Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Структура и изменчивость зоны взаимодействия Куросио и Ойясио по результатам анализа спутниковых изображений

ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Структура и изменчивость зоны взаимодействия Куросио и Ойясио по результатам анализа спутниковых изображений"

рг Б им

- 2 ЯН8 1395

КОМИТЕТ ПО РЫБОЛОВСТВУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ТИХООКЕАНСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ РЫБНОГО ХОЗЯЙСТВА И ОКЕАНОГРАФИИ (ТИНРО)

На правах рукописи

БУЛАТОВ Нафанаил Васильевич

УКТУРА И ИЗМЕНЧИВОСТЬ ЗОНЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КУРОСИО И ОЙЯСИО ПО РЕЗУЛЬТАТАМ АНАЛИЗА СПУТНИКОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ

(11.00.08. - океанология)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук в форме научного доклада

Владивосток - 1994

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ПРЕЗИДИУМ ДАЛЬНЕВОСТОЧНОГО ОТДЕЛЕНИЯ

Официальные оппоненты - доктор географических наук,

профессор Л.П.Якунин

Ведущая организация - Институт океанологии им. Ширшова РАН

на заседании специализированного совета Д.002.06.09 при Президиуме Дальневосточного отделения РАН по адресу: 690041, Владивосток, ул.Балтийская, 43

С научным докладом можно ознакомиться в Центральной библиотеке ДВО РАН по адресу: 690022, Владивосток, проспект 100-летия Владивостоку, 159 ДВГИ ДВО РАН.

кандидат географических наук, старший научный сотрудник В.В.Покудов

Защита состоится

Научный доклад разослан

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат географических наук

t__г I

/

.Н.Новожилов

I. ОНЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Лктуальность_проблемы определяется рядом причин. Во-первых, зона взаимодействия Куросио и Ойясио относится к основным климатическим фронтальным зонам Мирового океана (Федоров 1963, Грузи-нов 1966). Это одна из энергоактивных и наиболее продуктивных зон Мирового океана. В ее пределах и прилегающих водах происходит нерест, миграция и нагул сайры, сардины, скумбрии и других объектов промысла. Во-вторых, хорошо известна нестационарность и многомасштабность океанических процессов и их обостроенность во фронтальных зонах (например, Пошляков 1958, Макеров 1972, Булгаков 1972). Традиционные океанологические методы исследования, включая экспрессметоды, уже недостаточно репрезентативны в отношении пространственных или временных масштабов синоптической и мезомасштабной изменчивости океана (Монин, Каменкович, Корт 1975). Известны также нерегулярность и высокая стоимость судовых наблюдений, особенно обострившаяся в последнее время. Поэтому, несмотря на то, что фронтальная зона Куросио - Ойясио является одним из наиболее активно изучаемых районов океана, остаются неясными многие вопросы ее структуры и изменчивости. (Например, соотношение струйных течений и вихрей, взаимодествие вихрей ® течениями и между собой, возможности типизации структуры или процессов во фронтальной зоне и другие). Постоянно ощущается недостаток поисковых судов для оперативного выделения районов концентрации • объектов промысла.

В то же время фронтальные зоны океана представляют собой наиболее благоприятные районы океана для изучения и мониторинга их с помощью искусственных спутников Земли (ИСЗ). Высокие градиенты океанологических характеристик поверхности океана позволяют использовать для этой цели различные виды спутниковых данных, в том числе ИК и ТВ изображения океана, принимаемые с ИСЗ НОАА по системе APT (Automatic picture transmission ). Они представляют собой наиболее массовый, доступный и недорогой вид спутниковых данных. С весны 1973 года (начало работы спутников с ИК радиометрами на борту) их получают Хабаровский региональный центр приема и обработки (спутниковых) данных (ЩПОД) и управления Гидрометеорологии во Владивостоке, Южно-Сахалинске и Петропавловске Камчатском. Полученные на этих пунктах приема изображения охватывают акваторию Тихого океана от 25-30 до б0-65°с.ш. и от побережья Азии до !60-170°в.д. За прошедшие 20 лет в названных управлениях, ТИНРО и ТОЙ ДВО РАН накоплен большой объем ИК и ТВ изображений,

- г -

который пока еще не полностью освоен в океанологическом отношении. В начале 70-х годов, когда автором были начаты настоящие 1 боты, имелись лишь отдельные статьи, показывающие возможность I пользования данных ИСЗ для изучения океанологических фронтов. 1 настоящее время спутниковые данные, главным образом ИК изобрази ния, полученные с ИСЗ НОАА, используются для изучения практичг ски всех фронтов и фронтальных зон океана крупного и среднего масштаба (Федоров 1963). Но, в большинстве работ исследуются ог. дельные элементы фронтальных зон: теплые и холодные вихри, грибовидные течения, вихри закручивания и т.д., а не фронтальные : ны в целом.

У§ль_исследований состоит в обеспечении использования пре! муществ спутниковых данных в рыбохозяйственных исследованиях ТИНРО и океанологическом обеспечении промысловых прогнозов и щ дасла. Для этого ставились два вида задач:

1. научно-методические - разработка и освоение методики де шифрирования и интерпретации спутниковых данных;

2. Оперативно-океанологические - тематическая обработка те кущих спутниковых данных и мониторинг океанологических условий. Предполагалось, что после того, как данные ИСЗ представлены в океанологических терминах, они будут использоваться лабораториб промысловой океанографии и другими подразделениями ТИНРО в сво! исследованиях наравне с другими видами информации. Результаты I следований первых лет были положительно оценены и использованы своих работах ихтиологами лаборатории рыбных ресурсов Куросио (Новиков 1979), но в лаборатории промысловой океанографии они £ используются до настоящего времени. Поэтому, в дальнейшем иссле дования велись в трех основных направлениях:

1. Дешифрирование и интерпретация спутниковых изображений океана - установление связи наблюдаемых яркостных неоднородное1! изображений поверхности океана с термохалинной структурой и дик микой вод.

2. Изучение структуры и изменчивости зоны взаимодействия Р росио и Ойясио и прилегающих вод.

3. Изучение зависимости распределения и миграций пелагических рыб (сайры, сардины, скумбрии) и других промысловых объект от тех океанических явлений, которые наблюдаются на ИК изображе ниях. Но,- учитывая особенности спутниковых изображений, дающих более сложное и неоднозначное представление океанических процес сов, чем традиционные методы исследования, основное внимание удз

ляется их интерпретации и феноменологическому анализу наблюдаемых явлений.

Основными_материалами для работы служат ИК и ТВ изображения, полученные в 1973-1993 гг. по системе AFT с метеорологических спутников N0AA, которые принадлежат к различным модификациям спутников Tiros (спутник для телевизионных и инфракрасных наблюдений). До 1979 года работали спутники модели Itos (N0AA 2-5), передававшие по системе AFT изображения с пространственным разрешением в ИК диапазоне (10,5-12,5 мкм) 8 км, а в видимом (0,50,7 мкм) - 4 км (ТВ изображения). С 1979 года работают спутники типа Tiros N(H0AA 6-12), передающие по системе APT изображения, полученные "радиометром очень высокого разрешения" ( AVHRR )с пространственным разрешением 4 км в ИК (10,5-11,5 мкм) и видимом диапазонах спектра. В ночное время передаются два ИК изображения в спектральных диапазонах 3,4-4,2 мкм и 10,5-11,5 мкм. Ширина полосы сканирования (обзора) на одной орбите - 3000 км, каждый спутник повторяет обзор земной поверхности дважды в сутки. Система из двух спутников обеспечивает получение данных к основным синоптическим срокам. Дополнительно привлекаются телевизионные и многоспектральные изображения, полученные с ИСЗ Метеор 1-3, Метеор 18-31 (Метеор-Природа) и радиолокационные данные, полученные с ИСЗ типа "Космос 1500". В качестве реперных используются данные синоптических карт погоды (приземный анализ), глубоководных гидрологических наблюдений, измерений течений геомагнитным измерителем (GEK ) на советских (российских) и японских исследовательских зудах. Японские данные берутся из сборников, опубликованных Японским рыболовным и метеорологическим агенствами ( ЗШС , JMA ).

Данные о распределении и миграции промысловых рыб получены Í3 оперативных промысловых сводок типа "флот работал в районе...", сообщений поисковых судов,по системе "РИФ" (дата, координаты, ве-1ичина улова, объект промысла).

Метоаина_исследования основана на визуальном дешифрировании Ж, ТВ и F3I изображений, совместном анализе спутниковых и судовых данных и на синоптическом (феноменологическом) анализе результатов дешифрирования. Методика дешифрирования в свою очередь бази->уется на известных физических закономерностях собственного теп-[ового и отраженного морской поверхностью солнечного или искусст-1енного (РЛ) излучения и особенностях его регистрации на соответ-:твуидих изображениях.

