Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

О некоторых особенностях мезомасштабной пространственной изменчивости гидрооптических характеристик в океане

ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Автореферат диссертации по теме "О некоторых особенностях мезомасштабной пространственной изменчивости гидрооптических характеристик в океане"

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

.ОД

На правах рукописи

ЕВДОШЕНКО МАРИНА АРКАДЬЕВНА

) НЕКОТОРЫХ ОСОБЕННОСТЯХ МЕЗОМАСШТАБНОЙ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ ГИДРООПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК В ОКЕАНЕ (ПОВЕРХНОСТНЫЙ И ПРИДОННЫЙ СЛОЙ)

11.00.08 - океанология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

МОСКВА -1995

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

Научный руководитель - кандидат физико-математи-

ческих наук В.И.Еуренков

Официальные оппоненты - доктор физико-математи-

ческих наук Г.С.Карабаиев - кандидат физико-математических наук Л.А.Стефанцев

Ведущая организация - Московский Государственный

Университет, г. Москва

Зашита состоится ИЮК^, 1995 года в часов

на заседании диссертационного-совета К.002.86.02- по присуждению • . ученой степени кандидата наук в Институте океанологии им.П.П.Ширшова по адресу: 117218, Москва, уКрасикова д. 23.

с диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института . океанологии им. П.П.Ширтова

Автореферат разослан £_ 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

к.г.н. С.Г. Панфилова-

Введение

Необходимость изучения мелко- и мезомасштаоной изменчивости океанологических полей в океане обусловлена тем, что в этом диапа- . зоне масштабов происходят интереснейшие процессы в океане: возникают и разрушаются вихри и франты, образуются внутренние волны, происходят прибрежные процессы, проявляются воздействия тропических ураганов, и штормов, как поверхностных, так и придонных. Тидроопти-ческие методы является удобными для измерения различных океанологических полей в рассматриваемом диапазоне, поскольку аппаратура, основанная на их использовании, обеспечивает оперативность, экс-прессность и неконтактность получения информации. Характеристиками, измеряемыми оптическими методами на ходу судна, являются интенсивность флуоресценции 1ф морской вода, индекс цвета I , коэффициент яркости моря р, показатель поглощения ж, показатель обратного рассеяния о, показатель ослабления е, интенсивность биолкминисцен-шш и другие характеристики. ....., • - - -

Для анализа распределений ГОХ, полученных на многочасовых разрезах с малой пространственной дискретностью, применяют статистический подход, например, спектральный или регрессионный анализ. Представляет интерес обобщение спектральных оценок для распределений ГОХ в водах разной продуктивности, анализ распределений"неодно-родностей ГОХ по размерам и интенсивностям.

В некоторых районах океана распределения оптических характеристик поверхностного слоя модулируются внутренними волнами, что возможно при наличии сильной приповерхностной стратификации ГОХ. Для таких условий данные для изучения внутренних волн существенно дополняются данными "оптических измерений. В ряде работ проведено исследование внутренних волн с борта судна на основе временных го-

ризонтальных рядов ГОХ, таких как е, р. Представляет интерес

изучение внутренних волн в приповерхностном слое на достаточно

большой акватории по горизонтальным пространственным рядам ГОХ,

полученным, на ходу судна в Слизкие моменты времени и дополненным

данными то вертикальной стратификации. \

\

В последнее время в океанологии сформировалось новое направление - гидрофизика придонного слоя. По аналогии с поверхностным слоем, который отображает процессы взаимодействия океана с атмосферой, придонный слой отображает процессы взаимодействия океана с дном. Придонный слой часто характеризуется зоной повышенной мутности, которая называется придонным нефеловдным слоем (ЕНС). ПНС является следствием проявления различных динамических процессов в придонном слое. Наибольшее продвижение в понимании природы ПНС произошло в восьмидесятые годы в результате постановки эксперимента HEBBLE (High Energy Bentbic Boundary Layer Experiment), проведенного в Атлантическом океане на глубине около 5_км. Во время этого эксперимента детально исследована структура ПНС, механизмов его формирования. Динамика глубоководных цроцессов, однако, существенно отличается от динамики прибрежных процессов. Представляет интерес изучить поведение характеристик ПНС в районе со сложной топографией, в области перехода от.шельфа к склону.

Пель работы

1. Изучение некоторых статистических характеристик горизонтальных пространственных распределений ГОХ и температуры в водах различной продуктивности.

2. Изучение особенностей распространения внутренних волн в не-' которых областях океана в приповерхностных стратифицированных слоях по горизонтальным пространственным распределениям и вертикальным профилям ГОХ с привлечением других гидрофизических характеристик.

