Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Оптические структуры и фронты океанического типа на Байкале

ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Оптические структуры и фронты океанического типа на Байкале"

РОССИЙСКАЯ лклдемия наук ИНСТИТУТ ОКЕАНОЛОГИИ им л л .ширшооа

РГ6 од

гНа вратхрукописи

1.лерстянкин Павел. подлоги?

УДК 551.-13

оптические структуры и фронты ошмхшчесашго типа

на. па Шале

Сптаргъшккят» М.ММИ - Оксояодогия

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико — математических наук (н форме научного доклада)

Мссхзл 1993

Работа выполнена б Лимнологическом института СО РАН, г.Иркутск.

Официальные оппоненты:

академик РАН, до к/юр фаз. — мат.наук, проф. Г.Т.Зацешш доктор физ. — глат.наук, проф. А. А Сперанская доктор фиэ.—мат.наук, проф.Б.Н.Трубников

Ведущая организация: Морской гидрофизический институт Академшш наугс Украины

Защита состоится 1993 г. и'час. па ааседшп

специализированного Совета К.002.86.01 по присуждению ученс степени доктора наук в Институте океанологии им.П.П.Ширшоиа Российской Академии наук по адресу: И 7210, Москва, ул.Красиков А.23.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Института океанологии им.П.П.Ширшова Российской Академии на;

Научный доклад разослан "Л-/" ¿¿¿¿Г&^ь? 1993 г.

Ученый секретарь специализированного Совета, ^

кандидат биологических наук ТА.Хусца

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Работа посвящена изучению оптических структур Байкальских вод и одному из основных структурообразующих процессов, важнейшему элементу динамики вод—фронтам океанического типа, захватывающим всю толщу вод, и фронтогенезу на Байкале.

Оптические структуры вод на примере показателя ослабления (ПО) светового излучения, с одной стороны, хорошо показывают пространственно — временную изменчивость оптических свойств, с другой стороны, тесно связаны как с физико—гидробиологическими свойствами водной среды, так и с динамическими процессами. Последние связи становятся понятными, если представить, что с помощью измерений ПО осуществляется визуализация динамических процессов в водной толще, а в качестве визуализирующего вещества выступает или природная взвесь, или природное поглощающее вещество водной среды, т.е. ее физико —биолого—химические свойства. В первом случае сказывается преимущественное влияние на показатель рассеяния, во втором—поглощения, сумма которых и является ПО. ПО является чутким индикатором пространственных структур природных вод, имеющим одинаково высокие чувствительность и разрешение как в поверхностных, так и в глубинных или придонных слоях и в сочетании с высокой оперативностью измерений (до сорока минут затрат на станцию в самой глубокой точке Байкала) этот показатель превращается в один из самых информативных, особенно с одновременным измерением температуры, электрсироводпосш (минерализации) и давления.

Выявление закономерностей формирования пространственно — временной изменчивости оптических и диналшчесхих структур важно но только для расчетов и прогнозов оптических свойств, но н для правильней оценйи гидрологического, биологического и вообще экологического состояния озера, для-рационального использования его вод в широком спвхтре народнохозяйственных задач как в научном, так и в практическом плане. Можно привести только два примера

предполагаемого и уже осуществляемого использования свойств глубинной байкальской воды: как высококачественной питьевой воды й ее большую прозрачность, т.е. невысокое поглощение светового излучения. Конечно, нужно понимать, что здесь речь идет об использовании, эксплуатации бесценного и уникального озера Байкал, его свойства воспроизводить не только прозрачную, но и биологически активную глубинную (и не только глубинную) воду, которая в сочетании с географическими, гидрофизическими и другими условиями выступает средой, в которой развивается и сохраняется байкальская фауна и флора. Серьезность положения вопроса с питьевой водой вызвана тем, что "в целом около 50% населения России продолжает использовать для питья воду, не соответствующую гигиеническим требованиям (АиФ, No.30,1993)". В ближайшие годы на Байкале пл-тируется внести в строй несколько заводов по производству байкальской глубинной питьевой воды, а выбор мест забора воды требует знания оптических структур. Высокая прозрачность глубинных байкальских вод используется для развития, по утверждению академика. М.А.Маркова, нового направления в науке — нейтринной астрофизике — с помощью развертывания в Байкале нейтринного телескопа НТ200 по проекту ДЮМАНД, т.е. изучаются фундаментальные свойства материи и условия зарождения пашей Вселенной по реликтовому излучению. Актуальность изучения оптических структур со всех точек зрения не вызывает сомнений.

Еще недавно, несколько лет назад, упоминание о фронтах на Байкала исчерпывалось только явлением термобара, которое развивается весной и осенью. В данной работе явление термобара рассматриааться не 6уде"\ При изучении оптических структур в прибрежной области над крутым северо-западным склоном Байка/л были обнаружены конвергентные зоны опускания вод, идущие практически от поверхности и почти до самого дна, происхождение которых указывало на существование фронтов океанического типа и вихрей синоптического масштаба. Высокая активность склоновых процессов над этим берегом Байкала известна. Под склоновыми процессами или обменом имеется ввиду, в первую очередь, обмен между поверхностными и придонными водами и все процессы, способствующие этому: вертикальное перемешивание, глубинная термическая конвекция (Н.П.Булгаков, 1975), уплотнение при смешении и т.п. Общие черты склонового или вдольсклопового обмена

описаны по гидрохимическим показателям В.АТолмачевым (1957); по гадрооптическим М.Е.Ли, Г.Г.Ноуйминым и П.П.Шерстяшшным (1970); по свежим формам фотоплонктога в придошшх слоях Е.Н.Тарасовогз (1972), ею и К.К.Вотинцевым (1984); по температуре воды М.Н.Шимараевым (1977); по скоростям течений В.И.Верболозым (1977) и др. Любые уточнения механизма склонового или других видов вертикального обмена: конкретный вид механизма, физическая структура и природа, оценки вертнкашшх cKopocToii, содосбмона н т.д. являются актуальными задачами.

Очень важным процессом, который нужно учитывать в вопросах вертикального обмена, является учет уплотнения при смешении, который сложно проводить из—за отсутствия удобных для расчетов формул, графиков и таблиц. Решению этой и других актуальных задач, перечисленных выше, и посвящается настоящая работа.

Цель исследований: выявление по измерениям от поверхности до дна показателя ослабления (ПО) светового излучения закономерностей формирования оптических структур; исследование по особенностям оптических счрухтур свойств фронтов океанического типа, их характеристик и фронтогзнзза.

Зада-о ксследояанкй сводятся к следующим:

— изучение пространственно—временных характеристик оптические структур открытого Байкала и прибрежного участка севзро— западного склона;

— выявление основных характеристик и особенностей байкальских фронтов океанического типа и фронтогенетичееккх факторов;

—оценка вертикальных скоростей во фронтальных разделах; —проведение теоретического анализа уплотнения при смешении слвбоминерализованных вод при использовании уравmtnvi состоя даа в форме C.Chona н P.Millero (1906); ~ —анализ механизмов склонового обмена.

Фактпч2<зшй материал, методы всследспшпш а аппаратура. Диссертационная работа носит экспериментально—теораютосг.пй характер. Основу экспериментального натурного материала состаал:. л> массив из порядка шести тысяч профилей ПО, взятых, как. правило, от поверхности до дка по всей акватории Байкала в раэкыз сезоны голл.

Основная часть станций и полигонов показана на рис.1. С 1960 по 1965 г. оптические свойства. вод (показатели ослабления облученностей сверху или снизу) в верхнем 40 —метровом слое измерялись с помощью фотопиранометра НМС —2. В 1965 г. материал состоял из 46 профилей от поверхности до дна, полученных в совместной с Морским гидрофизическим институтом АН УССР экспедиции по Южному Байкалу с помощью прозрачномера конструкции А.Н.Г1арамонова МИФП—3 с гидроакустическим каналом связи. С 1968 г. начались регулярные съемки ПО с помощью логарифмического фотометра — прозрачномера ЛФП, конструкции М.Е.Ли, в изготовлении которого автор принимал непосредственное участие. Измерения ПО вначале проводились до глубины около 300 метров, а с 1975 г. — от поверхности до дна в любой точке Байкала. Показания ЛФП регистрировались на самописцах типа ЭПП—09, КСП —4, а затем на двухдхюрдинатных самописцах типа ПДС —021М, Н306 и Н307. Температура воды измерялась или стандартным термометром типа ТГ, или специально разработанным также с участием автора глубоководным кварцевым термометром ГИТ—83. Методически работы выполнялись в полевых условиях с научно—исследовательских судов в навигационный период и на ледовых станциях или с подвижных санно—автомобильных комплексов в зимний период. Вся глубоководная аппаратура и спуско — подъемные устройства конструировались или изготавливались и (или) совершенствовались при участии автора.

При необходимости с участием автора проводились теоретические разработки, например, при анализе эффекта уплотнения при смешении слабоминерализованных вод.

Защищаемые научные положения: 1.Особенности пространственно — временной изменчивости оптических структур:

—показано, что глубина залегания сезонного слоя скачка показателя ослабления (ПО) светового излучения в годовом ходе меняется от 5 — 15 м в начале установления прямой или обратной температурной стратификации в июле и декабре, до 300-400 м в периоды гомотермии в июне и ноябре;

— отмечено, что на глубинах примерно до 400 м наблюдается глубинный слой скачка ПО, происхождение которого связано с процессами перемешивания;

— обнаружена для глубоководных районов открытого Байкала вертикальная структура ПО, состоящая из трех областей: поверхностной с большими значениями ПО и их вертикальных градиентов; глубинной с минимальными значениями ПО и практически нулевыми градиентами; придонной с повышенными значениями ПО и положительными (ось г направлена вниз) вертикальными градиентами ПО, но выделяется не всегда;

— описанг. пространственная структура ПО озера: в каждой котловине в глубинной области выделяются ядра наиболее прозрачных вод; ПО глубинных областей Южной и Северной котловин обычно меньше, чем в Средней котловине; на поперечных разрезех ядра наиболее прозрачных вод, как правило, смещены в область максимальных глубин в сторону крутого северо-западного склона;

— выделены во временной структуре ПО сезонная и синоптическая изменчивость; сезонные изменения ПО поверхностных и глубинных вод имеют противофазный характер, т.е., когда ПО поверхностных вод увеличиваются, глубинных — уменьшаются и наоборот; при длительных наблюдениях на суточных станциях изменения носят синоптический характер от 5—7 до 24 суток;

— открыты особенности формирования оптических структур н прибрежных областях крутого северо-западного склона Байка\а, заключающиеся в том, что на некотором удалении от берега образуется вертикальная область шириной до 1 км с большими значениями ПО и высокими значениями горизонтальных градиенте» ПО, превышающими средние пространственные градиенты в 10 раз и более; эта область начинает формироваться в нижних частях слоя скачка ПО, т.е. начинается практически от поверхности и идет почта до самого дна, образуя придонную область вод с повышенным ПО.