Признаками атмосферных и океанических образований служат ярко-

стные контрасты и форма яркостных неоднородностей ИК, ТВ и РЛ изображений /I, б, 10/. Используются методы, разработанные в спутниковой метеорологии. Географическая привязка изображений осуществляется с помощью стандартных палеток, рассчитанных в Гидрометцентре СССР.

Излучательная способность морской поверхности в ИК диапазоне близка к I, но излучающим является тонкая поверхностная пленка. Поэтому ключевая задача исследования - установление связи характера распределения ТПО с термохалинной структурой и динамикой вод решается путем сопоставления форм термических неоднородностей с вертикальным распределением температуры, солености и плотности на гидрологических разрезах, направлением и скоростью течений, рассчитанных динамическим методом и измеренных геомагнитным изме-рителем(6ЕК) и вертикальными движениями вод. Обработка судовых данных проводилась с помощью стандартных методов и программ, имеющихся в ТИНРО.

Под термином "океанический фронт" понимается видимая на ИК изображениях граница теплых и холодных вод (вод с различными свойствами)/ 4 /. Выделяются три категории фронтов: контрастные (перепад ТП0^7°С), умеренные (3-6°), слабо выраженные (до 2°С).

Результаты дешифрирования представляются в виде карт термической структуры поверхности океана (ТСПО), аналогичным, картам фронтологического анализа, которые строятся в США по району Гольфстрима. На картах ТСПО показывается также положение гидрологических разрезов и распределение гидрологических характеристик на них. Признаками изменчивости служат наличие или отсутствие определенных явлений (например, антициклонических вихрей), их положение, количество, размер, перемещение.

Необходимо подчеркнуть следующие особенности получаемой информации. С одной стороны при указанных выше параметрах спутниковые данные позволяют изучать широкий спектр изменчивости океана: временной - от мезомасштабной до межгодовой, пространственной -от 10 до 1000 км. С другой стороны, облачность непрозрачна для ИК и видимого излучения и возможность получить изображения океанской поверхности возникает крайне неравномерно во времени и пространстве: от нескольких изображений в сутки до полного их отсутствия в течение 1-2 месяцев (таблД).

Таблица_1

Количество карт ТСПО, построенных за период с 1979 по 1992 гг. в районе 35-40°с.ш., 140-145°в.д. в разные месяцы

Месяц т v!" 2 т ~3~!~ 4 7 ~5~С § I § I Г9!'!1^ I ¡О"1! йртВ°! 82 I 78 !Пб !131 I118 ! 57 | 13 | 39 | 46 | 75 | 86 | 64 .

Наибольшее количество карт построено для периодов смены муссонов (март-май и сентябрь-ноябрь), наименьшее - для лета (июль). В субтропических водах и по мере удаления на восток от Японии количество ИК изображений и карт ТСПО уменьшается (таблица 2).

Таблица_2

Количество карт ТСПО, построенных за период с 1979 по 1992 гг. по различным районам СЗТО

Район Т30-355!30-35°730-355!35^40°7з5-40°!35140°~!40-455I40-45°"

! сш. ! сш. ! сш. ! сш. I сш. I сш. ! сш. ! сш. иссл. 1 140- ! 145- ! 150- ! 140- ! 145- ! 150- 1 145- I 150___]145°в2!150 вд]155°вз!145бвд1150°ва!155°вд|150°ва!155°вд..

картВ0! 345 ! 334 I 112 ! 905 ! 840 | 296 ¡ 966 | 425

Это затрудняет идентификацию океанических явлений, наблюдение полного цикла их развития, получение статистических характеристик процессов и придает особое значение синоптическому анализу различных видов данных.

Рё20ьтаты_исслезований_и_на;Ш1ая_ндвизМ' Диссертация представляет собой океанографическую работу научно-практического характера. Изучение и мониторинг крупного океанского района с использованием спутниковых изображений в качестве основного (массового) материала и данных глубоководных наблюдений как реперных в отечественной океанологии выполнялось впервые. В работе показаны:

1) Упорядоченность термической структуры поверхности океана, типичные формы (образы ) распределения ТПО (в том числе не получающие отображения в данных судовых гидрологических съемок), их термохалинная и динамическая структура, дана их океанологическая интерпретация.

2) Выявлены:

- наиболее общие черты зоны взаимодействия Куросио и Ойясио (чередование струй и вихрей противоположного вращения, обостренных и размытых участков (разрывов) фронтов, особенно теплых и хо-

- б -

лодных зон вдоль фронтов различного масштаба);

- связь структуры фронтальной зоны с топографией дна (цепь антициклонических вихрей с расстоянием мевду центрами 120-180 миль вдоль глубоководного желоба от юга Японии до Камчатки, уменьшение устойчивости образований и размеров вихрей в восточном направлении);

- струйно-вихревая структура ветвей Куросио и Ойясио;

- типы структуры фронтальной зоны с преобладанием струй или вихрей;

- межгодовая изменчивость положения и контрастности климатических фронтов, количества, размеров и траекторий теплых вихрей (периоды кратные 2-3 годам);

- сезонная изменчивость контрастности и упорядоченности фронтов, движения теплых вихрей, интенсивности теплых течений (активизация весной и осенью);

- в синоптической изменчивости приводятся преобладающие размеры меандров течений (кратные 30-40 милям), теплых (100-120 и 50-70 миль) и холодных (40-90 миль) вихрей, направления и скорости их движения, продолжительность существования теплых вихрей, процессы их формирования и разрушения;

- в мезомасштабной изменчивости выделены струйные выклинивающиеся вторжения (стриммеры), сформированные адвекцией вод, отмечены два вида трансфронтального обмена, связанные с формированием стриммеров или мезомасштабных вихрей, определены периодичности формирования стриммеров и колебания фронтов, близкие к 30 и 15 суткам.

3) Установлены:

- зависимость распределения и путей миграций сардины, скумбрии и сайры от крупномасштабных особенностей фронтальной зоны Ку-росио-Ойясио (положение фронта и теплых рингов Куросио, развития интрузий Ойясио);

- синоптические и мезомасштабные образования (вихри закручивания, деформированные участки фронтов, стриммеры), благоприятные для концентрации рыб.

Полученные результаты не противоречат данным традиционных исследований, но в значительной степени расширяют и углубляют их и в большинстве своем являются приоритетными. Представлены сведения о явлениях и процессах, не получающих отображения в данных судовых наблюдений, не обсуждавшихся ранее проявлениях процессов, известных по наблюдениям других параметров (например, ТПО) или

вносящие уточнения в существующие представления.

Практическая_значимость. Начиная с 1977 года на основе проведенных исследований составлялись справки и рекомендации, которые передавались в биологические лаборатории ТИНРО, ТУШИФ, Дальрыбу и использовались при оценке промысловой обстановки в северо-западной части Тихого океана (СЗТО). С 1979 года результаты исследований регулярно используются в качестве океанологической основы квартальных, а затем недельных (с 1936 г.) и месячных (с 1969 г.) прогнозов гидрологических условий (формирование, разрушение, перемещение фронтов, вихрей, интрузий) в промысловых районах СЗТО. Карты ТСПО, с указанием благоприятных для концентрации рыб участков акватории, раз в неделю передаются в лабораторию краткосрочного прогнозирования и на промсовет Даль-рыбы. По запросам биологических лабораторий ТИНРО составляются экспертные прогнозы гидрологических условий (состояние течений, фронтов и вихрей) на различные периоды, в том числе и на ближайшие годы.

Апробация. Результаты работы докладывались на I и П съездах океанологов (Москва, 1977, Ялта, 1982), Всесоюзном совещании "Исследование и рациональное использование биоресурсов дальневосточных и северных морей СССР" (Владивосток, 1965 г.), семинарах по спутниковой гидрофизики (Севастополь, 1985, 1986, 1969 гг.), Всесоюзной конференции "Использование спутниковой информации в исследованиях океана и атмосферы" (Звенигород, 1989 г.), Всесоюзной конференции "Рациональное использование биоресурсов Тихого океана" (Владивосток, 1992 г.), на IX Конференции по промысловой океанографии (Калининград, 1993 г.), семинарах в отделе экспериментальной и космической океанологии ИО РАН в 1990 и 1993 гг., заседаниях биологической секции ученого совета и- отчетных сессиях ТИНРО в 1978, 1965 и 1969 гг.

Публикации результатов и личный вклад автора. Материалы диссертации опубликованы в 29 печатных работах. Автор был одним из лервых исполнителей темы "Использование спутниковой информации в рыбохозяйственных исследованиях" темплана ТИНРО и большинство ра-5от по сбору и дешифрированию спутниковых данных, исследованию структуры и изменчивости фронтальной зоны Куросио-Ойясио выполне-ш по его инициативе им лично или под его контролем. В работах по «учению теплых вихрей и условий распределения и миграций рыб, заполненных коллективно, автором также проводился анализ океано-югических образований и условий на основе спутниковых данных.

