных вод Северной Атлантики в изменчивости теплообмена океана и атмосферы. Вестник МГУ, сер. 5, Геогр., 2002, №6, с. 42-48.

10. Добролюбов С А., Фалина А.С. Межгодовая изменчивость циркуляции промежуточных вод Северной Атлантики по данным многомерного анализа водных масс. Океанология, 2002, т. 42, №5, с. 650-659.

11. Добролюбов С. А., Лаппо С. С., Морозов Е. Г., Соков А. В. Перенос вод через разлом Чарли-Гиббс. ДАН, 2003, т. 391, №5, с. 689-691.

12. Труды ИОАН, 1949, т.4, с. 61-79. П.Кукса В.И. Промежуточные воды Мирового океана. Гидрометиздат, 1983, 272 с.

13. Мамаев О.И. Т,8-анализ вод Мирового океана. Л-д: Гидрометеоиздат, 1970,363 с.

14. Мамаев О.И. Термохалинный анализ вод Мирового океана. Гидрометиздат, 1987, 296 с.

15. Мамаев О.И. Физическая океанография. Избранные труды. Изд. ВНИРО, 2000, 364 с.

16. Полонский А.Б. Роль океана в.современных колебаниях климата. Мор. Гидрофиз. Журн., 2001, №6, с. 32-58.

17. Степанов ВН. Структурные зоны Мирового океана. Океанология, 1967, т. 7, № 35 с. 380-390.

18. Степанов В. Н. Океаносфера. Изд-во «Мысль», 1983, 270 с. 2Тимофеев В.Т. Водные массы Арктического бассейна. Гидрометеоиздат, 1960, 191 с.

19. Тимофеев В.Т., Панов В.В. Косвенные методы выделения и анализа водных масс. Л.: Гидрометиздат, 1962, 351 с.

20. Трешников А.Ф. (гл. редактор). Атлас Арктики. Гл. упр. геодез. и картографии, 1985, 204 с.

21. Фалина А.С., Волков И.И. Влияние процесса двойной диффузии на общую гидрологическую структуру глубинных вод Черного моря. Океанология, 2005, т. 45, №1, с. 21-31.

22. Ъ2.Штокман В.Б. Основы теории Т, S-кривых как метода изучения перемешивания и трансформации водных масс. Проблемы Арктики, 1943, №1, с. 32-71.

23. ЪЪЛкеп van Н. М. The hydrographic variability in the bottom layer of the Iceland Basin. Jour. Phys. Ocean., 1995, V. 25, pp. 1716-1722.

24. Aken van H. M. and de Boer C. J. On the synoptic hydrography of intermediate and deep water masses in the Iceland Basin. Deep-Sea Res. I., 1995, V. 42, №2, pp. 165-189.

25. ЪЪЛкеп van H. M. and Becker G. Hydrography and through-flow in the northeastern North Atlantic Ocean: the NANSEN project. Prog. Oceanog., 1996, V. 38, pp. 297-346.

26. Ъб.Акеп van H. M. The hydrography of the mid-latitude northeast Atlantic Ocean I: The deep water masses. Deep-Sea Res., 2000, V. 47, p. 757-788.

27. Ъ9.Васоп S., Gould W. J., Jia Y. Open-ocean convection in the Irminger Sea. Geophys. Res. Lett, 2003, V. 30, №5, 1246-1254.

28. Broecker W.S. «NO», a conservative water-mass tracer. Earth and Planetary Science Letters, 1974, V. 23, pp. 100-107.

29. АЪ.Вгоескег W.S., Talcahashi Т. Hydrography of the central Atlantic IV. Intermediate waters of Antarctic origin. Deep-Sea Research, 1981, V. 28a, №3, pp.177-193.

30. Broecker W.S., Peng Т.Н., Ostlund G., Stuiver M. The distribution of bomb radiocarbon in the ocean. J.Geophys. Res., 1985, V. 90, N C4, pp.6953-6970.

31. Broecker W.S. The great ocean conveyor. Oceanography, 1991, V. 4, N2, p.79-89.

32. Bubnov V. A. Intermediate subarctic waters in the northern part of the Atlantic Ocean. Okeanologia, 1968, V. 19, pp. 136-153 (English translation, NO, Trans 545, U.S. Naval Oceanographic Office, Washington, DC 1973).