2. Физическая структура и природа фронтов океанического ти::;. на Байкале (по материалам оптических наблюдений):

— обнаружены в прибрежных областях крутого северо — западного склона фронты, имеющие следующие характеристики: конаергеь чая зона опускания вод образуется в нескольких километрах от бе;> га; имеет ширину но более одного километра; формируется в нижних слоьх скачка ПО и распространяется пряктчгчоски пертикпльно пстти

до самого дна, образуя придонную область; сопровождается образованием деформационных полей напряженностью «5х10"7с"'; имеет синоптический характер изменчивости (от нескольких суток до нескольких десятков суток);

— отмечено, что фронты возникают и существуют как при открытой воде, так и подо льдом;

— показано, что основными фронтогенетическими факторами являются: влияние берега и топографии дна, сдвиговая структура течений, деформационные поля, уплотнение при смешении вод и др.;

— предложены формулы для оценки вертикальных скоростей во фронтальных разделах при известной глубине, ширине конвергентной зоны В и средней скорости диффузии р;

—показано, что по оценкам (минимальным) вертикальные скорости во фронтальных разделах имеют порядок 0.07+0.08 см/с или 60+69 м/сутки;

—проведен теоретический анализ эффекта уплотнения при смешении слабоминерализованных вод, удовлетворяющих уравнению состояния C.Chena и F.Millero;

— описан фронтальный механизм присклонового обмена.

3. Существует тесная связь динамических явлений с оптическими структурами природных вод.

Достоверность и обоснованность научных положений и выводов:

— реальность оптических структур подтверждается непротиворечивостью прямых и косвенных доказательств: гидрологическими по температуре (Шимараев,1977) и по течениям (Айнбунд, 1973; Верболов, 1977), гидрохимическими (Толмачев, 1957), гидробиологическими (Тарасова, 1972; Вотинцев, Тарасова, 1984) и независимыми гидрооптическими по свечению байкальской воды (Безруко!},Буднев .Шерстянкин и др.,1984) й т.д.

— существование фронтов следует из теоретических представлений как необходимость присутствия в спектре океанической турбулентности каскада энстрофии и энергии (Федоров, 1983), т.е. если открытие фронтов — случайность, то их существование — закономерность;

-наличие крутого северо-западного склона Байкала работает как фронтогенетический фактор, так как вблизи резких изломов морского дна создаются конвергентные и дивергентные зоны, т.е. фронты (Рыжков, 1966; Garrett, Home, 1978; Федоров, 1983 и др.).

—существование описаний явлений фактически фронтального типа на Байкале по течениям зимой В.М.Сокольниковым (1964);

— важнейшая характеристика фронта — ширина конвергентной зоны В, определенная из натурного эксперимента в 1 км, попадает в узкий диапазон практической "разумности", так как любые другие значения значительно больше или меньше 1 км — недостоверны.

Наугаая новизна работы: автором впервые —установлены тесные связи оптических структур водоема с динамической структурой;

— найдены закономерности формирования оптических структур открытого Байкала;

— обнаружены особенности структурообразования вод вблизи крутого северо-западного склона, заключающиеся в формировании практически во всей толще йод узкой, шириной до 1 км, конвергентной зоны;

— открыты на Байкале фронты океанического типа, простирающиеся практически от поверхности и почта до самого дна и существующие как летом, так и зимой;

— определены фронтогенетические факторы и количественные характеристики фронтов;

— показан неизвестный ранее фронтальный механизм присклонозого обмена;

— получен ряд новых формул для решения задачи уплотнения при смешении для слябоминерализованных вод. удовлетворяющих уравнению состояния C.Chen, F.Millero (1986).

Практическая значимость работы и использование са результатов.

Знание одной из самых важных оптических характеристик водной среды ПО или связанной с ним прозрачности ценно само по слба . Вертикальное распределение ПО тесно связано с: распределением температуры, биологических, микробиологических характеристик, что позволяет биологам, химикам и другим специалистам по профилю ПО проводить прицельные огборы проб. Знание пространстве ¡повременных свойств оптических структур позволяет определять mf- .-а, где может находиться вода с необходимыми свойствами. Как прав: ао, наибольший интерес представляет глубинная байкальская вс,\а.

отличающаяся высокой прозрачностью и отвечающая всем требованиям, предъявляемым к питьевой воде. Высокая прозрачность глубинных вод наряду с другими характеристиками позволила рекомендовать проведение эксперимента по глубоководному детектированию мюонов и нейтрино (ДЮМАНД) на Южном Байкале у м.Ивановского. Благодаря личному участию автора, предоставлении институту Ядерных исследоватш РАН, НИИ Прикладной физики при Иркутском университете и другим организациям сведений об оптических свойствах байкальских вод, передачи личного опыта конструирования оптической аппаратуры, глубоководной инженерии, проведения зимних, корабельных работ и т.п. уже на втором году работы был поставлен первый прототип установки и затем получены первые результаты. Сейчас уже работает под водой нейтринный телескоп НТ200. Работы проводились в рамках решения важнейших научно—технических проблем (Пр.0.74.01 и др.).

Высокое качество байкальской глубинной воды планируется для использования в качестве питьевой воды. Автор участвовал в обосновании места и горизонтов опытного забора в первых трех экспедициях Лимнологического инстшута СО РАН.

Обнаружение фронтов океанического типа на Байкале имеет самое разностороннее применение для разработки как теоретических, так и практических вопросов. Так, открытие нового фронтального механизма склонового обмена имеет и экологическое значение, поскольку попавшие в зону даунвеллинга вредные вещества будут эффективно загрязнять и отравлять озеро, в такой зоне опасно также располагать забор воды даже с глубины в один километр и с расстояния в несколько километров и т.д. В райэне фронтальных разделов должны располагаться продуктивные зоны, что важно для гидробиологов и ихтиологов.

Теоретический подход к анализу эффекта уплотнения при смешении слабомин^рализованных вод сразу показывает, что глубинные воды Байкала находятся в самой термодинамически активной, т.е. сильно 'зависимой от температуры и минерализации,' области и эти условия требуют специального изучения. Аналогичный подход может быть применен к Великим Американским озерам и к канадским Большому Медвежьему и Большому Невольничьему и др.

За успехи в изучении оптических структур автор был награжден Бронзовой медалью ВДНХ в 1979 г. •

Результаты исследований оптических свойств байкальских иод применяются как ранее, так и до настоящего времени в институт« Ядерных исследований РАН, НИИ Прикладной физики при Иркутском университете и др.

Публикации результатов и личный вклад автора. В научном докладе обобщены результаты многолетних исследований автора, выполненных им в лабораториях Гидрологии и гидрофизики и Автоматизации лимнологических исследований и гидрооптики Лимнологического института СО РАН. Автору принадлежит формулировка, постановка и выполнение всех поставленных задач. Изготовление, модернизация и работа с аппаратурой проводилась автором или при его участии.

Автор принимал непосредственное участие в подготовке, организации, проведении и руководстве около 40 корабельными, одной самолетной и свыше 15 ледовыми экспедициями (отрядами).

Апробация работы и публикации. Исследования диссертанта хорошо известны специалистам, интересующимся вопросами гидрооптики, динамики вод, гидробиологии и гидрофизики Байкала. Результаты исследований докладывались на международных конференциях и конгрессах, на всесоюзных съездах и конференциях, на семинарах специалистов. Доклады представлены: в рамках XIY Тихоокеанского научного конгресса в августе 1979 г. и опубликованы в Москве и США; в рамках Байкальского проекта ДЮМАНД на 8 международных конференциях, посвященных нейтринной физике и астрофизике с 1982 по 1992 гг.; на Первой Верещагинской Байкальской международной конференции; на Всесоюзных совещаниях по круговороту вещества и энергии в озерных водоемах с Второго по Шестое, с 1969 по 1985 гг.; на Первом, Втором и Третьем съездах Советских океанологов в 1977, 1982 и 1987 гг.; на Третьем, Девятом, Десятом и Одиннадцатом Пленумах секции Оптики океана в 1976, 1984, 1988 и 1990 гг. Результаты диссертационной работы по частям и в целом докладывал на семинарах отдела Оптики морей и океанов Морского гидрофизического института АН УССР, института Ядерных исследований АН СССР, НИИ Прикладной физики при Иркутском университете, института Озероведения РАН, института Биофизики СО

РАН, на объединенном коллоквиуме отдела Экспериментальной и космической океанологии и лаборатории Оптики океана Института океанологии РАН.

Структура работы. Диссертация представляется в форме научного доклада по совокупности 60 работ, опубликованных с 1964 г. Основные результаты работы отражены п 36 публикациях. Научный доклад состоит из введе1шя, тре.х разделов, построенных в порядке решения поставленных задач, заключения, списка основных публикаций и приложения, состоящего из 9 рисунков. В первом разделе описана аппаратура и методика; во втором — закономерности формирования пространственно-временных оптических структур в открытом Байкале и в присклоновой области северо-западного берега; в третьем — фронты океанического типа на Байкале, их особенности и характеристики, фроктогенетические факторы: влияние берега и топографии дна, сдвиговая структура течений, уплотнение при смешении и др.; даны формулы для оценки вертикальных скоростей во фронтальных разделах и т.п.

При Проведении исследований, подготовке публикаций постоянно оказывали внимание чл. —корр. АН СССР |К. Н. Ф~едоров|, академики РАН Г.И.Галазий, В.В.Воробьев, К.Я.Кондратьев, которым автор глубоко признателен.

За большую помощь при решении технических вопросов, разработке аппаратуры, проведении экспедиционных работ и обработке материалов автор благодарит сотрудников Морского гидрофизического института АН УССР М.Е.Ли, А-Н.Парамонова, Ю.А-Прохорешсо, Г.А.Толкаченко; сотрудников Восточною геофизического треста М.М.Мандельбаума, Н.И.Рыхлинского, М.З.Хузина; сотрудника Омского политехнического института В.Л.Мухина; сотрудника института Земной коры СО РАН [А.А,Рогозина]; сотрудников Лимнологического института СО РАН В.М.Белозерцева, Л.Н.Куимову, Л-А.Устюжанина, М.Н.Шимараева, В.И.Верболова, А-И.Рудешсо, М.Н.Алсаеву, А-П.Пономареву, ЕЛ.Фомину, А-Жданова, Л.Ф.Соколову, Е.Н.Бархатову,М.А.Мартынова и других сотрудников лаборатории Гидрологии и гидрофизики; зав. экспериментальными мастерскими В.И.Дмитриева, членов экипажей старою и нового НИС 'Т.Ю.Верещагин" В.Н.Лешкевича, С.А. Васильева, И.М.Берденникова, Г.Ф.Пестерева, О.Г.Калинина,

ю

И.АЖоровякова н др.; норных помощников на льду Ьшкалл — шоферов автобазы Иркутского научного центра [В.М.Белова], Е.М.Белова, С.К.Помазкина н др.

