Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по разное
на правах рукописи
Юрасов Геннадий Иванович ТЕРМОХАЛИННАЯ СТРУКТУРА И ДИНАМИКА ВОД ЯПОНСКОГО МОРЯ Специальность 25.00.28-океанология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени доктора географических наук
Владивосток - 2011
Работа выполнена в Учреждение Российской академии наук Тихоокеанском океанологическом институте им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения РАН
Официальные оппоненты:
доктор географических наук, профессор, СПбГУ Фукс Виктор Робертович доктор физико-математических наук, профессор, ИМГиГ ДВО РАН Шевченко Георгий Владимирович доктор географических наук, ТИГ ДВО РАН Чупрынин Владимир Иванович
Ведущая организация: Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН
Защита состоится л___ ____________ 2011 года в __ часов __ минут на заседании совета ДМ212.232.21 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу:
199178, г. Санкт- Петербург, 10-я линия В.О., д. 33, центр дистанционного обучения Феникс; e-mail: spb.geograph@gmail.com; факс: (812) 328-41-
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке им. А.М. Горького Санкт-Петербургского государственного университета по адресу:
199034, г. Санкт- Петербург, Университетская набережная 7/
Автореферат разослан л 2011 г.
Ученый секретарь диссертационного совета кандидат географических наук Пряхина Г.В.
Актуальность темы исследования. Объектом наших исследований являются Японское море и океанологические процессы, протекающие в нем. В настоящее время Тихоокеанский бассейн России, включая Японское море, занимает ключевые позиции в обеспечении страны морепродуктами и минеральными ресурсами, в реализации стратегических задач военной доктрины, в морских транспортировках грузов в АзиатскоТихоокеанском регионе.
Несмотря на неплохую изученность Японского моря, ряд важных принципиальных вопросов океанографии его вод не получил должного освещения. К ним относятся:
характеристики водных масс и структуры вод, фронты и фронтальные разделы, механизмы формирования и трансформации водных масс; процессы вентиляции и перемешивания, горизонтальная и вертикальная циркуляции вод. Настоящее исследование направлено на изучение этих сторон гидрологического режима, что позволит ликвидировать существующие пробелы в характеристике океанографических особенностей Японского моря.
Выполненные в последние десятилетия исследования c использованием данных зондовых измерений высокой точности показали изменчивость характеристик промежуточных и придонных вод, обусловленную вентиляционными процессами, обновляющими глубинные и придонные слои за счет новых вод, имеющих непосредственный контакт с атмосферой. Именно это направления является в настоящее время важнейшим при изучении природы Японского моря. Естественно, что именно в результате динамических процессов происходит перераспределение поверхностных и глубинных вод, и без знания характеристик течений невозможно прийти к объяснению этих явлений. Анализ же термохалинной структуры вод позволяет вскрыть закономерности в изменчивости температуры и солености, и, таким образом, найти фактическое отображение динамических процессов и результатов взаимодействия в системе океан-атмосфера.
Цель работы - исследование термохалинной структуры и динамики вод Японского моря, а также процессов и механизмов их определяющих.
Для реализации поставленной цели решались следующие основные задачи:
- создать массив данных глубоководных гидрологических измерений за весь исторический период исследований Японского моря;
- разработать методику обработки данных многолетних наблюдений, позволяющую определять положение нижней границы деятельного слоя, и рассчитать значения гидрологических элементов в центрах полуградусных квадратов на средний день каждого из месяцев года;
- исследовать на основании данных гидрологических измерений за период 1925-19гг. пространственно-временную изменчивость температуры и солености и определить их среднемноголетние (климатические) характеристики.
- изучить классификацию водных масс, определить их количественные показатели:
диапазоны изменчивости температуры и солености, пределы глубин залегания и горизонтальные границы. Выделить характерные типы структур вод.
- выявить, используя высокоточные зондовые измерения температуры и солености, детальный анализ водных масс и структуры вод на шельфе северо-западной части моря;
- оценить на основе данных анализа поля течений, рассчитанных по трехмерной диагностической квазигеострофической модели, учитывающей вращение Земли, рельеф дна, конфигурацию береговой черты, ветер, водообмен через открытые участки границы (проливы), основные факторы, определяющие циркуляцию вод моря. Выполнить динамические расчеты на климатическом интервале и построить схемы интегральной циркуляции и составляющих вектора скорости геострофических течений;
- изучить характеристики фронтов и явления апвеллинга в прибрежных районах северо-западной части моря с использованием данных дистанционных (спутниковых) и контактных (судовых) измерений;
- рассмотреть модели вентиляции вод и с их помощью оценить интенсивность вентиляции глубинных вод за весь период изучения Японского моря.
На защиту выносятся:
1. Методика построения среднемесячных полей гидрологических характеристик.
2. Климатические характеристики водных масс, типов структуры вод и течений глубоководных районов Японского моря 3. Водные массы и явления апвеллинга в прибрежных районах Японского моря.
4. Климатические термические и халинные фронтальные разделы в Японском море по данным судовых измерений. Поверхностные термические фронты по данным спутниковых наблюдений.
5. Основы гидрологического режима прибрежных вод морей с муссонным типом.
6. Физическая и боксовая модели вентиляции глубинных и придонных вод Японского моря.
Методы исследования. В связи с многоплановостью поставленных задач для их реализации использовались как классические методы анализа, так и разработанные соискателем с соавторами методики и численные схемы. При анализе термохалинных характеристик вод применялись традиционные, а также модернизированные статистические методы T,S- анализа.
Исследование поверхностных термических фронтов и апвеллинга потребовало привлечения спутниковых данных. Для изучения поля течений применялись методы численного моделирования, а также классический динамический метод. Кроме того, при решении ряда прикладных вопросов использовались методы статистического анализа и метод наименьших квадратов.
Практическая значимость работы. Диссертационная работа выполнена в рамках реализации плановых работ ТОИ ДВО РАН по целевым программам ВЕСТПАК и дальневосточные моря, Мировой океан. Результаты по теме диссертации вошли составной частью в отчеты по этим и хоздоговорным темам.
Результаты работы, характеризующие гидрологические и гидродинамические факторы Японского моря, могут быть использованы при оценке состояния экосистемы вод моря в целом и отдельных его частей. Данные о фронтах, зонах апвеллинга, водных массах в прибрежной зоне широко используются рыбопромысловым флотом. Предложенная соискателем гидродинамическая модель залива Петра Великого может быть успешно использована в решении проблемы экологической безопасности акватории залива, обусловленной сбросом промышленных и бытовых отходов. Сведения о течениях могут быть использованы в морской практике как надводного, так и подводного флотов для расчетов в целях защиты интересов государства.
Атласы, в которых разделы, характеризующие океанографию Японского моря, выполнены соискателем, служат справочным пособием при проведении как научной, так и хозяйственной деятельности.
ичный вклад автора. Основные результаты работы получены соискателем лично.
Он участвовал в организации и проведении экспедиционных исследований в Японском море.
Гидрологические данные (современные) получены лично им или при его участии.
Соискатель непосредственно принимал участие в создании и формировании баз данных по океанографии Японского моря, используя измерения, полученные им в морских экспедициях и Архивах мореведческих организаций России.
Соискатель провел самостоятельно расчеты термохалинных характеристик в узлах полуградусной сетки по разработанной им методике, а также течений и проанализировал полученные результаты. Соискателем лично или под его непосредственным руководством написаны опубликованные научные статьи по теме диссертации.
В монографии Течения Японского моря раздел Исследование циркуляции вод Японского моря диагностическими методами полностью написан соискателем. Он принимал участие также в обработке и анализе данных наблюдений над течениями и в совместном написании главы о формировании гидрофизических полей под влиянием течений. В монографии Природопользование в прибрежной зоне, а также в Атласах участие автора ограничивалось разделами по океанографии Японского моря.
Достоверность полученных результатов обусловлена использованием исторических данных океанографических измерений, прошедших тщательный предварительный контроль, а также данных современных высокоточных зондовых CTD-измерений, применением современных математических методов и моделей океанографических процессов и явлений.
Полученные результаты не противоречат сложившимся представлениям о термохалинной структуре и динамике вод Японского моря, значительно их расширяют и детализируют, а также дают объяснение проблемным вопросам, связанным с вентиляцией и перемешиванием вод, развитием апвеллинга в прибрежных районах, водообменом через проливы, циркуляцией вод, водными массами и типами термохалинной структуры.
Апробация работы и публикации. Результаты работы в период ее выполнения (1979-20гг.) докладывались и обсуждались на семинарах отдела общей океанологии, на океанологических семинарах ТОИ ДВО РАН, на Ученых советах мореведческих организаций Дальнего Востока;
на Первом (1977, г. Москва) и Втором (1982, г. Ялта) съездах советских океанологов; на международных симпозиумах и конференциях: JECSS (1989 г., Корея, 1991 г., Япония), IAPSO (1991 г., Австрия; 1995 г., США), PIСES (1994 г., Япония; 1996 г., Канада; 2000 г., США; 20г., Канада; 2007 г., Канада; 2008 г., Китай), CREAMS (1997 г., 1999 г., Япония; 2001 г., США; 20г., Корея), секции УМорские наукиФ ТНА (1993 г., Япония), UNESCO/WESTPAC (1998 г., Япония).
По теме диссертации опубликовано 69 научных работы, в том числе: коллективных монографий (4-отечественные и 2-зарубежные), 3 атласа, рукописи, 3 1 тезисов в зарубежных и отечественных изданиях, 2 5 статей было опубликованы в журналах из списка ВАК.
Краткое содержание. Основное содержание работы
изложено в шести самостоятельных главах. В структуру рукописи последовательно включены:
Введение;
Глава 1. Краткая справка по истории океанографических исследований в Японском море и сведения о состоянии изученности термохалинных характеристик и течений;
Глава 2. Факторы, определяющие гидрологический режим бассейна Японского моря;
Глава 3. Материалы наблюдений и методы их обработки, где приведены сведения об использованных данных и методах их анализа по каждому из направлений исследований;
Глава 4. Термохалинные характеристики, водные массы и структура вод, где проведен анализ водных масс глубоководных и шельфовых районов;
Глава 5. Течения Японского моря, где анализируются результаты расчетов трехмерного поля течений для моря в целом и отдельных его районов;
Глава 6. Вентиляционные процессы и особенности гидрологии отдельных районов.
Заключение. Краткая формулировка основных результатов, выполненных исследований.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Глава. 1. История и итоги гидрологических исследований Японского моря носит обзорный характер.
В разделе 1.1. Рассматриваются основные этапы изучения моря. Отмечается, что первые сведения о Японском море были получены в период великих географических открытий и связаны с именами широко известных мореплавателей (Лаперуза, Броутона, Крузенштерна, Невельского). Уже в 1854-1856 гг. русский академик Л.И.Шренк произвел в море ряд физико-географических наблюдений и биологических анализов проб, что легло в основу его последующих исследований. Начиная с 1860 г., после закрепления за Россией по Пекинскому договору нынешнего Приморья, начались первые гидрографические работы русских военных моряков. В 1894 г. основоположник отечественной океанографии адмирал С.О. Макаров обобщил накопленные к этому времени данные океанографических измерений и опубликовал их в известной книге Витязь и Тихий океан.
С 1871 г. начинают работы в прибрежных районах Японии и японские гидрографы, а с 1915 г. выходят исследовать и отдельные районы открытого моря. Обширные экспедиционные исследования одновременно несколькими выполнены японскими судами летом 1929 г, в июне 1932 г. и в октябре 1933 г. Обобщение данных этих исследований были выполнены в классических работах R. Suda, R. Hidaka и M. Uda.