33. M.Budilion G., Pacciaroni M., Cozzi S., Rivaro P., Catalano G., Ianni C., Cantoni C. An optimum multiparameter mixing analysis of the shelf waters in the Ross Sea. Antarctic science, 2003, V.15(l), pp.105-118.

34. Centurioni L. R., Gould W. J. Winter conditions in the Irminger Sea observed with profiling floats. Jour, of Mar. Res., 2004, V. 62, №3, pp. 313-336.

35. Clarke R.A., Gascard J.C. The formation of Labrador Sea water. Part I: Large-scale processes. Jour. Phys. Oceanogr., 1983, V. 13, pp. 1764-1778.

36. Defant A., Wust G. Die Mischung von Wasserkorpern im System s-f(t). Rapports et Proces Verbaux, Reunions du Cons Perm. Intern pour l'exploration de la mer, 1930, V. 67

37. Defant A. Die troposphare des Atlantishen Ozeans. Schichtung und zirculation des Atlantischen ozeans. Wiss. Ergebn. Dtsch. Atlant. Exped. "Meteor", 1936. Bd 6. Т. I. S. 289-411.

38. Defant A. Physical Oceanography. V. I. New York: Pergamon Press, 1961. 745 P

39. Dickson R. and Brown J. The production of North Atlantic Deep Water: Sources, rates, and pathways. Jour, of Geophys. Res., 1994, V. 99, No C6, pp.12319-12341.

40. Dickson R., Yashayaev I., Meincke J., Turrell В., Dye S., Holfort J. Rapid freshening of the deep North Atlantic Ocean over the past four decades. Nature, 2002, V. 416, 832-837.

41. Dickson R., Curry R., Yashayaev I. Recent changes in the North Atlantic. Phil. Trans.R. Soc.Lond. A, 2003, V. 361., pp. 1917-1934.

42. Dobroliubov S., Tereschenkov V., and Sokov A. Mass and heat fluxes at 36N in the Atlantic comparison of 1993, 1981 and 1959 hydrographic surveys. Intern. WOCE Newsletter, 1996, No 22, pp. 34-37.

43. Eden C., Willebrand J. Mechanism of interannual to decadal variability of the North Atlantic circulation. Jour, of Climate, 2001, V. 14, pp. 2266-2280.

44. Fine RA. and Molinart R.L. A continuous deep western boundary current between Abaco (26.5° N) and Barbados (13° N). Deep-Sea Res., 1988, V. 35, No 9, pp. 1441-1450.

45. Garcia H., Cruzado A., Gordon L., Escanez J. Decadal-scale chemical variability in the subtropical North Atlantic deduced from nutrient and oxygen data. Jour. Geophys. Res., 1998, V. 103, No C2, pp. 2817-2830.

46. Gascard J.C., Clarke R.A. The formation of Labrador Sea water. Part II: Mesoscale and smaller-scale processes. Jour. Phys. Oceanogr., 1983, V.13, pp. 1779-1797.

47. НаШпеп S. Variability of the simulated meridional heat transport in the North Atlantic for the period 1951-1993. Jour. Geophys. Res., 1999, V. 104, pp. 10991-11007.

48. Hastenrath S. On meridional heat transports in the World Ocean. J. Phys. Oceanogr., 1982, V.12, pp. 922-927.

49. Harvey J. G. Deep and bottom water in the Charlie-Gibbs Fracture Zone. Jour. Mar. Res., 1980, V.38, pp. 173-182.

50. Hydrobiologie und Hydrographie. Leipzig, 1912. Bd. 3, 2. 84 S. 80.Helland-Hansen B. Nogen hydrografiskemetoder. Forh. Ved de skandinaviske

51. Jacobs S.S., Amos A.F., Bruchhausen Ross Sea oceanography and Antarctic Bottom Water formation. Deep-Sea Res., 1970, V. 17, pp. 935-962.

52. Jacobsen J. P. Contribution to the hydrography of the North Atlantic. The Danish Dana Exped., 1920-1922, N 1, N 3. Copenhagen, 1929, 98 p.

53. Johnston R. Some thoughts on the age and descent of the waters of the northeast Atlantic Ocean. In: Angel, M. (Ed.), A Voyage of Discovery. 1977, Pergamon Press, Oxford, pp.121-145.

