Влияние изменчивости циркуляции поверхностных вод Южно-Китайского моря на Азиатско-Тихоокеанский регион в зимний период

Вестник ДВО РАН. 2011. № 3

УДК 551.465

Г.А.ВЛАСОВА, А.М.ПОЛЯКОВА, М.Н.ДЕМЕНОК

Влияние изменчивости циркуляции поверхностных вод Южно-Китайского моря на Азиатско-Тихоокеанский регион в зимний период

Приведены результаты расчетов поверхностной циркуляции вод для акватории Южно-Китайского моря на базе гидродинамической модели с учетом типа региональных атмосферных процессов (малоградиентное поле с зоной сильного ветра в северной половине моря) в зимние сезоны 2000-2008 гг. На исследуемой акватории выделены гидродинамические структуры, зависящие и не зависящие от типа атмосферной циркуляции. Показана пространственно-временная изменчивость поверхностной циркуляции вод, связанная с типом барических систем, а также ее влияние на Азиатско-Тихоокеанский регион.

Ключевые слова: Южно-Китайское море, циркуляция вод, атмосферные процессы, циклон, антициклон, численное моделирование.

Influence of variability of surface water circulation of the South China Sea and its influence on Pacific region during the winter period. G.A.VLASOVA, A.M.POLYAKOVA, M.N.DEMENOK (V.Ul'ichev Pacific Oceanological Institute, FEB RAS, Vladivostok).

The numerical calculations of the surface water circulation are resulted on the basis of hydrodynamic model in view of the type of the regional atmospheric processes (low gradient field with zone of the strong wind in the northern half of the sea) in winter 2000-2008. The hydrodynamic structures dependent and independent of atmospheric circulation are revealed in the researched region. The spatial-temporal variability of the surface water circulation depending on baric type and also its influence on the Pacific Region are shown.

Key words: the South China Sea, water circulation, atmospheric processes, cyclone, anticyclone, numerical modeling.

Южно-Китайское море - одно из крупнейших окраинных морей Тихого океана - район экстремальных гидрометеорологических условий: муссонный климат, сезонная смена направления течений и др. (рис. 1). Через его акваторию проходят тропические циклоны разрушительной силы (тайфуны, сила ветра которых достигает 12 баллов по шкале Бофорта) [4, 5]. Они влияют на климат не только близлежащих территорий, но и северо-западной части Тихого океана, в том числе Дальневосточного региона России: доходят до Японского моря, островов Хоккайдо и Хонсю и продвигаются далее к Курилам вплоть до 45° с.ш. (рис. 2).

Течения Южно-Китайского моря определяются чрезвычайно сложными гидрометеорологическими процессами. Из-за влияния муссона в условиях горного рельефа пространственно-временная структура течений очень специфична. Система течений в данном районе

*ВЛАСОВА Галина Александровна - кандидат географических наук, ведущий научный сотрудник, ПОЛЯКОВА Антонина Марковна - кандидат географических наук, ведущий научный сотрудник, ДЕМЕНОК Марианелла Николаевна - старший инженер (Тихоокеанский океанологический институт им. В.И.Ильичева ДВО РАН, Владивосток). *E-mail: gavlasova@mail.ru

Работа осуществлена в рамках двустороннего российско-вьетнамского соглашения между ТОИ ДВО РАН и ИО ВАНТ (Институт океанографии Вьетнамской академии наук и технологий) от 14 апреля 2010 г. (регистр. № 585 ОМС ДВО РАН от 16.06.2010).

изучена недостаточно из-за трудностей в организации научно-исследовательских экспедиций для получения систематических инструментальных данных (мониторинг). Поэтому особую значимость для решения различных прикладных проблем, а также прогноза погоды и климата в данном районе и за его пределами приобретает математическое моделирование. Оно позволяет провести диагностику основных физических полей моря в системе «океан-атмосфера».

Целью настоящей статьи является исследование сезонной изменчивости поверхностной циркуляции вод под влиянием синоптических процессов на изучаемой акватории, влияющих на Азиатско-Тихоокеанский регион, при помощи численного моделирования циркуляции вод под воздействием особенностей синоптических процессов [12, 13]. Исследования проводились в зимние периоды 2000-2008 гг. Для этого использована описанная в работах [1-3, 6, 8] гидродинамическая модель, в рамках которой были рассчитаны функции тока на поверхности и построены карты поверхностной циркуляции вод, анализ которых приведен ниже. В данной работе район исследований ограничен координатами 0-30° с.ш., 95-123° в.д.

Рис. 1. Карта Юго-Восточной Азии [12]

Рис. 2. Траектории тропических циклонов, зарождающихся в Южно-Китайском море и северо-западной части Тихого океана [17]

Исходные данные

Атмосферный режим. Атмосферная циркуляция над исследуемой территорией и прилегающей частью Тихого океана составляет единую муссонную систему, изменчивость которой может определяться миграцией субтропического фронта в северном и южном направлениях. Изменение положения субтропического фронта влияет на синоптическую ситуацию над окраинными морями Азии (Южно-Китайское, Восточно-Китайское, Японское, Охотское), причем характер атмосферной циркуляции над каждым из них имеет специфические черты. Тропические циклоны проходят через Южно-Китайское море, и часть из них разворачивается и направляется на акваторию Японского и Охотского морей и территорию Японии, Приморского края, Сахалина, Курил, значимо изменяя текущую атмосферную циркуляцию выносом большого количества энергии на подстилающую поверхность [5]. Выход тайфунов на территорию Дальнего Востока часто приводит к экстремальным ситуациям: ураганным ветрам, вызывающим разрушения, обильным осадкам, приводящим к разливу рек и катастрофическим наводнениям.

Для описания особенностей атмосферной циркуляции над Южно-Китайским морем в 2000-2008 гг. использованы приземные синоптические карты погоды Японского метеорологического агентства за 4 основных синоптических срока: 00, 06, 12, 18 ч по Гринвичу.

По данным ежедневных карт определяли положение и интенсивность основных центров действия атмосферы для дальнейшей классификации типовых синоптических ситуаций, формирующихся над Южно-Китайским морем.

Атмосферные типы. В основе типизации атмосферных процессов лежат два основных признака: положение траекторий тропических циклонов и пространственное расположение антициклонов. В процессе типизации траектории тропических циклонов прослеживали посредством фиксации положения их центров в географических координатах от карты к карте с дискретностью в 6 ч без учета глубины и протяженности циклонов. Для типов атмосферных процессов, не связанных с влиянием тропических циклонов, прослеживали расположение центров антициклонов и внетропических циклонов над территорией Китая и в северо-западной части Тихого океана.

В результате обработки исходных приземных карт и анализа полученных материалов была проведена классификация синоптических ситуаций. Выделены три типа атмосферных процессов, один из которых включает в себя три подтипа в зависимости от того, в какую часть Южно-Китайского моря выходит тропический циклон:

1. Малоградиентное поле;

2. Малоградиентное поле с зоной сильного ветра в северной половине моря;

3. Тропический циклон с выходом в

а) в северную часть моря,

б) центральную часть моря,

в) южную часть моря.

Рассмотрим 2-й тип атмосферных процессов, в наибольшей степени влияющий на погоду Азиатско-Тихоокеанского региона (рис. 3, 4).

Рис. 3. Приземная барическая карта северо-западной части Тихого океана

При действии данного типа атмосферной циркуляции над южной половиной моря наблюдается мало градиентное барическое поле, в то время как в северной половине моря - высокоградиентное, что обусловлено наличием 3-5 изобар, кратных 4 гПа. При действии данного типа атмосферных процессов в центральной и северной частях моря может проходить более или менее выраженный субтропический фронт, ориентированный в направлении с юго-запада на северо-восток (от 10 до 30° с.ш.). Значительные градиенты над северной половиной моря обусловлены наличием над центральным или восточным Китаем выраженного антициклона с давлением в центре до 1030-1035 гПа, в то время как тайфун с давлением в центре до 970 гПа и ниже располагается в северо-западной части Тихого океана. В тылу такого глубокого циклона и в передней части антициклона создается зона сгущения изобар, отражающих наличие большого градиента давления. Поэтому в северной, а иногда и в центральной частях моря при действии данной барической ситуации преобладают сильные (>15 м/с) ветры северо-восточного направления. Обычно южная граница зоны сильных ветров зависит от положения субтропического фронта: чем южнее располагается данный фронт, тем дальше к югу проникает область сильного преимущественно северо-восточного ветра.

Входной информацией для расчетов поверхностной циркуляции вод послужили: ежедневные данные (с интервалом в 6 ч) приземных синоптических карт полей атмосферного давления японского метеоагентства за 2000-2008 гг., соответствующие определенному типу атмосферных процессов (http://www.imoc.co.jp/wxfax/asas_00.htm);

архив GDEM (Generalized Digital Environmental Model) - массив среднемесячных данных по поверхностной температуре и солености в узлах сетки 1 х 1° за весь исторический период наблюдений;

банк экспедиционных данных ТОИ ДВО РАН «Океан-2» по температуре и солености за 1970-1990 гг.;

массив ЕТОРО-5 (Earth Topography) - значения глубин морского дна. Для расчетов использовалась сетка 1 х 1°. Для формирования указанной сетки вся информация, поступающая на вход, обрабатывалась методом интерполяции в режиме Surfer (Kriging).

Анализ результатов

Известно, что в зимний период над Южно-Китайским морем развит зимний, северо-восточный муссон [7, 10, 16]. В северной и центральной частях моря наблюдается широкий поток поверхностных водных масс на запад и юго-запад. К востоку от о-ва Хай-нань часть водных масс, изменив прежнее направление, двигается на север и северо-восток в Тонкинский (Бакбо) залив. Основный же поток южнее о-ва Хайнань переносится дальше на юго-запад в южную часть моря к островам Борнео и Суматра. Одна из частей основного южного потока направляется в Таиландский залив и создает в его центральной

Рис. 4. Тип атмосферной циркуляции «малоградиентное поле с зоной сильного ветра в северной половине моря»

части циклонический круговорот, другая следует дальше на юг и в южных проливах образует антициклонический круговорот. В центральной части моря (15° с.ш., 117° в.д.) формируется циклоническое образование, звеньями которого служат, с одной стороны, течение юго-западного направления вдоль берегов Вьетнама, с другой - течение северного направления у берегов Филиппин. По своему характеру зимнюю поверхностную циркуляцию можно разделить на две части. Границей такого условного разделения может служить линия с юго-запада на северо-восток до северной оконечности о-ва Лусон. В первой части, куда входят северная и западная зоны, перенос вод западного и

Рис. 5. Схема поверхностных течений в феврале (на базе мате- юго-западного направления более риалов нескольких экспедиций до 1945 г. гидрографической интенсивен и носит явно ветровой службы США [10]) характер. Во второй части, менее

значительной по площади, куда входят восточная и южная зоны, наблюдаются как циклонические, так и антициклонические структуры с незначительными скоростями течений (рис. 5).

По результатам расчетов построены среднемноголетние карты поверхностной циркуляции вод Южно-Китайского моря за 2000-2008 гг. для декабря, января и февраля с учетом особенностей вышеуказанного типа атмосферной циркуляции.

В соответствии с выполненными расчетами на исследуемой акватории подтверждено существование основных известных течений в зимний период, не зависящих от таких синоптических процессов, как течения юго-западного направления в северной и центральной частях Южно-Китайского моря. Данные результаты подтверждают корректность используемой модели.

В процессе анализа выявлены гидродинамические пространственно-временные особенности схем течений, зависящих от вышеописанного типа атмосферной циркуляции, в зимний сезон.

Так, при действии рассматриваемого типа синоптических процессов «малоградиентное поле с зоной сильного ветра в северной половине моря» в декабре картина течений в основном соответствует общепризнанной (рис. 6). Все Южно-Китайское море охвачено циклоническим движением вод, за исключением южной части Тонкинского (Бакбо) залива, северной части Таиландского залива, южной части п-ова Малакка и пролива Ка-римата. Причем в западной части пролива Каримата воды входят в залив, а в восточной его части выходят в Яванское море. В центральной части Таиландского и северной части Тонкинского заливов формируются циклонические круговороты. Течения восточной части моря наиболее интенсивны по сравнению с течениями в западной части. Выходя через Тайванский и Баши проливы, они усиливают Тайванское и Рюкю течения, которые в свою очередь усиливают самое мощное течение Куросио [4, 14]. Под Куросио объединяют собственно Куросио, Тайванское и Рюкю течения [11, 15]. Независимо от классификации скорость, мощность и ширина Куросио быстро увеличиваются и достигают максимума

ш на 1»э "в.д

по выходе течения из Восточно-Китайского моря, неся огромные запасы энергии.

Если сравнивать полученные схемы поверхностных течений в декабре с известными схемами поверхностных течений Виртки [16], то на них по всей акватории Тонкинского и Таиландского заливов наблюдается циклоническое движение вод (рис. 7). Если же сравнивать их с современными схемами течений, полученных в Naval Research Laboratory (NRL) of USA в том же месяце 2008 г., то в южной части Тонкинского залива также наблюдается небольшой антициклонический вихрь, а в Таиландском заливе - подобная дипольная структура, но с обратным знаком: в северной части моря расположен циклон, в центральной - антициклон (рис. 8). Вероятно, наличие антициклонических структур объясняется тем, что при действии указанного типа барических образований имеет место ярко выраженный антициклон над центральным и восточным Китаем, создающий зону устойчивых штормовых восточных, юго-восточных ветров, которые усиливают ветровой дрейф поверхностных вод с последующим выходом Южно-Китайского течения в систему Куросио [9].

В январе и феврале картина течений идентична и схожа с декабрьской с той лишь разницей, что в Тонкинском заливе полностью устанавливается антициклоническое движение вод, возможно связанное с местными орографическими особенностями (рис. 9), что

Рис. 7. Схема поверхностных течений в декабре

Рис. 6. Схема поверхностных течений в декабре 2000-2008 гг. Цифры - расход воды

"е.ш.

Шипл ыпрсстпй mmii aiit----Ш«алв «оропе» тв^чцй. -

Р..' 8. Схема поверхностных течений в декабре

не соответствует схемам течений в феврале по Виртки (рис. 7) и лаборатории NRL (рис. 8). Это объясняется прежде всего тем, что при действии рассматриваемого типа в северной половине моря наблюдается перенос воздушных масс антициклонического характера.

В целом результаты наших исследований хорошо согласуются с данными моделирования лаборатории NRL в 2008 г., которая использовала модель NCOM (Navy Coastal Ocean Model). Сравнение результатов моделирования, выполненного нами, с данными экспедиционных исследований [7, 9, 14] показало, что теоретические оценки превышают экспериментальные приблизительно в 1,5 раза, что находится в пределах допустимого.

Итак, при рассматриваемом типе атмосферных процессов влияние на Азиатско-Тихоокеанский регион очевидно, так как все Южно-Китайское море охвачено циклоническим

движением вод, которое усиливается в восточной части моря с выходом в Тихий океан, что значимо усиливает систему Куросио. Что же касается антициклонических структур, формирующихся в северном Тонкинском заливе, то они тоже усиливают Южно-Китайское течение, оказывая в итоге влияние на общую систему постоянных течений Дальневосточного региона.

