Исследование сезонной и межгодовой изменчивости температуры воды в Охотском море является важной научной и прикладной задачей. Изучение временной изменчивости
жүктеу/скачать 80.5 Kb.
|
| Введение
ВВЕДЕНИЕ. Актуальность темы. Охотское море считается одной из самых высокопродуктивных акваторий Мирового океана. В последнее десятилетие прошлого столетия в море ежегодно добывалось до 1.2-И.8 млн. тонн минтая, до 100-^350 тыс. тонн сельди, до 30+50 тыс. тонн камчатского краба. Состояние запасов минтая,. охотской сельди, тихоокеанских лососей, наваги, камбал, палтуса, других рыб и беспозвоночных позволяет вести здесь рациональный промысел биологических объектов. Высокая биологическая продуктивность моря обусловлена своеобразием его физико-географического положения и комплексом климатических и океанологических факторов, определяющих условия формирования первичной продукции, использующейся животными более высокого уровня. В течение последнего десятилетия прошлого века в дальневосточных морях и сопредельных водах Северной Пацифики наблюдались существенные перестройки в составе и структуре планктонных и нектонных сообществ. Наряду с антропогенным воздействием изменения в биоте связываются с изменчивостью астрономических и геофизических факторов через воздействие на атмосферу и гидросферу Земли [134]. Пространственные и временные флуктуации температуры воды являются индикатором изменений, происходящих в абиотических условиях экосистемы моря. Температура играет важную роль на всех стадиях жизни морских организмов, развитие фитопланктона и зоопланктона, служащих кормовой базой для гидробионтов, тесным образом связано с термическим состоянием вод. Исследование сезонной и межгодовой изменчивости температуры воды в Охотском море является важной научной и прикладной задачей. Изучение временной изменчивости термики вод и пространственной структуры полей температуры воды при различных типах термического режима представляет интерес не только для промысловой океанографии, но для промысла гидробионтов. Особенности и закономерности долгопериодных флуктуации термических условий используются при составлении промысловых прогнозов. 5 В последние годы особое внимание уделяется особенностям гидрологического режима вод моря в связи с освоением месторождений нефти на шельфе острова Сахалин. Несмотря на большое количество публикаций российских и иностранных авторов, посвященных изучению различных аспектов гидрологии Охотского моря, наименее освещенными в научной литературе остаются вопросы многолетней изменчивости океанологических процессов. Исследование долгопериодной изменчивости в этих работах было ограничено длительностью используемых рядов наблюдений. Типизация термических условий проводилась для отдельных районов моря. Не выполнялась, за редким исключением, статистическая оценка характеристик, отражающих сезонные и межгодовые вариации термического режима вод. С середины 80х годов прошлого века значительно интенсифицировались экосистемные и промыслово-океанографические исследования ТИНРО - центра в Охотском море. Возросло количество экспедиций, проводимых научно-исследовательскими судами Академии наук по российским и международным программам изучения океанографических условий дальневосточных морей. Накопление новых данных и пополнение информации за счет недоступных ранее ретроспективных наблюдений позволило значительно увеличить наполнение океанологической базы данных Охотского моря. Значительное увеличение количества информации, улучшение ее качества за счет использования данных современных высокоточных океанологических зондов позволяет произвести новое обобщение наблюдений термических условий моря, выполнить статистическую оценку долгопериодных изменений термического режима, определяющих формирование океанологического климата и оказывающих существенное влияние на биоту моря. Цель и задачи работы. Цель работы - изучение сезонной и многолетней изменчивости термических условий вод Охотского моря. При этом решались следующие задачи: - сформировать из всех доступных источников наиболее полную базу океанографических данных; Щ> 6 - выполнить расчет и анализ характеристик внутригодовой изменчивости температуры воды на основе климатического распределения температуры воды, а также статистическую оценку достоверности сезонных колебаний температуры воды в толще вод моря; - провести преобразование исходных полей температуры