Автор считает приятным долгом поблагодарить профессора С-Пе-тербургского университета В.Р.Фукса, по инициативе и под руководством которого в свое время в ТИНРО начаты работы по использованию спутниковой информации в рыбохозяйственных исследованиях, инженера Хабаровского РЦПОД Л.А.Луданник, принимавшую непосредственное участие в работах на первом этапе, сотрудников ТОЙ ДВО РАН Л.М.Митника и В.Б.Лобанова за постоянное и плодотворное сотрудничество. Получение и обработка такого объема спутниковых материалов были бы невозможны без помощи руководства и инженерно-технического состава Хабаровского РЦПОД, ППИ Управлений Гидрометеорологии, а также без напряженного труда инженеров и техников лаборатории космических методов исследования океана ТИНРО.

П. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I. Интерпретация результатов дешифрирования ИК изображений океана

Получаемые с ИСЗ ИК изображения океана показывают, что в периоды ослабления атмосферной деятельности распределение ТПО приобретает определенную упорядоченность. Типичные формы температурных неоднородностей: лентообразные, кругообразные ( эллипсовидные), кольцеобразные, спиралевидные, грибовидные (стреловидные), серповидные и веерообразные, узкие полосы неправильной формы и их сложные сочетания / 5, 6 /.

Крупномасштабные области, теплая на юге и холодная на севере района, могут быть уверенно интерпретированы как субтропические и субарктические воды, а переходная зона между ними - как фронтальная зона Куросио. Распределение температуры и солености на гидрологических разрезах подтверждают, что в пределах холодной зоны воды имеют субарктическую, а в пределах теплой - субтропическую термохалинную структуру. В переходной зоне наблюдаются области с преобладанием характеристик как той, так и другой структуры (рис. I). Следовательно, границы представляют собой южный и северный субарктические фронты (фронты Куросио и Ойясио) и их ветви / 10 /. В каждой из трех зон выделяются относительно теплые и холодные области указанных выше очертаний (рис. I а). Основные из них следующие: По северному краю субтропической области выделяется зона экстремально высоких температур шириной 20-40 миль (ТСТ), очевидно сформированная адвекцией теплых вод в стрежне Куросио. Ее толщина уменьшается вниз по течению от 200 до 100 м (рис. I б), по-

ь^'ФЧ -

Рис. I.

Интерпретация результатов дешифрирования ИК изображений фронтальной зоны Куросио.

а) Карта термической структуры поверхности океана

за 8-15 мая 1976 года.

б) Динамическая топография поверхности океана за 26 апреля- 25 мая 1976 года.

в) Распределение температуры на меридианальных разрезах 25 апреля- 26 мая 1976 г.

Условные обозначения: А - антициклоны; С,Ц - циклоны; ХВФ - холодные воды фронтальной зоны; ТВФ - теплые воды фронтальной зоны; ХСТ - холодные субтропические воды; ТСТ - теплые субтропические воды; ТСА - относительно теплые субарктические воды; САВ - субарктические воды.

ложение соответствует зоне максимальных градиентов температуры и плотности в слое £00-500 м и максимальных скоростей геострофических течений восточного направления /10/. Северная граница течения - фронт Куросио в ряде случаев имеет две или более "линий" максимальных градиентов ТП0. Южная, обычно менее контрастная, отображает положение стрежня течения. Подобным образом интерпретируются изображения и других теплых течений. Вдоль берегов Курильских островов и о.Хоккайдо выделяется зона наиболее холодных вод, которая интерпретируется как зона Ойясио (ХСА). Ее восточная граница имеет переменную контрастность (от I до 6°). Встречаясь с теплыми вихрями, течение разветвляется. В Южно-Курильском районе воды холодной зоны слабо стратифицированы, а холодные струи, огибающие теплые вихри и распространяющиеся вдоль субарктического фронта, имеют субарктическую структуру (4 на рис.1а).

Теплые области синоптического масштаба, имеющие вихреобраз-ные очертания, однородные или с ориентацией языков по часовой стрелке интерпретируются как антициклонические вихри, в том числе теплые ринги Куросио (А на рис.1). Их термохалинные контрасты с окружающими водами достигают 5-10° и 1,0-1,2°/оо, заглубление изотермических поверхностей в зависимости от размеров вихря изменяется от 150-200 м до 300-400 м и иногда достигает 800 м (АЗ на рис.1). Направление рассчитанных динамическим методом течений подтвервдает антициклонический характер вращения вод. В вихрях с однородной теплой поверхностью максимум скоростей наблюдается на поверхности, а в вихрях с холодной центральной областью - под куполом холодных вод на глубине 100-200 м /10/. Термический контраст с окружающими водами, размер и устойчивость теплой области на последующих изображениях качественно характеризуют . интенсивность вихря (вертикальную мощность, скорость вращения воды). Восточнее Курильских островов Антициклонические вихри проявляются как спиралевидные структуры. Их теплые ядра выражены очень слабо или отсутствуют совсем. Воды вихрей имеют субарктическую структуру, но нижние границы слоев заглубляются по сравнению с окружающими водами на 200-300 метров /9, 10/.

На северо-западных перифериях антициклонов периодически наблюдаются узкие вторжения теплых вод, ориентированные по часовой стрелке. Такие же теплые струи соединяют антициклоны, находящиеся в субарктических водах, с фронтальной зоной. Иногда они приобретают необычные "изломанные" очертания (что при съемке с более

высоким разрешением оказывается результатом мелкомасштабного, не более 10 миль, вихреобразования) или распространяются к северу на 150-200 миль / 3 /. С холодной стороны фронтов Куросио и Ойясио наблюдаются языки типа "опрокипывающейся волны" или "спирали" теплых вод, ориентированные против часовой стрелки (2 на рис. 1а). Все эти теплые вторжения имеют ширину от 5 до 40 миль, но наиболее часто - около 20 миль. Вблизи основания они прослеживаются до глубины 400-500 м, а в верхнем 150-200 метровом слое их контраст с окружающими водами достигает 5-7° и 1,0-1,2°/оо. По мере удаления от основания термохалинный контраст и толщина струй уменьшается.

Положение струй всех упомянутых видов на картах динамической топографии соответствует зонам максимальных скоростей течения на периферии одного вихря соответствующей ориентации или между вихрями противоположного вращения (3 на рис.1). Средние за несколько дней скорости их распространения близки к рассчетным скоростям течений от 0,2 до 0,8 м/с, а максимальные достигают 1,5-2,0 м/с. Таким образом, теплые струи, так же, как теплая зона Куросио, формируются адвекцией вод в стрежнях вихревых течений и служат их индикаторами / 10 /. Отмечено, что появлению теплых вторжений северного, северо-западного направления предшествуют южные, юго-восточные ветры, а появлению теплых струй циклонической ориентации - усиление западных ветров / 3 /.

Холодные области синоптического масштаба значительно реже приобретают вихреобразную форму, что, видимо, связано с подъемом и дивергенцией вод. Холодным областям севернее субарктического фронта, окруженным теплыми струями, ориентированными против часовой стрелки, соответствует субарктическая структура вод и циклоническая смена направления течений (Ц4 на рис.1 а, б) /3, 10 /. Холодные области, которые интерпретируются как интрузии (ветви) Ойясио, имеют черты как циклонических меандров Ойясио (Субарктического течения), так и струи, распространяющихся в южном направлении. Часть вод вовлекается в антициклоничское вращение, отрезая ринги Куросио от течений, часть - отклоняется на юго-восток, распространяясь вдоль фронта Куросио и лишь часть вод поворачивает на северо-восток, образуя циклонические меандры или вихри / 7, 10 /. Южные, юго-западные течения но западной стороне холодных интрузий имеют большие скорости и прослеживаются до больших глубин, чем северные, северо-восточные течения на восточной стороне интрузии. Так в случае, показанном на рис.1,

скорости течений были соответственно 45 и 23 см/с, а течения прослеживались до 800 и 400 метров / 7 /. Иногда выделяется ли узкие (10-15 миль) струи, соединяющие циклонические вихри (ЦЗ рис Л) с субарктическими водами. Воды интрузий, в том числе и проникающие в тыл антициклонов, сохраняют субарктическую струк туру, но по мере продвижения к югу трансформируются и выделяют лишь по подъему изотерм в верхнем слое толщиной 100-200 м (Ц2, ЦЗ на рис.1), т.е. выклиниваются так же, как теплые вторжения / 10 /. Начальные участки теплых и холодных интрузий пересекаю' соответственно холодную и теплую зоны Субарктического течения i являются в отношении нее поперечными струями, подобными рассмо' ренным Гизбург и Федоровым (1985), отображающими вихревую стру1 туру течения. Изолированные холодные области во фронтальной 30f и субтропических водах имеют термохалинную структуру и направление течений типичное для холодных (циклонических) вихрей, в том числе рингов Куросио (Ц1, Ц2 на рис.1) / 7, 10 /.