Отечественные исследования по океанографии Японского моря наиболее широко развернулись с 1925 года, после создания во Владивостоке мореведческих организаций, которые существуют и в настоящее время: ТИНРО-центр (ранее именовавшийся ТОНС, ТИРХ), ДВНИГМИ (ранее ДВГФИ, Владивостокская морская обсерватория). С 30-х годов начали исследования и ученые Российской Академии Наук. Начавшиеся в это время экспедиционные исследования не прерывались даже в период Отечественной войны 1941-19гг. С приходом на Дальний Восток в 1949 г. научно-исследовательского судна Витязь начались качественные исследования по океанографии дальневосточных морей. В течение нескольких лет рейсами Витязя было выполнено исследование гидрологического режима Японского моря. В последующие годы океанографические съемки моря выполнялись судами ДВНИГМИ, а последняя экспедиция в пределах всего моря была выполнена в июне-августе 1999 г. международной экспедицией на американском (лR/V Revelle) и российском (лнис Профессор Хромов) судах. В настоящее время отечественные экспедиционные работы в открытых районах Японского моря проводятся редко и в ограниченном объеме. Японцы продолжают свои исследования на сети стандартных разрезов. К настоящему времени массив данных по гидрологии моря составляет около 150 тыс. станций.
В разделе 1.2. сделан обзор работ по термохалинным характеристикам вод.
Рассмотрены вопросы: горизонтального и вертикального распределения температуры и солености, фронтальных разделов, водных масс и механизмов их формирования.
В плане рассматриваемой работы обобщение многолетних гидрологических данных началось с 1930 г. К настоящему времени в рамках этих обобщений опубликовано (до 19г.) более 20 различных атласов и карт. В последние годы в ТОИ ДВО РАН созданы электронные атласы по океанографии дальневосточных морей, в которых раздел по Японскому морю написан автором настоящей работы.
Отечественные работы и монографии активно публиковались в период 1960-1961 гг.
В работе Ю.В. Истошина на основе измерений на стандартных разрезах и данных прибрежных гидрометеорологических станций (ГМС) исследован температурный режим моря. Он первым из отечественных ученых по материалам отдельных съемок попытался установить местоположение главных фронтов в море и их динамику. Им утверждается, что в море формируется два типа вертикального распределения температуры, характерных для северо-западной и юго-восточной частей моря, соответственно.
В последующих работах А.К. Леонова гидрологический режим Японского моря рассматривался в полном объеме с рассмотрением всех океанографических характеристик (температуры, солености, водных масс, типов структур вод и течений). Он в пределах акватории моря выделил четыре водных массы. Первая из них, названная ВосточноКитайской, соответствует верхнему слою Южно-Японского (по современной терминологии Цусимского) течения, мощностью 25-50 м, втекающего в море через Корейский пролив и распространяющегося на значительной территории в юго-восточной части моря. Вторая водная масса, названная Тихоокеанской, расположена ниже восточно-китайской на глубинах 50-200 м, является водой нижнего слоя Цусимского течения, сохранившего основные свойства тихоокеанской воды. Третья водная масса, названная Северной япономорской, представляет собой переработанную восточно-китайскую и частично тихоокеанскую водные массы. Четвертая водная масса, поименованная автором Глубинной япономорской, находится на глубинах больших 200 м, отличается большой однородностью термохалинных характеристик, и по своему генезису представляет результат последовательной трансформации верхнего слоя вод, т. е. Восточно-Китайской, Тихоокеанской и Северной япономорской водных масс. По мнению автора Глубинная япономорская вода из года в год в процессе конвекции вытесняется вверх и вовлекается в общий круговорот водных масс моря, частью выливаясь в соседние моря, частью вновь погружаясь в нижние слои моря, завершая сложный и весьма многообразный процесс переработки тихоокеанской воды.
Более предпочтительным в части анализа представляется исследование, выполненное в Институте Океанологии АН СССР им. П.П. Ширшова. В нём на основе многолетних данных до 1960 г., обработанных по средним месячным и сезонным интервалам, последовательно рассматривается общая характеристика гидрологии вод, водные массы, водный и тепловой баланс, циркуляция вод. В пределах всего моря были выделены следующие 3 водные массы: поверхностная тихоокеанская, поверхностная япономорская и глубинная, каждая из которых разделена на естественные слои.
В работах M.Miyazaki методом анализа кривых вертикального распределения температуры и солености был выполнен анализ водных масс в зоне влияния Цусимского течения. Им впервые южнее фронта были выделены промежуточные воды Японского моря (JIW), которые характеризуются пониженной соленостью и обычно сопровождаются максимумом кислорода. Позднее подобная особенность была отмечена и в бассейне югозападной котловины моря (Ulleng/Tsushima Basin-UBT) и эти воды были названы Промежуточными водами Восточного моря. В последствие Кim Y. and K.Kim выделили воды повышенной солености с высоким содержанием кислорода в восточной части Японской котловины, севернее САФ и назвали их Высоко солеными промежуточными водами (HSIW).
Наиболее детальные, но наименее упоминаемые в научной литературе, исследования водных масс на рубеже 60-70-х годов ХХ века были выполнены японском ученым S.
Nishimura. Он использовал для анализа весь массив данных гидрологических измерений, выполненных в море к этому времени.
По мере накопления данных наблюдений в глубоководных слоях Японского моря расширялись знания и об особенностях распределения термохалинных характеристик на больших глубинах, в Собственных водах Японского моря. В пределах этих вод различными авторами выделялось различное количество слоев. Высокоточные измерения с использованием CTD-зондов также подтвердили присутствие в Собственных водах Японского моря нескольких слоев. Отмечено, что эти воды моря не являются однородными, как это утверждалось ранее, а состоят из промежуточной, глубинной и придонной водных масс. В совместной российско-американской публикации в толще Собственных вод Японского моря выделено наибольшее количество слоев воды (восемь): высоко соленые промежуточные воды; центральные воды; нижние собственные япономорские воды, включающие в себя расположенный на глубине 1500 м. слабый глубинный минимум солености и минимум кислорода на глубине 2000 м.; а также глубинные воды; донные воды и придонный адиабатический слой.
Результаты отечественных исследований последних лет по водным массам Японского моря немногочисленны. Одна из работ, представленная Л.П.Якуниным в виде тезисов и выполненная на многолетнем массиве данных, является по существу справкой, в которой приведены современные названия ранее выделенных водных масс. В другой более обширной работе В.А.Лучина в деятельном слое моря до глубины 600 м выделено пять водных масс:
поверхностная, северная япономорская, промежуточная, Тихоокеанская или промежуточная с повышенной соленостью, глубинная. Вместе с тем при более детальном рассмотрении предоставленных результатов оказывается, что типов вод, сложенных по вертикали всего пятью обозначенными водными массами насчитывается восемь. Также вызывает сомнение определение ареалов распространения отмеченных типов структуры вод. Известно, что границы между водными массами приурочены к зонам фронтов, но из проведенного авторами анализа этого не следует.
Завершая обзор работ по водным массам, следует отметить, что предшествующие исследования водных масс нуждаются в существенном уточнении, которое может быть достигнуто при более тщательном анализе натурных данных, а также разумном использовании полученных различными исследователями конкретных результатов. В предлагаемой работе водные массы и термохалинная структура вод рассматриваются отдельно для глубоководных и шельфовых районов. В глубоководных районах их выделение основано на полном массиве данных глубоководных измерений, то есть выполняется на климатическом масштабе. В шельфовых районах северо-западной части Японского моря для выделения водных масс и типов структуры вод используются данные крупномасштабных съемок шельфа с использованием модифицированного метода статистического Т, S-анализа.
В глубоководных районах моря вертикальные границы водных масс приурочены к глубинам залегания термохалоклинов, а горизонтальные определены положением фронтов, исследованию которых посвящен специальный раздел работы.
В разделе 1.3. сделан обзор существующих представлений о течениях Японского моря. Впервые основные течения Японского моря на основе термометрических наблюдений были определены Шренком. Он первый дал общую схему циркуляции вод, согласно которой мощная струя теплого течения, входя в море через Корейский пролив, распространяется к северу вдоль побережья Японских островов и выносит воды в проливы Сангарский и Лаперуза. Вдоль побережья материка существуют стоковое течение из лимана р. Амур. Дальнейшие исследования касались уточнения и развития этих взглядов. Наиболее существенным было уточнение С.О.Макарова об отсутствии связи течения вдоль берега Приморья со стоком вод из лимана р. Амур. Первые попытки определения циркуляции поверхностных вод Японского моря на основе данных Убутылочной почтыФ были предприняты в начале XX века.
Дальнейшее изучение течений Японского моря было возобновлено после 20-летнего перерыва, когда летом 1928 г. японскими океанографами в южной части моря было выполнено 98 глубоководных гидрологических станций. На основании этих данных с использованием разработанного к тому времени динамического метода был сделан расчет течений. Анализ динамических расчетов и измерений течений окончательно подтвердил циклонический тип циркуляции вод Японского моря в целом. Было показано, что основные элементы горизонтальной циркуляции сохраняются в течение всего года. Наибольшей сезонной изменчивостью характеризуются течения Татарского пролива и центральной части моря, а в прибрежных областях имеют место устойчивые течения. В работе М. Уда была проведена классификация основных течений в результате чего выделены отдельные течения:
теплое Цусимское, холодные Северо-Корейское, Лиманское и Сибирское течения.
В довоенные и послевоенные годы на основе данных гидрологических измерений и наблюдений над течениями отечественными учеными была исследована циркуляция вод в различных районах моря: в прибрежье Приморья, в Татарском проливе заливе Петра Великого. Уточнению существующих представлений о циркуляции вод в юго-восточных районах моря посвящены многочисленные исследования как советских, так и японских ученых. Помимо рассмотренных выше работ, посвященных исследованию и детализации течений отдельных звеньев циркуляции вод, были предприняты попытки расчета течений всего моря на основании данных многолетних наблюдений над температурой и соленостью.
Используя массив наблюдений, выполненных в море до 1956 г., Ю.В. Павлова (Сизова) в 1958 г. выполнила расчет течений для различных сезонов года В 1970-1980 гг. годы продолжаются отечественные публикации по динамике вод Японского моря. Они основаны как на традиционном анализе карт динамической топографии, рассчитанных по данным гидрологических измерений, так и на новых методах численного расчета течений. К первому из рассматриваемых направлений следует отнести работы, посвященные режиму горизонтальной циркуляции и основанные на гидрологических съемках, выполненных судами ДВНИГМИ в марте 1974 и 1975 гг., а также в декабре-январе 1974-1975 гг. В этих работах приводится генетическая схема циркуляции вод для зимнего сезона и дается сравнительная характеристика полей геострофических течений. К работам второго направления следует отнести численные расчеты В.Ф.Козлова по интегральной циркуляции вод Японского моря с целью выяснения влияния на течения рельефа дна, бетта-эффекта, бароклинности, ветра, расходов через проливы и сезонной изменчивости гидрологических условий. Его расчеты показали, что наиболее существенное влияние на циркуляцию вод оказывает водообмен через Корейский пролив и совместный эффект бароклинности и рельефа дна (СЭБИР).
Нынешние представления о динамике вод Японского моря сводятся к следующему.
Как показано В.Г. Яричиным на основании данных измерений течений в динамическом отношении море может быть разделено на два сектора теплый и холодный, где характер течений и циркуляция вод отличаются друг от друга (рис. 1.1). В теплом секторе, расположенном к югу от фронтальной зоны, выделяются два сравнительно устойчивых теплых течения: Цусимское и Восточно-Корейское. Первое из них следует вдоль шельфа островов Хонсю и Хоккайдо, а второе своей северной струёй повторяет очертания зоны фронтального раздела.