3. Изучение кззомасетабной изменчивости характеристик ШС по

рофилям мутности в районе с резким изменением"рельефа дна.

Новизна -работы

I. Для района Северной Атлантики найдена регрессионная связь езду показателем ослабления s и индексом цвета вод 1ц, что позво-яет интерпретировать результаты измерений I в терминах е. Полу-екы регрессионные соотношения между среднеквадратичными и средни-и значениями 1ц. 2. Показана зависимость наклонов спектров гори-онтальных распределений ГОХ от биопродуктивности вод. 3. Разра-отана методика и с ее помощью выявлены особенности распределений воднородаостей индекса цвета и температуры по размерам и интен-иеностям, оценены средние расстояния между неоднорожностями 1Ч и , скважность неоднородностей. 4. Проведено изучение характеристик нутренних волн в приповерхностном слое по горизонтальным рядам ОХ и температуры: оценены параметры внутренних волн в приговер-эостном слое в море Сулу, параметры короткопериодных внутренних элн в районе Канарского апвеллинга, выявлены изменения этих па-амэтров в зависимости от глубины или расстояния до берега. S. Вы-влены различные типы структур ПНС и особенности их трансформации зависимости от глубины. Оценено распределение по полигону тол-янн ПНС, средней и интедгральной мутности и рассчитанной го ней тносительной концентрации взвеси. 7. В области шельфа и свала лубнн обнаружены "высокоэнергетические придонные ежи" (ВПС). .Выявлена связь ВПС с наклоном дна и происхождение ВПС на шельфе.

Положения, выносимые на заяиту I. В приповерхностном слое морской воды индекс цвета 1ц изме-яется по океану белее чем на 2,5 порядка, а интенсивность флуорес-енши I,*, - более ver на 3 порядка, -что соответствует диапазону из-енения концентрации хлорофилла фитопланктона в океане. О поникена-м вредней температуры значения пцгрооптическтк. характеристик воз-пстаютг зта зависимость имеет нелинейный характер. Для района Се-

верной Атланпош индекс цвета и показатель ослабления е связаны логарифмически* соотношением с высокой корреляцией, что позволяет интерпретировать данные по I в терминах е. Для области мезомас- . штабов характерна отрицательная корреляция между приповерхностными распределения® гидрооптических характеристик и температуры. Связь между флуктуацшши ГОХ и температуры наиболее сильна на масштабах порядка километров в продуктивных водах; на масштабах от километра до сотни метров и в малопродуктивных водах она незначительна. В продуктивных водах больше крупных и интенсивных неоднородностей ГОХ и меньше мелких и малоинтенсивных неоднородностей, чем в малопродуктивных. Среднее расстояние между аномалиями значительно выше для Т, чем для 1ц. Устойчивые интенсивные пятна ГОХ с размерами от километров до десятков километров могут проявляться в районе тер-| мических фронтов; максимальные - значения ГОХ в пятнах примерно в

! 70% случаев приходятся на холодную границу фронта. 2. Изучение

распространения короткопериодных" внутренних волн в приповерхностном слое возможно го горизонтальным пространственным распределе-| ниям ГОХ, полученным в районах с сильной вертикальной стратифика-

! цией. В центральной части моря Суду в приповерхностном слое обна-

ружен пакет солитонов внутренних волн; рассчитанные характеристики пакета в целом находятся в диапазоне соответствующих характерис-! тик, полученных в термоклине по данным буйковых измерений. В рай-"

оне шельфа и склона Канарского апвеллинга обнаружены короткопери-одные слабонёлинейные внутренние волны километрового масштаба. С переходом от шельфа к склону фазовая и групповая скорости внутренних волн возрастают, амплитуда и период уменьшаются. 3. Для шельфовой области Западной Сахары (район Канарсгого апвеллинга) характерна однослойная структура придонного кзфе-ющшого слоя (ПНС), для области континентального склона - много сложная, -:аао всего - двухслойная структура, состошая из нижнего придонного

5Кого сдоя повышенной мутности и находящегося над ним более тол-гого слоя меньшей мутности. Толщина ШС возрастает-от нескольких )тров на малых глубинах до нескольких сот метров в глубоководной ¡ста, увеличиваясь примерно пропорционально глубине. Средняя кон-штрацня взвеси уменьшается с увеличением глубины. Для области isiraro свала глубш, где наклон дна превышает характеристический жлон для полусуточного лунного прилива М2, характерны "высоко-юргетичэские придонные слои", образующиеся за счет отражения эутренних приливных волн от крутого склона, последупвего их раз-тения и перемешивания. В области шельфа ВПС обусловлен мезо-¡сштабным вихрем, вызвавшим подъем вод от дна до поверхности.