Одной из наиболее распространенных форм термических неодне родностей является грибовидная форма. На основании показанных выше примеров она интерпретируется как сочетание двух вихрей противоположного знака вращения и струи между ними. В общем случае не разделялось, являлись ли вихри квазигеострофическими долгоживущими образованиями или формировались вместе со струей, хотя в конкретных случаях такие различия отмечались / 3, 5 /. Е ряде случаев струя теплого или холодного вторжения проходит через две или даже три пары вихрей подобно основной струе Куросис Быстрые перемещения фронтов (до 20-30 миль/сутки) обычно охваты Бают слой, толщиной 50-70 м и вызваны непосредственным воздейст вием ветра / 5, 10 /.

Результаты измерения течений геомагнитным измерителем^ЕК в большинстве случаев также согласуются с очертаниями термических •юодаородностей (рис.2 а), однако, при слабо выраженных фронтах имеются случаи их полного несоответствия (рис.2 б) / 10 /. По зеей вероятности, в этих случаях требуется более детальный ана-тиз условий и различий во времени наблюдений.

Таким образом, различаются две группы термических неодно^ро, юстей на поверхности океана: крупномасштабные и синоптические )брззования, где фронты имеют квазигеострофический характер и у: :ие адвективные струи, распространяющиеся в стрежне течения. Ин' >узиям Ойясио присущи те и другие черты.

40'

142."

145'

145*

Рис. 2. Направление поверхностных течений в области меандра-вихря северо-восточной ветви Куросио по данным геомагнитного измерителя ( GEK) а. - апрель 1980 г., б. - апрель 1979 г.

2. Структура фронтальной зоны Куросио и ее изменчивость

2.1. Особенности структуры фронтальной зоны Куросио, наблюдаемые на ИК изображениях

Анализ ИК изображений океана показывает, что различные точки зрения на структуру фронтальной зоны Куросио, высказанные на основе данных судовых гидрологических съемок (например, Suda, 1936, Kawai > 1955) являются следствием ее крупномасштабной изменчивости. В каждый конкретный момент преобладают те или иные ее черты.

Наиболее характерной чертой зоны взаимодействия Куросио и Ойясио является чередование струй и вихрей противоположного вращения, которое обеспечивает многие известные ее свойства / 5 /. Вдоль фронтов крупного или синоптического масштабов выделяются зоны (струи) особенно теплых и особенно холодных вод, образованные их адвекцией вихревыми движениями (рисЛ а,б) / 3, 5 /.

Течение Куросио выделяется в виде теплой струи до 175°в.д. Далее на восток течение разветвляется и, видимо, здесь переходит в Тихоокеанский дрейф. В западной части района отчетливо различаются прибрежная и меандровая моды течения. Холодные ринги Куросио наблюдаются обычно к югу от циклонического меандра течения

на 146-147°в.д. (рис.1). В меандрах Куросио часто отмечается замкнутая циркуляция вод / 10 /.

Собственно во фронтальной зоне Куросио-Ойясио выделяйте две теплые области на 143-145 и 147-150°в.д. (первая и втора ветви Куросио), состоящие из антициклонических вихрей или ст ных ответвлений и 2-3 интрузии (ветви) Ойясио. Восточнее 150 152°в.д. также наблюдается чередование антициклонических ( лых) вихрей и интрузии Ойясио, однако размеры вихрей и устой вость образований уменьшаются в восточном направлении, что, : димо, связано с рельефом дна. Наиболее отчетливо выражена ви: вая структура первой ветви Куросио, расположенной вдоль глуб' водного желоба, где ринги Куросио могут доходить до 45-46°c.t а цепь вихрей прослеживается от юга Японии до Камчатки / 9, . Уже вторая ветвь Куросио может быть струйным ответвлением Ку] сио, дающим начало Субарктическому течению (рис.3). Третья в( Ойясио в этом случае отсутствует, а во фронтальной зоне выде; ются два струйных течения / 17, 25 /. В западной части фронтг ной зоны преобладают антициклоны с размерами, характерными д: теплых рингов течений (90-120 миль), а в восточной - с размер типичными для вихрей открытого океана (60-90 миль). При разв! вихревой структуре зоны взаимодействия Куросио и Ойясио кол№ ство фронтов связано с количеством крупных вихрей (в основнс теплых рингов). В общем случае фронты Куросио и Ойясио имеют верную или южную ветви, сформированные меандрированием течет и вихреобразоЕанием. Наиболее устойчиво выделяются в западно? части фронтальной зоны фронты Куросио, Ойясио и северная ветг фронта Ойяско (вторичный, по Булгакову, 1972), в восточной-ф^ ты Куросио, Субарктический и, менее устойчиво, южная ветвь С} арктического фронта. Лишь между 146 и 150°в.д., где направлен среднего и вихревого течений совпадают, в большинстве случаев наблюдаются два фронта. Северо-западная ветвь фронта (Еулгакс 1972) по существу является фронтом Сангарского течения.

Кроме этих фронтов выделяются и другие границы вод с раз ной термохалинной структурой, сформированные процессами меанл росшшя течений, образовании и перемещения ЕИхрей (см.рис.3), зависимости от конкретных ситуаций они могут рассматриваться синоптические фронты или ветви фронтов Куросио и Ойясио (буба тического) / 25 /.

Крупномасштабные фронты деформированы всем спектром изме чивости океана и представляют собо'н цепочки обостренных и раз

-1

А - 2

Рис. 3. Структура фронтальной зоны Куросио-Ойясио с преобладанием вихревых ( а ) и струйных ( б ) элементов

I - район промысла скумбрии, 2 - район промысла

сардины

мытых участков или разрывов. На участках, где трансформированные субарктические воды достигают фронта Куросио или трансфор! рованные субтропические воды достигают фронта Ойясио (северные границы теплых рингов) наблюдается обострение этих фронтов. Нг участках же, где формируются теплые или холодные вторжения, щ исходит разрушение соответствующих фронтов / 25 /. При преоблг дании струйной структуры фронтальной зоны в брльшинстве случае выделяются лишь два основных фронта, менее деформированных, че при вихревой структуре.

2.2. Межгодовая изменчивость

Межгодовая изменчивость структуры фронтальной зоны Куром Ойясио рассмотрена в мае, когда имеется достаточное количестве изображений. Она проявляется в различном положении и контраст? сти фронтов, расположении, количестве и размерах антициклонов Куросио и развитии интрузий Ойясио, а также в характере сезонь. и синоптических процессов (например, в ширине и .скорости прод! жения к северу теплых вторжений). Сравнение контрастности фроь Куросио с количеством поступления вод и тепла во фронтальную £ ну, полученным на основе гидрологических съемок (Покудов, Вель отс, 1960) показывает; что обострение фронта Куросио может сл;у жить признаком холодного (в северных районах фронтальной зоны) года. Наблюдения последних лет подтверждает этот вывод.

Положение Куросио определялось в вершине первого от Япони антициклонического меандра. Средняя за период наблюдения широт положения фронта составляла 3б°30'-36°40'с•ш• (учитывая точное географической привязки). Для 1973-1560 гг. характерно северно положение фронта Куросио и его антициклонов. В первой и второй ветвях Куросио наблюдалось по одному рингу размером 100-130 ш / 17, 24, 25 /. В эти же годы преобладало северное направление перемещения вихрей и малая удаленность северных вихрей от о.Хо кайдо (рис.4). Соответственно, в эти годы первая ветвь Ойясио была менее развитой (проникала на юг лишь до 38-39°с.щ.), чем вторая (см.рис.3 а). В период с 1061 по 1336 гг. преобладали южное положение фронта Куросио и его вихрей, размеры антицвдело нов - 60-90 миль, а также северо-восточное направление их пере мещения, удаленное от о.Хоккайдо положение. Первая ветвь Ойяси в эти годы была развита больше второй, достигая м.Инубо (см.ри 3 б). В последующие годы вновь наблюдалось смещение Куросио. и вихрей к северу (до 1991 годя), л затем их отступление к югу.

Рис. 4. Межгодовая изменчивость положения антициклонических вихрей во фронтальной зоне Куросио-Ойясио

1 - положение центров южных антициклонов первой

ветви Куросио (по широте)

2 - удаленность центров северных вихрей от

о.Хоккайдо

.(рис.4). Одновременно ветви Куросио и Ойясио смещались к западу. Размеры теплых вихрей остались такими же, как в начале 80-х годов, менее развитыми были и ветви Ойясио. По всей вероятности эти явления могут рассматриваться как ослабление мериди .нально-чсти процессов по сравнению с предыдущими годами. Наиболее крупные теплые вихри наблюдались в 1975, 1979, 1933, 1967 и 1991 гг., т.е. через четыре года. С той же периодичностью формируются ме-зомасттабные вихри восточнее о.Хоккайдо (1977, 1561, 1985 и 1989 гг.). Первая ветвь Ойясио получала максимальное развитие, по степени ее проникновения к югу, в 1974, 1978, 1981 и 1984 гг., а по площади, занятой холодными водами - в 1986 и 1993 гг. Кроме этих относительно длительных периодов (7-8 и 4 года) уверенно выделяются двухлетние периоды. Так например, в 1975, 1977 и 1979 гг. и в 1989 и 1991 гг. теплые вихри занимали более северо-западное положение, чем в 1976, 1978 и 1938, 1990 и 1992 годах (рис.4). Как видно на рис.4 в колебаниях некоторых параметров фронтальной зоны наблюдаются периоды в 3 года. Можно предположить, что в изменчивости структуры фронтальной зоны проявляются периоды, кратные двум и трем годам.