В холодном секторе, к северу от фронтальной зоны, движение вод осуществляется по системе циклонических круговоротов, западная периферия которых примыкает к материковому шельфу. Основные элементы горизонтальной циркуляции в этом районе состоят из трех круговоротов. Западная периферия этих круговоротов формирует в шельфовой зоне три холодных течения с южной составляющей: течение Шренка, Приморское и Северо-Корейское Рис. 1.1. Обобщенная схема течений Японского моря Несмотря на многочисленное количество работ, затрагивающих различные аспекты горизонтальной циркуляции вод Японского моря, в научной литературе нет ни одной работы, которая содержала бы четкое и достоверное представление хотя бы о сезонной изменчивости системы течений. Одни исследования страдают недостатком исходного материала другие используют такие ряды наблюдений, которые позволяют вскрывать лишь тенденции, но не закономерности, третьи ограничиваются анализом нерегулярных океанографических съемок.
Исходя из вышеизложенного, представляется целесообразным, используя численное моделирование течений оценить влияние различных факторов на циркуляцию вод Японского моря и рассчитать как интегральную циркуляцию, так и три составляющих вектора скорости течений. Вместе с тем, используя динамический метод расчета с привлечением созданного массива многолетних гидрологических измерений, рассчитать течения Японского моря на различных глубинах.. В соответствующих разделах настоящей работы изложена методика расчета, характеристика использованного материала и методика построения полей исходных данных, а также приведены результаты численных (включая и динамический метод) расчетов и карты циркуляции вод на различных глубинах.
Глава 2.Факторы, определяющие гидрологический режим Японского моря Своеобразные гидрологические условия водной среды Японского моря и отдельных его частей определяются: а) географическим положением; б) климатическими условиями, их изменчивостью и связанными с ними сезонными и межгодовыми колебаниями атмосферной циркуляции и температуры воды; в) опресняющим влиянием материкового стока и атмосферных осадков; г) орографическими условиями, влияющими на интенсивный прогрев мелководья в весенне-летний период и быстрое охлаждение в начале зимы, изолированностью вторичных заливов и бухт; д) обменом водами с соседними бассейнами через проливы; е.) различными динамическими факторами (приливными явлениями, адвекцией, волнением, ветровыми сгонами и нагонами, перемешиванием вод); ж) теплообменом между морей и атмосферой.
В данной главе по опубликованным данным дается краткая аннотация по всем, указанным выше направлениям. Более подробно затронут вопрос о водо-теплобмене моря.
Показано, что общий дефицит тепла из атмосферы в уравнении теплового баланса компенсируется в море за счет адвекции теплых вод через Корейский пролив. Также более тщательно рассмотрены факторы, определяющие формирование водных масс на мелководье.
Показано, что создание и диссипация водных масс различных разновидностей связаны со следующими механизмами и процессами: с особенностями теплового баланса на мелководье, опреснением прибрежных вод материковым стоком, ветровым перемешиванием, прибрежными апвеллингами, приливной адвекцией и приливным перемешиванием, плотностной циркуляцией вод, конвекцией. Конвекция является механизмом возможного влияния на вертикальную структуру вод, действующим только сезонно. Именно осеньюзимой она проявляется так мощно, что практически на всей акватории шельфа полностью определяет структуру вод этот период времени. Лишь в отдельных районах шельфа при льдообразовании формируются донные воды высокой солености, которые рассматриваются как возможные источники вентиляции вод глубоководных слоев моря.
Глава 3. Материалы наблюдений и методы их обработки по направлениям исследований В связи с многоплановостью данной работы для выполнения исследований каждого направления использовались различные массивы данных наблюдений.
Для характеристики термохалинной структуры вод моря в целом собраны материалы многолетних глубоководных наблюдений за весь период изучения моря. Эти данные используются для изучения климатических характеристик водных масс, фронтов и течений.
И поэтому этот массив принимаем как базовый. Для исследования отдельных районов моря и отдельных процессов и явлений созданы специализированные массивы данных.
В разделе 3.1. рассмотрен базовые массив данных. Сведения об имеющемся в нашем распоряжении массиве отечественных и зарубежных данных приведены на рис.3.1. Как следует из рисунка объем массива за 1925-2002 гг. составляет 133752 станции.
70605040302010Рис. 3.1. Количество гидрологических станций, выполненных в Японском море за 1925-20В настоящей работе предложена оригинальная методика построения среднемесячных полей гидрофизических характеристик на основании данных многолетних измерений.
Оказывается, что достаточно хорошо разработанные математические методы могут быть успешно применены к решению поставленной задачи. Используя статистические методы, основанные на сравнении дисперсий, позволяют определить глубину, разделяющую поверхностный и глубинный слои. После выполнения этой процедуры, производится расчет средних значений температуры в узлах сетки на горизонтах ниже глубины проникновения сезонных колебаний путем обычного осреднения измерений.
Следующий этап обработки данных состоит в вычислении значений температуры на стандартных горизонтах в поверхностном слое. Для этого вначале с помощью выбранной весовой функции производится интерполяция значений температуры, измеренных в пределах квадрата, в его центр. На очередной стадии обработки осуществляется исключение сезонного хода температуры в пределах каждого из квадратов. Приведение данных измерений к середине месяца производится путем обработки их по методу наименьших квадратов. В узлах, где измерения отсутствуют, с необходимостью приходится прибегать к интерполяции. В настоящей работе для этих целей используются полиномы Лагранжа, а также вариационные методы.
Для анализа водных масс открытых районов моря используется массив данных среднемноголетних измерений температуры и солености, обработанный по вышеизложенной методике. В настоящей работе для выделения водных масс используется комбинированный подход, включающий в себя: анализ положения фронтальных разделов на различных глубинах и определение по ним горизонтальных границ различных типов структуры вод;
анализ широтных и меридиональных разрезов температуры и солености в результате чего определяются вертикальные границы водных масс, слагающих выделенные типы структуры вод; определение диапазонов изменчивости температуры и солености в каждой из выделенных водных масс. Эти же данные используются при исследовании климатических фронтов, являющихся горизонтальными границами водных структур. Более подробно метод построения климатических фронтов рассмотрен в разделе 4.1.1.
В разделе 3.2. рассмотрены данные и методы исследования водных масс прибрежных районов. Большая часть материалов, использованных в работе, получена при широкомасштабных съемках прибрежных районов в экспедициях ТИНРО на судах ТУРНИФ. Съемки проводились СTD-зондами по стандартной сетке с расстояниями между станциями не более 5-10 миль над изобатами 50, 100 и 200 м. Другая особенность состава материала по шельфу Приморья состоит в том, что этот район специально исследовался многими мелкими экспедициями. Несмотря на то, что каждая из этих экспедиций обследовала небольшой участок шельфа, классификация водных масс оказалась возможной при совместном анализе всех этих данных, а также для описания закономерностей сезонной изменчивости структуры вод.
Наибольший интерес представляли термохалинные характеристики, наблюденные в июле-августе, как отражающие типично летнюю ситуацию. Зимней структуры вод в районе исследований не существует в полном смысле этого понятия, так как она разрушается конвективным перемешиванием.
Статистический TS-анализ в принципе может быть применен как к натурным, так и к климатическим данным. Разделение водных масс на TS-диаграммах, рассчитанных по климатическим данным, происходит по УложбинамФ минимальных, но не равных нулю повторяемостей TS-классов, т.е. имеет лишь вероятностный смысл.
Глава 4. Термохалинные характеристики, фронты, водные массы и структура вод Для выделения водных масс и определения их характеристик (диапазонов изменчивости температуры и солености, вертикальных и горизонтальных границ), а также термохалинной структуры вод в рамках классического подхода необходимо выполнить анализ пространственно-временного распределения температуры и солености.
В направлении исследований, выполненных в настоящей работе, горизонтальные границы водных масс определяются фронтальными разделами, характеризующимися повышенными горизонтальными градиентами гидрологических параметров. Вертикальные границы же определяются поверхностями повышенных вертикальных градиентов (термохалоклинами). Термохалинные характеристики водных масс определяются диапазонами изменчивости температуры и солености в пределах выделенных горизонтальных и вертикальных границ. Все перечисленные характеристики находятся в процессе анализа данных наблюдений с использование разработанных методик.
Различие процессов формирования водных масс на мелководье и в глубоководных районах моря привело к раздельному рассмотрению этих районов.
В разделах работы, посвященных глубоководным районам (с глубинами более 200 м), проведен анализ пространственно- временного распределения температуры и солености, изменчивость которых на различных горизонтах определяется по среднемесячным данным и в целях исключения перегруженности графикой демонстрируются в виде карт распределения на отдельных горизонтах для характерных месяцев каждого из четырех сезонов года. За характерный месяц зимнего сезона (16 декабря-15 марта) принят февраль; весеннего (марта-15 июня) - май; летнего (16 июня 15 сентября) - август; осеннего (16 сентября-декабря) - ноябрь.
4.1. Глубоководные районы В разделе 4.1 рассматриваются водные массы глубоководных районов моря. В данной работе на основании исторического (1925-2002 гг.) массива данных гидрологических измерений для глубоководных районов моря (с глубинами более 200 м) последовательно проводится анализ пространственно-временного положения фронтов, определяющих, как показано в авторских работах, положение горизонтальных границ отдельных типов структуры вод. Далее производится анализ распределения температуры и солености на широтных и меридиональных разрезах и определяются вертикальные границы водных масс по глубинам залегания термохалоклинов, оцениваются диапазоны изменчивости температуры и солености в пределах выделенных горизонтальных и вертикальных границ для отдельных водных масс. Завершение процедуры выделения водных масс позволяет перейти к характеристике типов структуры В разделе 4.1.1. приводятся результаты по исследованию климатических фронтов в открытых районах моря. Средний модуль горизонтального градиента температуры для моря в целом, изменяется в пределах от 0.011 (в августе) до 0.017/милю (в ноябре). А в зоне фронта градиент значительно больше и достигает на отдельных участках 0.2/милю.
Положение климатического фронта как линии повышенных градиентов температуры в нашем случае определяется по карте распределения модуля температуры (G= (Т / x)2 (Т / y)2 ) как линии, проходящей через его максимальные значения.
Образец таких карт представлен на рис.4.1. Построенные таким методом схемы положения фронтов на фоне горизонтального распределения температуры и солености по среднегодовым и среднемесячным данным позволили по среднегодовым данным выделить климатические фронты на различных глубинах как в поле температур, так и солености.
Следует отметить, что халинный фронт выделен впервые.
50 Гради ент темп ературы, август 48 Градиент температуры, февраль 46 44 42 40 38 36 34 130 135 140 130 135 1Рис.4.1. Карты распределения модуля градиента температуры на поверхности В разделе 4.1.2. рассматриваются вопросы пространственной изменчивости температуры и солености по климатическим данным. По выбранным критериям глубина проникновения сезонных колебаний получилась равной для температуры 300 м., а для солености 200 м. Распределение температуры и солености на указанных глубинах для августа и февраля месяцев приведены на рис.4.2. На больших глубинах изменчивость гидрологических параметров, как показывает таблица 4.1, незначительна.
При рассмотрении карт распределения температуры на поверхности Японского моря (рис.4.3) можно отметить, что в течение всего года наиболее высокие температуры наблюдаются в юго-восточной части моря, а наиболее низкие - в северо-западной.
Рис.4.2. Распределение температуры на горизонте 300 м в августе (а) и в феврале (б) и солености на глубине 200 м в августе (в) и феврале (г).
Это обусловлено двумя причинами. Во-первых, поступлением в течение всего года субтропических вод из Восточно-Китайского моря через Корейский пролив и их распространением в южной и восточной частях моря вплоть до побережья о. Сахалин. И, вовторых, значительной протяженностью моря в меридиональном направлении от 35 до 52с.ш., При муссонном характере климата северные районы моря под действием сильных холодных муссонных ветров с материка в зимний сезон подвергаются значительному охлаждению вплоть до образования льда в Татарском проливе и заливе Петра Великого, Это обеспечивает существенное охлаждение поступающих субтропических вод по мере их движения в северном направлении и формировании вод субарктической разновидности.