воды на естественные ортогональные функции (ЕОФ); восстановить пропущенные значения с применением метода ЕОФ на выделенном горизонте всей акватории моря и метода множественной линейной регрессии для придонных вод шельфа западной Камчатки; оценить возможность выделения многолетних флуктуации температуры воды на акватории Охотского моря; - выполнить оценку временных рядов, отражающих многолетние изменения термических условий Охотского моря, с использованием статистических критериев; - оценить возможное воздействие гидрометеорологических факторов на изменения термического состояния вод Охотского моря; - исследовать влияние временных колебаний температуры воды на изменения в экосистеме. Научная новизна.. Сформирована база данных Охотского моря, содержащая максимальное на настоящее время количество наблюдений температуры воды (более 93 тыс. станций). Создан наиболее полный массив измерений придонной температуры воды для района Западной Камчатки. Впервые рассчитаны статистически достоверные и условные глубины распространения сезонных колебаний температуры воды в толще вод Охотского моря. Впервые рассчитаны амплитуды (размах) внутригодовых колебаний температуры воды на акватории моря на горизонте 100 м., уточнены сроки времени наступления экстремальных значений температуры воды на поверхности и горизонте 50 м. Для горизонтов 100 и 200 м построены средние многолетние ежемесячные, а для горизонтов 500 и 1000 м средние многолетние сезонные карты распределения температуры воды. Впервые показана смена знака сезонных аномалий температуры воды (относительно средних многолетних годовых значений) на промежуточных глубинах (200-500 м) на большей части акватории Охотского моря. Впервые произведен анализ пространственно -временной многолетней изменчивости температуры воды для всей акватории 7 Охотского моря и выполнена классификация термических условий за период с 1950 по 2001 г. Впервые показано на статистически достоверных рядах данных, что в «теплые» типы лет происходит увеличение биомассы охотоморского минтая, а также нерестового запаса популяции гижигинско-камчатской сельди. На защиту выносится: 1) уточненное климатическое распределение температуры воды на различных горизонтах от поверхности до 1000 м; 2) параметры внутригодовой изменчивости температуры воды в деятельном слое моря и промежуточных водах; 3) межгодовые изменения температуры воды на «ключевом» горизонте для Охотского моря в целом и придонной температуры воды в районе Западной Камчатки, а также классификация лет по термическим условиям; 4) статистически значимые связи между показателями термического состояния вод и возможными влияющими гидрометеорологическими факторами; 5) влияние долгопериодной изменчивости термического режима вод на колебания биологических параметров. Практическая значимость работы. Результаты проведенного исследования реализуются при составлении фоновой части долговременных, квартальных и путинных прогнозов состояния биологических запасов Охотского моря; используются в оперативной работе при оценке океанологических условий по типу термического режима вод. Статистические связи среда-объект могут быть использованы при долгосрочном рыбопромысловом прогнозировании. Работа выполнена в соответствии с планом НИР ТИНРО (тема: 2.1.1.5) Апробация. Отдельные положения и главы работы докладывались: на коллоквиумах лаборатории промысловой океанографии и отчетных годовых сессиях ТИНРО в 1996-2001 г., на Всесоюзной конференции «Рациональное использование биоресурсов Тихого океана» (Владивосток, 1991), на IV Международном Симпозиуме WESTPAC океанографического комитета ЮНЕСКО (Окинава, Япония, 1998), на Международной конференции организации PICES (Циндао, Китай, 2002), на Международном совещании «Изучение глобальных изменений на Дальнем Востоке» (Владивосток, 2002), на Международном совещании PICES «Охотское море и сопредельные районы» (Владивосток, 2003), на Океанологическом семинаре ТОЙ 8 ДВО РАН и биологической секции Ученого Совета ТИНРО-Центра (Владивосток, 2003). По теме диссертации опубликовано 24 работы, из них 12 тезисов докладов. Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Текст работы изложен на 168 страницах. Содержит 44 рисунка и 8 таблиц. Список литературы включает 200 наименований, в том числе 52 иностранных. 