Практическое значение. Полученные в диссертации результаты необходимы для правильной пгерпретации экспериментальных данных по горизонтальной простран-гвенной изменчивости ГОХ, по характеристикам придонного нефелоид->го слоя. Они могут быть применены для прогноза изменчивости гид-гаптических, а также гидрофизичесикх полей в приповерхностном слое сеана, для построения моделей ПНС.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 11 работ, список кото-Iх приведен е конце автореферата.

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, четырех глаь, заключения и гаска литературы. Общий объем работы составляет 117 страниц, вклю-шзтго -19 рисунков, 3 таблицы и 109 наименований списка литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В первой глава рассмотрены приборы и методика измерений гори-щтальных пространственных распределений гидрооптических характе-

у

icthk на ходу судна. к ним относится судовой лидар (СЛ) для изме-1Еия показателя поглощения эе и интенсивности' флуоресценции I¿ мор-

ской воды, измеритель индекса цвета 1ц, проточный флуориметр для измерения 1ф. Кратко описан нефелометр для измерения мутности воды режиме вертикального зондирования.

В СЛ источником излучения служит лазер на АИГ: Nd+3 с удвоением частоты, работающий на длине волны \Q = 532-нм при длительности импульса tq çîs ю не. СЛ обеспечивает непрерывное измерение среднего по слою 15 - 40 м значения эв в диапазоне 0,02 - 0,09 м-1 и 1ф, измеряемой на длине волны А^ = 685 вм в динамическом диапазоне 103. СЛ дополнен измерителем температуры морской воды в диапазоне 0 - 30°С с погрешностью 0,1°С. Излучателышй блок СЛ находится на уровне низшего среза шахты судна (глубина 6 - 7 м). Проведено исследование погрешностей измерений каналов ае и 1ф СЛ. Эти погрешности разделяется на систематические и случайные. Показано, что в канале ае суммарная методическая систематическая погрешность, связанная с отличием реальных параметров СЛ от идеальных, для которых справедливо решение нестационарного уравнения переноса излучения в малоугловом приближении в предшлогешш однократного рассеяния, и с неточность!) самого этого выражения, составляет от -8% до +102; аппаратурная систематическая средне-квадратичная погрешность, обусловленная погрешностью измерения ае в системе обработки, не превышает 10%. Максимальная ке совокупная систематическая средне-квадратичная погрэшость измерения х составляет тогда 16%.' Случайная погрешность измерения ае, обусловленная ошибками в определении мощности принятого сигнала Р и момента времени t для СЛ с малой базой и достаточно большим апертуршм углом приемника, как можно по- . казать, составляет 182. В системе обработки поступающие данные усредняются по 45 импульсам, поэтому случайная средне-квадратичная ошибка уменьшается и для чистых вод составляет 4,6%, для мутных вод доли процента. Таким образом, совокупная погрешность измерения ае определяется систематической погрешностью. Однако, при статистичес-

t обработке пространственных рядов, которой обычно предшествует ¡ьтрация низких частот, систематическая погрешность исключается и гается случайная погрешность.

В канале измерения 1ф методическая систематическая погрешность, условленная диапазоном изменения эффективного показателя ослаб-шя Г по океану на длинах волн и Лф, определяется как (ДГ0+ДГф)-£ где 1 - длина пути распространения излучения (1 = 0,23 м). Для îoHa измерений, как можно показать, ДГ^с? 0,87 м-1, так что мето-зеская систематическая погрешость составляет 0,2. С учетом аппа-гурной систематической погрешности измерения 1ф, не превышающей 355, совокупная максимальная систематическая погрешность равна 31- Случайная приборная погрешность измерения 1ф, обусловленная учайшми погрешностями узлов приемной системы, составляет 8%, учайная погрешность, связанная с флуктуалиями мощности лазерного лучения, составляет 5 - 10%, так что совокушая случайная погреш-сть изкерэния составляет 135. В результате усреднения в системе рзботки она уменьшится-до-2%. Таким -образом, совокупная-средне-адратичная погрешность измерений 1ф определяется в основном си-омагической погрешностью.