Рис.4.3. Распределение температуры на поверхности в феврале (а), мае (б), августе (в) и ноябре (г).
Таблица 4.1.
Изменчивость температуры и солености в глубоководных слоях Японского моря горизонт, м Тmin, С Тmax, С Smin, Й Smax, Й 300 0.3 2.00 34.04 34.400 0.2 0.8 34.03 34.500 0.2 0.5 34.04 34.600 0.2 0.4 34.05 34.800 0.18 0.3 34.05 34.1000 0.17 0.21 34.05 34.1500 0.14 0.17 34.05 34.2000 0.14 0.17 34.05 34.2500 0.15 0.17 34.06 34.3000 0.22 0.24 34.06 34.Примечательной особенностью термического поля на глубинах 200-300 м является мезомасштабное вихревое образование с центром на 37.5с.ш. и 130.5в.д., характеризующееся повышенным фоном температуры по отношению к окружающим водам..
Это образование выделяется в поле температур и соленостей до глубины 500 м..
На вертикальных профилях температуры на фоне ее монотонного убывания с глубиной отмечаются интервалы глубин, где температура резко изменяется, так называемые термоклины. Обычно большую часть года термоклинов два: верхний, сезонный (СТ), и нижний, основной или главный (ГТ). Выше сезонного термоклина располагается верхний квазиоднородный слой (ВКС), толщина которого существенно изменяется в течение годового цикла.
В течение года наблюдаются два типа пространственного распределения солености на поверхности. Первый тип распределения солености имеет место в период с января по июнь и характеризуется тем, что её максимальные значения имеют место в южных и восточных частях моря. Второй тип, который выделяется с июля по декабрь, характеризуется максимальными значениями солености в центральной части моря. С приближением к побережью значения соленостей уменьшаются и на незначительном удалении от берега (3060 миль) в течение всего года отмечается область сгущения изохалин, то есть формируется халинный фронт.
Хотя по акватории моря соленость вод изменяется в ограниченном диапазоне значений, обычно не превышающем 1Й, но с глубиной вертикальный профиль солености, как правило, имеет несколько экстремумов. Наиболее выраженным из них является максимум солёности, наблюдаемый в теплый период года в юго-восточной части моря и связанный с адвекцией тихоокеанских вод через Корейский пролив. Ядро этих вод повышенной солености (до 34.6Й) проявляется в диапазоне глубин 50-200 м. Другой экстремум на климатическом масштабе осреднения в юго-западной части моря выявляется как промежуточный минимум солености с ядром на глубинах от 50 до 500 м, Он выражен в течение всего года и в дальнейшем классифицируется как отдельная водная масса пониженной солености (ППСА).
В разделе 4.1.3. Рассматриваются водные массы и типы структуры вод. В работе использована система классификации основных водных масс, которая, хотя пока и не представлена в полном виде в литературе, но широко используется в океанологической практике. Для глубоководных районов Японского моря обычно выделяются поверхностные, промежуточные, глубинные и донные водные массы.
Выделение водных масс в настоящей работе для глубоководной части моря производится только для центральных месяцев экстремальных сезонов года (для зимы - февраль, а для лета - август). Используя фронты, как горизонтальные границы водных масс, по горизонтальному распределению температуры и солености строго определяется интервал их изменчивости на отдельных горизонтах.
Верхняя граница поверхностной водной массы, естественно, находится на поверхности (горизонт 0 м), а нижняя - определяется как нижняя граница верхнего (сезонного) термохалоклина. Промежуточная водная масса простирается по вертикали от нижней границы верхнего термохалоклина, до глубины деятельного слоя, которая в свою очередь является верхней границей глубинной водной массы. Нижняя граница глубинных вод определяется глубиной минимума температуры (in situ), приуроченной к горизонтам 1500-2000 м. Придонная водная масса располагается на глубинах больше 2000 м.
Следуя такому подходу, по термическим признакам в пределах акватории моря выделено четыре водных массы в деятельном слое моря: поверхностная субарктическая (ПСА), промежуточная субарктическая (ПРСА); поверхностная субтропическая (ПСТ) промежуточная субтропическая (ПРСТ). Ниже деятельного слоя выделено две водные массы, распространенные на всей акватории моря: глубинная водная масса (ГВМ) и придонная водная масса (ПВМ), которые в совокупности исторически называются Собственными водами Японского моря.
Кроме обозначенных водных масс по соленостным признакам выделено еще две отдельные водные массы. Первая из них подповерхностная водная масса пониженной солености (ППСА) отмечается в юго-западной части моря и проявляется в течение всего года, и вторая подповерхностная водная масса повышенной солености (ППСТ) проявляется только в теплый период года в южной части моря.
Для определении вертикальных границ и интервалов изменчивости температуры и солености для каждой водной массы используются вертикальные разрезы по широте и долготе для двух экстремальных сезонов - зимы и лета.
Результаты исследований водных масс и типов структуры вод представлены в виде двух таблицы 4.2.
Таблица 4. 2.
Характеристика структур вод и водных масс глубоководных районов Японского моря(числитель - август; знаменатель - февраль) Водные Глубина Температура, Соленость, Структура вод массы залегания, м. Й С Субарктическая 0-50 10-21 32.9-34.ПСА 0-200 1-4 33.8-34. ППСА Отсутствует Отсутствует Отсутствует 100-400 0.5-2.0 34.02-34. ПРСА 50-500 0.5-1.0 33.8-34.200-500 0.4-1 33.02-34. ГВМ 500-2000 0.14-0.8 34.04-34.500-2000 0.14-0.8 34.04-34. ДВМ 2000-дно 0.14-0.28 34.06-34.2000-дно 0.14-0.28 34.06-34.Субтропическая ПСТ 0-50 0.4-5 34.02-34.250-500 0.4-3 34.06-34. ППСТ 50-250 12-12 34.0-34.отсутствует отсутствует Отсутствует ПРСТ 250-500 1.0-1.8 34.0-34.100-500 0.5-2 34.02-34. ГВМ 500-2000 0.14-0.8 34.04-34.500-2000 0.14-0.8 34.04-34. ДВМ 2000-дно 0.14-0.28 34.06-34.2000-дно 0.14-0.28 34.06-34.В разделе 4.2.рассмотрены водные массы, фронты и апвеллинг в прибрежных районах северо-западной части моря.
В разделе 4.2.1 проводится анализ водных масс северо-западного шельфа Японского моря. Статистический TS-анализ, предложенный в настоящей работе, показал, что в шельфовых районах модификации как поверхностной субарктической водной массы (ПСА), так и глубинных вод существенно отличаются по своим термохалинным характеристикам от водных масс глубоководной части моря (рис.4.4). Летом в северо-западной части Татарского пролива иногда существует также подповерхностная субарктическая водная масса - холодный промежуточный слой (ХПС). Зимой в различных районах шельфа конвекция происходит как при относительно высокой, так и при пониженной солености; к тому же при льдообразовании формируется холодная высокосоленая донная шельфовая водная масса (ДШ-шельфовая водная масса высокой плотности), которая в некоторых районах шельфа способна достигать его кромки и являться источником донных вод Японского моря.
Методом статистического TS-анализа определены водные массы в прибрежной зоне северной части Японского моря, качественные характеристики и механизмы образования которых приведены в табл. 4.3.
Рис. 4.4. Статистические TS - диаграммы двух съемок в Японском море: 40-46 с.ш.
131-139 в.д., июль 1989г.,(I) 46-510 с.ш. 138-1420 в.д., август 1989г (II) для горизонтов 0, 30 и 50 м (сверху вниз).
Субтропические воды проникают на шельф северо-западной части моря только летом, обычно в четырех примерно постоянных районах, соответствующих направлению некоторых ветвей теплых течений: на шельф зал.Чосонман (с западной ветвью Восточно-Корейского течения), на шельф зал. Посьета или в юго-западную часть зал. Петра Великого (с восточной ветвью Восточно-Корейского течения), на шельф Приморья между 44-45с.ш. (с ветвью Цусимского течения, направленной из района Сангарского пролива на северо-запад) и на шельф восточной части Татарского пролива (с основным потоком Цусимского течения).
Последний район отличается наиболее мощными вторжениями субтропических вод: с июля по сентябрь они занимают почти весь шельф о. Сахалин к югу от мыса Ла-Манон и могут распространяться на север в виде поверхностных или внутри термоклинных вихрей, а иногда на запад, достигая азиатского шельфа в районе мыса Золотой.
В разделе 4.2.2. Анализируются результаты по исследованиям прибрежных фронтов и апвеллингов. Основное внимание уделено северной части моря в связи с наличием здесь значительных мелководий и резкими контрастами в распределении океанографических характеристик на фоне существенной сезонной изменчивости. Фронт, по-видимому, имеет сложную природу и формируется под воздействием нескольких факторов. Его можно отнести по классификации Федорова К.Н. к циркуляционно-топографическим фронтам, в формировании которых участвуют приливные и постоянные течения. При обтекании потоками неоднородностей береговой линии, таких как мысы и полуострова, в определенных зонах возникает локальное понижение уровня, что приводит к компенсационному подъему вод в этих районах и образованию резких фронтальных разделов.
Таблица 4.Характеристика структур вод и водных масс в северо-западной части Японского моря (числительЦфевраль, знаменательЦавгуст) Водные Глубина Температура, Соленость, Структура вод массы залегания, м. Й С Субтропическая нет нет нет ПСТ 0-20 >21- 33,6-33,8- ППСТ нет нет нет 20-200 10-15 34,1-34,ПСА Субарктическая 0-70 -1.9-2 33.6-34.0-20 16-18 33,1-33,Глубинная 70-200 -1.9-0 33.8-34.>20 0-5 33,9-34,ПП Прибрежная нет нет нет 0-20 16-19 >32,ДШ 0-дно -2- -1 >34,нет нет нет ППСА нет нет нет 20-200 -1 -5 33,2-33,ПШ Шельфовая 0-дно -1-2 33.5-34.0-20 <14 33,0-33,ГШ 0-нет нет нет 20-200 4-9 33,4-33, На рис 4.5 показано расположение типов структур и водных масс на шельфе северозападной части Японского моря.
А) Б) Рис. 4.5. Расположение различных типов структуры вод на шельфе (А) и водных масс на условном разрезе(Б) поперек шельфа в северо-западной части Японского моря. Вверху зима, внизу лето.
По средним многолетним данным, наблюдениям отдельных экспедиций и результатам анализа спутниковой информации на шельфе Приморья в летние и осенние месяцы температурный фон ниже, чем в прилегающей части моря. В поле изолиний поверхностной температуры холодные воды в виде изолированных УязыковФ, прилегающих к побережью, или УпятенФ, расположенных в средней части шельфа, прослеживаются от южных районов Татарского пролива до зал. Петра Великого. Отмечается, что наблюдаемое распределение температуры нельзя объяснить только адвекцией холодных вод в потоке Приморского течения, ядро которого расположено за пределами шельфа. Выход холодных вод в поверхностные слои может быть обусловлен прибрежным ветровым апвеллингом, который проявляется на фоне сезонного охлаждения осенью, или в виде холодных пятен в прибрежной зоне на фоне летнего прогрева при усилении южных ветров. Для проверки этого предположения был проведен анализ спутниковых и гидрологических данных, а также полей ветра. Осенью (октябрь-ноябрь) площадь, занимаемая холодными водами у побережья материка, начинает увеличиваться. В Татарском проливе ТПО может быть выше, чем в районах, расположенных южнее. Обширная область холодных вод формируется между 43 и 45с.ш.. где в летний период наблюдались только отдельные очаги холода. Большое пятно холодных вод у южного Приморья в это время года существует постоянно. При анализе данных разрезов можно отметить сходство вертикальной термохалинной структуры в этих районах и в известных зонах апвеллинга.