9 Г. Характеристика состояния изученности Охотского моря 1.1. Географическое положение, границы, основные морфометрические характеристики, рельеф дна Охотское море — одно из окраинных морей Тихого океана - расположено в его северо-западной части и отделяется от океана цепью Курильских островов и полуостровом Камчатка. Наибольшая протяженность Охотского моря (с юго-запада на северо-восток) — около 2500 км. С северо-востока на запад его ширина достигает 1500 км. Курильские проливы соединяют Охотское море с Тихим океаном, а мелководные проливы Невельского и Лаперуза соединяют Охотское море с Японским морем (Рис. 1.1). Береговая линия Охотского моря тянется на 10 460 км и отличается значительной сложностью, особенно на западе и северо-востоке, где находится несколько довольно больших открытых заливов. Наиболее крупный из них зал. Шелихова, с Гижигинской и Пенжинской губами, расположен в северо-восточной части Охотского моря. В западной части моря находятся заливы Анива, Терпения (Южный Сахалин), Сахалинский с Амурским лиманом, Александры, Ульбанский, Академии и Тугурский, Торомская и Удская губы. На севере моря располагаются заливы Ушки, Шельтинга, Забияка, Бабушкина, Кекурный и Тауйская губа. Вдоль остальной части береговой линии Охотского моря заливы либо очень небольшие, либо совсем отсутствуют [80, 97]. Островов в Охотском море немного. В основном, это прибрежные острова (Шантарские на западе, Тюлений около острова Сахалин, Спафарьева и Завьялова в Тауйской губе, Ямские в заливе Шелихова и Птичий у Камчатки). В открытом море расположен один небольшой остров Ионы. В Курильском архипелаге длиной примерно 1200 км насчитывается 28 относительно больших и много мелких островов (общей площадью около 15,6 тыс. км2) и скал [97]. Площадь Охотского моря с островами 1583 тыс. км2, а без островов 1579,9 тыс. км2. Максимальная глубина 3374 м, средняя глубина 777 м. Объем вод Охотского моря 1227,7 тыс. км3. Общая площадь водосборного бассейна Охотского моря составляет 2666 тыс. км2, а общий годовой сток рек - 586 км3. Наибольшее поступление вод происходит от р. Амура — 371 км3 [74, 97, 102]. 10 135 60- 140 145 залив ; 2000 Терпения i: 140 145 155 160 165 Рис. 1.1. Карта и рельеф дна Охотского моря. Охотское море расположено в переходной зоне от материка к ложу Тихого океана. При анализе донного рельефа выделяют три основные морфологические ступени: а) материковые и островные отмели, б) дно центральной части моря и в) дно южной глубоководной котловины. Материковая отмель занимает более 40% всей площади моря. Ее ширина в районе пролива Лаперуза составляет 120 миль, у восточного побережья Сахалина 3(Н40 миль, на севере моря- 60^-220 миль, в зал. Шелихова 90 -миль, у южного берега Камчатки - 30 миль. Глубина внешнего края материковой отмели колеблется от 100^-175 м на востоке моря до 150^-275 м на юго-западе и до 170-^-350 м на севере. Крутизна материкового склона на юге, западе и востоке моря колеблется от нескольких градусов до 15^20°, в то время как на севере она не превышает 2°. Дно центральной части моря представляет собой систему нескольких 11 поднятий и ложбин с резко меняющимися глубинами. Минимальные глубины над наиболее крупными поднятиями - возвышенностями: Академии наук СССР и Института океанологии - достигают соответственно 894 и 940 м. К западу от южной оконечности Камчатки находится небольшое поднятие Лебедя, глубина над которым около 200 м. К востоку от острова Сахалин расположена обширная котловина Дерюгина с максимальной глубиной 1744 м, а к западу от Камчатки располагается впадина ТИНРО с максимальной глубиной 993 м. Кроме того, небольшая по размерам и не очень глубокая (около 445 м) котловина находится в зал. Шелихова. Она связана желобом (глубина до 369 м) с впадиной ТИНРО, которая в свою очередь соединяется с южной глубоководной котловиной Охотского моря желобом Лебедя (с глубиной до 530 м). Котловина Дерюгина связана с южной глубоководной Курильской котловиной желобами Макарова и Петра Шмидта (глубина до 1315 м). Курильская котловина, расположенная с внутренней стороны Курильских о-вов,— область наибольших глубин (более 3000 м). Здесь находится самая глубокая впадина Охотского моря (3374 м) [80, 97, 109, 120]. 