2.3. Сезонная изменчивость

Сезонная изменчивость структуры фронтальной зоны Куросио-Ойясио обусловлена главным образом непосредственным воздейств! ем солнечного прогрева и атмосферы. Известно, что в летний пе{ од термические фронты на поверхности океана размываются бла^ ря формированию теплого поверхностного слоя. Но, восточнее Ку^ льских островов в конце лета-осенью обостряются термические фронты между стратифицированными водами открытого океана и слг стратифицированными еодэми Ойясио (Курильский фронт). В зимниь и весенний периоды здесь фронты наблюдаются очень редко.

Летнее ослабление термических градиентов начинается обычь в конце мая-июне в южной части района (фронт Куросио) и затем распространяется к северу. В июле фронты обычно слабо Еыражень на все? акватории района. В августе-сентябре в субарктической зоне, кроме Курильского фронта, обостряются также фронты синог тического масштаба, связанные с антициклоническими вихрями, вь шедшими в этот район. С увеличением толщины верхнего квазиоднс родного слоя обострение термических фронтов распространяется 1 югу и в октябре они имеют умеренно обостренный характер на все акватории, а струйно-вихревая структура фронтальной зоны хороп выражена.

В период интенсивного охлаждения (декабрь-февраль) форми^ ются языки и Еыступы холодных вод различных и быстро сменяющи) ся очертаний, фронты смещаются в сторону теплых вод, антицикле нические вихри отступают к югу и юго-востоку / 12, 20 /. В пре делах ветвей Ойясио формируются струи особенно холодных вод, п риной от 10 до 30 миль и толщиной 100-150 метров / 14 /. Степе деформации фронтов качественно зависит от характера атмосфернь процессов и может служить индикаторами охлаждения верхнего слс океана. В конце февраля-марте отмечается начало стабилизации структуры фронтальной зоны. Фронты приобретают упорядоченные очертания.

В конце марта-апреле струйно-вихревая структура полностью восстанавливается, причем, формирование теплых стриммеров в ан циклонических вихрях обычно наблюдается в начале апреля. В вес ний период антициклонические вихри вновь начинают двигаться в северном-сепсро-восточном направлении / 12, 20 /. Кроме того, весенний и осенний периода наблюдается рост антициклонических меандров Куросио и продвижение к северу соответствующих участк

фронта Ойясио. Это подтверждает ту точку зрения (Павлова, 1964), что активизация Куросио происходит весной и осенью.

2.4. Синоптическая и мезомасштабная изменчивость

2.4.1. Меандрирование течений

Так же, как традиционными средствами исследования, на ИК изображениях выделяются квазистационарные меандры Куросио с длиной волны 250-320 миль (450-600 км) и меандры с длиной волны 120-160 миль, движущиеся на восток со скоростью около 5 миль/сут. (0,2 узла). Скорость перемещения отдельных участков фронта Куросио достигает 20-30 миль/сут., а при осредненных данных за 5-9 суток преобладают скорости до 2 миль/сут. Из крупных меандров наиболее устойчивым является первый от Японии, что, видимо, связано с топографией дна. Для фронтов Ойясио и Субарктического более характерны волны второго вида / 5 /. К этой длине волны близки и расстояние между центрами антициклонов. Если учесть, что вихри закручивания часто располагаются по два вихря на одной стороне меандра, то получится, что длина волны этих возмущений равна 1/4 длины волны основных меандров, т.е. 60-80 или 30-40 миль / 13 /. В районах с большими градиентами скорости течений наблюдается "пилообразная" форма фронта, с длиной волны 15-20 миль / 3, 13 /. К этому можно добавить, что в экваториальной зоне по данным ИСЗ GOES наблюдаются волны с длиной 550 миль ( Legeckis , 1977). Таким образом, вполне возможно, что все наблюдающиеся волнообразные возмущения связаны с одной системой волн определенной длины.

2.4.2. Синоптические вихри

Антициклонические вихри имеют размеры от 30 до 180 миль, но преобладают вихри с размерами 100-130 и 50-70 миль ("мезомасшта-бные"). Большинство вихрей наблюдаются в сформировавшемся виде, в процессе взаимодействия с течением или более крупным вихрем. Проследить процесс формирования вихрей, получив хотя бы две-три ситуации, удается в редких случаях (1975, 1983, 1979, 1986 гг.). Антициклоны формируются как на фронте Куросио, так и на фронте Ойясио. Они могут формироваться как мезомасштабные, а затем увеличиваться до крупномасштабных, получая порции теплых вод в виде стриммеров или таких ?ке мезомясштлбных вихрей (например, июль-октябрь 1979 / 9 /). Благодаря взаимодействию с течениями и более крупными вихрями антициклоны могут существовать от несколь-

ких месяцев до 4 лет / 20 /. Мезомасттабные вихри существуют от 2 до.7 месяцев / 10, 20 /. Антициклоны движутся преимущественно в северном, северо-восточном или северо-западном направлении, но иногда меняют направление на юго-западное / 19 /. В зимний период вихри стационируют или отступают к югу, описывая циклонически« петли / 12, 20 /. Средняя скорость перемещения антициклонов по независимым определениям за периоды 1979-1985 и I9S6-I990 годы около 0,5 миль/сут., что близко к данным Китано (Kitano ,1976). Максимальные скорости движения вихрей к северу наблюдаются весно£ и осенью, достигая I мили/сут. / 20 /. За время жизни вихри могут проходить расстояние от Куросио до средних Курильских островов или стационировать в одном и том же месте / 22 /. Разнообразие движения антициклонов обусловлено, видимо, тем, что они находятся под воздействием противоположно направленных течений, При движении вихрей к северу наблюдаются два вида их диссипаций: отделение участков теплых вод за счет вихрей закручивания и разделение их на два вихря.

Циклонические вихри во фронтальной зоне Куросио изучены значительно меньше, чем антициклонические. Холодные выступы ветвей Ойясио содержат, как правило, по одному- два циклонических вихра, формирующихся из меандров течения / 4, 5, 7 /. Преобладают размеры вихрей от 40 до 90 миль, что согласуется с данными Кцтано (titano , 1977). Вихри движутся в южном направлении со скоростью около двух миль в сутки. Значительная скорость их продвижения, ви димо, связана с тем, что они поддерживают более устойчивую связь с течением, чем антициклоны. Смещаясь на юг циклонические вихри Ойясио усиливают меандры Куросио и другие холодные области вдоль фронта Куросио / 4 /. Наблюдающиеся слева от течений и на границах крупных антициклонов вихри закручивания имеют в большинстве случаев форму "опрокидывающейся волны" и размеры 15-20 или 30-40 миль. Но иногда языки теплых и холодных вод вытягиваются вниз по течению на 50-100 миль, имея ширину не более 5-10 миль / 3, 5 /.

2.4.3. Периодическая изменчивость и процессы трансфронтального обмена

Наиболее распространенным видом трансфронталеного обмена является формирование струйных вторжений (стриммеров) в антициклонические вихри, которые связывается с волнами, имеющими длину 150 миль и период 25-30 суток. Прохождение теплого гребня волны через вершину крупномасштабного меандра сокращает расстояние ме-

жду течением и антициклоном и приводит к их взаимодейтсвию. Теплые и соленые воды (Куросио или фронтальной зоны) образуют кольцо по периферии вихря или заполняют его полностью. Диаметр вихря увеличивается на несколько десятков миль. После прохождения теплого гребня наблюдается усиление холодных интрузий, новый отрыв вихря от течения и уменьшение его размеров. В результате взаимодействия с окружающими водами и атмосферой температура внутри вихря понижается, а ее контрасты размываются. Например, в 19?9 году вторжения вод Куросио а антициклон, смещавшийся к югу, наблюдались 18 апреля и 18-22 мая (рис.5). Вторжения имели

«г" ад"

Рис. 5. Развитие вторжений вод Куросио в антициклонический вихрь в Ю79 году

ширину 20-30 миль и продвигались со скоростьк>1,5 узла (0,8 м/с). Толщина струи уменьшалась от 200-250 м "на входе" от 50-100 м на востоке вихря. Воды вторжений имели температуру от 17 до 21°, а соленость 34,8°/оо при температуре и солености ядра вихря 13° и