На данных отдельной экспедиции по мониторингу залива Петра Великого, выполненной в период с ноября 1999 по март 2000 гг. изучен возникший здесь апвеллинг и с использованием существующих численных моделей произведен расчет параметров явления.
По данным расчетов ширина зоны апвеллинга составила 5.5 км, время разрушения стратификации-12 час., а вертикальная скорость-4.810 -2см/с.
Глава 5. Течения Японского моря.
В разделе 5.1. рассмотрены результаты диагностических расчетов течений.
В настоящей работе численные расчеты не ставили целью получение практически приемлемых схем движения вод. Как во всех численных экспериментах, в наших интересах были вопросы о выяснении влияния на течения внешних факторов (бароклинность, конфигурация берегов, рельеф дна, ветер, водообмен через проливы, бета-эффект). В данном случае, в связи с неоднозначностью определения интенсивности протока и стока вод через проливы, пришлось на начальном этапе заняться этим вопросом. Для расчета водоообмена через Корейский пролив и пролив Лаперуза использовались данные инструментальных измерений течений, выполненные в предшествующие годы, Разработанный метод расчета с учетом закономерностей изменения скоростей по сечению пролива позволил получить искомые величины: для Корейского пролива интенсивность прихода вод составила для февраля-1,61 Sv. Для пролива Лаперуза в августе сток вод из моря составил-1,02 Sv. Эти значения с учетом уже существующих оценок балансовых соотношений обмена водами через проливы позволяют в дальнейшем использовать эти данные для строгого задания краевых условий задачи численных расчетов течений.
Проведенные в работе оценки по влиянию различных факторов на интегральную циркуляцию в море показали, что по значимости влияния в Японском море на первом месте стоит водообмен, а на втором совместный эффект бароклинности и рельефа дна. В тоже время влияние ветра оценивается в величину менее чем 10%.
Для зимнего сезона схема интегральной циркуляции представлена на рис 5.1 А, а. на рис.5.1 Б. приведена схема течений на поверхности моря. На рис.5.2 А приведена вертикальная скорость на нижней границе слоя трения, а на рис.5.2 Б горизонтальная скорость на глубине 500 м.
.А Б 5.1.Интегральный перенос вод (А) и течения на поверхности (Б) в Японском море в феврале Резюмируя результаты использования диагностической модели для исследования течений, следует отметить, что она в силу допущений сделанных при постановке, не позволяет рассчитать течения в узких прибрежных зонах моря (Приморское, Цусимское, Северо-Корейское). Течения же открытых областей этим методом вычисляются качественно.
Б Рис. 5.2. Вертикальные скорости течений в Японском море на нижней границе слоя трения в феврале(А) и горизонтальная скорость течений на горизонте 500 метров (Б) в феврале (масштабы см рис.5.1) В Разделе 5.3. Рассматриваются результаты исследований течений отдельных районов моря. Здесь последовательно характеризуются течения, рассчитанные как диагностическимиметодами так и полученные по данным измерений течений для проливов Татарского, Лаперуза и Корейского..). Показано, что только два течения в Татарском проливе являются устойчивыми при различных синоптических ситуациях. Одно из них, пограничное течение Шренка, представленное южным потоком вдоль западного берегового склона; другим устойчивым течением является Западно-Сахалинское пограничное течение.
Образуясь в восточной части антициклонического вихря, этот поток следует в южном направлении вдоль берегового склона о. Сахалин. Основным элементом циркуляции вод в южной части пролива, прослеживающимся во все сезоны и отмеченным в работах большинства авторов, является вихревое образование антициклонической ориентации вокруг о. Монерон. Циркуляция вод в проливе четко регулируется соотношением уровней между Японском и Охотском морей.
На основании выполненных диагностических расчетов для весны лета и осени в проливе Лаперуза четко выделяются два района с различными режимами циркуляции: это входящий с востока трансформированный поток вод Восточно-Сахалинского течения и поступающий с запада поток вод из Японского моря в виде течения Соя. Результаты проведенных расчетов показывают, что бытующее в литературе мнение о смене знака циркуляции вод летом в заливе Анива и об осенней интенсификации течения Соя представляется не вполне обоснованным По данным измерений течений можно утверждать, что летом имеют место сильные течения из Японского моря и в северной части пролива Лаперуза, под мысом Крильон.
Следовательно, мнение о существовании течений из Охотского моря в северной части пролива является не всегда оправданным; течения в этом районе распространяются в основном из Японского моря в Охотское. На большей части акватории пролива преобладают устойчивые потоки на юго-восток. Выполненные измерения позволяют оценить водообмен через пролив, который в августе оказался равным 1.02 Sv. Анализ данных по соотношению уровней между Охотским и Японскими морями показывает, что зимой между Охотским и Японским морями в районе пролива Лаперуза в основном существует наклон уровня, обратный наклону в летний период, что препятствует проникновению вод из Японского моря в Охотское.
На основании данных долговременных измерений скорости и направления течений в настоящей работе последовательно рассмотрены характеристики суммарных приливных течений, а также течения полусуточного и суточного периодов, вносящих основной вклад в формирование режимных приливных течений в Корейском проливе.
Выполненные исследования приливных движений и впервые построенные карты позволили выявить ряд особенностей в режиме приливных течений и условий распространения основных волн прилива на акватории Корейского пролива. Движение вод в бассейне Корейского пролива под влиянием совместного приливного воздействия со стороны Японского и Восточно-Китайского морей, морфологических особенностей берегов и рельефа дна имеет прогрессивно-стоячий характер с преобладанием стоячей волны.
Наличие последней способствует формированию на акватории пролива системы разнонаправленных приливных течений.
В разделе 5.4. рассмотрена климатическая характеристика течений по данным расчетов динамическим методом. Построенное в данной работе среднемноголетнее поле плотности является исходным для расчета и построения схем течений при выборе отсчетной (нулевой) поверхности равной 500 дБ. По этим данным выполнены расчеты динамических высот и горизонтальных скоростей течений, которые позволили построить карты горизонтальной циркуляции на различных глубинах для февраля и августа (рис.5.3).
На карте поверхностных течений (рис.5.3) в феврале месяце максимальные скорости течений (до 25 см/с) приурочены к южной части моря, где, как отмечено выше действуют Цусимское и Восточно-Корейское течения. Ветвь, отделяющаяся от Восточно-Корейского течения на 38с.ш. и распространяющаяся к югу образует антициклонический вихрь с центром в координатах 37с.ш. и 131в.д.
Вторая ветвь этого течения с более низкими скоростями (10-20 см/с) образует антициклонический меандр и далее распространяется на восток вдоль 40с.ш. и на 138соединяется с Цусимским течением. Теплые воды этого меандра распространяются вплоть до 43с.ш. и оконтуривают циклонический круговорот северной части моря.
Суммарный поток субтропических течений достигает широты 43с.ш., образуя циклонический меандр, который генетически связан с отмеченным выше крупным циклоническим круговоротом, расположенным к северу от 40с.ш. и хорошо известным из предшествующих исследований. Динамическая структура этого вихря на фоне низких скоростей течений (4-10см/с) выражена двумя более мелкими вихревыми образованиями также циклонического типа. Необычная схема циркуляции вод отмечается в области моря, расположенной к северу от параллели 43с.ш. Здесь, как отмечается и по данным расчетов динамических высот, в зоне прилегающей к проливу Лаперуза и к югу от него прослеживается крупное циклоническое образование геострофические скорости на западной периферии которого (139в.д.) достигают 10 см/с. Скорости такой же величины наблюдаются в потоке, распространяющемся в северном направлении севернее траверза пролива Лаперуза.
В прибрежных районах северо-западного материкового побережья прибрежных течений в зимний сезон отчетливо выделить нельзя. С увеличением глубины скорости течений хотя и уменьшаются, (рис.5.3), но отмеченные для поверхности особенности динамики вод сохраняются. На схеме поверхностных течений в августе (рис. 5.3) течения южной части моря (Цусимское и Восточно-Корейское представлены гораздо ярче чем в феврале). Их интегральный поток прослеживается до северной границы расчетной сетки, расположенной на 48с.ш. Наиболее высокие скорости потока субтропических вод приурочены к области Сангарского пролива, где потоки двух течений соединяются. Крупномасштабный циклонический круговорот северной части моря занимает большее пространство чем в феврале, а его западная граница в это время определена хорошо выраженными течениями холодного сектора (Приморским и Северо-Корейским). Вместе с тем антициклонический меандр в юго-западной части моря, связанный с ветвлением Восточно-Корейского течения более развит чем в феврале на схеме заметно повышение скорости течений на границах циклонического образования в районе 46с.ш. у материкового побережья. Как можно судить из предоставленной схемы это образование связано с ветьвью теплых вод, отделяющихся от субтропического потока на этих широтах. На глубине 50 м (рис.5.3) все отмеченные для поверхности особенности динамического поля сохраняются на фоне общего уменьшения скорости течений. На глубине 100 м (рис.5.3) наряду с общим сохранением особенностей динамики вышележащих слоев следует отметить образование из южного меандра ВосточноКорейского течения изолированного антициклонического вихря с центром в точке с координатами 47,5с.ш. 131в.д., о котором уже говорилось в связи с термохалинными особенностями (глава 4). На глубине 200 м (рис.5.3) картина течений более значительно отличается от охарактеризованных выше: холодные течения северной части моря не выражены; воды субтропического потока вод заметны в восточной части моря только до 45с.ш.Вместе с тем развито образование циклонического типа у пролива Лаперуза, ранее отмечавшееся для февраля. Антициклонический вихрь юго-западной части моря охватывает более значительное пространство. Скорости течений закономерно уменьшаются на всей акватории моря и только в крайней восточной его части, у Сангарского пролива, отмечаются скорости 10 см/с.
Необычная схема циркуляции вод отмечается в области моря, расположенной к северу от параллели 43с.ш. Здесь, как отмечается и по данным расчетов динамических высот, в зоне прилегающей к проливу Лаперуза и к югу от него прослеживается крупное циклоническое образование, геострофические скорости на западной периферии которого (139в.д.) достигают 10 см/с. Скорости такой же величины наблюдаются в потоке, распространяющемся в северном направлении севернее траверза пролива Лаперуза. В районах северо-западного материкового побережья прибрежных течений в зимний сезон отчетливо выделить нельзя. С увеличением глубины скорости течений хотя и уменьшаются, (рис.5.3), но отмеченные для поверхности особенности динамики вод сохраняются.
52 52 50 20 см/c 50 20 см/c Август 0 м 50 Август 50 м 20 50 20 см/c 20 20 см/c Февраль 0 м Февраль 50 м 10 10 48 5 48 5 46 40 38 36 34 128 130 132 134 136 138 140 1128 130 132 134 136 138 140 142 128 130 132 134 136 138 140 1128 130 132 134 136 138 140 152 50 20 см/c 50 20 см/c 50 20 см/c 20 см/c 20 Февраль 100 м Февраль 200 м 20 Август 200 м Август 100 м 10 48 48 5 48 5 46 44 44 42 42 40 40 38 38 36 36 34 34 128 130 132 134 136 138 140 1128 130 132 134 136 138 140 142 128 130 132 134 136 138 140 142 128 130 132 134 136 138 140 1Рис. 5.3. Течения Японского моря на различных глубинах в феврале и августе.