54. Karstensen J., Tomczak M. Ventilation processes and water mass ages in thermocline of the southeast Indian ocean. Geophys. Res. Letters, 1997, V.24, pp. 2777-2780.

55. Karstensen J., Tomczak M. Age determination of mixed water masses with CFC and oxygen data. Jour. Geophys. Res., 1998, V. 103, pp.18,599-18,610.

56. Kase R.H., Oschlies A. Flow through Denmark Strait. Jour. Geophys. Res.,2000, V. 105, pp. 28527-28546.91 .Khatiwala S., VisbekM., Schlosser P. Age tracers in an GCM. Deep Sea Res. I,2001, V. 48, pp. 1423-1441.

57. Klein В., Tomczak M, Identification of diapycnal mixing through optimum multiparameter analysis (2): evidence for double-diffusive mixing in the front between North and South Atlantic central water. Jour. Geophys. Res., 1994, V. 99, pp. 25275-25280.

58. Koltermann K.P., Sokov A. V., Tereschencov V.P., Dobroliubov S.A., Lorbacher K., Sy A. Decadal changes in the thermohaline circulation of the North Atlantic. Deep-Sea Res. II, 1999, V. 46, pp. 109-138.

59. Koltermann, K.P., Sy A. Western North Atlantic cools at intermediate depths. WOCE Newsletter, 1994, V. 15, pp. 5-6.

60. Lazier J.R.N. The renewal of Labrador Sea water. Deep-Sea Res., 1973, V. 20, pp. 341-353.

61. Lazier J.R.N. Oceanographic conditions at Ocean Weather Ship Bravo, 19641974. Atmos. Ocean., 1980, V.18, pp. 227-238.

62. Lazier J.R.N. Temperature and salinity changes in the deep Labrador Sea, 1962-1986. Deep-Sea Res., 1988, V.35A, № 8, pp. 1247-1253.

63. Lazier J., Hendry R, Clarke A., Yashayaev I., Rhines P. Convection and restratification in the Labrador Sea, 1990-2000. Deep-Sea Res., 2002, V.49, pp. 1819-1835.

64. Larque L., Maamaatuaiahutapu K., and Garcon КС. On the Intermediate and Deep Water Flow in the South Atlantic Ocean. Jour. Geophys. Res., 1997, V. 102, no. C6, pp. 12 425-12 440.

65. Leffanue H. and Tomczak M. Using OMP analysis to observe temporal variability in water mass distribution. Jour. Mar. Sys., 2004, V. 48, pp. 3-14.

66. Lewis E.L. The Practical Salinity Scale and its antecendents. IEEE J. Oceanic Eng., 1980, V.OE-5, No.l, p.3.

67. Maamaatuaiahutapu, K., Garcon V.C., Provost C., Boulhadid M., Osiroff A.P. Brazil malvinas confluence: water mass composition. Jour. Geophys. Res., 1992, V.97, pp. 9493-9505.

68. Mackas D.L., Denman K. D., Bennett A. Least-square multiple tracer analysis of water mass composition. Jour. Geophys. Res., 1987, V. 92, pp. 2907-2918.

69. McCartney M.S. Recirculating components to the deep boundary current of the Northern North Atlantic. Progr. in Oceanogr., 1992, V.29, pp. 283-383.

70. McCartney M.S. and Talley L.D. Warm-to-cold conversion in the northern North Atlantic ocean. Jour. Phys. Oceanogr.,1984, V.14, pp. 922-935.

71. Perez F.F., Mourino C., Fraga F., Rios A.F. Displacement of water masses and remineralization rates of the Iberian Peninsula by nutrient anomalies. Jour. Mar. Res, 1993, V. 51, pp. 1-24.

72. Peterson, W.H., and C.G.H. Rooth Formation and exchange of deep water in the Greenland and Norwegian seas. Deep-Sea Res, 1976, V. 23, pp. 273-283.

73. Pickart R.S., Smethie Jr. W.M., Lazier J.R.N., Jones E.P., Jenkins W.J. Eddies of newly formed upper Labrador Sea water. Jour. Geophys. Res, 1996, V.101, NO C9, pp. 20711-20726.