1.2. Гидрометеорологические условия Метеорологический режим. Основными центрами действия атмосферы, формирующими особенности приземных и высотных полей давления над Охотским морем, являются алеутская депрессия и северотихоокеанский антициклон, азиатский антициклон (зимой) и дальневосточная депрессия и охотоморский антициклон (летом). Наиболее контрастно система барических образований выражена в холодный период года. В этот период алеутский минимум, с центром в районе Алеутской гряды, распространяется на всю северную часть Тихого океана, а тихоокеанский максимум смещается к берегам Калифорнии. Среднее барическое поле у Земли зимой характеризуется: развитием мощного сибирского антициклона и арктического антициклона, соединяющего антициклоны Сибири и Канады; алеутской депрессией над северной частью Тихого океана. Охотское море лежит на пути активных циклонов, что благоприятствует частому установлению сильных и штормовых ветров. Градиентная зона между азиатской областью высокого давления и алеутским 12 минимумом способствует устойчивым северо-западным ветрам в южной части Охотского моря. Повторяемость этих ветров 40-60%. Далее к северу ветер становится восточного направления [45]. В теплое время года сибирский максимум и алеутский минимум не прослеживаются, а северотихоокеанский антициклон смещается к северу, и над Охотским морем преобладают южные и юго-западные ветры [29, 49]. В летнее время для Охотского моря характерен антициклогенез. При прохождении глубоких циклонов штормовое волнение наиболее интенсивно развивается с октября по декабрь в северной части моря, ас января по апрель в южной. Повторяемость циклонов над Охотским морем имеет максимум в декабре, когда на всей глубоководной акватории высоты волн могут достигать 8-41 м. В августе-октябре, при выходе тайфунов и южных циклонов на юго-восточную и южную части моря, высоты волн могут превышать 8 м [45, 67]. В целом для Охотского моря средний годовой результирующий теплообмен поверхности отрицателен. Компенсация потерь тепла морем происходит за счет адвекции вод в его южной части через пролив Лаперуза и тихоокеанских вод через Курильские проливы. Расчеты бюджета тепла поверхности показывают, что в среднем для всей акватории моря наблюдается одинаковая продолжительность как теплого (апрель—сентябрь), так и холодного (октябрь—март) периодов [88]. Средняя годовая температура воздуха в северной части Охотского моря (севернее параллели 50° с. ш.) отрицательна. Годовые амплитуды средних месячных температур воздуха достигают наибольших значений (30-К36 °С) в северо-западной части моря. В южных районах моря они существенно уменьшаются и не превышают 15-18 °С. Средние суточные значения температуры воздуха составляют: в январе для широт 60, 55 и 50 с.ш. - соответственно -14.6, -9.7, -6.3 °С; в июле - 13.6, 14.5, и 16.9 °С[29,45]. Ледовые условия. По суровости ледовых условий Охотское море приближается к арктическим морям. Средняя продолжительность ледового периода в северо-западной части моря составляет 260 суток. Неравномерное развитие и разрушение ледяного покрова обусловливает различную продолжительность ледового периода в Охотском море. В северных районах и у восточного побережья о. Сахалин она 13 составляет - 190+200 суток, а на юге моря - уменьшается до 110+ 120 суток. В суровые зимы льдом покрывается до 97 %, а в мягкие зимы — около 57 % всей акватории моря [147]. Ледовый режим моря в значительной степени определяется его физико-географическими особенностями. Ледяной покров первоначально образуется в северных и западных областях и распространяется затем к югу. В западной половине моря генеральный дрейф льда с севера на юг вдоль восточного побережья о. Сахалин происходит под влиянием Восточно-Сахалинского течения. В восточной половине моря ледяной покров образуется вдоль побережья п-ова Камчатка. В центральной части восточной половины моря, благодаря интенсивному поступлению теплых вод из южной части акватории моря и Тихого океана, образуется обширная свободная ото льда область, вытянутая с юга на север. Лишь в самые суровые зимы льдом покрывается практически все море, за исключением небольшого участка, прилегающего к Курильским проливам [146]. Первый лед появляется во второй половине октября в некоторых закрытых бухтах северной части Охотского моря. В конце октября — начале ноября наблюдается устойчивое ледообразование в Амурском лимане, Удской губе, заливах Академии и Тугурском. Затем лед образуется во всех бухтах северного побережья моря. Декабрь—январь характерны развитием ледяного покрова в. северной и западной частях моря. Максимум распространения ледяного покрова наступает в первой половине марта. К