34,б-34,7°/оо / 19 /. В результате вторжения в вихрь поступало около 3300 км3 вод Куросио / 28 /. Его размер увеличивался до 130-140 миль и затем вновь уменьшался до 90 миль / 19 /. Наиболее мощное вторжение этого типа наблюдалось в 19В8 г., когда вода Куросио с температурой 16-18°, заполнив южный антициклон, проникли в северный вихрь фронтальной зоны, где их контраст с окружающими водами достигал 8-10°. В северном вихре теплая струя имела ширину 30 миль, толщину 100-200 м и скорость продвижения до 2 м/с (около 4 узлов). Такие мощные вторжения наблюдаются эпизодически и обусловлены, видимо, наложением нескольких причин. В тех случаях, когда антициклоны были слабыми или располагались далеко (70-90 миль) от течения наблюдался другой тип трансфронтального обмена - формирование мезомасштабного теплого вихря (рис.6). В марте-мае 1991 г. при продвижении вершины антициклонического меандра к северу (ФК I) в ней сформировалась замкнутая циркуляция, диаметром 50-70 миль, а стрежень течения отступал к югу (ФК 2 на рис.6). При последующем продвижении к северу стрежня течения и формирующегося вихря, он охватывался холодными водами и отделился от меандра Куросио. Северная граница вихря размылась и теплая масса объемом около 2000 км3 слилась с теплой областью фронтальной зоны, усиливая ее. Одновременно с поступлением теплой массы во фронтальную зону наблюдалось проникновение порции холодных вод в субтропические воды, усиливающей циклонический ринг Куросио. Как обычно, ее размер был меньше, чем размер теплой массы. Взаимодействие циклонических рингов с холодными водами фронтальной зоны, пересекающими стрежень Куросио, наблюдались весьма редко. Но, единичные случаи свидетельствуют, что эти процессы также существуют. Показанные на рис.5 и 6 случаи трансфронтального обмена относятся к умеренно интенсивным (ширина струи, размер теплой массы). Из их сравнения можно заключить, что процессы обмена первого типа более интенсивны и связаны с преобладанием меридионального переноса, чем процессы второго типа, связанные с преобладанием широтного переноса вод. Как на фронте Куросио, так и на фронте Ойясио наблюдаются смешанные формы трансфронтального обмена, когда отделившаяся от течения теплая масса попадает в область антициклонического вращения и вытягивается в виде стриммера шириной 10-20 миль / 3 /. Струйные вторжения в большинстве случаев наблюдаются с периодом близким 30 суток ([974, 1976, 1979 гг.) /4, 19 /, а в колебаниях отдельных участков фронтов Куросио и Ойясио (например, западной грани-

«4 щ/ п ■/ХСА ------- т \W-97 ^ — /// / \ »

% ^ хст

^ТСТ 1 /

ъ

/ \ \ т \у/ %—' у ¿/^^Г-^ / --- , 4 Г" / 4 х

хст '' 9 —

Л/г/ ¿/С V 3 { * V [) / тсд>~- ; ч , N / ^ чу

2о-а\ Л т / ^ . '§({*' (хст' 'У

Р ■ \ / • ств \ \ / Х^СТ \

№ 1 В<?3 > / / X// л!)

05.0?/1 / / Ш//1 А/ * / ств и / 1 Щъ ш '/( ' \ [а&

/ V V

/ /X/ ств о/ / V Л«-/ / / /*• г ч Ч

\ \ Л у

Рис.

б. Проникновение теплых и холодных вод через фронт Куросио в виде мезомасштабных порций (вихрей) весной 1991 года

цы северного вихря фронтальной зоны) и при формировании мезомас штабных неоднородностей - близкие к 15 суткам (полумесячные) / 2, 4 /, что соответствует периодичности колебаний ТПО и глуби ны залегания термоклина (Фукс, 1972, 1976) и, видимо, имеет ту же приливную природу. При формировании мезомасштабных вихрей иногда наблюдаются периоды около 20 или 40 суток /3, 7 / (см. также рис.б). Нарушение периодичности, по-видимому связано с ат мосферными воздействиями, ускоряющими или задерживающими развитие гидрологических процессов.

2.4.4. Непериодические возмущения

Непериодические возмущения наблюдаются, как правило, при усилениях или смене направлений ветра. При сильных северных, се веро-западных ветрах обычно наблюдаются удлинение и увеличение площади языков холодных вод; интрузии Ойясио распространяются дальше на юг, приобретая стреловидную форму; формируются узкие, особенно холодные (температура на 1-3° ниже окружающих вод)стру: появляются прогибы фронтов; растягивание теплых областей в направлении ветра (рис.7). При смене направлений ветра на северовосточное или восточное наблюдается восстановление положений фронтов, сокращение языков холодных вод. Обобщая качественные -сопоставления деформаций термических фронтов с реальным полем ветра можно сказать, что усиление северных, северо-западных ветров в течение 1-2 суток до 10-15 м/с приводит к смещению фронто: на 10-20 миль, а усиление ветра за такой же период до 20-30 м/с-до 30-50 миль. К таким же перемещениям фронтов приводят более слабые ветры, действующие длительное время. Продолжительное действие сильных (10-15 м/с и более) ветров может вызвать в субарктической зоне полное разрушение теплых областей диаметром 60-80 миль, т.е. способствует погружению теплых ядер антициклонов под слой холодных вод / 16 /. Скорость перемещения участков фронта (0,02% от скорости ветра с отклонением от его направления на 30-40° вправо) оказывается близка к скорости дрейфовых течений, рассчитанных по формуле Экмана и данным инструментальных наблюдений (Куренная, 1990).

В весенний период при смене северо-западных направлений вег ра на юго-восточное наблюдался другой вид возмущений - теплые грибовидные вторжения. В зависимости от среды, в которую происходили вторжения, они имели различные очертания. Вторжение в однородную область антициклонического вихря имело струю шириной

> v 1 <t \ ч v А

Г>> аЛ J ^ \ Vcv^* \\ Зш у tfr1? nj >^ КУРб£и» х/ч, САв «CA * KVPOOJO { ,к ХСА ч х — ч </

MS«

Рис. 7. Деформация термических фронтов при сильных северо-западных ветрах

10-15 миль и длиной более 100 миль. Противоположно-направленные вихри имели диаметры 20-30 миль. Грибовидные вторжения в воды первой ветви Ойясио имели более короткие (30-40 миль) и широкие {15-20 миль) струи и слабо выраженные вихревые элементы.

Таким образом, анализ ИК изображений и карт ТСП0 позволяет прослеживать уже известные особенности структуры фронтальной зоны Куросио-Ойясио и ее изменчивости (фронты Куросио и Ойясио, межгодовые различия их положения), так и особенности, не наблюдающихся традиционными средствами (количество вихрей различных размеров, формирование струйных выбросов и мезомасштабных вихрей и т.д.).

3. О связи распределения и миграций промысловых объектов с особенностями структуры фронтальной зоны Куросио-Ойясио

3.1. Зависимость направления миграций сардины, скумбрии и сайры от крупномасштабных особенностей фронтальной зоны Куросио-Ойясио

Рассмотренные выше особенности структуры и межгодовой изменчивости фронтальной зоны Куросио-Ойясио оказывают весьма существенное влияние на северные и южные миграции сардины, скумбрии и сайры. В первую очередь было замечено влияние на пути миграций рыб направления первой (северо-восточной) ветви Куросио (Новиков 1979). Анализ материалов последующих лет позволил значительно уточнить эти зависимости, связав пути и время миграций рыб с расположением основных фронтов и теплых рингов / II, 21, 26 /. В конкретных условиях каящого года миграции рыб отличались своими особенностями, но можно выделить три основных их направления. В начальный период северных миграций сардины и скумбрии основную роль играет меандрирование фронта Куросио и наличие к северу от него крупного теплого вихря первой ветви Куросио. Большую часть лет цепочка теплых вихрей первой ветви Куросио обеспечивала возможность миграции сардины к северу вдоль 142-145°в.д. (рис.8 а). Однако, в некоторые годы интенсивное развитие холодных интрузий в прибрежной зоне вызвало отклонение путей миграций сардины на восток во вторую ветвь Куросио (1984, 1966 гг.). При этом в марте-апреле 1986 г. в первой ветви Куросио отсутствовал крупный теплый вихрь (он сформировался только в мае) и скопления сардины мигрировали на север в основном по второй ветви Куросио (147-150°в.д.). Весной 1964 г., несмотря на максимальное развитие первой ветви Ойясио к востоку от нее существовал крупный (около 100 миль) теплый ринг и миграции сардины проходили вначале по его западной периферии, а затем отклонялись на восток вдоль фронта Ойясио (рис.8 б). В тех случаях, когда одновременно с интенсивным развитием первой ветви Ойясио северо-восточнее м.Инубо формировались мезомасштабные теплые вихри ("выступы"), а ширина зоны Сан-гарского течения достигала 25-30 миль (1961 г.) создавались условия для миграции рыб на север вдоль фронта Сангарского течения, концентрации их у южных берегов о.Хоккайдо или выхода их во фронтальную зону после того, как температура вод Ойясио (1-5°) повышалась до приемлемых величин (.см.рис.3). Это относится как к cap-