Измерение индекса цвета 1ц в используемом в Институте океано-гии измерителе индекса цвета 1ц осуществляется путем определения ■ношения яркости восходящего излуче'гаия в двух спектральных об-ютях: 550 и 440 нм. Прибор устанавливают на нижнем срезе шахты 'дна на глубине ~ 6 м (так же, .как и CJI). Измерения 1ц производят светлое время суток в безоблачную погоду. Относительная погрешать определения 1Ц з динамическом диапазоне I > IО3 составляет К. Случайная погрешность измерителя 1Ц=- 1%. Автономный флуориметр 1Я измерения интенсивности флуоресценции 1ф морской воды, - также )здапЕый в ИО РАН, устанавливается в шахте судна. Флуориметр обес-i4HBaeT работу в любое время суток. Погрешность измерений«20%.

Нефелометр представляет собой.оптический прибор, предназначенный для измерения света, рассеянного под широким углом до 90° включительно взвешенными в воде частицами, т.е. для измерения мутности

воды. Нефелометр смонтирован в штатном судовом.,комплексе "Rosette".

ч

Он позволяет в режиме вертикального зондирования получать профили мутности по всей водной толщи. Помимо нефелометра в комплексе установлен также зонд "Nell Вгота", регистрирующий одновременно температуру, электропроводность и давление.

Данные ш горизонтальной пространственной изменчивости 1ц, 1ф. ае и Т были получены в 33, 35А, 36, 39 рейсах нис "Дмитрий Менде-лев", 49 рейсе нис "Академик Курчатов". Измерения проводились в различных акваториях Атлантического, Тихого и Индийского океанов, на разрезах протяженностью от десяти до восьмисот километров. Минимальный масштаб регистрируемых пространственных неоднородностей составлял 150 - 200 м. Измерения на разрезах сопровождались измере-'киями на' дрейфовых станциях, ограничивающих разрезы, вертикальных профилей ГОХ, давления, солености, температуры и концентрации хлорофилла фитопланктона. Вертикальные профили мутности были получены в 26 рейсе нис "Академик Мстислав Келдыш" в Атлантическом океане.

Во второй главе щхзведен статистический анализ данных по горизонтальной пространственной изменчивости гидрооптических характеристик: 1ц, 1ф, ж. а также температуры морской воды.

Показано, что в окрестности термических фронтов ГОХ часто имеют вид "пятен" или пиков. Максимальные значения 1ф в пятнах могут приходиться на различные участки термических фронтов: середину фронта, его "холодную" или "теплую" границу или находиться на некотором удалении от фронта или "холодного пятна". В 7035 случаев они приходятся на "холодную" границу фронта, в 142 - на область максимального градиента температуры на фронте. Пики или пятна ГОХ могут быть обусловлены резкими неоднородности™ рельефа дна в шельфовой

¡ласта, причем пики ГОХ могут и не сопровождаться термическими хжтами. Пики ГОХ были зарегистрированы и на фоне относительно тадкого распределения температуры и ровного дна в водах различной юдуктивности. Интенсивные пятна ГОХ, перепады измеренных величин • которых составляли от 1,3 до~ полутора порядков, имели размеры с ДОл80 км.

Для распределений с ярко выраженной пятнистостью, полученных районах тершческих фронтов, пространственные спектры*1ф и зе, встроенные в двойном логарифмическом масштабе, не имели сущест-энных пиков или изломов; наклоны спектров находились в пределах 1,7 — 2,2. Для распределений температуры во фронтальных зонах зрактерен наклон - 2,3. Меньшая крутизна спектров ГОХ по сравнено со спектрами температуры обусловлена отсутствием высокочас-этных составляющих в распределениях Т.

Исследования горизонтальных пространственных распределений щекса цвета 1ц производил, сь по рядам, полученным в основном в эверной части Атлантического океана- (30° - 60°- с.ш.) и в районе аварского алвеллинга. Для Северной Атлантики на основании 34 одно-ременннх измерений 1Ц и показателя ослабления е (для длины волны = 530 нм) й приповерхностном слое получено уравнение регрессии:

е = 0,62 1ц - 0,31 коэффициентом корреляции 0.99. Погрешность определения ^ е по g 1ц составляет 0.09. Поскольку эта погрешность сопоставима с ин-трументапыхог погрешостью измерения 1ц ( 10%), результаты иссле-ования изменчивости 1ц можно интерпретировать в терминах е.