За полезные дискуссии и консультации автор благодарит сотрудников Института океанологии им. П.П.Ширшова РАН А-Г.Зацепипа, В.Н.Пелешгаа, Г.С.Карабашева, А.Ф.Кулешова, Н.П.Кузьмину, С.Н.Дикареиз и многих других.

Раздел 1. АППАРАТУРА И МЕТОДИКА.

Первая попытка применения оптических свойств байкальских вод для изучения их динамики была предпринята автором в 1564 г.[1]. Для выделения оптических структур были использовмш показатели ослабления облученностей сверх)' и снизу, которые измерялись фотопиранометром НМС —2 конструкции Н.Н.Андреевой (1959) до глубин 40—50 метров. Этот метод, хотя его применение в высококонтрастных в оптическом отношении водах Селенгинского мелководья прошло успешно, имеет ряд существенных недостатков, как например, необходимость проводить измерения только в светлое время и том,ко в хорошую погоду. Поэтому через некоторое время в качестве характеристики оптических структур был взят показатель ослаблениия (ПО) светового излучения, который можао измерять как днем, так и ночью и от поверхности до дна.

Первые глубоховодные и от поверхности до дна измерения ПО проводились в Южном ' Байкале совместной экспедицией Лимнологического ' института СО АН СССР и Морского гидрофизического института АН УССР в октябре—декабре 1935 г. морским импульсным фотометром — прозрачномором МИФП —3 с акустическим каналом связи конструкции А.Н. Парамонова (1935) [2, 41^ Измерения ПО проводились дискретно в красной части спектра.

Систематические измерения ПО начали проводиться с 1968 г. г.--. зло изготовления с участием автора логарифмического фотометра— прозрачномера (ЛФП) конструкции М.Е.Ли (1969) [6]. ЛФП имел 6 спектральных каналов измерения от ближнею ультрафиолета й,о красной части спектра. Угол расходимости пучка света был порк.-.ха 0.5е, что с учетом электронных трактов давало погрешность иамерег дгя порядка 1—2%. Запись ПО велась непрерывно при спуске и подъема

п

вначале на самописцах типа ЭПГТ —09 и КСП —4, а затем на двухкоординатных самописцах типа ПДС— 021М, Н306 и Н307. ЛФП дважды проходил существенную модернизацию в 1974 г., когда был переведен на двухжильный кабель—трос [11] и в 1986 г. [25], после чего стали возможными измерения от поверхности до дна в любой точке Байкала. До 1974 г. измерения ПО проводились до глубин 350 м. Для глубоководных работ с ЛФП на научно-исследовательских судах переоборудовались имеющиеся или устанавливались новые снускоподъемные устройства. Для съемок па льду использовался измерительный комплекс, состоящий из санного спускоподъемного устройства на базе каротажной лебедки и автомашины ГАЗ — 66.

Температура воды измерялась или стандартными измерителями (глубоководные опрокидывающиеся термометры, термобатиграф), или разработанным и из1ютовленным в лаборатории Автоматизации лимнологических исследований и гидрооптики Лимнологического института СО АН СССР совместно с Омским политехническим институтом - глубоководным кварцевым термометром ГИТ—83 со следующими характеристиками: точность привязки к температурной шкале в диапазоне 0 —15 °С — порядка 0.01 °С, разрешение не хуже 0.00023 °С, постоянная времени не более 30 с, глуоина погружения до 2000 м [20].

Измерения ПО и температуры воды в навигационный период проводились с НИС "Г.Ю.Верещагин" на дрейфовых станциях, в зимнее время со лада в ледовых лагерях, а также с подвижных санно — автомобильных измерительных комплексов. Для изучения временной изменчивости оптических структур как летом,так и зимой проводились суточные (многосуточные) станции.

Для оперативного исследования пространственных структур водной среды был применен оптический метод — измерите ПО, который обладал двумя существенными достоинствами: высокой чувствительностью и точностью как при измерениях в поверхностных, так и глубинных и придонных слоях, а также непрерывной регистрацией. В качестве материала, визуализирующего динамические' процессы в воде, выступает при измерениях ПО в "окне прозрачности" байкальской воды (480 — 500 нм) природная Взвесь, вызывающая сильное рассеяцио света, а при измерениях в ближнем ультрафиолете — природная растворенная органика ("желтое вещество"), вызывающая

сильное поглощение. Менее эффективны измерения ПО в красной части спектра из —за сильного поглощения собственно чистой водой.

Теоретические расчеты применялись для анализа эффекта уплотнения при смешении слабоминерализованных вод, удовлетворяющих уравнению состояния в форме C.Chen, F.Millero (1906). Были выведены формулы для ряда параметров и было проанализировано их поведение при различных температурах, минерализации и давлении. В открытом Байкале изменения минерализации невелики (Вотинцев,19й1; Falkner и др., 1991), но даже очень небольшие ее различия могут оказать реальные воздействия на глубинные процессы.

Раздел 2. ОПТИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ БАЙКАЛЬСКИХ. ВОД

В качестве основной оптической характеристики байкальских вод взят показатель ослабления (ПО) светового излучения, который тесно связан с другими гидрооптическими параметрами, гидрологическими, гид роб и (-¡логическими и другими характеристиками. Более подробный анализ ПО и температуры веды с помощью разложения по естественным ортогональным функциям также отметил наличие тесной корреляции между температурой поды и ПО в периоды четко выраженной вертикальной стратификации температуры: положительной при прямой и отрицательной при обратной, включая подледный период, коэффициенты корреляции (КК) порядка 0.8-г0.9, и более слабой в периоды гомотермии, КК порядка 0.5-г0.6. Вообще говоря, фактически здесь речь идет о связи распределения ПО с плотностной стратификацией воды [1, 6, 7, 10, 14, 21]. С прозрпчнетью по диску Секки Дг и ПО, г, дли длины волны 480 нм была получена следующая корреляционная связь (КК = 0.0310.08):

в(1п/5и) = 7.28хДс+0.004 рщ.

Аналогичные, но 'с другими числовыми коэффициентами, (;яли получены корреляционные связи между ПО в области длин воли от -,20 до 580 нм и взвесью (КК 0.80+0.87), между ПО п обл/.гл коротковолнового максимума поглощения хлорофилла около 4У0 т. и содержанием хлорофилла п воде (КК 0.73*0.81) и лруги и гидробиологическими показателями. Нужно отм-щнъ, что устойчмиьа?

связи получились только в случае, когда батометры навешивались на корпус прозрачнсмера, а при взятии проб и проведении измерений ПО с разных лебедок устойчивых связей не было обнаружено, так как КК были менее 0.44 [26]. с помощью ПО удалось проследить суточные миграции массового вида зоопланктона — макрогектопуса, определить пространственные размеры его скоплений и т.д. [8, 15, 33].

Поверхностные воды Байкала известны своей высокой прозрачностью по диску Секки, доходящей до 40 м (Шостакович, 1924), что подтверждается также измерениям!! предельнорассеянного света, показатель ослабления которого достигает 0.06 1п/м (5], но рекордно низкие значения ПО достигаются на больших глубинах. Спектральные значения ПО наиболее прозрачных байкальских вод и океанических дани на рис.2. Как правило, воды с рекордно высокой прозрачностью наблюдаются в глубинных слоях Южного и Северного Байкала [5, б, 14-17. 27].

Таким образом, вертикальные распределения ПО, т.е. оптические структуры, тесно связаны с вертикальными распределениями температуры, плотности воды, биологических характеристик и т.д. В данной работе уделено особое внимание связям пространственного распределения ПО также с динамическими факторами: прямыми (течения) и косвенными (коэффициенты вертикального, горизонтального обмена и др.).

Рассмотрим вертикальную, пространственную и временную оптическую структуру род.

2.1. Вертикальная оптическая структура.

2.1.1. Сезонный и глубинный слой скачка ПО. Основной особенностью вертикального распределения ПО в верхнем слое воды л.чляотся наличие сезонного и глубинного слоев скачка ПО. Под сезонным сюем скачка ПО имеется ввиду область глубин, где в поверхностных слоях поды вертикальный градиент ПО максимален, а под глубинным - область самых глубоких вертикальных градиентов ПО в яерхнем слое води. Положение сезонного слоя скачка ПО в течение года значительно изменяется по глубине, но дважды в году во иреми весенней и осенний гомотермии глубины залегания сезонного и глубинного слоев скачка ПО совпадают, т.е. слои скачка нрострпнтгиеино совмещаются. Глубины их залегания в эти периоды

и

максимальны и достигают 300 — 400 метров н иногда немного более. Прозрачность по диску Секки также достигает максимума (Рис.3). ПО над слоем скачка выравнивается, а перепад ПО в слое скачка невелик (вертикальный градиент имеет порядок 0.0001 1п/м2), а сам слой скачка становится очень резким, около десяти метров. Сезонные у. глубинные слон скачка ПО и температуры (термоклин) практически почти полностью совпадают между собой, но некоторые различия наблюдаются в периоды осенней гомотермии, когда заметные скачки температуры прослеживаются до 600 — 700 м (Шимараев, 1986, ПО до 800 м; Ли, Шерстянкин, 1969, [4]).

Физический слой скачка ПО говорит о наличии слоя скачка плотности (пикноклина) воды. На пикноклине оседает, задерживается как на "жидком грунте" взвесь, которая в таком случае и выступает визуализатором грубых и тонких структурных н динамических яллений.

После прохождения гомотермии в верхних слоях воды устанавливается прямая (летом, конец июня —начало июля) или обратная (глубокая осень — начало зимы, ноябрь—декабрь) температурная стратификация и появляется слой скачка ПО. Вначале слой скачка устанавливается в самых поверхностных слоях поды на глубинах 5-г10 метров и менее, а затзм по мере развитая процессов прогрева или охлаждения водной толщи сезонный слой скачка ПО развивается и начинает снова заглубляться, , ггречаясь или превращаясь в периоды гомотермии снопа в глубинный слой скачка ПО. После прохождения гомотермии глубинный слой скачка ПО но исчезает, а сохраняется и существует на разных ' глубинах в разные периоды времени под сезонным слоем скачка ПО, указывая на то, что процессы перемешивания меньшей интенсивности в верхнем слое идут постоянно. На ото же указывает сезонный ход коэффициентов вертикального обмена К2, максимальные значения которых достигаются в периоды гомотермии (Рис.3). С этим также с. 'ли сезонный ход прозрачности по диску Секки: при наиболее резком ' ,ск> скачка ПО, что связано с минимальными К2, прозрачность ыинималь'та, а при наименее резком перепаде ПО в слое скачка, при максимальном К2 — прозрачность по диску Секки максимальна (Рис.3) [2, 4, 6—10, ¡3, 14, 18, 19, 21, 23-29, 31-33].