В поверхностном слое (до глубины порога пролива) наблюдается общепринятая схема течений, так как субтропические воды спокойно покидают Японское море через пролив. Но уже на больших глубинах работает тот же механизм что и зимой, и замкнутая циклоническая циркуляция здесь опять образуется. Как показывают проведенные расчеты динамическим методам для остальных месяцев года аналогичная ситуация в этом отношении прослеживается с ноября до апреля. Августовская ситуация характерна для периода с мая по октябрь Глава 6. Вентиляционные процессы и особенности гидрологии отдельных районов.
В настоящей главе изложены результаты выполненных исследований в направлении разработки нового подхода в объяснении вентиляции глубинных слоев моря, основанном на образовании анализе вертикальной циркуляции.
В разделе 6.1. рассмотрено Формирование гидрофизических полей под влиянием течений. Низкие значения температуры воды (менее 1С) и высокую концентрацию растворенного кислорода (69-70% насыщения) глубинных вод моря многие исследователи объясняют отсутствием водообмена с глубинными водами Тихого океана, а также процессами интенсивной вертикальной циркуляции, охватывающей всю толщу вод. При объяснении особенностей горизонтального распределения гидрофизических элементов в Японском море исследователи ограничивались лишь общими ссылками на динамические процессы, сопровождающие циклонический круговорот вод, сформированный Цусимским и Приморским течениями. Подобная интерпретация не является исчерпывающей, поскольку процессы зимней конвекции и циклоническая циркуляция вод характерны и для других дальневосточных морей. Анализ экспериментальных исследований течений, сделанный в монографии, показал, что общее горизонтальное движение вод в северной части моря, расположенной между Приморьем и о-вом Хоккайдо, не является циклоническим. В исследуемом районе Японского моря наблюдается система вергенций вод, из которой наиболее четко выраженной является зона дивергенции К северу и западу, а также к югу и востоку от зоны дивергенции воды движутся в противоположных направлениях и, встречаясь с Приморским и Цусимским течениями, формируют зоны конвергенции. Это дает основание предполагать, что в северной глубоководной части моря общее движение вод осуществляется по системе двух взаимосвязанных между собой вертикальных циркуляционных ячеек, охватывающих всю толщу вод.
Рис.6.1. Схемы вертикальной и горизонтальной циркуляции вод Японского моря. 1 - зона дивергенции, 2 - зона конвергенции.
Выявленная выше УячеистаяФ циркуляция вод должна находить свое отражение на картах распределения различных гидрофизических характеристик моря.
Так, за счет подъема глубинных вод вдоль линии дивергенции, разделяющей две циркуляционные ячейки, общий фон температуры, несмотря на ее сравнительно однородное вертикальное распределение, по данным гидрологической съемки, выполненной в декабре 1978 г. НИС УОкеанФ, понижен на 0,02-0,08С в полосе шириной 30-40 миль. Эта закономерность особенно четко проявляется на горизонтах 250, 300, 400, 500, 800 и 1000 м, так как именно на этих глубинах пространственное поле температуры характеризуются сравнительной однородностью, и поэтому даже незначительные аномальные проявления весьма заметны.
Результаты исследований на гидрологических микрополигонах, выполненных в июне 1981 г. и в марте 1982 г. в зоне дивергенции, свидетельствуют о том, что на разрезах, перпендикулярных зоне дивергенции, вертикальное распределение характеристик напоминает ячеистую линзообразную структуру (рис. 6.2).
Рис.6.2. Распределение солености (1) и растворенного кислорода (2) на разрезе перпендикулярном зоне апвеллинга (3).
Объяснение аномального распределения температуры, солености и плотности в исследуемой глубоководной части моря циклонической циркуляцией вод, образованной Приморским и Цусимским течением, не совсем верно. Объяснение аномального распределения температуры, солености и плотности в исследуемой глубоководной части моря циклонической циркуляцией вод, образованной Приморским и Цусимским течением, не совсем верно. Зона дивергенции является как бы своеобразной жидкой границей, УпрепятствующейФ проникновению теплых вод из южной части моря в районы к северу от нее. Об этом, в частности, свидетельствует положение основного температурного фронта Японского моря, который, как указывалось выше, располагается к югу и востоку от зоны дивергенции и повторяет ее конфигурацию.
Многие исследователи считают интенсивные вертикальные движения вод в Японском море зимней конвекцией, возникающей за счет сильного охлаждения поверхностных вод моря, способствующего их опусканию вдоль всего берегового склона и заполнению ими центральной глубоководной части моря. Поэтому в центральной части бассейна за счет опускания вдоль материкового склона охлажденных в зимний период поверхностных вод должны возникать компенсационные вертикальные движения, направленные от дна к поверхности моря. В этом случае процессы зимней конвекции, распространяющиеся до дна вдоль всего побережья Приморья, по отношению к общей циркуляции выступают как первичный фактор, способствующий возникновению интенсивных вертикальных движений.
Таким образом, общая схема циркуляции вод Японского моря должна рассматриваться в комплексе термодинамических процессов, вертикальные движения вод в котором играют весьма существенную роль. При условии ограниченной глубины развития зимней конвекции как показано в монографии именно вертикальная циркуляция в пределах выделенных ячеек является возможным механизмом вентиляции глубинных слоёв Японского моря.
Однако в последние годы была показано, что существенного обновления придонных вод глубоководных котловин не происходило, начиная с 40-х годов XX века. С этих же пор ослабилась вентиляция и глубинных (промежуточных) вод, о чем говорит уменьшение содержания в них кислорода. Ранее интенсивность вентиляции можно было оценить, в основном, по изменению количества растворенного кислорода (О2). В последнее время появилась возможность оценки вентиляционных процессов с помощью новых трассеровфреонов СFC-11 и CFC-12, которая и использовалась в настоящей работе.
Фреоны CFC-11, CFC-12 поступают в океан через процессы газообмена на поверхности океана. Используя атмосферные модели и знание промышленного производства и выпуска этих веществ, можно рассчитать их концентрацию в атмосфере как функцию времени, начиная с 30-х годов. Растворимость CFC в морской воде приводилась [337] и, поскольку известно, что время равновесия между CFC газами в океане и атмосфере относительно короткое, порядка 1 месяца, то можно оценить их равновесные концентрации в верхнем слое океана, используя уравнения растворимости. Многолетняя оценка концентраций в зимнее время на поверхности Японского моря, показанная на рис. 6.3, сделана с допущением, что концентрация CFC в поверхностном слое находится в равновесии с атмосферной концентрацией, и что вода на поверхности имеет температуру и соленость, типичные для зимних условий.
Рис.6.3. Временной ход равновесных концентраций CFC-11 и CFC-12 для поверхностных вод Японского моря, рассчитанный по растворимости в воде [17] и по содержанию в атмосфере [18]. Температура воды принята 0,10 С, соленость - 34,1Й. Шкала справа - отношение концентраций F11/F Как показатель возраста, CFC подходят только к той части воды, которая содержит CFC, так как отдельная проба воды может содержать многие компоненты различного возраста, то следует проявлять осторожность в определении возраста по соотношению, поскольку в общем "возраст" не является линейной функцией.
Учитывая изложенное выше, возможны две оценки возраста CFC, как детально обсуждалось ). Как видно из рис. 6.3, соотношение концентраций CFC-11 и CFC-12 может быть использовано с начала 40-х по 70-е годы для определения возраста пробы морской воды.
Поскольку, вообще говоря, в океане ниже поверхности моря нет ни источников, ни стоков CFC, то невозможно построить модель эволюции CFC для частицы, подобно уравнению (1). Но можно использовать наблюдения за CFC и растворенным кислородом вместе в простой боксовой модели, чтобы попытаться выделить недавнюю историю вентиляции в Японском море.
Возьмем двухслойный океан, верхний слой которого контактирует с атмосферой.
Предположим, что свойства верхнего слоя таковы, что величины растворенного кислорода и CFC в нем известны в некоторые заданные моменты времени, и ход некоторых свойств (растворенный кислород в данном случае) в глубинном слое также известен. Объём жидкости, поступающей в нижний слой во время вентиляции, сопровождается поступлением такого же объёма жидкости в верхний слой. При этом свойства поднимающихся вод отличаются от свойств вентилируемого слоя. По этому простому сценарию, эволюция во времени трассера ( ) в нижнем слое задаётся уравнением:
( AO) d (VO) TV (V ) VO R k, dt z Концентрации CFC-11 в глубинном слое исследовалась, используя уравнение (10), для нескольких заданных величин коэффициентов вентиляции и диффузии, как показано на рис.6.4.
Рис.6.4. Временной ход CFC-11 в глубинном слое по боксовой модели, рассчитанный по уравнению (10) с изменяемыми параметрами вентиляции (год1) и диффузии k(см2 / сек).
Символ * означает оценку CFC-11 на глубине 2000м. в 1988г., экстраполированную по данным [325], а символ -означает типичное значение на глубине 2000м. в 1995г.
Величины возраста глубинных вод, определенные по содержанию CFC, показывают что на глубинах более 2000 м в 1995г. присутствуют воды, вентиляция которых произошла в 60-х годах. Это постоянная, относительно слабая вентиляция, начиная с 30-х годов по настоящее время, может правдоподобно объяснить наблюдения 1995 и 1998 гг.
Оценки глубинных концентраций CFC-11, основанные на простой боксовой модели глубинной вентиляции Японского моря, показывают тенденцию, которая подтверждает этот результат, и хорошо согласуется с наблюдениями, показывающими, что продолжительность полного обмена глубинных вод в настоящее время составляет 500 лет и более. Не исключено, что в некоторых небольших районах, вентиляция глубинных вод имела место в современный период, но эта вентиляция либо имела место совсем недавно, либо была очень мала и не отразилась на крупномасштабных свойствах Японского моря на удалении от мест вентиляции.
В разделе 6.3. выяснена роль залива Петра Великого в вентиляции глубинных слоёв Японского моря. Следует заключить, что механизм вентиляции глубинных слоев Японского моря не такой, как был предложен изначально. Попытки выявить этот механизм предпринимались в различных направлениях, связанных с локальными явлениями. В перечень этих работ входит и исследование, в котором приведена гипотетическая схема вертикальной циркуляции, вызванной муссонными ветрами с западного побережья Японского моря.
Попытаемся построить физическую модель вертикальной циркуляции, приводящей к вентиляции глубинных вод Японского моря. Рассмотрим область, включающую залив Петра Великого и прилегающую к нему часть открытой акватории.
Начиная с сентября, по февраль, здесь господствуют северные и северо-западные ветры. В начале этого периода (в сентябре) в пределах толщи вод залива формируются два слоя скачка: первый - сезонный термоклин на глубине 40 м; второй - на глубине 70 м, образование которого связано с адвекцией вод из прилежащих районов открытого моря.
Сильные муссонные ветры, дующие с берега и создающие наклон уровенной поверхности в сторону открытого моря, вызывают компенсационные (реверсивные) течения противоположного ветру направления в глубинном слое прилегающей части моря. Исходя из рис. 6.5, в верхнем 70 - метровом слое имеют место дрейфовые течения, а в слое 70 - 3500 м - компенсационные. Считая, что кромка шельфа расположена на глубине 200 м, воды открытого моря, имеющие соленость более 340/00, начиная с сентября по февраль, в слое 70 м - дно, поступают на акваторию шельфа залива Петра Великого. На глубинах более 200 м поток вод в сторону берега под влиянием берегового склона приобретает вертикальную составляющую скорости и в результате апвеллинга распространяется на шельф, достигая поверхности моря в момент разрушения сезонного термоклина конвекцией, достигающей в это время глубины 70 м. Здесь в это время формируется термохалинный фронт, препятствующий проникновению поднимающихся с глубины вод и приводящий к их всплытию на поверхность моря. Начиная с этого момента (конец ноября - начало декабря), воды глубинных слоев поступают непосредственно к поверхности, где их температура понижается (плотность увеличивается), а также происходит насыщение их кислородом. Под действием ветров северо-западного направления эти воды выносятся за пределы шельфа и в результате конвекции (т.к. поверхностные воды имеют отрицательную плавучесть по отношению к подстилающему слою вод) погружаются на глубины, соответствующие их плотности.