Для ргзпрвдзгзгхй ГОХ на 1Б-и разрезах, выполненных в Северной тлантика в водах различной продуктивности, произЕедзн спектраль-ый анрлиз. Разрезы протялэнностью от-60 до -160 км близки к мери-иональным к выполнены" в основном в глубоководной области. Выявле-о, что с ростом бпопродуктивности (что эквивалентно росту 1ц) рез-

ко увеличивается средне-квадратичное отклонение а1 и коэффициент вариации. Связь между о^ и 1ц выражается уравнением регресии с коэффициентом корреляции г = 0,95

lg ат = 1.6 lg Т„ - 0,95 ц

что в пересчете 1ц на С дает выражение: , 4 lg о = 1,6 lg С - 0,75

С

Для Северной Атлантики аналогичная зависимость мекду Oj и Т слаба (г = - 0,3).

Пространственные спектральные плотности Ej(k) и Ej,(k) аппроксимируются степенной зависимостью k-n. Параметр п, характеризующий спадание спектров, находится в пределах 2,4 - 3,5 для температуры s 1,4 - 2,6 для 1ц. величина параметра п возрастает с ростом продуктивности, что объясняется относительным повышением интенсивности крупномасштабных неоднородностей с ростом биопродуктивности. Мекду средними по разрезам величинами 1Ц и Т имеется обратная зависимость. Корреляция флуктуашй -1ц и Т для океана в основном -отрицательна, причем наиболее высока она в продуктивных водах. Когерентность Г (к) между колебаниями 1Ц и т для вод повышенной продуктивности на малых пространственных частотах составляет 0,6 - 0,9 и спадает с ростом к. до незначимых величин на масштабах порядка сотев метров. В малопродуктивных водах Г (к) мала и в большинство случаев не превосходит уровень значимости. Сдвиг фазы ф^Ск) в области мезс масштабов обычно близок к - 180° для всех типов вод.

Проведен расчет функций распределения неоднородностей 1циТ

по масштабам ж интенсивностям. Для корректного выделения неоднород-

' - - ~

ностей различных масштабов из исходных рядов они последовательно фильтровались косинус-фильтром с различными параметрами Ьф (15, 10, 5 и 2 км), в результате чего последовательно подавлялись крупномасштабные аномалии и выделялись неоднородности все более мелких масштабов. Размеры неоднородностей определялись по пересеченна фалъ

трованного распределения с нулевой линией. Затем производилось суммирование неоднородностей данного размера и интенсивности, полученных после фильтрации различными фильтрами, причем совпадающие неоднородности учитывались лишь однократно. Разрезы о соединялись в 2 группы - воды повышенной продуктивности (1ц > 0,3) и малопродуктивные (1ц < 0,3). Рассчитанное количество аномалий нормировалось на 1000 км длины разреза. При расчетах распределения неоднородностей индекса цвета по интенсивностям рассматривались нормированные величины 1Н, т.е.гинтенсивность неоднородности относилась к средней по разрезу. Затем производилась коррекция распределений на фильтрацию. Расчеты показали, что плотность распределения неоднородностей температуры по размерам описывается зависимостью (объединенной для всех разрезов):

1^(1) = 150ехр(-0,ЗЬ), где I - в км. Для 1ц в малопродуктивных водах (1ц< 0,3)

•^(1) = 4О0ехр(-О,53Ь), в продуктивных водах (1ц > 0,3)

^(Ь) = 170ехр(-0,321).

Зависимость распределения неоднородностей Т по интенсивностям приближенно описываются зависимостью: N(1) = П0-ехр(-17 Т), где I - интенсивность неоднородности в градусах. Для индекса цвета в малопродуктивных водах справедлива зависимость:

N(1^ = 820-ехр(-0,4 у, в продуктивных водах 1

Му = 170.ехр(-0,15 13), где I н- нормированная на среднюю го разрезу величину 1ц интенсивность неоднородности. Таким образом, в продуктивных водах больше крупных и интенсивных неоднородностей, чем в малопродуктивных. Рассчитанные плотности распределения расстояний между неоднородно-

стями определенного размера Х(Ь) и интенсивности Х(1) показывают, что среднее расстояние между неоднородностяки как 1ц, так и Т увеличивается с ростом их размера или интенсивности. Среднее расстояние между неоднородностями выше для Г, чем для 1ц. Скважность неоднородностей 1Ц и Т (отношение расстояния меаду двумя неоднородностями определенного размера или интенсивности к их средней протяженности) варьирует в пределах от 4 до 9. Функции распределения скважности неоднородностей по размеру Б^(Ь) и Б^дь) монотонно спадают с ростом размера неоднородностей. Для продуктивных вод функция распределения скважности по интенсивности 51(1н) возрастает с ростом 1Н в области небольших интенсивностей, для чистых вод такого возрастания не наблюдается.