2.1.2. Вертикальная структура. На основе анализа многочисленна:: профилей ПО, выполненных в навигационный период но исечу о:ч - \

а для Южного Байкала и в зимний период (Рис.1), как правило от поверхности до дна, в вертикальной структуре вод глубоководных районов открытого Байкала выделяются три области: поверхностная, глубинная и придонная (Рис.4). Поверхностная отличается большими, как правило, максимальными на профиле значениями ПО и его вертикальных градиентов; начинается от поверхности и заканчивается глубже сезонного слоя скачка ПО в районе глубинного слоя скачка ПО на глубинах 200ч-400 м.

Глубинная область имеет минимальные на профиле значения ПО и близкие к нулю вертикальные градиенты ПО. Это область с наиболее прозрачными водами, т.е. с минимальными значениями ПО. Применительно к Южному Байкалу эта область располагается на глубинах от 400-Г-500 м до, примерно, 1200 м.

Придонная область отличается более высокими по сравнению с глубинной областью значениями ПО и положительными значениями вертикальных градиентов ПО. Образуется примерно за 200 м до дна, но появляется по всегда. На расстоянии 20 — 30 м от дна ПО быстро увеличивается с приближением ко дну. То, что придонная область на одних и тех же станциях выделяется не всегда, указывает на динамический механизм ее возникновения, связанный скорее всего со склоновым обменом. По вертикальному распределению скоростей течений В.И.Верболов (1978) выделяет три зоны: верхнюю, глубинную и придошгую. Верхняя активная зона охватывает примерно 0.3 глубины, т.е. в Южном Байкале это составляет примерно 400 м. В ней наблюдаются высокие значения максимальных скоростей и неоднородное распределение их средних значений. В глубинной зоне течения становятся , более устойчивыми во времени, их скорость меняется слабо, хотя полной однородности нет и сохраняются тенденции к убыванию скоростей. Особенностью придонной зоны является возрастание течений (Верболов, 1978). Токая схема вертикальной структуры течений полностью ' соответствует вертикальной оптической структуре, так как формирование и образование оптических структур происходит за счет динамических яплений, включая течения.

Схема вертикальной оптической структуры байкальских вод дополняет в придонных слоях вертикальную структуру байкальских вод по температуре, предложенную Г.Ю.Верещагиным (1927), совпадает и уточняет схемы выделения трех водных масс (вертикальных областей),

впервые предложе1И1ую В. А. Толмачевым (1957) па основе гидрохимических показателей [2,4,11 —17,23,24,28,2.9).

2.1.3.Тонкая структура вертикального распределения ПО. При наблюдении в зимний период в прибрежной области крутого северозападного склона в поверхностной области были обнаружены иногда появляющиеся серии топких от долей метра до нескольких метров (вертикальное разрешение ЛФП при этих измерениях было порядка 5 см) слоев, ПО которых был значительно ниже (до двух р*з) окружающих слоев. Отсутствие соответствующей аппаратуры но дало возможности отождествить это язление с тонкой структурой температурного поля, описанной К.П.Федоровым (1976). Тонкие слои с пониженными значениями ПО формировались п слое скачка и "всплывали" к поверхности. После интенсивного проявлегшя топкой структуры ПО вертикальные профили ПО значительно сглаживались. Тонкая структура ПО была наблюдена на Байкале в 1971 г., а объяснена в 1979 г. [15].

2.2. Пространственная структура

Для характеристики оптических пространственных структур используется материал многолетних наблюдений, как правило, от поверхности до дна на продольном и поперечных разрезах Байкала (Рис.1). На всех разрезах наблюдается сезонный слой скачка ПО. В глубинных областях Южной, Средней и Северной котловин Байкала наблюдаются ядра наиболее прозрачных вод. Обычно, если съемка происходит в одни и те же стадии температурного режима, глубинные воды Северной и Южной котловин имеют примерно одинаковую прозрачность и более высокую, чем прозрачность глубинных под Средней котловины.

В присклоновых областях в районах оконечностей озера у Култуха на юге и у Нижне-Ангарска на севере, а также на грамнцач раздела котловин над подподными поднятиями в районе Селенппп-кого мелководья, в районе Академического хребта и п прибрежных района:: на поперечных разрезах наблюдается разрушение нижних частей слоев скачка ПО, изолинии ПО сильно наклонены и идут почта рдоль склонов, что говорит об увеличении интенсивности вертикального обмена и динамических явлений вообще (Рис, 5 и в).

Ядра наиболее прозрачных вод на поперечных разрезах смещены в область максимальных глубин в сторону крутого севаро — западного склона [2, 4, 9, 11 - 17, 23-25, 28, 29, 34, 36].

2.3. Временная структура

Отметим временную изменчивость двух масштабов: сезонную и синоптическую. Сезонные изменения ПО и годовой ход глубин залегания сезонного и глубинного слоев скачка ПО описаны в разделе 2.1.1 н показаны на рис. 3, Во временном отношении сезонные изменения ПО поверхностных и глубинных вод находятся в противофазе, т.е. когда значения ПО в верхней области увеличиваются, в глубинкой — уменьшаются. Например, в августе—сентябре ПО поверхностных слоев максимальны, а глубинных слоев минимальны, с приближением гомотермик НО поверхностных слоев уменьшаются, а глубинных — увеличиваются. Физически это связано с там, что с приближением гомотермии нлотностпая стратификация ослабевает, разрушается в поверхностных слоях, что приводит к увеличению вертикальною обмена между мутными поверхностными водами с прозрачными глуби71ными (Рис.6).

Дяитслыше наблюдения за ПО в одной точке указывают, что изменчивость носит синоптический характер. Так, наблюдения за ПО и температуре;'? с конца февраля но начало апреля 1971 г. вблизи пос. Б.Коты (в 20 км восточнее истока Ангары) показали, что между суточными наблюдениями ПО и температуры существует четкая корреляция (КК=0.8+0.9), а у ПО наблюдается цикличность 5 — 7 суток. Наблюдения п зимний период с 6 марта по 5 апреля 1988 г. у м.Иезиовско; о(в 30 км западнее истока Ангары) показали, что изменение ПО во всей толще происходит через 20 — 24 суток (Рис.?), что хорошо совпадает с данными В.М.Сокольникова по изменчивости точений в примерно таком же районе зимой. При проведении суточных станций как в прибрежной области (19 — 20 марта, 30 — 31 июля 1975 г. и др.), так и в открытом озере (4 — 5 июня 1981 г., рис,6) было видно, что ПО за короткое время (несколько часов) может измениться во всей толще вод в несколько раз [23, 24, 36]. На такой ?;<е характер указывает свечение байкал:,ской воды, резкие всплески которого иногда наблюдаются на прототипе нейтринного телескопа, установленного в 3,5 км от м.Ивановского (22, 30]. Быстрые изменения

¡ь

ПО во всей толще »од наводят на мысль о фронтально—вихревой структуре ПО [35].

2.4. Оптическая структура вод isa прнбрюхззом уметав крутого северо-западного склока

При изучении отшесш пр&страястеенны х структур на поперечных разрезах Байкала в ирлбре ясной облает« обычно ограничивались двумя станциями я трах л сем?» километрах от берега, чго для исследования msaxom пси иаЗкмх склоновых процессом недостаточно. Поэтому, все налученные ранее сведения но горизонтальным поперечодта a продольным оптическим структурам необходимо относить к кругагомасию&бгпзм процессам.

С 1986 г. при исследовании оогитеских свойств в прибрежной области у м.Ивановского (Рис.1) в месте постанови! нейтринного дотактора стали в зимний период делать более подробные съемки ПО с расстоянием между станциями до одного или до 0.5 километра. Последнее делалось по просьбе руководителя байкальского проекта ДЮМЛ1 !Д д.ф. — м.н. Г.В.Домогацкого.

Оптические структуры в прибрежной присклоновой области имеют ряд особенностей. На съемках 1987— 1990 г.г. на удалении нескольких километров от берега прослеживаются вертикальные области шириной порядка 1км с повышенными горизонтальными градиентами ПО примерно в десять раз больше средних прострачет**мших градиентов ПО. По определению К.Н.Федорова (¡983), такие образования называются фронтами. Фронты ПО прослеживаются: п 1987 г. на участке 0.3 — 1.3 км на глубинах 30 — 300 м; в 1988 г. на участке 3.5—4.5 км примерно с 30 м и почти до дна с формированием придонного слоя небольшой мощности, так и на участке 8—15 км на глубинах ниже 100 м.; и 19S0 г. на участках 3.5 — 4.5 км и 8 — 10 км с глубины 50 м и до див с формированием придонного слоя (Рнс.5). Вертикальная область с повышенным значением ПО везде формируется из нижней част слоя скачка ПО. На оптических структурах съемок 1909—гг. прослеживаются следы вихрей с горизонтальными осями (попертчн&п циркуляция) масштабов порядка 10 и 4 км соответственно.

Временная изменчивость, как было отмечено ранее, Hfvcirr синоптический характер (от 5 — 7 суток до 21),

Одповромешшо с наблюдениями за ПО измерения температура води в 1987 г. показали, что в тах же областях, где наблюдались солышю горизонтальные градиент ПО, наблюдались и большие горизонтальные градиенты температуры, которые в глубинной области доходили от С.05 до 0.02°С на 1км, в то время как они бывают ксчезающе малы.

Формирование вертнхальной обласш с тышеишмк значениями ПО, шириной около 1км и праюически идущей от поверхности н почти до самого дна, наблюдалось в прясклонозой области под северо-западным берегом, а также в Среднем и Северном Байкале. Б Северном Байкале у м.Елохин a 1Э90 г. проводилась термогадрооптичсскян съемка с подробным пространственным разрешением (1, 2, 5 и т.д. км). Области подъема и опускания вод, выделенные по особенностям поведения температуры и ПО, совпали [2, 15, 23, 27, 33, 3i, 38].

Таким образом, главной особенностью ситичесгшх структур присхлоцовой области северо-западного берега является формирование а нескольких километрах от берега вертикальных областей шириной порядка 1км с повышенным ПО, идущих практически от поверхности и почти до дна с формированием придонной области с повышенными ПО толщиной в несколько сот метров. Эта вертикальная область вод с повышенным ПО соединяет поверхностные и придоные воды с повышенным ПО.

Раздел 3. ФРОНТЫ ОКЕАНИЧЕСКОГО ТИПА НА БАЙКАЛЕ, ИХ СВОЙСТВА И ОСОБЕННОСТИ.

Найденные особенности оптических структур п прибрежном районе у северо-западного склсиа ostpa Байкал полностью попадают под определение фронтов, данное К.Н.Федоровым (1083), н с полным основанием, на квсаяс,«. причин их происхождения, можно говорить о существовании фронтов. Том не менее, для исследователя всегда важно также найти и зкать йричнны возникновения какого—либо явления, так, как только тогда его можно правильно использовать и предсказывать. Значит, нухию изучить имеющиеся материалы по динамике байкальских вод: прямые (течения, вертикальный обмен и т.п.) и косвенные (гидрохимические, гидролитические и др.); изучить

явления, которые можно назвать сопутствующими или предшественниками фронтов и мноше другие.