Рис.6.5. Схема вентиляции глубинных вод Японского моря: а) вертикальный профиль скорости течений; б) изменение со временем вертикальной циркуляции ячейки. Условные обозначения: V - скорость течения; - сгонное изменение уровня моря; ЗПВ - Залив Петра Великого По результатам мониторинга залива Петра Великого эта физическая модель полностью подтверждается и позволяет объяснить механизм вентиляции глубинных слоев Японского моря. По предварительной оценке глубинная конвекция, достигающая дна, может произойти только в случае, когда температура воды на поверхности в районе котловины при солености поверхностных вод 34.10/00 (равной солености у дна) понижается до -0.50С, т.к. в этом случае плотность этих вод превышает t =27.35, равной плотности придонных вод.
В разделе 6.4. предложена Модель гидрологического режима шельфовых районов морей с муссонным типом климата (на примере залива Петра Великого). Сезонная смена муссонных ветров происходит дважды в течение года: в сентябре - с юго-восточного направления на северо-западное (зимний муссон) и в марте - с северо-западного на юговосточное (летний муссон). Это изменение находит свое следствие и в характере вертикального распределения температуры (рис. 6.6а), течений (рис. 6.6б) и водных масс (рис. 6.6в). На рис. 6.6а, кривая (1) характеризует вертикальное распределение температуры - T(z) в период максимального прогрева (август), основной особенностью этой кривой является наличие сезонного термоклина на глубине 40 м. Уже в сентябре (кривая 2) температура имеет существенно новый дополнительный элемент - скачок на глубине 70 м, механизм формирования которого связан с подъемом вод из открытых частей моря.
Эволюция вертикальных профилей температуры, связанная с перестройкой вертикальной структуры продолжается в ноябре (кривая 3) и в феврале (кривая 4), когда в результате конвекции температура принимает на всех глубинах постоянное предельно низкое значение.
Очередная сезонная смена от зимних муссонных ветров к летним происходит в период с февраля по март, и, уже начиная с конца марта, вертикальные профили T(z) имеют характерные летние черты: верхний квазиоднородный слой (ВКС), толщина которого увеличивается, начиная с минимальной в марте до максимальной в августе. Ниже ВКС в рассматриваемый период расположен сезонный термоклин, характеризующийся наибольшей интенсивностью (максимальный градиент) в августе (рис. 6.6а).
Следующий важный вопрос исследований по оценке влияния муссонных ветров в системе вод залива Петра Великого связан с перестройкой поля течений, которая происходит следующим образом (рис. 6.6б): в августе (летний период - нагон), вертикальная циркуляция представлена противоположно направленными потоками: в верхнем 40-м слое - северозападными дрейфовыми течениями, а в нижнем (40 - 200м) слое - компенсационными юговосточными; в феврале (зима - сгон) - в верхнем 70-м слое - юго-восточным дрейфовым течением, а на глубинах 70 - 200 м - реверсивным северо-западным.
И, наконец, рассмотрим муссонную перестройку водных масс для экстремальных месяцев года (рис. 6.6в). Как следует из рисунка 6.6в собственно воды залива Петра Великого, которые в течение года не покидают его пределы, в феврале охватывают район с глубинами менее 70 м, а в августе - менее 40 м. Перемешанные воды за пределом указанных глубин в зимний и летний периоды отличаются по их термохалинным характеристикам.
Собственно воды залива Петра Великого однородны в зимний сезон из-за конвективного перемешивания, а летом их структура двухслойна. Вместе с тем, следует отметить, что эти воды на глубинах 0-40 м, практически, не покидают вторичных заливов (Амурского и Уссурийского) в течение всего года.
Рассмотренные закономерности изменения гидрологических условий в заливе Петра Великого подтверждаются многочисленными данными измерений, выполненными на его акватории. Предложенные схемы характерны, в основном, для центральной части залива ( 1320 в.д.), а в западной его части помимо влияния на гидрологические характеристики муссонных ветров, сказывается материковый сток рек Раздольной и Туманной, а в восточном секторе - адвекция вод Приморского течения.
а) б) в) лето зима лето зима Рис.6.13. Вертикальные профили температур (а); течения (б) и водные массы (в) в период летнего и зимнего сезонов.
Приведенные в настоящей главе результаты с учетом публикаций отечественных и зарубежных авторов приводит нас к выводу о том, что слабая вентиляция глубинных вод в Японском море происходит непрерывно в течение всего года за счет вертикальной циркуляции вод, конвекции и каскадинга. Увеличение вентиляции происходит в зимние месяцы и за счет более интенсивных конвекции и каскадинга высокоплотных вод по береговому склону (вдоль склоновая конвекция). Максимум вентиляции естественно приурочен к особо холодным зимам, когда последние из отмеченных механизмов экстремально увеличены. В подтверждении последнего заключения можно указать на самое высокое содержание растворенного кислорода в придонных водах для холодных 30-40-ых годов 20-го столетия.
Заключение Подводя итоги выполненным в настоящей работе исследованиям по термохалинной структуре и динамике вод Японского моря, можно выделить наиболее существенные из полученных результатов 1. Разработана методика обработки гидрологических данных, основанная на методе сравнения дисперсий, с применением для интерполяции в узлы, в которых данные отсутствуют, полиномы Лагранжа и вариационные методы.
2. Выполнена классификация водных масс и типов структуры вод глубоководных (с глубинами больше 200 м) и прибрежных районов Японского моря. Определены два основных типа структуры вод субарктическая и субтропическая. Для прибрежных вод выделены три типа структуры вод: прибрежная, шельфовая и субарктическая мелководная.
3. В рамках предложенной в данной работе модели оценен вклад каждого из факторов, определяющих динамику вод. Показано, что главенствующую роль имеет совместный эффект бароклинности и рельефа дна (СЭБИР) и водообмен через проливы.
Предложенная модель позволяет рассчитать водообмен через открытые участки границы в процессе решения задачи. По созданному массиву поля плотности рассчитаны и построены новые климатические карты горизонтальной циркуляции.
4. Определены характеристики климатических термических и халинных фронтов в Японском море, полученные с использованием созданного массива судовых данных и данных многолетних спутниковых наблюдений.
5. Получены оценки объемного переноса вод Японского моря через проливы как в рамках реализации расчетов по диагностической модели с использованием условия свободного протекания, так и из анализа данных инструментальных измерений течений в проливах.
6. Выявлены причины формирования и качественные характеристики апвеллинга в северо-западной части моря. Для залива Петра Великого рассчитаны значения вертикальной скорости, время разрушения термоклина в зоне апвеллинга и ее горизонтальные размеры.
7. Разработаны модели, методики и методы для исследования океанографических процессов в том числе: методика построения среднемесячных полей гидрофизических характеристик; численная схема диагностического расчета течений для морей закрытого типа; методика построения фронтов по данным наблюдений, модель гидрологического режима шельфа для морей с муссонным типом климатом.
8. Разработана физическая модель вентиляции глубинных и придонных вод, включающая механизмы конвекции, в том числе и вдоль склоновой, и вертикальную циркуляцию вод.
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. Стунжас П., Свиридова И., Юрасов Г.И. Основные результаты гидрологических и гидрохимических работ в Японском мореи прилегающих районах Тихого океана // Тр. ИОАН СССР "Исследование планктона Японского моря", Москва. 1980. С. 7-14.
2. Юрасов Г.И. Результаты исследований динамики вод Японского моря // Тез.докл. на 2ом съезде советских океанологов, Ялта, 1982. - Севастополь, 1982. - Ч. 1. - С. 22.
3. Юрасов Г.И. Диагностический расчет трехмерного поля течений в Японском море // Гидрофизические поля океана : тез. Всесоюзной конф. - Владивосток, 1985. - С. 21-24.
4. Гонтов Д.П., Юрасов Г.И. Методика построения среднемесячных полей гидрофизических характеристик // Океанологические исследования в Тихом океане. - Владивосток : Изд-во ДВН - АН СССР, 1985. - С. 117-125.
5. Zhabin I.A., Yurasov G.I. Frontal zones in the coastal areas of Japan and Okhotsk seas // Abstr.
First Pacific Symp. оn Marine Science, Nakhodka, Russia, 15-20 June 1986.- Nakhodka.- Р.21-22.
6. Юрасов Г.И. О расчете водообмена через проливы в Японском море // Метеорология и гидрология. - 1987. - № 8. - С. 116-118.
7. Жабин И.А., Юрасов Г.И. Поверхностные термические фронты Японского и Охотского морей / Тихоокеан. океанол. ин-т ДВН - АН СССР. - Владивосток, 1987. - 16 с. - Деп. ВИНИТИ 11.03.1987, № 1956 - В87.
8. Zhabin I., Yurasov G. Application of the sattellite infrared data to analysis surface temperature front in the east seas of the far // Аbstr. intern Workshop on costal zone :. symp., China, Beijing, 1988. - Beijing, 1988. - P. 2.
9. Yurasov G.I., Zhabin I.A. Fronts and surface circulation patterns in the sea of Japan from satellite data. // Abstr. JECSS of 5-th Workshop, Korea, Kangnung, 1989. - Kangnung, 1989. - P. 86.
10. Юрасов Г.И., Ростов И.Д. Аномальные особенности меандрирования и строения Субарктического фронта // ДАН. - 1989. - Т. 308, № 2. - С. 472-476.
11. Yurasov G.I., Zhabin I.A., Yarichin V.G., Zuenko Yu.I. Some features of water structure and dynamics in the northern Japan sea // Abstr. JECSS 5-th Workshop, Korea, Kangnung, 1989. - Kangnung, 1989. - P. 3.
12. Yurasov G., Kitani K. Physiсal oceanography of the Japan sea // Intern. Conf. on the Sea of Japan, East-West Center, USA, 1989. - USA, 1989. - P. 11-20.
13. Жабин И.А., Зуенко Ю.И., Юрасов Г.И. Поверхностные холодные пятна в северной части Охотского моря по спутниковым данным // Исследование Земли из космоса. - 1990. - № 5. - С.
25-28.
14. Ponomarev V.I., Yurasov G.I. Specific features of generating high salinity bottom waters on the Far Eastern Seas continental shelf // Abst. 1-st Soviet-Chinese Symp. Oceanography, USSR, Vladivostok, 1990. - Vladivostok, 1990. - P. 58-59.
15. Ponomarev V.I., Yurasov G.I. Feature of high salinity water formation in the Arctic and Subarctic seas // Abstr. ХХ General Assembly IAPSO, Vienus, Austria,1991. - Vienus, 1991. - P. 23-24.
16. Zhabin I.A., Gramm-Osipova O.L., Yurasov G.I. Upwelling off northwestern coast of Sea of Japan. // Abstr. of JECCS-6. Fukuoka, Japan, 1991. - Fukuoka, 1991. - P. 23.
17. Ponomarev V.I., Yurasov G.I., High salinity bottom water generation on the Japan Sea continental shelf // Abst. 6-th JECSS Workshop, Fukuoka, Japan, 1991. - Fukuoka, 1991. - P. 84.
18. Юрасов Г.И., Яричин В.Г. Течения Японского моря. - Владивосток : ДВН - АН СССР, 1991. - 174 с.
19. Yurasov G.I. Hydrological fronts of the northeast Pacific ocean in autumn seasonal // Oceanic and antropogenic controls of life in the Pacific ocean. - GeoJournal Library, 1992. - P. 117-128.
20. Yurasov G.I. International cooperation in the area оf the Japen Sea as means of its environment protection // Abstr. of тhe 7-th Pac. Intern. Congras, Okinawa, Japan, 1993. - Okinawa, 1993. - P.
