Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Структура и динамика вод шельфа Гвинеи

ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Структура и динамика вод шельфа Гвинеи"

АКАДЕМИЯ НАУК УССР МОРСКОЙ ГИДРОФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи УДК 551.465.4 (261)

ДИУБАТЕ МУСА ЖЕЛИ

СТРУКТУРА И ДИНАМИКА ВОД ШЕЛЬФА ГВИНЕИ

(11.00.08 - океанология)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геограФических наук

СЕВАСТОПОЛЬ 1990

Работа выполнена в Морском гидрофизическом институте АН УССР и в Симферопольском государственном университете им.М.Б•Фрунзе

Научные руководители кандидат географических наук кандидат географических наук

Н) • Ф - Безруков Л■А.Ковешников

Официальные оппоненты

доктор Физико-математических наук С■Г.Богуславский

Ведущая организация

Ленинградский гидрометеорологический институт

Зашита состоится 17 октября 1990 г. в 15 часов на заседании Специализированного совета КР 016.01.99 по присуждению ученой степени кандидата наук при Морском гидрофизическом институте АН УССР по адресу! 335000,г•Севастополь?ул-Лени~

Ваши отзывы в 2~х экземплярах > заверенные печатью? просим посылать по указанному адресу-

С диссертацией можно,ознакомиться в библиотеке Морского гидрофизического института АН УССР Автореферат разослан 17 сентября 1990 г»

Ученый секретарь Специализированного совета,

доктор географических науь

к

Е•А■Плах ин

на 5 28

кандидат

А.М- Суворов

- /

ОБ-дАЛ лАРАКГЕРЛСТЛКА. РАБОТ-

Актуальность темы. 3 последние два-три десятилетия большое!

I * ;

внимание уделяется исследованию тропических областей Мирового | океана, т.к. установлено, что эти области играют большую роль ; в крупномасштабном взаимодействии атмосферы и океана и являются! основными районами аккумуляции солнечного тепла. Значительное ; место в такого рода исследованиях отведено изучению тропической! области Атлантического океана. ■

Одним из слабо изученных в океанографсческом смысле районов Тропической Атлантики до последнего времени была часть акватории океана прилегающая к берегам Гвинейской республики. |

Особенности рельефа дна, значительные сезонные колебания j речного стока, сильные приливо-отливные движения, океанический | и прибрежный аппзелинги оказывают з этом районе прямое злиякие ¡' на динамику физико-химических и биологических процессов, ка | формирование зон повышенной биологической продуктивности, а также на концентрацию полезных веществ на геохимических барьерах.

перечисленные особенности обуславливают актуальность и | перспективность океанографического исследования района, которые | возрастают в связи с увеличивающимися народохозяйственными нуж- | дами Гвинейской республики (необходимость расширения промышлен- | |Н0Г0 рыболовства, развития марикультуры, исследования и разра- | ботки минеральных ресурсов на аельфе республики, использование ; Ьнергии приливов и т.д.). !

| Цель работы. Целью работы является детальное океанографи- ! ческое описание термохалинной структуры л циркуляции зод на ак- '

ватории северо-западной части Атлантического океана, прилегающей к Гвинейской республике с использованием имеющегося массива экспериментальных данных.

Основные задачи исследования. I. Исследование общих закономерностей и специфических особенностей структуры основных гидрологических полей. 2. Изучение водных масс и их характеристик. 3. Исследование общих закономерностей и характерных особенностей циркуляции вод.

Научная новизна. В диссертационной работе обобщены результаты многолетних исследований гидрологических условий в водах шельфа Гвинеи, выполненных в Морском гидрофизическом институте АН УССР и Научно-исследовательском центре Гвинейской республики. Выялены основные закономерности и особенности распределения температуры и солёности морской воды, рассмотрена их сезонная изменчивость.

Впервые на основе обширного массива экспериментальных данных проведён объёмный статистический Т - £ анализ, который позволил выделить водные массы, определить их объёмы и характеристики.

Проведённый анализ позволил выявить особенности влияния основных факторов, формирующих термохалинную структуру вод, на распределение температуры и солёности.

Получены основные сведения о тепло- и солесодержании в основных водных массах. В водах шельфовой зоны Гвинейской рес-.публики отмечено расслоение адра субантарктической промежуточной водной массы на два вторичных адра.

Представлены новые данные о циркуляции вод, дана детальная трактеристика аппвелинга, развивающегося в этом районе Мирового океана.

3 _

Фактический материал. В диссертации использованы экспериментальные данные, полученные в экспедициях на научно-исследовательских судах КГИ АН УССР, во многих из которых принимал непосредственное участие автор представляемой работы, и массив среднеклиматических океанографических данных Принстонского университета (см).

Практическое значение. Проведенные исследования позволили обобщить имещиеся сведения о термохалинной структуре и циркуляции вод на шельфе Гвинеи, дать детальную океанографическую характеристику этого района Атлантического океана. Полученные результаты могут быть использованы во всех дальнейших исследованиях в водах шельфа Гвинеи, как средние условия, на фоне которых развиваются все гидрофизические, гидрохимические и гидробиологические процессы. Бы воды, полученные в диссертации, будут применяться при решении различных народо-хозяйственных и прикладных задач при развитии морского хозяйства Гвинейской республики. Отдельные результаты работы уже внедрены в практику науч-.. ных исследований Научно-исследовательского центра Гвинейской республики, сотрудником которого является автор работы.

Отдельные положения диссертации используются при чтении специальных курсов и проведении семинаров на кафедре океанологии географического факультета Симферопольского университета.

~ Апробация работы. Основные результаты, представленные в работе, докладывались на советско-гвинейских симпозиумах (Ко-иакри, 1983, 1985 гг.), заседаниях кафедры океанологии географического факультета (Симферополь, 1937, 1989 гг.), заседаниях Научно-технического Совета Экспериментального отделения ЫГИ АН /ССР (Ялта, Кацивели, 1989, 1990 гг.), на семинаре отдела комплексных методов исследования гидрофизических полей 30 МП1 АН

__4 _

УССР (Ялта, Кацивели, 1990 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано I ■ работы.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав и заключения. Работа содержит / о ? страниц машинописного текста, рисунков, /2 таблиц. Список литературы включает 56 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы, ставятся задачи исследования, даётся характеристика использованного в работе экспериментального материала.

Б первой главе рассмотрены факторы, формирующие основные гидрологические поля вод шельфа Гвинеи, среди которых определяющими являются рельеф дна, метеорологические условия, главным образом, осадки, а так.зсе существующая система крупномасштабных течений.

Важную роль в формировании и изменчивости гидрологических условий играет аппвелинг.

Отличительной особенностью шельфа Гвинейской республики является его большая ширина - 50-60 миль. Этим он выделяется на сравнительно узком шельфе северо-западной Африки. В работе при-зедена батиметрическая карта и рассмотрены характерные черты оельефа дна. Шельф Гвинеи отличается значительной изменчивостью ■•лубин и наличием различных форм рельефа дна, который осложнён :саньонами. ото разнообразие оказывает существенное влияние на распределение основных гидрологических параметров и характер циркуляции вод.

Метеорологическая обстановка в северо-восточной части

5 __

Тропической Атлантики формируется под влиянием крупномасштабных барически* образований: Азорского антициклона и Африканской термической депрессии (ложбина над Северной Африкой). Климатической границей пассатов в северной Атлантике на севере является ось субтропического антициклона, на юге - внутритропическая зона конвергенций (ВЗК). Основная роль в характеристике метеорологических условий принадлежит осадкам, которые определяют и деление года на сезоны: сухой, соответствующий зиме, дождливый, соответствующий лету, и два переходных, соответствующих осени и весне. Деление дано применительно к северному полушарию.

Наряду с устойчивой системой пассатов на западном побережье Африки образуются периодические течения воздушных масс - муссоны, отличающиеся высокой повторяемостью одного направления в течение одного сезона и резким изменением этого направления при переходе к другому сезону, что связано с сезонными перемещениями по широте ВЗК и оказывает существенное влияние на изменчивость осадков.

В метеорологическом режиме района исследования в полной мере проявляются черты, характерные для всей тропической Атлантики.

Существующая система пассатных ветров и их пространственна}; изменчивость, в основном, определяют циркуляцию поверхностных вод в Тропической Атлантике.

По характеру проявления и особенностям происхождения всю крупномасштабную систему тропической циркуляции условно делят на три группы течений:

1. Поверхностные течения, движущиеся из высоких широт и переносящие в экваториальную область более холодные воды;

2. Подповерхностные течения, выносящие тёплые воды из

__и _

'Экваториальной области в районы высоких широт;

3. Промежуточное и глубинное течения, приносящие в Тропическую Атлантику субантарктические и северо-атлантические воды. Дана краткая океанографическая характеристика течений каждой группы. Отмечена недостаточность данных инструментальных наблюдений характеристик течений.

Во второй главе исследована структура основных гидрологических полей в Гвинейском секторе Тропической Атлантики.

Анализ среднеклиматических и средних сезонных данных свидетельствует о значительной пространственно-временной изменчивости основных гидрологических характеристик.

Максимальные значения температуры морской воды в поверхностном 200-метровом слое в годовом ходе отмечены на поверхности океана осенью, минимальные - на глубине 200 м летом. В верхних 75 м годовой ход температуры характеризуется большими амплитудами и имеет ярко выраженные максимумы. В слое 100-200 м амплитуда годового хода незначительна^,До характеру хода.изотерм ■ и времени появления экстремумов в годовом ходе температуры в поверхностном 200-метровом слое выделено четыре слоя:

- слой 0-10 м - максимум температуры наблюдается осенью, а минимум - зимой,

. - слой 20-75 м - максимум температуры наблюдается летом, минимум - зимой,

- слой 100-125 м - максимум температуры наблюдается весной, минимум - осенью,

- слой 150-200 м - максимум температуры наблюдается зимой, минимум - осенью.

Глубже 200 м годовой ход температуры незаметен. Амплитуда годового хода температуры увеличивается с юга на

север, а также от берега к центру района исследования.

Характерно, что график среднегодового распределения температуры очень мало отличается от графика вертикального распределения температуры весной. Вероятно, этог факт объясняется тем, что весной происходит наиболее полное перемешивание вод и, следовательно, их характеристики будут приближаться к среднегодовые.

Рассмотрение карт горизонтального распределения температуры морской воды на различных горизонтах в поверхностном слое свидетельствует о сложной структуре поля температуры, которая от сезона к сезону претерпевает существенные изменения.

По графикам вертикального распределении солёности морской воды установлены экспериментальные величины, определены горизонты максимумов и минимумов, слои наибольшей и наименьшей однородности. Глубина залегания максимальных и минимальных значений солёности меняется в зависимости от сезона. В поверхностном злое на распределение солёности по вертикали оказывают влияние такие факторы как осадки, материковый сток, процессы испарения л динамика вод района. С увеличением глубины влияние первых трёх факторов резко ослабевает.

По данным годового хода солёности в поверхностном слое до глубины 50 м максимальное значение солёности наблюдается весной, i минимальное осенью. Глубже 50 м колебания значений.солёности затухают. На горизонте 200 м годовой ход солёности почти отсутствует.

Анализ амплитуд колебаний солёности в течение года показал, что их значения варьируют в пределах Наибольшие зна-

чения амплитуд встречаются в прибрежной зоне, что связано с рас-^ресняющим влиянием речного стока.

ь _

Рассмотрены особенности распределения сезонных колебаний размаха солёности на глубине.

Горизонтальная структура поля солёности имеет сложный характер хотя изменчивость её от сезона к сезону выражена значительно слабее по сравнению с изменчивостью поля температуры. Характерной особенностью поля солёности в поверхностном слое является наличие области вод с пониженной солёностью в прибрежной части и области вод с повышенной солёностью в океанической части. Между этими областями наблюдается зона перемешивания, активность процессов в которой меняется в течение года.

Графики распределения основных гидрологических характеристик на океанографических разрезах позволили отметить закономерности этих характеристик в вертикальной плоскости. Общей закономерностью является наблюдаемое на разрезах расслоение (стратификация) вод, которое характеризуется большой устойчивостью во времени, хотя в каждый отдельный слой подвержен значительной изменчивости.

В поле температуры наблюдаются такие характерные слои как верхний перемешанный слой сезонного и главного термоклина с повышенными градиентами, слои промежуточных и глубинных вод с постепенным понижением температуры с глубиной. Толщина слоев и глубины залегания границ между ними меняется как во времени, так и в пространстве. Результаты исследования этого явления подробно освещены в диссертации.

По результатам анализа среднегодовых графиков распределение солёности на океанографических разрезах дана характеристика известных ранее шести слоёв: поверхностного, подповерхностного, промежуточного, верхнего глубинного, нижнего глубинного и придонного. Отмечена сложность структуры поля солёности, выделены

области повышенной и пониженной солёности.

В третьей главе рассмотрены водные массы и дана их характеристика. Проведена типизация Т - £ кривых. Выделено два типа Т кривых:

- первый тип с наличием экстремумов на кривой,

- второй тип с отсутствием экстремумов на кривой.

Т - 5 кривые второго типа встречаются в мелководной прибрежной зоне.

Т - 5 кривые первого типа разделены на два подтипа: подтип А, когда на Т - 5 кривой наблюдается один максимум, и подтип Б, когда на Т - 3 кривой наблюдается максимум и минимум.

Подтип Б в свою очередь, разделён на два класса: первый -с наличием расслоения в ядре водной массы и второй - без расслоения в ядре.

По результатам Т - 5 анализа выделены следующие водные массы и определены их Т - Я индексы:

- водная масса мелководной части шельфа с температурой 26,0 - 28,8°С и солёностью 25,00 - 35.00 % о ;

- поверхностная водная масса с температурой 2б,71°С и солёностью 34,90 %о ;

- водная масса цежпассатного противотечения с температурой 22,88°С и солёностью 33,62 %0\

~ поверхностная тропическая водная масса с температурой 19,12°С и солёностью 35,62%*

- центрально-атлантическая водная масса с температурой 8,15°С и солёностью 34,60%о; -35,60%0;

- промежуточная субантарктическая водная масса с температурой 5,82°С и солёностью 34,76%*;

- глубинная северо-атлантическая водная масса с температу-

рой 3,95°С и солёностью 34,92%^;

- придонная водная масса с температурой 2,5°С и солёностью 34,90 %0.

Даны подробные характеристики каждой водной массы, описан процесс их трансформации и особенности распределения по акватории вод Гвинейской республики в различные сезоны.

В сухой сезон (зима) в поверхностном слое замечено почти полное исчезновение вод речного стока и наличие почти во всём районе исследования вод северо-пассатного течения, переносящего поверхностную водную массу. Обобщённая Т - ¡3 кривая представляет собой прямую, представляющую процесс смешения вод Северного Пассатного течения с водой аппвелинга (центральная икно-ат-яантическая водная масса).

В сезон дождей (лето) наблюдается высокий процент вод речного стока над материковым плато (Ь - 25%). Поверхностная субтропическая водная масса приносится Северным пассатным течением. Обобщённая Т - 5 кривая в поверхностном слое приближается к ГО' оизонтальной прямой, описывающей смешение вод речного стока с юверхностной субтропической водной массой.

Рассмотрен процесс взаимодействия центральных южно атлантической и северо атлантической водных масс, главной особенностью которого является увеличение проце а северо-атлантической юдной массы и подъём границы между водными массами по мере продвижения от южных границ района исследования к северным. На широте 10°с.ш. слой центральной водной массы содержит около 20% северо-атлантической воды, а граница располагается на глубине 250-400 м. В районе мыса Кан-Блан граница выходит на поверхность.

Двухслойная структура в толще центральной водной массы

_.II _

устойчива во времени, т.к. наблюдалась во всех экспедициях НКС ИГЛ АН УССР во все сезоны года. Характерно, что, 'хотя толщина южноатлантической водной массы при движении к северу ■ уменьшается, трансформируется она медленно. Так, даже вблизи мыса Кап-Ьлан она сохраняет около 70$ своих первоначальных свойств.

Промежуточная субантарктическая водная масса сильно транс формирована, по мере продвижения к северу она заглубляется, перемешивается с окружающими водами, в результате чего её температура и солёность повышаются.

Глубинные воды зафиксированы только в западной глубоководной части района, Т - £ индексы её почти не меняются от сезона к сезону.

Впервые был выполнен объёмный статистический аналир

вод шельфа Гвинеи по среднегодовым и среднесезонным климатическим данным. Получены объёмы основных водных .масс, исследована их изменчивость в течение года по сезонным климатическим данным в верхнем двухсотметровом слое. Определены запасы тепла и солей в каждой водной массе и в целом в водах шельфа Гвинеи, а также уточнены их средние температуры и солёности за го£ и по сезонам, процентное содержание вод различного происхождения.

По данным массива Принстонского университета (США) сделана попытка оценить изменение Т - £ индексов в 20 одноградусных квадратах на горизонтах 0,50 и 100 и в течение года по сезонным данным.

В четвёртой главе рассмотрена, схема циркуляции вод на шельфе Гвинеи, отмечены особенности отдельных потоков этой системы и их изменчивости, дана подробная характеристика

_ 12 -

аппвелинга.

Циркуляция вод в поверхностном слое восточной части Тропической Атлантики определяется взаимодействием Канарского (КГ) , Северного Пассатного (СПТ), Гвинейского (ГГ), южного Пассатного (ЮПТ) течений и Ыежпассатного противотечения (ШТ).

В подповерхностном слое основными элементами циркуляции вод являются подповерхностное течение Ломоносова (ПТЛ) и Канарское противотечение (КИТ). КПТ достигает своей наибольшей мощности б осенний период. По данным инструментальных наблюдений в это время оно имеет максимальную скорость 40 см/сек и глубину проникновения в районе, расположенном к северу от островов Зелёного мыса, до 1500 к.

На глубинах более 600 м наиболее заметны Промежуточное Субантарктическое течение (ПСАТ), которое приносит воды с относительно низкой температурой и солёностью в северном направлении и Глубинное Атлантическое (ГАТ), транспортирующее воду более высокой температуры и солёности на юг. ПСАТ в восточной части Тропической Атлантики выражено сравнительно слабо, направление его неустойчиво.

Рассмотрено взаимодействие основных потоков в различные сезоны года. Отмечено, что интенсивность потоков и их географическое положение в водах, прилегающих к Гвинейской республике подвержены значительной сезонной изменчивости, обусловленной главным образом, сезонной изменчивостью поля ветра.

Подробно исследовано явление аппвелинга, который является важным элементом динамики вод в районе исследования. Основной причиной аппвелинга у берегов Гвинеи является ветер. Определённую роль играют также топография дна и стратификация вод.

Анализ имеющихся материалов показал, что над материковым

__13 _

склоном в районе Гвинеи в слое IQQ-200 м подъём вод наблюдается во все сезоны года. Наибольшего развития он достигает в весенний период, когда действует северо-восточный пассат, а также усиливается прибрежная ветвь Канарского течения. Гидростатическая устойчивость верхних слоёв в разгар сухого сезона (зима) начало весны северного полушария невелика (на поверхности океана нет слоя распреснённых вод), поэтому в феврале-апреле воды аппвелинга выходят на поверхность, .где формируется резкий температурный фронт.

Если же всё таки гидростатическая устойчивость такова, что глубинные воды не выходят на поверхность океана, как это было отмечено в конце сухого сезона 1982 года, то подъём вод над материковым склоном существует в слое 50-250 м. Ниже горизонта 250 м наблюдаются слабые нисходящие потоки. В этом случае в слое 35-60 м происходит горизонтальный перенос вод аппвелинга в сторону берега. К поверхности океана эти воды поступают в трансформированном виде уже в пределах материковой отмели, где их граница обозначена температурным фронтом. Горизонтальные градиенты температуры во фронтальной зоне достигают 3°С на 10 миль, а характерные горизонтальные размеры структур аппвелинга, равны 20-30 милям. Положение и размеры струй вод аппвелинга и пятен холодной воды на материковой отмели во многом определяются особенностями рельефа дна.

В дождливый сезон (лето северного полушария) прибрежная ветвь Канарского течения ослабевает и на широте Конакри не прослеживается. Верхний слой океана распреснён водами речного стока и осадками. Устойчивая плотностная стратификация препятствует как упорядоченному вертикальному движению вод, так и турбулентному перемешиванию. 3 этот период по данным 15 рейса пИС j

"Академик Вернадский" обнаружено, что существует обширная область подъёма вод в слое 300-1200 м.

Отмечены некоторые характерные черты циркуляции вод в прибрежной зоне шельфа Гвинеи.

В заключении приведены основные выводы, полученные в результате приведенного исследования:

1. Среднеклиматические поля температуры и солёности морской воды на шельфе Гвинеи формируются, главным образом, под воздействием осадков, речного стока, системы течений и рельефа дна.

2. Температура и солёность морской воды подвержены значительной внутригодовой (сезонной) изменчивости, амплитуда которой в поверхностном слое может достигать десятка градусов Цельсия для температуры и единиц промилле для солёности.

3. Амплитуды изменения температуры морской воды по акватории исследованого района распределены неравномерно: они от центра района увеличиваются к югу и северу и уменьшаются к западу и востоку.

4. Выделены основные водные массы: поверхностная, центральная атлантическая, субтропическая Вшой Атлантики, промежуточная субантарктическая, глубинная северо-атлантическая, придонная и водная масса Межпассатного противотечения. Впервые выполнен объёмный статистический Т - $ анализ, получены объёмы основных водных масс, их тепло- и солесодержания.

5. Уточнены схемы циркуляции вод в Гвинейском секторе Тропической Атлантики в различные сезоны года. Установлено, что географическое положение и интенсивность основных потоков существенно меняются от сезона к сезону.

6. дана детальная характеристика аппвелинга. Отмечена

мозаичная структура пятен холодной воды на материковой отмели, возникающих в результате подъёма глубинных вод, которая, в основном, связана с рельефом дна.

Основные результаты диссертации опубликованы в I. Н.П.Булгаков, Г.Ш.Джиганшин, М.Диубате и др.

Гидрология Гвинейского сектора Тропической Атлантики. Термохалинная структура и циркуляция вод. Препринт. МГй АН УССР, Севастополь, 1988 г., 68 стр.