В главе 5 на основании горизонтальных пространственных распределений ГОХ, полученных на разрезах, проведена оценка параметров внутренних волн для ряда областей океана. Бри развитом внутреннем волнении в приповерхностном слое наблюдались квазипериодкческие изменения горизонтальных распределений ТОХ к Т при наличии сильной- ■ вертикальной стратификации.

Зарегистрированная на разрезе в центральной глубоководной части моря Сулу во время сизигии положительно коррелированная структура 1ф и т имела вед пакета из резких пиков на фоне относительно гладкого хода измеряемых характеристик. Она явилась отображением солитонов внутренних волн, генерируемых на вшой границе моря Сулу в области термоклйна над подводным хребтом при воздействии приливши течений. Солитоны внутренних волн распространяются на северо-северо-запад во всем стратифицированном от самой поверхности до глубины примерно 250 м. Функция когерентности распределений 1ф и Т Г(к) для пакета значимо отлична от нуля на всех пространственных частотах, в то время как на остальных участках разреза в море Сулу Г (к) практически ввзначшБ. Параметры солктонов рассчи-

Ьс = ьз( 7 - СН

таш с учетом дошюровского сдвига из-за скорости движения судна,

искажащего истинный масштаб Ь, в соответствии с соотношением:

V

где Ь3~ зарегистрированный масштаб, V - фазовая скорость, - скорость движения судна, а - угол, образованный векторами V и 7„. Число солитонов в пакете составляло 4-5, ширина пакета ~20 км, ширина солитонов, определенная по уровню 0,5, составляла от I до 5,4 км, длина волны А. = 3 - 8 км. Рассчитанные параметры солитонов в целом соответствуют литературным данным, полученным для области термоклина. Длина волны, а также амплитуда солитонов уменьшаются к концу пакета, что согласуется с данными буйковых измерений и теоретическими расчетами.

Проявление мощных нелинейных внутренних волн в районе Маска-ренского хребта (Индийский океан), связанных с нелинейным распадом внутренних приливов, было зарегистрировано по квазипериодической структуре в. распределении ае. Форма распределений ае - с обостренными вершинами и сглаженными подошвами. Яркое проявление внутренних волн в слое 15 - 35 м обусловлено сильной вертикальной стратификацией показателя ослабления на глубине измерений.

Проявления квазипериодической структуры на распределениях 1ц, 1ф, и Т с масштабами в несколько сот метров были отмечены на некоторых разрезах, выполненных в области склона и шельфа северо-западной Африки по широте 21°Н и 21°20'Н во время сизигии. Для области измерений (район Канарского апвеллинга) получены логарифмические соотношения между 1ц и е для глубины 6 м с коэффициентом корреляции 0,95 и между 1ф и Е с коэффициентом корреляции 0,81. С учетом этих соотношений показано, что знак корреляции горизонтальных распределений ГОХ и Т совпадает со знаком- корреляции вертикальных профилей е и Т, полученных на станциях, ограничивающих разрезы. "Вида-

мые" длины волн, оцененные по выраженный пикам на автоспектрах и спектрах когерентности, находились в пределах 550- 800 м. Значения волновой частоты и волнового числа оценивались по дисперсионным соотношениям, рассчитанным по вертикальным профилям частоты плавучести с учетом эффекта Доплера. Далее определялись длина волны Л., период Т. фазовая С и групповая V скорости и амплитуда т) внутренних волн. Выявлено, что с ростом расстояния до берега С и V возрастают, изменяясь соответственно от 0,17 до 0,48 м/с и от 0,16 до 0,28 м/с, Т уменьшается от 72 до 21 мин, т) уменьшается до менее-одного метра. Полярность нелинейности внутренних волн связана с расположением термоклина относительно поверхности и дна.

Полусуточный лунный прилив, вызываший интенсификацию внутренних волн в пртоверхно стном слое в районе шельфа и склона Западной Сахары, оказывает интенсивное воздействие и на придонный слой в районе резкого свала глубин. Исследования придонных нефедсидных слоев (ПНС) в районе Канарского апвеллинга проводились с помощью судового " нефелометра на полигоне, охватываюнем-акваторию от 22°Ю'Н до 21°25'Н и от 17°14'Т? до 17°59'И и представляющем собой сетку станций, находящихся в углах 5'-нх квадратов. Результаты этих исследований рассмотрены в главе 4.