лс. 8. Пути миграций сардины в годы с различной структурой фронтальной зоны Куросио-Ойясио

а) - по первой ветви Куросио (1990 г.),

б) -по второй ветви Куросио (1984 г.) I - пути миграций, 2 - районы промысла

гине, так и скумбрии / II /. Кроме того, в тех случаях, когда •штрузии Ойясио были развиты слабо, появлялась возможность миграций рыб вдоль фронта Ойясио и рассредоточения на большом пространстве /II, 26 /. На заключительном этапе миграций (июнь-ноль) значительную роль играли интенсивность весенне-летнего прогрева верхнего слоя океана. При быстром формировании теплого поверхностного слоя в южно-курильском районе скопления рыб так же шстро мигрировали в традиционные районы нагула / 21 /. Если же з прибрежной зоне сохранялась значительная холодная область [1987 г.), а океанические ветви Куросио оставались более интен-швными, то создавались условия для миграций рыб (сайры) в район ¡редних Курильских островов, где антициклонические вихри создают условия, благоприятные для нагула / 21 /.

3.3. Мезомасштабные образования, благоприятные для концентрации рыб

Несмотря на то, что сардина, сайра и скумбрия распрострпне-1Ы на обширных акваториях и в течение года мигрируют через всю

фронтальную зону Куросио-Ойяеио и часть субарктических вод, плотные концентрации рыб, судя по уловам промыслового флота, встречаются в пределах оптимального диапазона температур лишь в определенных океанических образованиях. Причем, разные рыбы концентрируются в однотипных структурах, где, видимо, создаются известные из промысловой океанологии условия (прибрежные фронты в данном случае не рассматриваются).

В конце южных миграций рыб (сардина, скумбрия) их скопления обычно приурочены к сильно трансформированным водам первой ветви Ойясио, а затем к теплым выступам на ее границах (см.рис.7). В период максимального охлаждения верхнего слоя океана скопления рыб формируются в основном вблизи вихрей закручивания на фронте Куросио (у окончания языков теплых и холодных вод). Если у побережья о.Хонсю формируется мезомасштабный теплый меандр-вихрь -то в его левой, циклоничевкой области. Это, по-видимому, дает им возможность удерживаться в определенном районе с минимальным расходом энергии / 29 /.

В период северных миграций основными районами концентраций рыб являются: западные, северо-западные периферии антициклонов с северными, северо-восточными направлениями течения, вихри закручивания на границах теплых рингов, струйные вторжения, мезо-масштабные антициклонические вихри, периферийные участки или теплые затоки в циклонических областях (см.рис.3). В данном случае они позволяют рыбам преодолевать температурные барьеры, двигаться в нужном направлении с наименьшими затратами энергии и находить достаточно корма / II, 29 /.

В период нагула (рис.9 а) основными районами концентрации рыб являются северные фронты антициклонических вихрей, деформированные мелкомасштабными вихрями, холодные затоки в их центральной области (в южно-курильских, средне-курильских вихрях и в вихрях, расположенных восточнее) / II, 27, 29 /. Кроме того, наиболее устойчивые условия для концентрации рыб формируются на фронте между водами Соя и Ойясио, который формируется в ЮжноКурильском районе. Реже скопления сайры и сардины наблюдаются на восточном фронте Ойясио и в циклонических вихрях севернее южнокурильских антициклонов / 29 /. По мере увеличения толщины верхнего однородного слоя скопления рыб переходят через термический фронт и начинают располагаться с холодной его стороны в водах Ойясио. Это несколько уменьшает приуроченность скоплений к мезо-масштабным циклоническим вихрям (рис. 9 б). В указанных динами-

>ис. 9. Районы промыслоЕых концентраций сайры (I), сардины (2), скумбрии (3); а) - 17-19 сентября 1938 г., б) - 27-28 октября 1987 г.

ческих образованиях скопления рыб наблюдаются иногда до конца октября. В частности, скопления скумбрии в 1930 г. оставались в циклонических вихрях севернее субарктического фронта до первой, а в 1979 г. - до третьей декады октября / II /. Мигрируя на юг по второй ветви Ойясио скопления сайры и других рыб часто концентрируются на наиболее обостренных участках фронта Ойясио (меящу 145 и 150°в.д.), который препятствует их продвижению к югу / 21 /. В ноябре скопления рыб уже, как правило, снова наблюдаются в пределах трансформированных вод первой ветви Ойясио.

3.4. Другие возможности использования карт ТСПО в рыбохозяйственных исследованиях

Кроме определения вероятных путей миграций сардины, сайры и скумбрии и выделения благоприятных для их концентрации участков акватории, которые проводятся регулярно, данные о положении океанических фронтов, течений и вихрей могут быть использованы для изучения и мониторинга условий обитания и миграций других объектов. Условия обитания лемонемы на шельфе южных Курильских островов связаны с положением стрежня Ойясио. В тех случаях, когда течение проходило вдоль свала глубин, наблюдались устойчивые скопления лемонемы и максимальные уловы (от 30 до 80 т/судо-сутки). Выход на материковый склон мезомасштабного теплого вихря или проникновение вод течения Соя вызывали неустойчивость скоплений и снижение уловов. Подход к материковому склону крупного теплого ринга и ослабление прибрежной ветви Ойясио (1909 г.) вы-

зывает частичное рассеивание скоплений, их отход на северо-восток в воды Ойясио и их погружение на-глубину 600-700 м / 23 /.

Скопления морских котиков формируются как и скопления рыб на границах теплых рингов с ветвями Ойясио в районах мезомасш-табных циклонических вихрей. В годы с северным (3б°30'с.ш. и севернее) положением фронта Куросио и его рингов, слабым развитием первой ветви Ойясио в сочетании с малой ледовитостью южной части Охотского моря складываются благоприятные условия.для северных миграций котиков и их ранний подход на лежбища. Наоборот, в годы с южным и удаленным от Курильских островов положением теплых рингов в сочетании со сложной ледовой обстановкой в Охотском море (IG80-ISB3 гг.) наблюдается поздний подход котиков на лежбища . /18/.

По всей вероятности, полученные данные о структуре и изменчивости фронтальной зоны Куросио-Ойясио могут быть использованы для изучения условий обитания и других объектов промысла.

Выводы

1. Термические неоднородности, наблюдаемые на ИК изображениях океана не являются чисто поверхностными явлениями, а отображают термохалинную структуру и динамику вод (течения, фронты, вихри). Их типичные очертания служат индикаторами термодинамических образований.

2. На картах ТСПО получают отображения все известные из традиционной океанологии черты фронтальной зоны Куросио-Ойясио (течения, их меандры, ветви, крупномасштабные фронты, синоптические вихри, изменчивость с периодами 7-8 и 2 года и 25-30 суток). Кроме того, они позволяют наблюдать особенности структуры фронтальной зоны и ее изменчивости, которые не выделяются по данным традиционных методов исследования: чередование струй и вихрей противоположного вращения, цепь антициклонических образований вдоль Японских и Курильских островов с расстояниями между центрами 120-180 миль, уменьшение устойчивости образований и размеров вихрей восточнее 150-152°в.д., узкие (10-30 миль), выклинивающиеся вниз по течению струи, сформированные адвекцией вод в стрежнях течений.

3. Межгодовая изменчивость с периодами 7-8 и 2-3 года проявляется в положении и контрастности фронтов Куросио и Ойясио, размерах и направлениях движений теплых рингов; с периодами 4 года - в размерах теплых рингов и формировании мезомасштабных вих-

эей восточнее о.Хоккайдо. Однако, все периоды проявляются только на определенных отрезках времени.

4. Сезонная изменчивость проявляется в деформациях фронтов радиационным прогревом и атмосферными воздействиями, а также в смене направлений движения антициклонов Куросио и согласуется с лнением об интенсификации Куросио весной и осенью.

5. В меандрировании течении выделяются волнообразные возму-цения с длиной 250-320 миль (крупномасштабные меандры Куросио) 120-160, 60-70, 30-40 и 15-20 миль ("пилообразные возмущения).

6. Преобладающие размеры антициклонических вихрей 100-120 даль; средняя скорость перемещения - 0,5 миль/сутки; время существования от 2-3 месяцев до 4 лет; особенности структуры - в Зольшинстве случаев относительно холодная центральная область. Размеры циклонических вихрей во фронтальной зоне 40-90 миль, скорость перемещения 2 мили в сутки; особенность структуры -Золыпая ассиметричность, чем у антициклонов (черты как струй, гак и вихрей).