17.
21. Жабин И.А., Грамм-Осипова О.Л., Юрасов Г.И. Ветровой апвеллинг у северо-западного побережья Японского моря // Метеорология и гидрология. - 1993. - № 10. - С. 82-86.
22. Ponomarev V.I., Yurasov G.I. The Tartar (Mamiya) Strait Currents // J. Korean Soc.
оf Coastal and Ocean Engineers. - 1994. - Vol. 6, № 4. - P. 335-339.
23. Plotnikov V.V., Yurasov G.I. Seasonal and interranual variations of the ice cover in the North Pacific mariginal seas // PICES Scientific Report.- № 3.- 1995.- P. 31-39.
24. Зуенко Ю.И., Юрасов Г.И. Водные массы северо-западной части Японского моря // Метеорология и гидрология. - 1995. - № 8. - С. 50-57.
25. Юрасов Г.И. Особенности структуры и динамики вод северной части Японского моря / Тихоокеан. океанол. ин-т ДВН - АН СССР. - Владивосток, 1995. - 28 с. - Деп. ВИНИТИ 27.01.95, № 468-В95.
26. Yurasov G.I. Dynamics and water structure of the Sea of Japan // Abstr. XXI General Assem. IAPSO, Honolulu, Hawaii, 1995. - Honolulu, 1995. - P. 72.
27. Ponomarev V.I., Yurasov G.I. Multifreezing effect on brine water generation in narrow bay // Abstr. XXI General Assem. IAPSO, Honolulu, Hawaii, 1995. - Honolulu, 1995. - P. 124.
28. Ponomarev V.I., Yurasov G.I. The Tatar Strait Waters and Currents // Abstr. XXI Gen. Assаm IAPSO, Honolulu, Hawaii, 1995. - Honolulu, 1995. - P. 87.
29. Yurasov G.I. Tidal currents in the Korea Strait // Abstr. PICES 5-th Annual Meeting, Nanaimo, Canada, 1996. - Nanaimo, 1996. P. 71-72.
30. Yurasov G.I., Zhabin I.A On the branch Tsushima warm current the Tatarsky Strait // Abstr. CREAMS workshop, Fukuoka, Japan, 1997. - Fukuoka, Japan, 1997. - P. 31. Vanin N.S., Yurasov G.I. Volumetric T - S Analysis of the Japan Sea water masess // Abstr. CREAMS workshop, Fukuoka, Japan, 1997. - Fukuoka, 1997. - P. 92.
32. Яричин В.Г., Юрасов Г.И., Рябов О.А. Приливные течения в Корейском проливе // Метеорология и гидрология. - 1998. - № 8. - С. 87-94.
33. Yurasov G.I. Thermohaline structure and water dynamics of the Jаpan (East) sea // Abstr. Intern. sympos. UNESCO/WESTPAC, Okinawa, Japan, 1998. - Japan, 1998. - P. 34. Yurasov G.I. Estimations of the water transport through of the straits of the Japan (East) Sea // Abstr. Intern.CREAMS-99 Symp., Fukuoka, Japan, 1999. - Japan, 1999. - P. 33.
35. Yurasov G.I., Yaricin V.G. Mesoscale Features of the water dynamics of results seasonal surveys in the Japan (East) Sea // Abstr. Intern. CREAMS-99 symp., Fukuoka, Japan, 1999. - Japan, 1999. - P. 18.
36. Riser S., Warner M., Yurasov G.I. Circulation and mixing of water masses of Tatar strait and the northwestern boundary region of the Japan sea // J. of Oceanography. - 1999. - Vol. 55. - P. 133-156.
37. Vanin N.S., Yurasov G.I. Climatic characteristics of currents of the Japan Sea // PISES Tenth Anniversary meeting, Victoria, Canada, October 5-13 2001.- Victoria, 2001.- P. 199.
38. Vanin N.S., Moschenko A., Feldman K.,Yurasov G.I. Simplified numerical model of the wind- driven circulation with emphasis on distribution of the Tuman river solid run-off // Ocean research. - 2000. - Vol. 22, № 2. - P. 81-90.
39. Vanin N.S., Yurasov G.I., Ermolenko S.S. Climatic characteristic of currens in the Japan Sea // Abstr. PICES 10 annual. Meeting, Victoria,. Canada, 2001. - Canada, 2001. - P. 77.
40. Vanin N.S., Yurasov G.I., Ermolenko S.S. Transformation of water structure in the Peter the Great Bay during fall-winter 1999-2000 // Proc. of CREAMS 2001, Honolulu, Hawaii, USA, 2001. - USA, 2001. - P. 12-18.
41. Vanin N.S., Yurasov G.I., G.I., Zuenko Ju.I., Nedaskovsky A.P., Ermolenko S.S. Monitoring of the updata state of Peter the Great Bay waters based on observations of November 1999 - April 2000 // Proc. of CREAMS Symp. 2001, Honolulu, Hawaii, USA, 2001. - USA, 2001. - P. 150-157.
42. Арзомасцев И., Яковлев Ю., Ростов И., Юрасов Г.И. Атлас промысловых беспозвоночных и водорослей Дальнего Востока России // Изд. АВАНТЕ, Владивосток, 2001. - 192 с.
43. Rostov I., Rudykh.N.I., Dmitrieva E., Yurasov G.I. Oceanographic Atlas of the Bering sea Okhotsk sea, and Japan (East) sea // Proc.of 17-th Symp. on the Okhotsk sea and sea ice, Mombetsu, Japan, 2002. - Japan, 2002. - P. 419-495 (on CD-ROM).
44. Yurasov G.I. Deep water formation in the Peter the Great Gulf,Sea of Japan: mechanisms and processes // Abstr. CREAMS\PICES symp., Seoul, Korea, 2001. - Seoul, 2001. - P. 56.
45. Ростов И.Д., Юрасов Г.И. и др. Атлас по океанографии Берингова, Охотского и Японского морей. - Владивосток : ТОИ ДВО РАН, 2001. - 100 с., 1600 ил. (СD-ROM).
46. Супранович Т.И., Юрасов Г.И., Кантаков Г.А. Непериодические течения и водообмен в проливе Лаперуза // Метеорология и гидрология. - 2001. - № 3. - С. 80-84.
47. Юрасов Г.И. Гидрологический режим шельфовых районов в условиях муссонного климата // Исследовано в России (Электронный ресурс) : многопредмет.
науч. журн. - 2002. - № 107. - С. 1170 - 1172.
48. Юрасов Г.И. Физическая модель вентиляции вод Японского моря // Исследовано в России (Электронный ресурс) : многопредмет. науч. журн. - 2002. - № 106. - С. 1162 - 1165.
49. Юрасов Г.И. Гидрологический режим залива Петра Великого и особенности вентиляции вод Японского моря // Вестник ДВО РАН. - 2003. - 2(108). - С. 142-147.
50. Юрасов Г.И. Японское море. Физикогеографические характеристики и гидрометеорологические условия // Природопользование в прибрежной зоне. - Владивосток : Дальнаука, 2003. С. 83-97.
51. Пищальник В.М., Архипкин В.С., Юрасов Г.И., Ермоленко С.С.
Сезонные вариации циркуляции вод в прибрежных районах о. Сахалин // Метеорология и гидрология. - 2003. - № 5. - С. 87-95.
52. Ростов И.Д., Юрасов Г.И., Рудых Н.И., Дмитриева Е.В. Электронный атлас по океанографии Берингова, Охотского и Японского морей // Океанология. - 2004. - Т. 44, № 3. - С.
469-474.
53. Никитин А.А., Юрасов Г.И. Синоптические вихри Японского моря по спутниковым данным // Достижения в спутниковой океанографии : тез. междунар. конф. - Владивосток, 2007. - С. 102-103.
54. Никитин А.А., Юрасов Г.И. Поверхностные термические фронты в Японском море // Достижения в спутниковой океанографии : тез. междунар. конф. - Владивосток, 2007. - С. 104-105.
55. Yurasov G.I., Rudykh N.I. Some features of Peter the Great Bay hydrological regime 69in fall-winter period // PICES 16-th Annual meeting,Victoria, Canada, 2007. - Canada, 2007. - Р. 19.
56. Юрасов Г.И., Ванин Н.С., Рудых Н.И. Особенности гидрологического режима залива Петра Великого в осенне-зимний период // Известия ТИНРО. - 2007. - Т. 148. - С. 211-220.
57. Юрасов Г.И., Жабин И.А., Зуенко Ю.И. Океанография прибрежных районов северо-западной части Японского моря // Дальневосточные моря России. T. : Океанологические исследования. - М. : Наука, 2007. - С. 474-506.
58. Никитин А.А., Юрасов Г.И. Поверхностные термические фронты в Японском море // Известия ТИНРО. - 2007. - Т. 148. - С. 170-193.
59. Никитин А.А., Юрасов Г.И. Вихри синоптического масштаба в Японском море по спутниковым данным // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса : сб. науч. ст. в 4 т. / ИКИ РАН. - М., 2007. - Т. 1. - С. 165-179.
60. Никитин А.А., Юрасов Г.И. Синоптические вихри Японского моря по спутниковым данным // Исследование Земли из космоса. 2008. № 5. С. 42-57.
61. Юрасов Г.И., Вилянская Е.А. Характерные особенности и количественные характеристики осенне-зимнего апвеллинга в заливе Петра Великого // Современное состояние и тенденции изменения природной среды залива Петра Великого Японского моря. - М. : ГЕОС, 2008. - С. 73-82.
62. Yurasov G.I. Climatic characteristics of water masses, fronts, and currents in the Japan/East Sea // Abstr. PICES of 17-th Annual Meeting, China, Dalian, October 24 - November 2, 2008. - Dalian, 2008. - P. 219.
63. Юрасов Г.И., Ванин Н.С., Никитин А.А. Характеристики фронтов в Японском море по судовым и спутниковым данным // Метеорология и гидрология. - 2009. - № 4. - С. 93-105.
64. Юрасов Г.И. Термохалинные характеристики, фронты, водные массы, и структура вод глубоководных районов Японского моря. // Известия ТИНРО.- 2009. ЦТ. 156.-с. 265-281.
65. Юрасов Г.И., Вилянская Е.А. Характеристики апвеллинга в заливе Петра Великого в осенне-зимний сезон 1999-2000 гг. // Метеорология и гидрология.- 2010. - №10. С. 54-63.
66. Юрасов Г.И., Ванин Н.С., Рудых Н.И. Климатические характеристики течений по данным расчетов динамическим методом // Известия ТИНРО, 2011, Т.164. С. 350-357.
67. Юрасов Г.И., Никитин А.А., Ванин Н.С., Рудых Н.И. Геострофическая циркуляция и вихри на поверхности Японского моря // Известия ТИНРО, 2011, Т.165. С. 265-271.
68. Юрасов Г.И., Райзер С.К., Ищенко М.А. Оценки интенсивности вентиляции глубинных слоев Японского моря // Известия ТИНРО, 2011, Т.166. С. 166-179.
69. Олейников И.С., Юрасов Г.И., Ищенко М.А. Опыт применения системы численного моделирования ROMS для исследования гидродинамических процессов в заливе Петра Великого // Известия ТИНРО, 2011, Т.166. С. 275-282.
Юрасов Геннадий Иванович ТЕРМОХАЛИННАЯ СТРУКТУРА И ДИНАМИКА ВОД ЯПОНСКОГО МОРЯ Специальность 25.00.28 - океанология Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора географических наук Подписано к печати 24.10.2011 г. Формат 60Х84/16.
Печать офсетная. Уч.-изд. л.1,0. Тираж 100 экз. Заказ Отпечатано в ТОИ ДВО РАН 690041, г. Владивосток, ул. Балтийская,
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по разное