При исследовании процессов в района северо-западного склона Байкала, в первую очередь, отмечают их энергетическую и динамическую активность. Вначале попытаемся разобраться со склоновым обменом, на который мноше указывали, но практически не приводили никаких конкретных деталей механизма. Первым на существование склоновых процессов, осуществляющих обмен между поверхностными и придонными слоями, по гидрохимическим ингредиентам указал В.А.Толмачез (1S57 а. п б.). Затем по формированию оптических структур, поверхностной, глубинной и придонной областей склоновый обмен рассматривали М.Е.Ли, ПГ.Неуймин, П.П.Шерстанхин (1970). По быстрому проникновению трития в глубинную область на процессы обмена указывал авторский коллектив с В.Н.Сойфером (1970) и болеэ подробно рассматривали В.И.Верболов и М.Н.Шимараен (1972). Также на быстрый обмен между поверхностным и придонным слоем по свежим формам фитопланктона указывала Е.Н.Тарасова (1972) и она же с К.К.Вотгащепым (1934). О формировании коиворгантных зон (без конхретных п:: харахторпсгак), горизонталышх пихрог.ых обраьояотгай и роль: прибрежных а од по макроиеодиородпостяи в распределении теплосодержания япсал M.f ЦШимграе» (1977). И, наконец, по особеиностяг.; распределения "же итого вещества" г. поверхностных и при\огшк.;: слота, об ici быстр ом обмене следовало рдбогы П.ПЛисрстанкин';,

У.Н.Еаргатозой (i 090). Тшиш образом, о с¡л

<> 4 II.:-.!'.?'). (Suc-rpHO трех .мослпзз) ковзрхнигидемя ;;

"п " ni ' чцроз склонозк'л процессы иксалп мног:-,о

! >м, особенно блчтож к сраьимгалыго «одному сяяслж-.>й

f ' t х .<т»лош«1 в пйяывцпоткМ тпяод был bî.I Шишгрвсы

¡:9('/; ц др. Все ясследоьатш, затрагивавшие екдовогги*.) г.рот-.е-пкратцо рассмотрены н [34, 36].

Теперь рассмотрим имеющиеся в литературе материалы то динамика байкальских аод в прибрежной области у сег.еро — запядг.с-го склона. Особое внимание обратим на вихри. Будем следовать ьыиедчы К.Н.Федорова (1983) о том, что фро1ггогснез и иихрегенез тес?-.о связанные порождающие друг друга процессы.

По наблюдениям В.М.Сокольникова (i960, 1934), проведотшм п 1957 г., система тачаний подо льдом Байкала xdps'cv^pmyatr.-«

иллинием: ряда замхнутых круговых течений с вертикальной осью, прослеженных до дна; циркуляцпй с горизонтальной осью в районе мысов Большого и Малого Кадильного: спорадическим нарастанием, а затем уменьшением скорости течения па протяжении многих суток (с периодичностью 5 — 7 сугох); периодического изменения направления н скорости течения вдоль подводных склонов. Пространственные к временные изменения течений и ПО во многом подобны друг другу особенно ьо фронтальной зоне, Если к этому добавить, что В.М.Сокольников обнаружил придонный максимум скоростей, то становится ясно, что он первый наблюдал и описал динамику год во ф ростах подо льдом. То >хе самое можно сказать, что В.М.Сокольниковым открыты на Байкале синоптические вихри (в основном топографические), которые он описывал много раз. Про существование синоптически:: вихрей в навигационный период указывают В.И.Верболов (1977) и М.М.Айнбупд (1973).

Отметим еще одну важную особенность прибрежных течений ка Байкале: они носят сдвиговый характер, т.е. в непосредственной близости от берега скорости течений невелики, при удалении — возрастают (Берболов, 1977), а при продолжении удаления — падают (Айнбуид. 1977). Наиболее обеспеченные измерения прибрежных течений, сделанные М.М.Айнбундом (1977), к общая схема течений на Байкале показаны на рис.0. Сдвиговый характер течений наблюдается под западным и восточным берегами, но под западным гораздо резче (в несколько раз). Аналогичные явления наблюдаются по быстрому шытягиввишо пятен красителя по опытам у о.Ольхон, у г.Байкальска (БЦБК) и у м.Ивановского, по.измерениям в октябре (Коротенко,Сухов, 1991) [3]. У м.Ивановского "Характер прибрежных течений по расчетом автооа наблюдался в зимний период подо л!>дом [34]. Общая картина вдсльборс-говкх течений выглядит следующим образом: 1. прибрежная зона шириной от 0.5 до 1.5 км со слабыми течениями и развитием мелкомасштабных циркуляции; 2. зона шириной до 2~3км с максимальными скоростями и наиболее значительным транзитным переносом; 3. примыкающая к центральной части озера зона, в которой происходит уменьшение скоростей и развиваются вихри разного вида и масштаба.

Общая схема течений Байкала (Р>:с.8), составленная но материалам В.М.Сокольникова (1964), В.А.Кротовой (¡970), В.И.Верболова (1977), М.М.Айибунда (1973), отражает течении всего года, сезонный ход

скоростей точотглл гыражагтга м осисыюм'в их возрастании осенью (BepGoJVGB, 1977).

Из фактов неоднородности, гидродинамической неустойчивости бойксльсюис прибрежных точений следует, что она является одним из факторен вихвеобрагогавна (Монкя, 1238), которое происходит как на ьссточиом, тат; п западном склоне, но на западном более интенсивно (Айн5ут1д, 1977). Практически и теоретически хорошо известно, что даже v одиночного впхря с дпуг сторон создаются фронтальные зоны, с формированием поверхностных л придонных областей с повышенными скоростями движения воды (Федоров, 1983; Кузьмина, 1980 и др). Таким образом, рассмотрена теоретически одна из схем возникновения фронтов на Байкале, хотя иозмояаш н другие варианта [34, 3GJ. Еще отмстим одну особенность байкальских фронтов: из —па малости температур в поверхностных и глубинных слоях воды следует, что перепад плотностей по обе стороны фронта будет исчезатощо мал, а фронтальный раздел будет приближаться к вертакалк.

Автор считает, что фроти у западного берега Байкала на toajjco возможны, по их существование может быть показано теоретически. Имеющийся материал по подледной динамике па Байкале говорит о том, что фронтальные явления без применения современной терминологии были описаны В.М.Сокольниковыми (I960, 13S4). Теперь будем считать, что описанные фронты ПО янляются динамическими фронтами океанического типа на Байкале.

3.J. Свойства фронтов океанического ткяа ка Бгйкале

Байкальские фронты океанического тепа тлеют следующие свойства:

а. могут возникать и существовать в отсутствие прямого воздействия ветра и поверхностных течет«, например, подо льдам и з навигационный период при обычных условиях;

б. конвергентная зона спускания вод образуется н нескольких километрах от берега над склоном » районе резких изломов дна или в районе перехода от склона к плоскому дну;

в. наклон конвергентной зоны приближается к вертикали;

г. конвергентная vom опускания вод начинается в нижних частях сезонного скачка ПО, иногда практически от поверхности, и идет

Я

почт до самого дна, образуя придонную область до двухсот метров толщиной и имеет ширину около одного километра;

д. при формировании конвергентной зоны происходит "размывание" слоя скачка ПО снизу и изменение пространственного распределения ПО в нижних частях слоя скачка и на некотором удалении и над слоем скачка, заключающееся в том, что выше слоя скачка ПО в соседних областях происходит уменьшение ПО (Рис.5 и 6);

е. временной масштаб изменчивости фронтов имеет синоптический характер (до нескольких десятков суток);

ж. наличие деформационных полей.

Наличие деформационных полей следует из существования конвергентной зоны. Напряженность деформационного поля рассчитывается по формуле К.Н.ФедороЕа (1333) где К;

— коэффициент горизонтального обмена, В — ширина конвергентной зоны. Для зимних условий по определениям АА>1Сданова Кг—1м2/с (устное сообщение), Тпкоо же значение получается из

экспериментов с пятнами красителя в период обратной стратификации [3] и прямей до, примерно, С°С (Коротеико, Сухов, 1931). Подставляя известные значения К4 к В, получим 0 = 5x10"" гс~ * (23.1 сут), т.е. получаем синоптический масштаб.

Известно, что синоптический фронты осуществляю"» наиболее эффективный механизм нзрзмйшиватш к пзрзноса тепла ¿1 соли чгроа гидростатически устойчивый слой*Т ыстюсш или шпшемелнм (Федорог, 1303), Б пунктах г. к д. фактически иамекц мсгедшзм прэодолэгап: гидростатически устойчивого пикнахелипа. Дело в тем, что как видно из рке. 5 к б, гамвЯстоолпо дш ыехагтзма обмена: ияоттничсгххИ н дкатшшчоекпй. Пшиюклхи и слон скпчка ПО начинает при формкр&адпшг ко'шоргетиой зоны "рйэмывэть»:ян снизу и >:о сгоронп по изопикнаы наиболее энергеткчосы; легким путем "иодтак&от" Йолга тяжелая и мутная вода. На замену воде, втягиваемой в конвергегтгуга зону, в стороне от нее неизбежно подтягивается глубинная прозрачная вода и вода в слое скачка и над ним в стороне от конвергентной зоны уменьшает свой ПО. Обмен с глубинными водами носит диапикыический характер. Возможно, что и этом диапккническом обмене участвует и тонкая структура ПО, которая раньше на получала никакого объяснения. Воды с самыми большими ПО оказываются над

котгооргепттгой зоной, так как напрямую они но могут преодолеть слой скачка или пнкпоклии.

3.2. Фронтсгспетктескпе фвгсгзри

Фротггогеиез нз Байкала может вызываться мпошми факторами, но мы выделим ОСНОВ! Шй.

3.2.3. Деформационные поля. Эти механизмы связаны с фронто — 31 вихреобразовагагсм и работают весьма эффективно п областях подъемов вод, особенно прибрежных (Федоров, 1933). Автором обнаружены деформационные поля синоптического масштаба в прибрежных районах с напряженностью D~5xl0~7c— Деформациотше поля вызывают вихревые движения вод с вертикальными и горизонтальными осями. Такие движения вод синоптического масштаба в присклоновой области наблюдал D.M.Сокольников (I960, 1S64), а затем В.И.Верболов (1970).

3.2.2. Сдппгопая структура течений п крссхлспосых областях. Это показано расчетами течений по измерегашм температуры в прпсклоновой области, где яаро;кдалсл фронт [34], а также следовало пз вытяпшития Ш1тен красителя в прибрежных районах в 1965 г. [3] нз работ авиаотряда, в который, кроме автора, входили АЛ.Рогозин, Л-М.Галкин и Л-А.Устюжашш; из работ с красителем сотрудников института окешюлопга им. П.П.Шнршова РАН К.Л.Коротенко, АА.Сухова, (1991); из большого материала по изучению течедшй М.МАйнбунда (1973, 1977), В.И.Верболова (1977) и др. Гидродинамическая неустойчивость течений вызывает вихреобразовшше (Мошш, 1S88; Каменкович, 1973. и др.).