Для оценки относительной концентрации взвеси было использовано приближенное соотношение Свз(г)^ (Ке(а))3/2- ПНС обнаружены практически на всех профилях мутности. Многослойная структура ПНС " присуща в основном глубоководным станциям; примерно в 85% случаев эта структура - двухслойная, состоящая из нижнего узкого прадолного слоя с более высокими значениями мутности и верхнего более широкого слоя с меньшими значения!,я мутности. На шельфовых станциях ШС как правило представлял собой однослойную структуру. На нескольких станциях в зоне резкого свала глубин, в зоне глубоководного каньона и ва шзльфе зар5Гистрирввнк"высокогнзрг8тические придонные слои" (БПС),

в которых все измеряемые характеристики выравнены по глубине, а значения мутности в несколько раз превышают значения в промежуточном слое. Построены карты толщины ДН ПНС и относительной концентрации

взвеси С__ в ПНС на полигоне'; Показано, что ДН возрастает с увели*

чением глубины, меняясь в пределах от нескольких метров на малых глубинах до более чем 300 м в глубоководной части. Карта толщины ПНС, приведенной к глубине океана ДИ/Н, показывает, что ДН/Н меняется от менее чем 10% в центральной части до ~ 40% в юго-восточной части. Плотность распределения ДН/Н и соответствупцая функция распределения выявили, что наиболее характерное значение ДН/Н для полигона составляет 10 -15%. Значения средней относительной концентрации взвеси Свз в ПНС уменьшаются с увеличением глубины, что связано с ослаблением придонного перемешивания с увеличением глубины и большей концентрацией седиментов на шельфа. В зонах ВПС наблюдаются значительные сгущения Свз, а также интегральной концентрации взвеси,-определенной-как С^3-.ДВ. Рассчитан характеристический наклон для_пощсуточного лунного прилива М2 . по формуле:.

а = / ~ где а - частота приливной волны, I - инерционная т КГ - (Г

частота, N - частота Брента-Вяйсяля. В области свала глубин, где наклон дна в несколько раз превышает характеристический наклон а, зарегистрированы ВПС. На шельфе зона ВПС, образованная прохождени--ем вихря, характеризуется подъемом изолиний мутности, температуры и плотности от дна до поверхности. Отмечено подобие вертикальных профилей безразмерной концентрации взвеси ÏÏBg= CB3(z)/C33 Q в ВПС,

л — *

где CBg 0 - концентрация взвеси у дна, имеющих вид: Св, = z при z > 1, где в = s/ДН, и С =1 при z < 1.

Основные результаты диссертации кратко представлены в следующих шводах.

I. Для района Северной Атлантики индекс цвета и показатель ослабления приповерхностного слоя болы связаны логарифмическим еоот-

ношением с коэффициентом корреляции 0,99, а индекс цвета и концентрация хлорофилла фитопланктона - логарифмическим соотношением с коэффициентом корреляции 0,94.

2. С переходом от малопродуктивных к продуктивным водам возрастает средне-квадратичное отклонение и коэффициент вариации 1ц; последние связаны со средним значением 1ц логарифмической зависимостью с коэффициентом корреляции 0,95. Для распределений температуры такая связь отсутствует. С переходом к Солее продуктивным водам наклоны автоспектров 1ц возрастают. В целом наклоны автоспектров ГОХ меньше наклонов автоспектров температуры. Когерентность 1Ц с Т на низких частотах высока в продуктивных водах, в малопродуктивных водах она незначима. Сдвиг фаз между колебаниями 1Ц к Т близок к 180° для всех типов вод.

3. Разработана методика расчета функций распределения неодно-родностей ГОХ и Т по размерам и интенсивностям, расстояния между неоднородностями, скважности. Показано, что функции распределения аномалий 1ц и Г по размерам и интенсивностям описываются экспоненциальной зависимостью. Крутизна функции распределения 1ц по масштабам и интенсивностям зависит от продуктивности вод. Для аномалий Т такая зависимость отсутствует. Среднее расстояние между аномалиями 1Ц и Т зависит от размеров и интенсивностей , причем оно значительно ваше для Т, чем для 1ц. Скважность аномалий 1Ц и Т изменяется в пределах от 4 до 9; она монотонно спадает с ростом размера аномалий. • _

4. В динамически активных областях океана; характеризующихся наличием термических фронтов, распределениям ГОХ присущи устойчивые -пятна или пики. Максимальные значения ГОХ в пятнах приходятся чаше всего на холодную границу фронта. Интенсивные пятна .ГОХ с перепадами измеряемых характеристик в них от 1,3 раз до 1,5 порядков имели размеры от единиц излометров до десятков километров.