74. Pickart R.S., Spall M.A., Lazier J.R.N. Mid-depth ventilation in the western boundary current system of the subpolar gyre. Deep-Sea Res, 1997, V. 44, №6, pp. 1025-1054.

75. Pickart R., Torres D.J., Clarke A. J., Hydrography of the Labrador Sea during active convection. J. Phys. Oceanogr, 2002, V. 32(2), pp. 428-457.

76. Pickart R.S., Straneo F., Moore G.W.IC Is Labrador Sea Water formed in the Irminger basin? Deep-Sea Res. I, 2003(a), V.50, p. 23-52.

77. Pickart R., Spall M., Ribergaard M.H., Moore G. W. 1С, Milliff R. Deep convection in the Irminger Sea forced by the Greenland tip jet. Nature, 2003(6), V. 424, pp. 152-156.

78. PollardR.T., ReadJ.F., Holliday N.P., Leach H. Water masses and circulation pathways trough the Iceland Basin during Vivaldi 1996. Jour, of Geophys. Res, 2004, V. 109, C04004, doi: 10.1029/2003JC002067.

79. Poole, R. and M. Tomczak Optimum multiparameter analysis of the water mass structure in the Atlantic Ocean thermocline. Deep-Sea Res, 1999, V. 46, pp. 1895-1921.

80. Rhein M., Stramma L., Krahmann G. The spreading of Antarctic bottom water in the tropical Atlantic. Deep-Sea Res. 1,1998, V. 45, pp. 507-527.

81. Rhein M., Fischer J., Smethie W.M., Smythe-Wright D., Weiss R.F., Mertens C., MinD.-H., Fleischmann U., Putzka A. Labrador Sea water: pathways, CFC inventory, and formation rates. Jour. Phys. Oceanogr., 2002, V. 32(2), pp. 648665.

82. Sherwin, T.J., Williams, M.O., Turrell, W.R. Mesoscale Variability in the Faroe-Shetland Channel (Evidence of a sub-polar Front). Jour. Geophys. Res., 2005, in press

83. Sherwin, T.J. The effect of the Wyville Thompson Ridge on ocean currents in the North Atlantic, SAMS Newsletters, 2003, V. 28, p. 8.

84. Smethie W.M. Jr., Swift J.H. The tritium:kripton-85 age of Denmark Strait overflow water and Gibbs Fracture Zone water just south of Denmark Strait. Jour. Geophys. Res, 1989, V.94, № C6, pp. 8265-8275.

85. Smethie W.M. Jr. Tracing the thermohaline circulation in the western North Atlantic using chlorofluorocarbons. Progr. Oceanogr, 1993, V. 35, pp. 51-99.

86. Sounders P.M. The flux of overflow water through the Charlie-Gibbs Fracture Zone. Jour. Geophys. Res, 1994, V. 99, No C6, pp.12343-12355.

87. Spall M.A., Pickart R.S. Wind-driven recirculations and exchange in the Labrador and Irminger Seas. Jour. Phys. Ocean, 2003, V. 33, №8, pp. 18291845.

88. Speer K., Tziperman E. Rates of water mass formation in the North Atlantic Ocean. J. Phys. Ocean.,1992, V.22, pp.93-104.

89. Stephens J.C., Marshall D.P. Dynamical pathways of Antarctic Bottom Water in the Atlantic. Jour. Phys. Ocean, 2000, V. 30, №3, pp. 622-640.

90. Sy, A., Rhein M., Lazier J., Koltermann K. P., Meincke J., Putzka A., and Bersch M. Surprisingly rapid spreading of newly formed intermediate waters across the North Atlantic Ocean. Nature, 1997, V. 386, pp. 675-679.

91. Sverdrup H.U., Johnson M.W., Fleming R.H. The Oceans, their physics, chemistry and general biology. New York: Prentice-Hall, 1942. 1060 p.

92. Swift J.H., Aagard К., Malmberg S.V. The contribution of the Denmark Strait overflow to the deep North Atlantic. Deep-Sea Res, 1980, V. 27a, №1, pp. 2942.

93. Swift J.H. The circulation of the Denmark Strait and Iceland-Scotland overflow waters in the North Atlantic. Deep-Sea Res, 1984, V. 31, pp. 1339-1355.