этому времени чистая вода обычно сохраняется в юго-восточной части моря приблизительно на 20 % его площади. В суровые зимы льдом покрывается почти все море, лишь у Курильских островов сохраняется узкая полоска воды. Начиная с апреля, кромка льда смещается к северу и общая деловитость моря сокращается. К середине мая ото льда очищается более половины площади моря. В июне встречаются отдельные пятна льда только у северо-восточного Сахалина, вблизи Шантарских островов, вокруг п-ова Лисянского, в Ямской и Пенжинской губах. Окончательное очищение моря ото льда происходит в июле, но после суровых и ледовитых зим к юго-западу от Шантарских островов отдельные поля льда встречаются даже во второй половине августа [146, 147]. Термохалинная структура вод. Водные массы Охотского моря были исследованы в работах [63, 80, 84, 92, 102, 169]. В настоящее время общепринятыми 14 считаются схожие результаты классификации водных масс и терминология, приведенные в работах К. В. Морошкина [92] и К. Китани [169]. К. В. Морошкин [92], применяя методы T-S-анализа, выделяет пять типов водных масс в структуре вод Охотского моря: Поверхностные охотоморские воды с соленостью 32.5о/оо весенней (2.5°С), летней (12-НЗ°С) и осенней (0+1 ГС) модификаций, занимают слой от 0 до 40 м; Охотоморская водная масса, представляющая собой холодный промежуточный слой, ее ядром весной, летом и осенью служит поверхность минимальных температур, она охватывает слой от 40 до 150 м; Промежуточная водная масса с температурой 1.5°С и соленостью 33.7 о/оо , в пределах Охотского моря она расположена на горизонтах от 100-Н50 до 400+700 м; Глубинная тихоокеанская водная масса Охотского моря (S=34.3 о/оо), имеющая максимум температуры и минимум кислорода; водная масса Южной Курильской котловины Охотского моря ( Т= 1.8°С, S =34.7 о/оо). В субарктической структуре вод К. В. Морошкин выделяет также Курильскую разновидность водных масс, связанную с аномалиями температуры воды в толще вод вблизи островов под воздействием приливного перемешивания в Курильских проливах. Классификация, выполненная К.В. Морошкиным, не потеряла актуальности и в настоящее время. Основная масса вод Охотского моря имеет тихоокеанское происхождение. Эти воды поступают через многочисленные проливы между Курильскими островами. Поверхностные воды характеризуются температурой от -1.8 до 2.0 °С зимой и от 10 до 18 °С летом. Соленость вод в открытой части моря составляет около 33+34 %0. Летом эти воды распространяются до глубин 30+75 м. Прогрев не распространяется на всю толщу воды, охлаждающейся в течение зимы, поэтому на подповерхностных горизонтах сохраняется промежуточный слой с отрицательной температурой (до — 1.76 °С). Ниже его находятся более теплые тихоокеанские воды с температурой 2.0— 2.5 °С. Придонные воды в районе максимальных глубин имеют температуру около 1.8 -2.3 °С и соленость около 34.7 %0 [84, 92]. Существующая система непериодических течений во многом определяет перераспределение тепла на акватории Охотского моря. Постоянное поступление 15 теплых тихоокеанских вод через проливы, дальнейшее распространение их в северном и северо-западном направлении способствует тому, что в холодное время года с октября по апрель температура поверхностных вод в восточной части моря оказывается выше, чем в западной. Южная часть моря теплее в течение всего года, чем северная, не только за счет большего притока радиационного тепла и теплых тихоокеанских вод, поступающих через Курильские проливы, но и за счет проникновения вод течения Соя с относительно высокой температурой воды из Японского моря через пролив Лаперуза. Значительное влияние на формирование термических условий моря оказывает Восточно-Сахалинское течение. Летом оно переносит теплые распресненные воды из северо-западной части моря в южном направлении вдоль берегов восточного Сахалина. Поэтому температура воды на поверхности в западной части моря в августе оказывается выше, чем в восточной части - у Курильских островов, где под влиянием приливного перемешивания наблюдается относительное понижение температуры воды. Напротив, в течение всего года на подповерхностных и промежуточных глубинах западная часть моря оказывается холоднее восточной части моря, что является следствием переноса холодных вод Восточно-Сахалинским течением, и поступлением теплых тихоокеанских вод в восточную часть моря через Курильские проливы. Опускание