<■ 17

5. По горизонтальным пространственным рядам зарегистрированы коррелированные квазигармонические колебания и Т в центральной части моря Сулу, являющиеся приповерхностным отображением пакета .солитонов внутренних волн. Рассчитаны величины параметров внутренних солитонов. В районе Канарского апвеллинга зарегистрированы квазипериодические структуры 1ф и Т, обусловленные внутренними волнами. Параметры внутренних волн рассчитаны в линейном варианте на основе дисперсионных зависимостей и результатов спектрального анализа. Выявлено изменение фазовой и групповой скорости, амплитуды и периода внутренних волн с изменением расстояния до берега при переходе от шельфа к склону.

6. Показано, что структура придонного нефэлоидного слоя в шел£-фовой области Западной Сахары в основном однослойная, в глубоководной области - многослойная, чаще всего двухслойная, состоящая из нижнего относительно узкого придонного слоя с более высокими значениями мутности, и более толстого слоя, находящегося над ним, с меньшими значениями мутности, образовавшегося за счет боковой адвекции ПНС.

7. Толщина области максимального градиента мутности, находящейся между промежуточным слоем и ПНС, увеличивается с ростом глубины, изменяясь от нескольких метров до нескольких десятков метров. Толщина ПНС в области шельфа и склона Западной Сахары возрастает ■■ примерно пропорционально.глубине. Наиболее вероятные значения приведенной к глубине океана толщины ПНС для полигона составляют 10 -15%. Средняя концентрация взвеси С^ уменьшается с глубиной, распределение интегральной го ПНС концентрации взвеси более равномерно; последнее связано с горизонтальным сносом нефелоидных слоев придонными течениями из областей, расположенных выше по склону.

8. В области резкого свала глубин в районе Канарского апвел-линга, где наклон дна ß превышает характеристический наклон а для полусуточного лунного прилива Ы2, зарегистрированы "высокоэнергетические придонные слои" или придонные шторма. На шельфе'также обнаружены ВПС; их возникновение связано с мэзомасштабвым вихрем, вызвавшим перераспределение концентрации взвеси от дна до поверхности.

Основное содержание диссертации паковано в следулцих работах:

1. Буренков.В.И., Евдошенко Ы.А. Исследование неоднородностей горизонтальных распределений индекса цвета и температуры// Оптика океана и атмосферы. 4.1. Красноярск-. 1990. С. 63 - 64.

2. Буренков В.И., Евдошенко М.А. О статистических характеристиках горизонтальных распределений индекса цвета и температуры// Оптика океана и атмосферы. 4.1. Красноярск. 1990. С. 65 -66.

3. Гольдин Ю.А., Еадошенко Ы.А. Мезомасштабная пространственная изменчивость гидрооптических характеристик во фронтальных зонах океана// Оптика «оря и атмосферы. Тезисы докладов. Л. 1984. С. 32 - 33.

4.. Гольдин Ю.А., Евдошенко М.А. Исследование пространственной изменчивости гидрооптических характеристик.во фронтальных .зонах океана// Океанология. 1986. т. 26. Вып. 5. C.76I-762.

5. Евдошенко М.А. О пятнистости пространственных распределений гидрооптических характеристик// III с'езд советских океанологов. Тезисы докладов. Секц. Физика и химия океана. Акустика и оптика. Л. Гидрометеоиздат. 1987. С. 141 - 142.

6. Евдошенко М.А. О горизонтальной изменчивости флуоресценции и температуры поверхностного слоя морской воды б районе действия интенсивных внутренних волн// Бюллетень ВИНИТИ. 1983. К 4419 -В89.

7. Евдошенко М.А. О внутренних Еолнах вблизи западно-африканского побережья// Бюллетень ВИНИТИ. 1992. N 709 -В92.

8. Евдошенко Ы.А. О внутренних волнах ка континентальном шйль-фэ и склоне севаро-западной Африки (по данным оптических кзмэреннй)

- Океанология. 1994. Т. 34. N 3. С. 374 - 379%-

9. Евдошенко М.А., Гольдин Ю.А., Федоров И.А. Мезомасштабная эстранственная изменчивость гидрооптических характеристик во фро-альной зоне Куросио. - Бюллетень ВИНИТИ. 1984. N 51-84 Деп.

10. Евдошенко М.А., Федоров И.А". Автоматизированная система на-пления гидрооптических данных для ЕС. ЭВМ// Бюллетень ВИНИТИ. 1984. 50-84 Деп.

11. Evdoshenko М.А., Lozovatsky I.D. Time-space variability oi e near bottom nepheloid layer at the West Sahara continental slope d shell// "Oceans 94". Proceedings. 1994. V.1. P. 502-505.