94. Talley L.D., McCartney M.S. Distribution and circulation of Labrador Sea Water. Jour. Phys. Oceanogr, 1982, V. 12, pp. 1189-1205.

95. Talley L.D. The shallow, intermediate and deep overturning components of the global heat budget. Jour. Phys. Ocean, 2003, V. 33, pp.530-560.

96. Takahashi Т., Broecker W.S., Langer S. Redfield ratio based on chemical data from isopycnal surfaces. Jour. Geophys. Res, 1985, V. 90, NO C4, pp.69076924.

97. Taylor C.B., Roether W. A uniform scale for reporting low-level tritium measurements in water. In. Jour. Appl. Radiat. Isot, 1982, V. 33, pp. 377-382.

98. Thomsen H. Enstehung und Verbreitung einiger characteristischer Wassermassen in dem Indischen und sudlichen Pazifischen Ozean. — Ann. d. Hydr. u. marit. Meteorol, 1935, bd 63, H. 8, s. 293-305.

99. Turrell W.R., Slesser G., Adams R.D., Payne R, Gillibrand P.A. Decadal variability in the composition of Faroe-Shetland Channel bottom water. Deep-Sea Res. 1,1999, V. 46, pp. 1-25.

100. Tomczak M. and Godfrey S.J. Regional Oceanography: an Introduction. Pergamon Press, New York, 1994, 422 p.

101. Tomczak M. A multiparameter extension of temperature/salinity diagram techniques for the analysis of non-isopycnal mixing. Prog, in Oceanog, 1981, V. 10, pp.147-171.

102. Tomczak M., Large D. Optimum multiparameter analysis of mixing in the thermocline of the eastern Indian Ocean. Jour. Geophys. Res, 1989, V. 94, pp. 16141-16149.

103. Tomczak M., Large D.G.B., Nancarrow N. Identification of diapycnal mixing through optimum multiparameter analysis, 1: Test of feasibility and sensitivity. Jour, of Geophys. Res, 1994, V. 99, pp. 25267-25274.

104. Tomczak M. Potential vorticity as a tracer in quantitative water mass analysis. Intern. WOCE Newsletter, 1999, V. 36, pp. 6-10.

105. Wade LP., Ellett D.J., Heywood K.J. The influence of intermediate waters on the stability of the eastern North Atlantic. Deep-Sea Res. I, 1997, V. 44, №8, pp. 1405-1426.

106. Warren B.A Deep circulation of the World Ocean. Evolution of Physical Oceanography. Eds. Warren B.A. and Wunsch C., MIT Press, 1981, pp.6-41.

107. Walker G.T., Bliss E.W. World weather. Meteorol. Roy. Soc., 1932, V.4, №36, p. 53-84.

108. Waugh D., Hall Т., Haine T. Relationships among age tracers. Jour. Gephys. Res., 2003, V. 108, NO C5, 3138, doi:10.1029/2002JC001325.

109. Williams M.O., Sherwin T.J. Mesoscale Dinamics in the Faroes Channels, Offshore Technology Report 2001/057. Report to the Health and Safety Executive, 2002.

110. Worthington L.V. On the Atlantic circulation. The John Hopkins Oceanography Studies, No 6,1976, The John Hopkins University Press, 110 p.

111. Wu P., WoodR., Scott P. Does the recent freshening trend in the North Atlantic indicate a weakening thermohaline circulation? Geophys. Res. Lett., 2004, V. 31, L02301, doi.: 10.1029/2003GL018584.

112. Wust G. Schichtung und Zirkulation des Atlantischen Ozeans. Die Stratosphare.-Deutsche Atl.Exped. "Meteor" 1925-27. Wiss. Ergebn. Bd VI, I Teil. Lief.2, 1935, 106 p.

113. Yashayaev L.M., Clarke R.A. and Lazier J.R.N. Recent decline of the Labrador Sea Water. ICES CM 2000/L.:18, 9 p., 2000.

114. You Y., Tomczak M. Thermocline circulation and ventilation in the Indian Ocean derived from water mass analysis. Deep-Sea., 1993, V.40, N1, p.13-56.

Информация о работе

Фалина, Анастасия Сергеевна
кандидата географических наук
Москва, 2005
ВАК 25.00.28

Диссертация

Межгодовая изменчивость характеристик водных масс и их распространения в субполярной Северной Атлантике - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы