Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Структура и динамика вод в юго-западной части Атлантического океана и их влияние на распределение и промысел гидробионтов

ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата географических наук, Ремесло, Александр Васильевич, Калининград

/

АТЛАНТИЧЕСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ РЫБНОГО ХОЗЯЙСТВА И ОКЕАНОГРАФИИ (АтлантНИРО)

/

На правах рукописи

/Пу* УДК 551.465 (261.6)

¿Г 639.2.053.1

Ремесло Александр Васильевич

СТРУКТУРА И ДИНАМИКА ВОД В ЮГО-ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ АТЛАНТИЧЕСКОГО ОКЕАНА И ИХ ВЛИЯНИЕ НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И ПРОМЫСЕЛ ГИДРОБИОНТОВ

Специальность 11.00.08 - Океанология

Диссертационная работа на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научные руководители:

кандидат географических наук,

старший научный сотрудник

П.П. Чернышков

доктор географических наук,

профессор

В.Н. Яковлев

Калининград, 1998

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ.......................................................................................................... 4

1. Структура и динамика вод Юго-Западной части Атлантики:

краткая характеристика современных представлений..................... 9

1.1. Фронтальная структура и зональность................................................... 9

1.2. Водные массы............................................................................................ 19

1.3. Особенности циркуляции вод.................................................................. 33

2. изменчивость и термохалинная структура фолклендского течения........................................................................................................... 48

2.1. Материал и методика............................................................................... 48

2.2. Пространственная структура Фолклендского течения.......................... 49

2.3. Изменчивость геострофических расходов и термохалинной струк-

ры Фолклендского течения на разрезе по 46°ю.ш................................. 61

2.4. Внутримесячная изменчивость Фолклендского течения по данным спутниковой информации и синхронных гидрометеорологических наблюдений............................................................................................... 80

3. антициклонические фронтальные вихри бразильского

течения: структура, динамика и эволюция.......................................... 91

3.1. Общие сведения о фронтальных антициклонических вихрях Бразильского течения............................................................................................. 91

3.2. Термохалинная структура, перенос тепла и соли фронтальными вихрями Бразильского течения................................................................ 96

3.3. Динамика и эволюция антициклонических вихрей Бразильского течения.......................................................................................................105

4. влияние простраственно-временной изменчивости структуры и

динамики вод в Юго-Западной Атлантике на распределение

и промысел гидробионтов..........................................................................115

4.1. Распределение миктофид (светящихся анчоусов) в Юго-Западной

Атлантике в зависимости от структуры и динамики вод.......................116

стр.

4.1.1. Материал и методика....................................................................... 117

4.1.2. Характеристика водных масс и их модификаций (типов вод)

в юго-западной части Аргентинской котловины.......................... 118

4.1.3. Распределение видового состава миктофид по типам вод............121

4.2. Влияние абиотических факторов на распределение и промысел

аргентинского короткоперого кальмара................................................ 128

4.2.1. Особенности распределения и внутривидовая структура.............128

4.2.2. Термохалинная структура вод и ее изменчивость на промысловом

участке Патагонского шельфа между 45-47°ю.ш..........................131

4.2.3. Влияние изменчивости гидрометеорологических условий на

промысел аргентинского короткоперого кальмара.................. 151

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ........................................... 159

ЛИТЕРАТУРА....................................................................................................162

ВВЕДЕНИЕ

Район Юго-Западной Атлантики (ЮЗА) характеризуется чрезвычайно сложной структурой и изменчивой динамикой вод. Взаимодействие холодного Фолклендского и теплого Бразильского течений, активные процессы вихреобразования, вынос тихоокеанских вод из пролива Магеллана, сток крупных южноамериканских рек определяют уникальность его океанологических условий, объективные предпосылки повышенной биопродуктивности, своеобразие состава и распределения флоры и фауны.

Неслучаен повышенный интерес к этому району у рыбодобывающих организаций различных стран мира. На Патагонском шельфе и склоне за пределами 200-мильной зоны Аргентины и на шельфе Фолклендских островов сосредоточен основной промысел кальмара в Атлантическом океане. Здесь также добываются ценные виды рыб: аргентинская мерлуза, макруронус, путассу, клыкач и т.д. В водах юго-западной периферии субтропического круговорота, к северу от зоны слияния Фолклендского и Бразильского течений, облавливаются тунцы, акулы, мечерылые. В районе субтропического фронта, как показали результаты научно-поисковых экспедиций на судах России, возможен промышленный лов светящихся анчоусов. В южной части Патагонского шельфа перспективен промысел южно-американского шпрота.

В изменившихся экономических условиях отечественные рыбохозяйственные организации предъявляют все более высокие требования к качеству промысловых прогнозов, составление которых невозможно без учета изменчивости структуры, динамики вод и" метеорологических условий. В этой связи необходимо отметить, что современный уровень знаний океанологических условий ЮЗА не в полной мере соответствует этим требованиям. Если общие закономерности циркуляции вод, размещение и характеристики водных масс, фронтальная структура освещены достаточно подробно, то их изменчивость изучена значительно хуже. Очень мало публикаций, в которых анализируется влияние абиотических факторов на распределение и промысел гидробионтов.

Определенный прогресс в изучении Мирового океана наметился с середины семидесятых годов, когда в океанологических исследованиях все шире стала использоваться спутниковая информация. В ЮЗА результаты спутниковых наблюдений значительно дополнили существовавшие представления о пространственно-временной изменчивости структуры поверхностных вод в районе слияния Фолклендского и Бразильского течений. Они показали очень высокий уровень динамической активности и термических контрастов в этой части океана. Именно здесь был зафиксирован рекордный для Мирового океана температурный градиент поверхностных вод в 1°С на 67 м ! Впервые были оценены горизонтальные размеры и скорости перемещения антициклонических фронтальных вихрей Бразильского течения, достигающие очень высоких значений, вплоть до 35 км/сутки (Johnson, Norris, 1977; Legeckis, Gordon, 1982; Каменкович и др., 1987).

В восьмидесятых и начале девяностых годов для изучения изменчивости гидрофизических полей в Южном океане зарубежными и российскими учеными было осуществлено несколько натурных экспериментов, среди которых можно выделить «Полэкс-Юг-83». Результаты этой работы явились составной частью монографии Э.И. Саруханяна и Н.П. Смирнова (1980) «Водные массы и циркуляция Южного океана». Однако и в этой содержательной работе океанологические условия ЮЗА освящены далеко не полностью.

Очень значительный, если не наибольший объем океанографических и биолого-статистических данных в этот период был собран в ходе десятков научных и научно-промысловых рейсов Минрыбхоза СССР и Госкомрыболовства России. Материалы этих экспедиций внесли весомый вклад в банк океанографических данных, однако, к сожалению, опубликованы далеко не полностью.

Цель настоящей работы состоит в выявлении особенностей структуры и динамики вод ЮЗА и их влияния (на примере светящихся анчоусов и головоногих моллюсков-кальмаров) на распределение и промысел гидробионтов.

Рассматриваемый район расположен к югу от 38° ю.ш., охватывает акваторию юго-западной части Аргентинской котловины, Патагонского шельфа и материкового склона.

В основу работы положены данные, в своем большинстве, полученные в научно-исследовательских и поисковых рейсах АтлантНИРО и Запрыбпромразведки в период с 1982 по 1996 гг.. Автор лично принимал участие в 6-ти экспедициях в ЮЗА, разработке программ и методик проведения научно-исследовательских работ и анализе полученных результатов. Целенаправленная работа в этих комплексных экспедициях позволила собрать уникальные материалы по структуре и динамике вод, распределению промысловых гидробионтов, принять, дешифрировать и проанализировать большое число спутниковых снимков, обеспеченных надежными измерениями температуры поверхности океана (ТПО). Интересные дополнительные гидрометеорологические наблюдения и анализ спутниковых снимков в ЮЗА были также выполнены во время кругосветного плавания барка "Крузенштерн" в 1995-1996 гг., что позволило лучше понять природу этого района (Ремесло, Лапти-ховский, 1997).

Собранный материал был обработан традиционными методами, применяемыми в океанологических исследованиях.

В первой главе диссертации, на основе анализа отечественных и зарубежных публикаций, а также собственных результатов дано краткое описание фронтальной структуры, циркуляции и водных масс ЮЗА. Внимание акцентировано не только на современных представлениях, но и на изменении взглядов и терминологии по мере накопления знаний.

В последующих трех главах приводятся конкретные результаты работы, научная новизна которых состоит в следующем:

1. Получены принципиально новые данные о пространственно-временной из- • менчивости Фолклендского течения. Рассматривается вопрос изменчивости термо-халинной структуры вод над материковым склоном в зависимости от динамики Фолклендского течения. Приводятся данные анализа положения стрежня Фолклендского течения, его геострофических расходов и изменчивости атмосферных переносов.

2. Дана характеристика термохалинной структуры вод и ее пространственно-временной изменчивости на промысловом участке Патагонского шельфа за пределами 200-мильной экономической зоны Аргентины. Особое внимание при этом

уделено анализу изменчивости градиентной зоны, возникающей на кромке шельфа в результате взаимодействия распресненных, теплых шельфовых вод и более холодных и соленых поверхностных вод Фолклендского течения.

3. Впервые сравнительно подробно описана термохалинная структура и динамика антициклонических фронтальных вихрей Бразильского течения, определены различия в термохалинной структуре вихрей, образующихся в летнее и зимнее время. Рассчитаны потоки тепла и соли, переносимые вихрями Бразильского течения из субтропической широтной зоны в субантарктическую. Показано; что вихри Бразильского течения могут пересекать субантарктическую зону и взаимодействовать с северной границей полярной фронтальной зоны (субантарктическим фронтом), которая является естественной границей, препятствующей их дальнейшему продвижению на юг. Предполагается возможность их дальнейшего движения на восток вдоль субантарктического фронта. Подтверждением этому служат подповерхностные линзы высокосоленых вод, обнаруженные к северу от о. Южная Георгия, которые, по мнению автора, представляют собой заглубленные ядра вихрей Бразильского течения.

Материалы научно-исследовательских рейсов АтлантНИРО позволили также проанализировать траектории и скорости движения вихрей Бразильского течения и сопоставить их с ранее полученными оценками, рассчитать скорости смещения субтропического фронта на 40° ю.ш. и рассмотреть некоторые особенности его термохалинной структуры.

4. Выполнен детальный анализ распределения водных масс и их модификаций для юго-западной части Аргентинской котловины. Анализируется распределение видового состава миктофид (светящихся анчоусов) в зависимости от структуры и динамики вод. Определена роль западных пограничных течений и антициклонических фронтальных вихрей в ЮЗА в нарушении широтной зональности в распределении тепловодно-тропических и умеренно-холодноводных видов миктофид.

5. Особое внимание уделено влиянию изменчивости термохалинных условий и интенсивности Фолклендского течения на промысел аргентинского короткоперого кальмара. Эта важная проблема в силу целого ряда объективных причин далека от своего окончательного решения. Однако, уже "сегодня" полученные результаты

нашли применение при составлении промысловых прогнозов различной заблаговременное™. передаваемых АтлантНИРО рыбодобывающим организациям.

Результаты работы могут быть также использованы для выявления зон повышенной биологической продуктивности и при планировании научно-поисковых экспедиций в район Юго-Западной Атлантики.

Диссертация состоит из 4 глав, заключения и основных результатов, изложена на 178 страницах, содержит 71 рисунок, 5 таблиц. В конце работы приводится список использованной литературы, состоящей из 181 наименования.

Работа выполнена в лаборатории промысловой океанологии АтлантНИРО, апробация результатов проводилась на отечественных и международных конференциях, семинарах и коллоквиумах АтлантНИРО и Института океанологии РАН.

Автор выражает искреннюю благодарность за полезные советы и помощь в написании рукописи руководителям работы к.г.н. Павлу Петровичу Чернышкову и д.г.н. профессору Владимиру Николаевичу Яковлеву; за помощь в оформлении диссертации Людмиле Евгеньевне Сазончик; за постоянное внимание к работе безвременно ушедшему из жизни к.г.н. Павлу Петровичу Федулову - другу, соавтору ряда работ по теме диссертации.

Глава 1. ДИНАМИКА И СТРУКТУРА ВОД ЮГО-ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ АТЛАНТИКИ: КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СОВРЕМЕННЫХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ

1.1. Фронтальная структура и зональность

Отличительной особенностью структуры вод Южного океана и юго-западной части Атлантики (ЮЗА) является ярко выраженный фронтальный характер. В соответствии с современными представлениями и принятой в настоящее время большинством исследователей терминологией в этом районе выделяют три основных фронта, к которым приурочены струйные течения восточного направления: субтропический, субантарктический и полярный (рис. 1.1.1). Данная терминология утвердилась не сразу - исследователи для обозначения одних и тех же фронтов часто использовали различные названия. По мере накопления знаний изменялись или уточнялись критерии выделения фронтов и их географическое положение.

Бреннеке (Brennecke, 1921), вероятно, был одним из первых, кто еще в 1921 г. отметил, что слияние направленных к Южному полюсу южноатлантической центральной водной массы (по другой терминологии - поверхностной субтропической водной массы), переносимой Бразильским течением, и субантарктической водной массы, перемещаемой к северу Фолклендским течением, у берегов Аргентины образуют ярко выраженную фронтальную зону. Дикон (Deacon, 1937) назвал эту зону субтропической конвергенцией.

На поверхности субтропическая конвергенция прослеживается по значительным горизонтальным градиентам температуры и солености. По Дикону (Deacon, 1933, 1937, 1982) субтропическая конвергенция характеризуется перепадом поверхностной температуры от 11,5° до 15,5°С зимой и от 14,5° до 18,5°С летом; соленость находится в пределах от 34,4%0 до 35,5 °/00.

В поле солености субтропическая конвергенция выражена, как правило, более отчетливо, чем в поле температуры. Размытость границ субтропической конвергенции в поле температуры является следствием сезонных миграций термического фронта.

Происхождение субтропической конвергенции Свердруп (Sverdrup, 1942) связывал с ослаблением, по мере передвижения на север, западных ветров и преоб-

Рис. 1.1.1 Основные фронты Южной Атлантики А - (Geneva: SCOR, 1985),

Б - (Peterson, Whitworth, 1989)

СТФ - Субтропический фронт, САФ - Субантарктический фронт, ПФ - Полярный фронт

ладанием в связи с этим меридиональной термохалинной циркуляции в зоне сороковых широт.

Термин "субтропическая конвергенция" получил широкое распространение и использовался многими исследователями на протяжении более пятидесяти лет (Stramma, Peterson, 1989).

Позднее Клепиков (1969), Маккартни (Мс Cartney, 1977), и Роден (Roden, 1986) определили зону слияния Бразильского и Фолклендского течений как начало циркумполярного субантарктического фронта.

Грузинов (1986) на том основании, что субтропическая конвергенция проходит в среднем по 40-45°ю.ш. и отделяет субтропические воды от вод умеренных широт, а также, исходя из того, что субтропическими конвергенциями обычно называют конвергенции, расположенные в северном полушарии между 20 и 30°с.ш. в середине субтропических антициклонических круговоротов, назвал ее субполярным фронтом.

Сразу следует отметить, что термин "субантарктический фронт" в настоящее время чаще употребляется для обозначения северной периферии полярной фронтальной зоны; термин "субполярный фронт" не получил распространения.

Хофман (Hofmann, 1985), Витворс и Ноулин (Whitworth, Nowlin, 1987) для обозначения границы южно-атлантического круговорота ввели термин "субтропический фронт", который чаще других используется в новейших публикациях.

В юго-западной части Атлантики в пределах рассматриваемого региона положение субтропического фронта часто отождествляется с фронтом Бразильского течения (Roden, 1986, Peterson, Whitworth, 1989, Турецкий, 1987, Федулов, Ремесло, 1989), который прослеживается по изотерме 10°С и и