3.2.3. Блняиае берега и топографии дна. На Байкале практически гее проявлении фронтов так или иначе связаны с влиянием берега и топографии дна. Большинство вихрей также носит топографкческнй xap/isrcip. Появление фронтов а области резких изломов дна впервые было отмочено Ю.Г.Рыжковым (1966), по повышенному содержанию взвеси над подводными склонами М.В.Кленовой и др. (1952). Шельфовыо фро'ггы в океане также, как правило, возникают над резкими изломами дна (Garrett, Homo,1978; и др.). Мы проводили измерении ПО от ио^-рхноего до дна, потому что дрейфовые течения захватывают всю толщу поды от поверхности до дна (Штохман, 1946; Саркисян, 1960; Каменкович, 1973; Федороа 1991 и др.),

3.2.4. Уплотнение при смешении. 3-го один из немногих процессов, способных к самоподдержанию фронтогенеза. Смешение вод в конвергентной зоне неизбежно должно приводить к уплотнению и создавать или значительно облегчать плотностное перемешивание. Величина уплотнения при смешении в нервом приближении пропорциональна второй производной плотности воды р но температуре Т - ртт = Ртг'Т, S, Р), где S — минерализация, Р — давление. Для наиболее точного уравнения состояния озерных под, данного C.Chen и Т.МШего (¡986), для температуры Т от 0 до 30°С, S — минерализации от 0 до 0.6 г/кг и Р— давлении от 0 до 180 бар, удобных для анализа уплотнения при смешении формул для р.^ не было и пришлось вывести эту формулу [35].

3.3 Вертикальные движения воды во фронтальных разделах.

Места, где изолинии ПО наклонены очень круто, говорят не только о том, что там очень сильно развиты обменные процессы, но там могуг быть и значительные вертикальные скорости движения вод, особенно в тех местах, где развивается процесс уплотнения при смешении. В самой зоне перемешивания происходит понижение уровня воды, которое вызывает уклон уровня с обеих сторон в направлении фронтального раздела и приводит к конвергентной циркуляции в плоскости, перпендикулярной фронтальному разделу. Эти вопросы рассматриваются по К.Н.Федорову (1983). Скорость опускания более плотных вод смеси должна быть связана с интегральным по глубине конвергентным потоком в направлении фронта, т.е. максимальная скорость опускания за счет уплотнения при смешении должна быть прямо пропорциональна коэффициенту горизонтального турбулентного обмена Kt. Представляется, что именно такое соотношение основных динамических факторов на фронтах шириной не более одного километра/ где отклононин от геострофического режим« максимальны, обеспечивает существенную роль уплотнения при смещении в поддержании нрифронталыюй конвергенции или соответствующей скорости деформации D при постоянном противодействии горизонтальной диффузии. Этот поток зависит от уклона уровня и будет том слабее, чем шире зона смешения — это не что иное, как ширина равновесного фронта.

Поя анализе оптических структур в присклоноиой области видно, что котаергонтная зона опускания под уорото выражена и начинает формироваться' в нижней части слоя скачка ПО и прослеживается почти до самого дна (Рис.5). Для вертикальной скорости V/ в конвергентной лоне К.Н.Федоров (1983) выводит формулу:

(1) • зд(см/с) =0.05хИ/В,\у -ОхН = КхН/(2хВ2),

где Н — глубина. Из формулы (1) видно, что чем боль'пе напряженность деформации 13 или чем меньше равновесная ширина фронта (ширина зогад смешения) В, том быстрее, при прочих равных условиях, происходит опускание воды за счет уплотнения при смешении .

По .1. Ловорп и С. 5епс!лег (1953) К1 евчган с горизонтальным масштабом г и средней скоростью дифузня р выражением Кг = рхг/2. Подставляя сто выражение в (!) и полагая, что дли случая фронтов гйВ, получим:

(2) v/ =рх(1/(4хВ).

Для периода обратной температурной стратификации н близкого к ссание:'! гонотермнк для приЗрежзлых районов Байкала автором было найдено, что р = 0,2 см/с [3]. Определения проводились по обработке фотоснимков пятен флуоресцеина, сделан шгх от образования пятен до их полного ргснлквания. Съемку и обработку фотоматериалов проводил А.Л.Рогозин. Заметим, что период обратной температурной стратификации длится на Байкале около семя месяцев. Сели ми предположим ..что порядок, величины р сохраняется дли прибрежной полосы на протяжении всего периода обратной температурной стратификации (спратлдлкаостъ такою предположения подтверждается одинаковостью порядка Кг в период обратной стратификация и даже прямой (Коротенко, Сухов, 159!), то пахучим:

(3) ш(см/с) =-0,05хН/В,

где И и В выражаются в одних и тех же единицах длины.

Считая, что во всех случаях В — ЮООм, проведем оценки по формулам (2) или (3) ми трех районов: м.Ивановский (Н = 1350), Маритуй (примерно 1400 м) и м.Ухан (1000 м) по данным рис.5 и 0, получим следующие значения 0.0? и 0.08см/с или 58, 60 и

С9м/сутхи соответственно.

Приведенные оценки вертикальных скоростей должны рассматриваться только как минимальные, так как ширина фронта В в сторону малых значений имела недостаточное разрешение, т.е. реальная ширина фронта может быть только меньше одного километра.

3.4. Уплотнение при смешении слабомипералтонитшх вед при различной температуре Т, минерализации S и давлении Р.

Величина эффекта уплотнения Др при смешении равных масс слабоминерализованных вод одной и той же плотности р, но разной температуры Т2-Т1 =ЛТ и минерализации Sj и S2 можно в первом приближении оценить по формуле (Garret^ Home, 1978)

a/^'/vr х(at)2 а

где р1Т=о2р/ЭТ2, т.е. нижний индекс "т" означает дифференцирование по Т. Для нахождения р^ возьмем уравнение состояния озерной воды по C.Chen и F.Millero (1986), которое справедливо при изменении Т от О до ЗО'С, минерализации S от 0 до О.бг/кг и давлении Р от 0 до 180 бар. Получим (вывод дан в работе [35]):

fijt (т, s, р) =

+2хЦ/?°хк)) x/fxK,

По этой формуле были рассчитаны таблицы, построены графики (Рис.9). Показало, что абсолютные значения р^ максимальны при Т=0 ®С и убывают с ростом Т, с ростом давления Рис увеличением минерализации (незначительно). Например, при изменении в глубинной зоне температуры Т от 3 до 4°С р^ уменьшается примерно ио 3%. при изменении минерализации на 0.05 — на 0.03%, а при изменении глубины от 0 до 1000м — на 8.5%. Ясно, что глубинная область Байкала требует специального рассмотрения.

гъ

3.5. Фронтальный механизм склонового обмена.

Механизм склонового обмена в ранее опубликовшшых работах упоминался в самом общем виде в связи с вертикальной структурой (зональностью) байкальских вод (Толмачев, 1957; Ли, Неуймин, Шерстянкин,1970; Верболов, Шимараев, 1972; и др.). Основное внимание в этой работе сосредоточено на активных зертикальных потоках, формируемых во фронтах, но из уравнения неразрывности следует, что всякому нисходящему движению воды должно соответствовать восходящее (апвеллинг). Здесь апвеллинги не обсуждаются, хотя их наличие следует из уравнения неразрывности. Заметим, что обычно из — за сильной локализации мест, . где формируются нисходящие потоки, их не видят и не говорят или говорят мало. Восходящие потоки часто занимают обширные площади, хорошо заметны и о них много говорят н пчшут. Ко Байкале частые агтеллинги наблюдаются у северо-западного склона.

Здесь описывается новый фронтальный механизм склонового обмена на Байкале. Его основной особенностью и новизной является то, что узкая, шириной не более километра, конвергентная зона опускания вод образуется на расстоянии нескольких километров от берега. Формирование конвергентной зоны, как следует из больших значений ПО, происходит в нижних частях слоя скачка ПО. Сформированная из мутных вод конвергентная зона почти вертикально пересекает практически километровую толщу глубинных вод и переходи/ в придонную область вод повышенной мутности (Рис.5 и б, [34,36]). Воды глубинной области находятся в состоянии, близком к состоянию безразличного равновесия (Сокольников, 1S64), что при слабых байкальских контрастах делает эффективным даже незначительное уплотнение при смешешш, имеющее реально порядок (1+10)х10~9 г/смЗ или это соответствует разнице температур смешиваемых вод порядка 0.02°С [35, 36].

Сформировавшийся фронтальный механизм конвергентного движения вод проявляется по возникновению 1!ео,\нородиостей ПО а поверхностных слоях воды над слоем скачка ПО и в самом слое скачка и в уменьшении ПО, просветлении вод, по мере удаления до (10 roi) от места работы конвергентной зоны. Над самой конвергентной зоной выше слоя скачка ПО находится область вод с большими зиачешиисч ПО, иногда такие области формируются замкнутыми в виде ядра (Рис.5

и 6, [34, 36]). Это говорит о том, что вертикальный обмен в этой области затруднен и движение воды в нижних частях слоя скачка ПО носит изопикнический характер. Исходя из уравнения неразрывности, изопикнический характер обмена долго продолжаться не может. По мере удаления от конвергентной зоны он должен переходить в диапикнический, так как обмен мутных вод может осуществляться только на глубинные, прозрачные воды, что и приводит к прорветлению вод, лежащих выше слоя скачка. Теперь становится ясным, что там, где происходит компенсациошшй подток, на смену мутным водам слоя скачка ПО, уходящим в конвергентную зону, должна приходить прозрачная глубинная вода, должна проявляться и тонкая структура ПО, Т и т.д. Б марте 1971 г. автор наблюдал тонкую структуру ПО на ледовой станции в 8 км от берега, т.е. примерно в 5 км ог фронта. Это соответствует утверждению К.Н.Федорова (1983), что тонкая структура проявляется вблизи от работающего фронта и является предвестницей фронтов. Тонкая структура ПО, наблюдавшаяся автором, заключалась в том, что, в слое скачка ПО формировались тонкие (от долей до нескольких метров толщиной) слои с пониженным значением ПО (более прозрачные) и всплывали к поверхности.

По материалам ПОЛИМОДЕ 34—го рейса НИС "Михаил Ломоносов", в котором автор принимал участие, на оптических распределениях хорошо просматриваются все описанные картины неоднородного распределения ПО, характерные для фронтов [18]. Огсюда следует, что применяемая автором методика обнаружения синоптических фронтов пригодна и для океана.

• Хорошее согласие тахже получается с вертикальным распределением свечения байкальских вод, увеличивающегося в придонных слоях [22] и его пространственным распределением, требующим для согласования наблюденных эффектов предположения с подтоке воды со стороны [32]. Эти работы выполнялись также с участием автора.

Отметим один любопытный момент. В конвергентную зону с прямой "транспортировкой" в придонные слои попадает не просто поворхностная вода, а вода из слоя скачка ПО, самая богатая на содержание взвеси самого различного происхождения и растворенной органики. Получается, что фронты очищают Байкал. Отсюда следует много чисто динамических, гидробиологических, экологических и других приложений.