7. Выделяются два вида трансфронтального обмена: периодические формирования струйных вторжений, обусловленные волнами с щиной 150 миль и периодом 25-30 суток и формирование мезомасш-габных вихрей.

8. Полумесячная периодичность проявляется в формировании 1еоднородностей меньшего масштаба и колебаниях участков фронтов.

9. Выделение периодичности в структурных перестройках фронтальной зоны совпадают с периодичностью отдельных океанологических параметров, что подтверждает их реальность.

10. Положение фронта Куросио и теплых рингов определяет пути северных миграций пелагических рыб по первой или второй вет-зям Куросио или вдоль фронта Сангарского течения.

11. Наиболее благоприятными для концентрации пелагических зыб мезомасштабными образованиями являются циклннические вихри закручивания, теплые струйные вторжения и теплые затоки в цикло-мческих областях (при северных миграциях), холодные области знутри антициклонов (в основном летом) и обостренные участки фро-¡та (в основном при южных миграциях).

12. Кроме условий распределения и миграций сайры, сардины и скумбрии материалы дешифрирования ИК изображений могут быть ис-юльзованы для изучения и мониторинга условий миграций морских сотиков и концентрации глубоководных рыб (лемонемы) на материко-зом склоне южных Курильских островов.

Ш. СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИИ

1. Булатов Н.В. Океанологическое дешифрирование фронтальных зи океана по спутниковым ТВ и ИК снимкам. /Тезисы докл. I съезда советских океанологов. Москва, 20-25 июня 1977 г. М.Наую 1977, с.180/.

2. Булатов Н.В., Луданник Л.А., Фукс В.Р. Мезомасштабное вихре-образование во фронтальной зоне Куро-Сиво (по данным метеор< логических спутников Земли). /Вестник Ленинград.ун-та, 1978, № 18, с.87-94/.

3. Булатов Н.В. О структуре и динамике полос теплых вод севернее субарктического фронта в Тихом океане. /Изв.ТИНРО, I960, т.104, с.50-57/.

4. Булатов Н.В. Некоторые черты синоптической и межсезонной изменчивости в системе вод Куросио по данным метеорологически? спутников Земли. /Тр.ДВНИГМИ, I960, вып.80, с.34-45/.

5. Булатов Н.В. Вихревая структура субарктического фронта в северо-западной части Тихого океана. /Уч.записки ЛГУ, I960,

№ 403 "Спутниковая океанология" 2, с.61-72/.

6. Булатов Н.В. Определение зон термических контрастов на ИК снимках и их океанологическая интерпретация. § 19 в гл.4 "Определение зон термических контрастов на поверхности океан

г ТВ и ИК снимкам. /Инструкция по использованию спутниковой ин формации для гидрометеорологического обеспечения. Мин-во обо роны СССР, Главное упр-е навигации и океанографии, IS6I, с.116-122/.

7. Булатов Н.В. Особенности формирования циклонических меандров и вихрей в зоне субарктического фронта (по данным ИСЗ)./Иссл Земли из космоса, 1962, № 3, с.53-58/.

8. Булатов Н.В. Исследование структуры и изменчивости вод северо-западной части Тихого океана по данным ИСЗ. /Тезисы докл. П Всесоюзнойо съезда океанологов. Ялта, 10-17 декабря 1962, ч.1, вып.4, Севастополь, IS62, с.65-66/.

9. Булатов Н.В., Лобанов В.Б. Исследование мезомасштабных вихре восточнее Курильских островов по данным метеорологических спутников Земли. /Исслед. Земли из космоса, 1983, № 3, с.40-

Ю. Рекомендации по использованию спутниковых ИК снимков в океанологических исследованиях. /Препринт, Владивосток, ТИНРО, 1964, 44 е./.

II. Дьяков Б.С., Еулатов Н.В., Беляев В.А. Влияние гирологиче-

еких условий на распределение скумбрии к востоку от Японии. /Изв. ТИНРО, 1964, т.109, с.73-в2/.

12. Булатов Н.В. Структура и изменчивость вод северо-западной части Тихого океана. /В сб."Исследование и рациональное использование биоресурсов дальневосточных и северных морей", тезисы докл.Всесоюзного совещания, Владивосток, 15-17 октября IS65, Владивосток, IS65, с.14-15/.

13. Булатов Н.В., Харченко А.М. Использование космической информации в рыбном хозяйстве Дальнего Востока, /сб.Проблемы Дальневосточной рыбохозяйственной науки. М., Агропромиздат, 1965, с.74-82/.

14. Булатов Н.В., Куренная Л.А. О сезонной и синоптической изменчивости горизонтальной термической структуры вод северо-западной части Тихого океана, наблюдаемой на ИК изображениях. /Тезисы докл. Ш съезда советских океанологов, секция "физика и химия океана". Ленинград, 14-19 декабря 1987. Л., Гидро-метеоиздат, 1067, с.58-59/.

15. Митник Л.М., Булатов Н.В., Лобанов В.Б. Синоптические вихри в океане на спутниковых радиолокационных изббражениях./Докл. АН СССР, 1969, т.307, № 2, с.454-456/.

16. Булатов Н.В., Лобанов В.Б., Ломакин А.Ф., Рогачев К.А., Толмачев К.П. История А2: структура и динамика синоптического вихря Куросио. /Препринт. Владивосток, ТОЙ ДВО АН СССР,

1968, с.45/.

17. Булатов Н.В. Опыт использования спутниковой информации для изучения фронтальной зоны Куросио и обеспечении промысла. /Тезисы докл. Всесоюзной конф. "Использование спутниковой информации в исследованиях океана и атмосферы". Звенигород,

1969. М., 1989, с.12/.

'.8. Ащепков А.Т., Еулатов Н.В., Муктепавел Л.С. Использование спутниковой информации при определении сроков промысла и воспроизводства северных морских котиков. /Тезисы докл. Всесоюзной конф. "Использование спутниковой информации в исследованиях океана и атмосферы". Звенигород, апрель 1969, М., 1969, с.39/.

9. Булатов Н.В. Спутниковые наблюдения взаимодействия вихрей с течениями. /В сб."Дистанционнне исследования океана". Владивосток, ТИНРО-ВНИРО, 1990, с.32-44/.

0. Лобанов В.Б., Рогачев К.А., Булатов Н.В., Ломакин А.Ф.,

Толмачев К.П. Долгопериодная эволюция теплого вихря Куросио /Докл. АН СССР, 1991, т.317, № 4, с.964-968/.

21. Novikov J.V., Ivaiiov A.V., Bulatov H.Y. Pelagic fish stocks in North-Western Pacific and their commercial harvesting perspects. /Bull, of the Japanese society of Fisheries Oceanography. Vol.55» No.1, 1991, pp.65-72/.

22. Bulatov N.V., Lobanov V.B. Monitoring of the Kuroshio warm-core rings during 1986-1990. / The 6 th IECSS Worksho. Fukuoka, april 22-27 1991, Abstracts, p. 17 /•

23. Савин A.B., Булатов H.B. Влияние динамики вод на промысел лемонемы. /Тезисы докл. Всесоюзной научной конф. "Проблемы рыбопромыслового прогнозирования", Калининград, 5-7 июня

1991. Калининград, 1991, с.114-115/.

24. Рогачев К.А., Булатов Н.В. Долгопериодная изменчивость структуры субарктической фронтальной зоны Куросио-Ойясио, определенная по спутниковой информации. /Исслед. Земли из космоса. 1991, №4, с.104-110/.

25. Еулатов Н.В., Харченко A.M. Результаты и проблемы использования спутниковых данных в исследованиях ТИНРО. /Тезисы докл. Всесоюзной конф. "Рациональное использование биоресурсов Тихого океана". Владивосток, 8-10 октября 1991, Владивосток, 1991, с.27-28/.

26. Булатов Н.В., Кеня B.C. Зависимость путей северных миграций сардины от крупномасштабных ососбенностей развития фронтальной зоны Куросио. /Тезисы докл. Всесоюзной конф. "Рациональное использование биоресурсов Тихого океана", Владивосток, 8-10 октября 1991, Владивосток, 1991, с.25-26/.

27. Bulatov N.V., Lobanov V.B. Influence of Kuroshio warm-core rings on hydrographie and fishery conditions off Southern Kuril Islands. / Proc. PORSEC-^2, Okinava, Japan, August 25-;

1992, pp. 1127-1131 /.

'28. Булатов Н.В. О возможности типизации синоптических процессов во фронтальной зоне Куросио по данным спутниковых и судовых наблюдений. /Тезисы докл. IX Конф. по промысловой океа нологии. Калининград, 20-25 сентября 1093 г., Москва, 1993, с.263-265/.

29, Булатов Н.В. Опыт выделения районов, благоприятных для концентрации пелагических рыб по спутниковым ИК изображениям океана. /Тезисы докл. IX Конф. по промысловой океанологии. Калининград, 20-25 сентября 1993 г., Москва, 1993, с.265-266