холодных вод по свалу глубин восточного Сахалина и залива Терпения и их распространение в южном направлении приводит к тому, что на горизонтах 500-ИООО м юго-западная часть моря оказывается холоднее, чем на этих же глубинах восточная часть моря, примыкающая к полуострову Камчатка [10, 84, 92, 169]. Циркуляция вод. Сложившиеся представления о циркуляции вод всего моря основаны в первую очередь на схемах, построенных в рамках различных теоретических моделей. Схемы течений, рассчитанные по реальному полю плотности толщи вод Охотского моря, динамическим [138, 92] и диагностическим методом [85], хорошо согласуются не только между собой, но и с данными немногочисленных инструментальных наблюдений. Общепризнанным является представление о преобладании циклонических круговоротов вод в северной, включая залив Шелихова, и центральной частях моря и антициклонического движения вод в южной части моря. Многие авторы подчеркивают решающее значение атмосферной циркуляции в образовании 16 циклонических течений Охотского моря. Исследования последних лет свидетельствуют об изменчивости циркуляционной системы моря; отмечается, что сезонные эффекты в выраженности элементов циркуляции являются следствием перестройки термохалинных полей. При этом признается важность термического типа зимних условий на интенсификацию течений [20]. В работах, основанных на расчетах по диагностической модели В. Ф. Козлова [74], и В. И. Зырянова [64], сделан вывод об определяющей роли совместного эффекта бароклинности и рельефа дна в формировании интегральной циркуляции вод, и о второстепенной роли ветровой составляющей. Обобщенная схема течений вод Охотского моря (рис. 1.2), основанная на результатах диагностических расчетов, по наиболее полному массиву данных о распределении плотности в Охотском море, приведена в работе [85]. 460 Рис. 1.2. Обобщенная схема циркуляции вод Охотского моря [85]. 17 Согласно этой схеме в центральной и северной частях Охотского моря доминирует циклоническое движение вод, что является характерной чертой горизонтальной циркуляции вод. Основными элементами общего циклонического круговорота являются: теплое Камчатское (или Западно-Камчатское) течение, следующее в северном направлении .между меридианами 152° и 153° в. д., Северо-Охотское течение, следующее вдоль северных берегов моря, и холодное Восточно-Сахалинское, распространяющееся в южном направлении вдоль острова Сахалин. В южной части моря и в районе, прилегающем к Курильским островам, преобладает антициклоническое движение вод. Особенности рельефа дна приводят к образованию циклонических и антициклонических круговоротов на фоне общего движения вод; изменчивость течений с глубиной незначительна. В поле течений также выделяется два обширных антициклонических круговорота над глубоководным желобом у западных берегов полуострова Камчатка. Компенсационное течение южного направления образуется восточной периферией антициклонических круговоротов. Поступление тихоокеанских вод через проливы Курильской гряды и пролив Лаперуза играет важную роль в динамике вод Охотского моря. К настоящему времени сложились следующие представления о водообмене Охотского моря с Тихим океаном. Через все Курильские проливы, расположенные к юго-западу от пролива Буссоль, происходит сброс воды Охотского моря в океан, а севернее пролива Буссоль воды океана поступают в море.. Сток охотоморских вод в океан, в основном, происходит через пролив Буссоль (29% от всего стока через проливы). Поступление глубинных океанических вод в море происходит, главным образом, через пролив Крузенштерна [69]. Прямые измерения течений свидетельствуют о стоке вод из Охотского моря в верхнем 100 м слое вод и поступлении в море тихоокеанских вод в нижних слоях вод пролива Крузенштерна [193]. В работах [58, 131] отмечается важная роль динамики вод в формировании термических условий вод южной части Охотского моря и района Южных Курильских островов. Предполагается, что интенсификация течения Ойясио может свидетельствовать об усилении водообмена между Тихим океаном и Охотским морем [59] . На изменчивость гидрофизических полей Охотского моря значительное влияние оказывают приливные явления, и сопутствующие им сильные течения. В Охотском море сильно развиты течения в проливах Курильской гряды, в заливе Шелихова, в Список литературы жүктеу/скачать 80.5 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|