По материалам работ [34] и (35] ' рассмотрен действующий фронтальный механизм склонового обмена, показано, как может реализовываться синоптическими фронтами й вихрями один из способов наиболее эффективного перемешивания и переноса теп.\а и соли через гидростатически устойчивую толщу байкальского пикноклина. К.Н.Федоров считал реше1ше этой задачи очень важным для понимания работы фронтов.

Таково краткое рассморение фронтального механизма присклоиового обмена. Правда, внимательное рассмотрение пространственной структуры ПО вокруг ст.б продольного разреза, временной на ст.2а рисунка 6 указывает на то, что выше рассмотренный фронтальный присклоиовый механизм обмена работает и в открытом озере, но это и много других проблем явятся предметом будущих исследований.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Главной задачей этого раздела является не столько показ основных выводов диссертации, сколько показ физической природы структуры байкальских фронтов, фронтального механизма склонового обмена. Подчеркнем, что все рассуждения о фронтах на Байкале проводятся па основе анализа оптических структур, показанных на рис.5 и 6 [34,36] и на основе формул для расчета уплотнения при смешении и необходимых параметров, выведенных автором совместно с Л-Н.Куимовой (Рис.9, [35]).

Рассмотрим одну из версий автора о возникновении и становлении фронта в присклоновой облает. Последовательно рассмотрим, какие процессы происходят в центре зарождения фронта, снизу, по боковым сторонам и вверху.

Дя!зтр зарояедепня фронта. Как установлено В.И.Верболовкм (1977), прибрежные течения,.особенно активные у северо-западного склона Байкала, имеют сдвиговый характер (это подтверждает и М.М-Айнбунд, 1977), в среднем направлены вдоль берега и захватывают всю толщу вод, перенося до двух третей от переносимой воды в верхних 40% от глубины. При сдвиге течений происходит смешение вод, но уплотнение возникает только при смешении вод, отличающихся по температуре Т и минерализации Б. Наиболее вероятно, что устойчивый характер смешение с уплотнением будет иметь только в сезонном слое скачка

ПО, температуры, минерализации и плотности, где различие вод по Т и Б максимальны. Такую же активную роль играет сдвиг течений по вертикали, так же отмечаемый В.И.Верболовым (1977) (Рис.4). На сезонном слое скачка плотности (пикнохлин, как на "жидком 1рунге") собирается самая разнообразная взвесь органического и неорганического происхождения, образуя слой скачка ПО [21]. При малейшем нарушении "запирающей" силы пикноклина, особенно в его нижней части, уплотненная при смешении вода начинает двигаться вниз, тонуть, чему способствует наличие взвеси, даже в небольших количествах, как например, в периоды гомотермий на Байкале. Заметим, что взвесь не является термодинамическим параметром водной среды, а является консервативным или неконсервативным. На освободившееся место, занимаемое ранее опускающейся водой, приходит соседняя вода, но легче всего прийти воде той же самой плотности (до уплотнения при смешении), т.е. по изопикнам, так как при этом выполняется принцип наименьшего действия (принцип Мопертюи). Формирование фронта заключается в установлении равновесной ширины зоны опускания вод, или конвергентной зоны, и количества подтекаемой по изопикнам в слое скачка воды. Значит, в центре зарождения фронта в нижних частях слоя скачка ПО из—за уплотнения при смешении, первоначально вызванного сдвиговым характером прибрежного течения, нарушается "запирающая" способность пикноклина, возникает и формируется конвергентная зона и начинается опускание вод с подтоком воды с боковых сторон по изопикническим поверхностям. В конце концов, устанавливается фронтальный динамический режим в нижних частях слоя скачка ПО с формированием движения вод, поперечного фронтальному.

Центр зарождения фронта находится, как видно из рисунков 5 и б, на глубинах около 30 метров при прямой (в сентябре) и обратной (март—апрель) стратификации и около 300 метров в периоды осенней и весенней гомотермии.

Внизу от центра зарождения фронта опускающаяся в конвергентной зоне вода достигает глубинной области, но не встречает там существенного сопротивления, так как воды глубинной области находятся в состоянии, близком к безразличному равновесию (Сокольников, 1964), пересекает ее и растекается вблизи от дна, образуя придонную область вод с повышением ПО. Конвергентная зона в глубинной области идет почти вертикально и ее поведение как в

глубинной, так и в придонной областях ссотастсявуот вертикальной динамической структуре вод с малыми скоростями течехтй в глубинной области и увеличетшыми п придошюй (Рис. 4).

По боковым сторонам от центра заротхдепия фротгга, как ужо было сказано, происходит изопикнический подток воды в хонвергентную зону, но долго изопикничссхий характер подтока сохраняться не может, не нарушая принцип неразрывности, т.е. с удалегсхзм от конвергентной зоны обмен псе больше приобретает характер диаптшпчоского (чем дальше, тем больше). Об этом говорит и проезотлоние (уменьшение ПО) вод, расположенных над слоем скачка ПО, с удалагагам от конвергентной зоны. Увеличение вклада днапнкшпесхого обмена сказывается на характере протекающих процессов, появляется тонкая структура температуры и ПО, о чем писал К.Н.Федоров (1983). Автор в 1971 г. наблюдал тонкую структуру ПО на ледовой стзнгрш примерно я 5 км от фронта. Тонкая структура ПО проявлялась в зарождении в нижних частях слоя скачка ПО и всплытии к токиец поверхности льда тонких (от долей до нескольких метров) слоев воды с пониженным ПО (более прозрачных) [15, 34].

Заметим, что в конвергентную зону подтягиваются воды с двух сторон: с прибрежной и со стороны открытого озера, заведомо разного происхождения, что увеличивает вероятность их различия в Т и 5 и в постоянстве проявления уплотнения при смешении.

Вверх от центра зарождения фронта верхняя часть слоя скачка ПО остается почти без изменений, а над ней находятся или замкнутые (ядра), или открытые области самых мутных вод {высокие значения ПО). Это говорит о том, что непосредственно над конвергентной зоной, над участком, где идет изопикническнй обмен, вертикальный обмен минимален. Слой скачка ПО вблизи центра зарождения фронта сильно заглублён, так что изолинии ПО с обеих сторон сильно наклонены к этому центру. Создается впечатление, что фронты "прячутся" под скоплением самой мутной воды.

Таким образом, получается, что система прибрежных теч"ний, показанная на рис.8, непрерывно "работает" в следящем дежу г: гам режиме поиска фронтогенетических мест, чтобы при благоприяч. условиях сформировать фронт. Под такими условиями будут пониматься уже сформированные или формирующиеся вихри. Выс -ая эффективность прибрежных течений по поиску фроитогенетичес - та

мест обеспечивается двойным сдвиговым характером течений: сдвиг в горизонтальной к сдвиг в вертикальной плоскостях (Рис. 8 и ':}.

Особенностью фронтального механизма обмена является то, что вертикальный обмен формируется в одной пространственной облаете, в конвергентной зоне, в нижних наиболее глубоких частях слоя скачка ПО, а горизонтальный обмен или вначале близкий к горизонтальному — в другой области пространства в слое скачка ПО с удалением от конвергентной зоны до 10 км. В этом, видимо, заключается разгадка того, что, как писал К.Н.Федоров (1983), синоптические фронты дают "наиболее эффективный механизм перемешивания и переноса тепла и соли через гидростатически устойчизую толщу океанического пшеноклина". Сейчас можно сказать, что, несмотря на гидростатическую устойчивость верхней части пшеноклина, в его нижних частях, судя по поведению изолиний ПО, гидростатическая устойчивость пикноклшш нарушается. Здесь образуется как бы "дыра", в которую с боковых (прибрежной и открытого озера) сторон устремляются воды из слоя скачка, как бы соскальзывая по изолиниям ПО, изопикнам. Возможно, что с подобным явлением связаны недавно открытые и описанные Н.Н.Голеико, А.С.Моюшым, В.Т.Пакой (1991) фронтальные интрузии в океане.

Вкратце основные выводы диссертации можно сформулировать следующим образом: на основе изучения оптических структур на Байкале открыты фронты. океанического типа, исследованы их характеристики, свойства и генезис; описан новый фронтальный механизм склонового обмена на Байкале.

■ Автор хотел обратить внимание исследователей океанологов и лимнологов на то, .что самые хорошие, во многих отношениеях идеальные, условия для изучения фронтов и других явлений имеются на Байкале, особенно в зимний период при работе со льда. Проведенные автором исследования еще раз говорят о сходстве Байкала с океаном о том, что на Байкале можно эффективно и успешно изучать процессы, присущие, казалось бы, только океану.

ОСНОВНЫЕ РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Динамика иод Селишглского мелководья а начале лета по данным о распределении оптических характеристик и температуры зодп//Тр.АИН СО АН СССР, 1964. —Т.5(25). — С.29 —37.

2. Некоторые черта динамики вод Байкала по материалам гидрооптачесхнх каблюденкй//Тр.ЛИН СО АН СССР, 1970.-Т. 14(3-1;.-С.136— 145. (Соавторы: М.Е.Ли, Г.Г.Неуймии).

3. Исследование горизонтальной диффузии в Южном Байкале с псмоздыо пятен флуоресцеина//Там же. — С. 132 —135.

4. Вертикальное распределение прозрачности з Южном Байкале в период осенне-зимнего охлдждения//Тр.МГИ АН УССР, 1069.-Т.42.-С.¡30—150. (Соавтор М.Е.Ли).

5. Проникровение солнечного света в воды Байкала//Сб.хруговорот вещества и энергии в озерпых водоемах. "Наука", Новосибирск, 1975.— С.357—361.

6. Вертикальное распределение показателя ослабления направленного света в Найхалс//Сб.Круговорот вещества н энергии в озерных водоемах."Клука", Новосибирск, 1975, —С.351—364. (Соавторы В.М.Белозерцев, М.Е.Ли, Г.Г.Неуймии).

7. Вертикальное распределение прозрачности в подледный период па Байкале н ее связь с биологическими показателями//Гидробиол.лс., 1972. —Т.8, N 4, —С.65—68. (Соавторы В.М.Каплии, В.Н.Максимов).

8. Исследования с помощью прозрачиомера скоплений Макрогектопуса Браницкого Дыб. в оз. Байкал//Гидробиол.Ж., 1973.-Т.9, N 1.-С.Е9-91. (Соавтор В.М.Каплии).

9. Пространственное распределение прозрачности в Малом Море и ого связь с динамикой вод//Сб.Продукгивность Байкала и антропогенные изменения его природы. Иркутск, 1974. —С. —54—62.

10. Экспериментальное исследование подледного светового поля в озере Байкал. "Наука", Москва.-1975.-91 с.

11. Новый фотометр—прозрачномер и исследования им на озере Байкал//Тр. 1 — го съезда Сов. океанол., вып.1. Физика океана. Морская техника. "Наука", Москва.-1977. -С.142-143. (Соавторы Н.И.Рыхлннский, М.З.Хузин и др.).

12. О сезонной изменчивости показателя ослабления светового излучения на Байхале//Тр. 4—го Совещ. по круговороту вещества и энергии. Гидрология и климат. СО АН СССР, Листвепичное на Байкале, 1977.-С.171 -175.

13. Оптические свойства вод//Сб.Проблемы Байкала."Наука",Новосибирск, 1S78.-C.73-85.

14. Развитие тидрооитичгских исследований на Байкале //Сб.Оптические методы изучения океанов и Енутр. водоемов. "Наука", Новосибирск. 1979.— С.1С-27.

15. Применение гидрооитичиских методов в лимнологки//Там же. — С.269 — 274. (Соавтор Н.Г.Гранин).

16. О прозрачности вод озера Байкал//Тр.Х1У Тихоокеан. научн. конгресса. Симпозиум "Происхождение, лимнология, флора и фауна оз. Байкал!' Тез.дохл. Москва, 1979. — С.35 — 37. На русск. и англ. яз.

17. On the Transparency of Water of Lake Baikal//In Book: DUMAND Summer Workshops at Khabarovsk and Lake Baikal. Publ. by Hawaii DUMAND Center, University of Hawaii, 2505 Correa Rd., Honolulu, HI. 96822, 1979. - P.308-316.

18. Гидрооштгсесхие исследования вод Саргассова моря в 34—м рейсе НИС "Михаил Ломоносов"//Морск.гидрофиз.иссл, 1979, N 2.-С.75 - 84. (Соавторы Г.Г.Неуймин, Ю.А.Прохоренко).

19. Исследование пространственного распределения фитопланктона оз. Байкал оптическим методом//Иссл. Земли нз космоса, 1983, N 5. —С. 11 —14. (Соавторы Ф.Я.Сидько, АД-Апонасенко, Н.АФраяк, Л.А.Щур, А-Ф.Сидько).

20. Прецизионный глубоководный кварцевый термометр//Сб. Автоматизация лимнол. иссл. и световой режим водоемов. "Наука", Новосибирск, 1984. —С.81 — 85. (Соавторы А.И. Аверин, В.Л.Мухин и др.).

21. Связь полей температуры и показателя ослабления в водной толще озера Байкал//Сб. Гидрология Байкала и др. водоемов, "Наука", Новосибирск,

1984.-С. 78-84. (Соавторы В.В.Степанова, М.Н.Шимараев).

22. О свечении глубинных вод озера Байкал//Докл. АН СССР, 1984. Т.277, N 5.-С.1240-1244. (Соавторы АБ.Безруков и др.).

23. Оптическая структура, световой режим байкальских вод и основные черты скорости звука ка Байкале//Сб. Математ. моделиров. и автоматиэ. лимнол. иссл. Тез. докл. 6 —го Всесоюзн. лимнол. совещ., вып.8, Иркутск.—

1985,- С.48-49. (Соавтор В.В.Степанова).

24. Гидрооптичиские исследования//Кн. Путь познания Байкала, "Наука", Новосибирск, 1987.-С.114-121.

25. Об оптимальном удалении от берега глубоководного детектора на Байкале по данным наблюдений//3—й съезд Сов. океанол.Тез. докл. Секция

Физика и химия океана. Акустика, Оптика. Гидрометеонздат, Ленинград, 1987.-С.206 - 203.

26. Взаимосвязь показателя ослабления света с гидрофизическими и биологическими показателями байкальских еод//С6.0птнка моря и атмосферы. Тез. Дохл. (окг. 1938 г., Ростов—на—Допу), ГОИ, Ленинград, 1980.-С.223—224. (Соавторы Н.АЕондарепко, B.D.Степанова, Е.Н.Тарасова, Л-Л-Щур).

27. Спектральная прозрачность байкальских вод в ультрафиолетовой п видимой частях спектр а//Докл. АН СССР, 1989.-Т.306, N 5.-С.1091-1094. (Соавторы Г.С.Карабашев, АФ. Кулешов).

28. Оптические свойства байкальских вод (от представлений Г.Ю.Верещагина до наших дпей)//Первая Байкальская междунар.копф, (2—7 ост. 1989 г.). Тез.дохл. и стенд, соо&ц. Иркутск, 1989, —С.30—31. На русск. н аягл. яз.

29. Развитие представлений Г.Ю.Верещагняао вертикальной структуре байкальских вод по гидрофизическим давньш//Там же.—С.29— 30. (Соавторы

B.И.Верболов, Н.Г.Граянн, М.Н.Шимараев). На русск. н англ яз.

30. The Lake Baikal deep underwater detector//Proc. oí 14th Intern.Conf of Neutrine Physics and Astrophysics "NEUTRINO-90". CERN, 10-15 June 1930. Ed. by J.Panman and Winter. Nuclear Physics 3. (Proc. Suppl.), 1991. Vol. 1SB.P.388—395. (Co-authors BeloJaptikov et.al.

31. О спектральном поглощении света "желтым веществом" байкальской воды//Сб. Оптика моря и атмосферы, ч.1, АН СССР, Красноярск, 1990.—

C.178—179. (Соавтор Е.Н.Бархатова).

32. О формировании вространствонпой структуры свечения глубинных вод озера Байкал//Сб.Оптика моря и атмосферы, ч.П,

АН СССР, Красноярск, 1990.-С.14-15. (Соавторы Н.М.Буднев и др.).

33. Особенности распределения характеристик экосистемы полетали Байкала в период весенней конвекцин//Преяр1шт N 159Б. Институт Биофизики СО АН СССР, Красноярск, ÍS91. —55с. (Соавторы Н.Г.Грапня, ААЖданов и др.). На русск. и англ яз.

34. Прнсклоновые фронты показателя ослаблопня света на Байкале в зимний период//Дохл АН СССР, 1991.-Т.321, N 5,-С. 1087-10«).

35, Об учето уплотнения при снегаешш вод в пресных водоемах //Докл. РАН, 1992.—Т.325, N Ü.-C.159-163. (Соавтор АН.Кунмова).

33, Фроитоганез на Бшкале по материалам озгпгзесжах н«блгодцв!Л//Дслл. РАН, 1992. — Т.320, N 2.-С.356 - 370.

ПРИЛОЖЕНИЕ

I09°E IIO°E В.Ангара

200 км

Рис.1. Основная часть станций и полигонов по измерению показателя ослабления светового излучения на озере Байкал в 1965-199I гг. I - 19 станиии продольного разреза, Р - полигоны, I - УШ - поперечные разрезы (начало от северо-западного берега). I - Маритуи - Солзан, П - Листвянка - Танхой, Ш -Красный Яр - Харауз Д-Ухан - Турка (до 1975 г.),- Тонкий (после 1975), У - Солнечная (Покойники) - Большой Ушканий остров -Святой Нос, У1 - Елохин - Давша, УН - Байкальское - Турали, УШ - Тия - Неинянка. j - ледовые станит, * - м.Ивановский.

о 400 200

о

н 0 к

Я Ф М А М И И А С 0 НД

о

200 § к

400 £

N

I

£Г

(О «

О

т <и о ч о

Я Ф М А Ы И И А С 0 Н Д

Рис. 3. Сезонный ход: прозрачности по диску Секки (о - ыини-

мальная, л - средняя и а - максимальная) у !5аритуя в 1909-1918 гг. по В.Б.Шостаковичу (1924,1926); сезонного ( • ) и глубинного ( + ) слоев скачка показателя ослабления и коэффициента вертикального обмена К» по В.И.Еэрболову, В.Ы.Сокольникову н М.Н.Шимараеву (1965).

i

и

Л. _.

Л Ж

0.0

0.5

1.0

ПО, г Ми и/г/ I/, си/с

0 I -2 0 0 10 20

(усл.ед^)

500

1000

о

§" а

о, а

с 3

а и

К

<я

л о

1400 Я

Рис.4.

а б

Вертикальная оптическая (а

б) и динамическая ( в )

по*В.И.Верболову, 197?) структура вод глубоководно, итого Байкала. Сезонный (I) и глубинный (2)_сло

района открытого ________ .. __________. _________ ..

скачка показателя ослабления П0,£ . I - поверхностная, П глубинная и Ш - придонная области, выделенные по асобэнност:и вертикального хода 110, скоростей течений,Л

вертикального градиента П0,й?Д.г к

йЗ<Ми 15

15 М

3-5 апреля 1988 г. 24 - 25 марта 1989 г. 20-21 марта 1990 г.

Рис. 5. Распределение показателя ослабления светового излучения £ (&/м, длина волны 490-502 ни) на разрезе м.Ивановский - середина разреза м.Половинный - Мурино в зимний период в 1937 т. (совместно с Г.С.Карабааэвым и А.Ф.Кулешовым [27]) к в 1988 -1990 гг. Начало и направление разреза показаны стрелкой на рисЛ. Области подъема (апвеллинр) и опускания (даунвеллинг) вод показаны стрелками„ направленными вверх и вниз соответственно [34].

КУЛТУК .Н.АНГАРСК

I-1--!_1__ь

Ухан Тонкий Кр.Яр Харауз Маритуй Солзан Ст.2а

Рис. 6. Распределение показателя ослабления '£ в области спектра 450 и 560 нм . на

продольном 4-10 сентября 1275 г., поперечных разрезах озера Байкал: Ухан - Тонкий 22 ноября д. 580 г., Красный Яр - Харауз 20 июня 1931 г., Марктуй - Солзан б июня 1981 г. и на суточной станции на сэредш;е разреза Половинный - У урин о (ст. 2а) 4-5 июня 1*381 г. Температура поверхности воды ( С) приведена по даннк/Ы.Н.Шамараева. СтрздкаьзГ, направленными вниз, показан даунвеялинг, вверх - алвеллинг ¡.3$! .

МАРТ 1971г. АПРЕЛЬ

Рис.7. Изоплеты показателя ослабления светового излучения

(£п/ы) на ледовых станциях у пос. Большие Коты в 1971 г. С а ) н м.Ивановский в 1988 г. ( в ).

Рис. 8, Обман схема течений озера БоИкал по

В.Н.Соколышову (1964). В.А.Кро'говой (1970). Н.Н.Айнбуеду (1973, 1977), В.И.Вгрбо-лову (1977). На встпвкях (а - д) показаны течения в прибрежной полосе до 5 км в Средней Байкале по измерениям М.М.Айноуцда (19/7). Для вставок показы! профиль дна. Масштаб для скорости течения в I см 20 ем/с. Начало маршрута д от острова Лиственничного.

км .4 2 0 4 2 О км г д

О

О.б!

см.

о

ю о

-1.0 -

-1.5

■е

о,

10 п 20 30 Температура, °С

Рис.9. Зависимость от Т, 5 и Р, Цкфрп у критс: -

давлониа г, бара;:.

ПОП ИПИ-I00-93. Зак.56.