В результате выполненного моделирования выявлены следующие закономерности поверхностной циркуляции вод Южно-Китайского моря в первое десятилетие XXI в.:

Рис. 9. Схема поверхностных течений в феврале 2000-2008 гг. подтверждена квазиустойчи-Цифры - расход воды (1 х 107 см3/с) вость основной схемы течений

региона, не зависящей от характера атмосферной циркуляции, показаны пространственно-временная зависимость поверхностной циркуляции вод от характера барического образования «малоградиентное поле с зоной сильного ветра в северной половине моря» в зимний период (общие погодные условия остаются в норме за исключением Тонкинского залива, где наступает похолодание за счет влияния антициклона над Китаем, ярко выраженного в северной половине моря в исследуемый период), влияние тропических циклонов на Дальний Восток и северо-западную часть Тихого океана (при этом изменение положения субтропического фронта создает региональную синоптическую ситуацию над окраинными морями Азии) и влияние циркуляции вод Южно-Китайского моря на Дальневосточный регион (интенсификация течений восточной стороны моря приводит к усилению системы Куросио).

ЛИТЕРАТУРА

1. Васильев А.С. Автомодельность второго рода и мониторинг основных физических полей океана // ДАН СССР. 1993. Т. 328, № 5. С. 613-618.

2. Власова Г.А., Полякова А.М. Активная энергетическая зона океана и атмосферы северо-западной части Тихого океана. Владивосток: Дальнаука, 2004. 146 с.

3. Власова Г.А., Васильев А.С., Шевченко Г.В. Пространственно-временная изменчивость структуры и динамики вод Охотского моря. М.: Наука, 2008. 359 с.

4. Куросио и прилегающие районы Тихого океана. М.: Гидрометеоиздат, 1972. Вып. 106. 210 с.

5. Мамедов Э.С., Павлов Н.И. Тайфуны. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. 137 с.

6. Полякова А.М., Власова Г. А., Васильев А.С. Влияние атмосферы на подстилающую поверхность и гидродинамические процессы Берингова моря. Владивосток: Дальнаука, 2002. 203 с.

7. Ростов И.Д., Мороз В.В., Богданов К.Т., Пан А.А., Ростов В.И., Рудых Н.И., Дмитриева Е.В., Лучин В.А. Атлас по океанографии Южно-Китайского моря / ТОИ ДВО РАН. СD-ROM. Т. 9, версия 1, 2009. - http:pacificinfo. ru/data/cdrom/9/

8. Фельзенбаум А.И. Динамика морских течений. Гидродинамика. М., 1970. 338 с.

9. Bingxian G. The South China Sea Warm current on against wind current of Guangdong province in winter // Ocean. Limn. Sinica. 1978. Vol. 9, N 2. P. 117-127.

10. Currents in the South China Sea. Java, Celebes and Sulu seas. Tokyo, 1945. 236 p.

11. Uda M. On some oceanographical researchs of the sea water of Kuroshio // Reg. Oceanogr. Works Japan. 1930. Vol. 2, N 2. P. 161-188.

12. Vlasova G.A., Bui Hong Long, Taranova S.N., Nguyen Ba Xuan, Belyaev V.A., Yurasov G.I., Le Dinh Mau. Background data on the South China Sea. Preprint. Vladivostok: POI FEB RAS, 2010. 54 p.

13. Vlasova G., Bui Hong Long, Polyakova A., Nguen Ba Xuan, Yarasov G., Le Dinh Mau. Preliminary results of variability of water circulation in the South China Sea under the influence of the synoptic processes // Abstr. of PICES 18th Annual Meeting Jeju Republic of Korea, 2009. P. 199.

14. Wang J., Chern C.S. Some observations on the Kuroshio intrusion processes in the Luzon strait in the northern South China Sea // Acta Oceanogr. Taiwan. 2000. Vol. 38. P. 129-151.

15. Wust G. Kuroshio and Golfstream. Berlin: Veroff. Inst. Meereskunde, 1936. Vol. 29.

16. Wyrtki K. Scientific results of marine investigation of the South China Sea and Gulf of Thailand. N. Y.: NAGA, 1961. Report 2. 195 p.

17. Zhao X., Pang H., Li X., Song P. Abnormal incident analysis of tropical cyclones influencing South China Sea in 1997 // J. Tropic. Oceanogr. 2008. Vol. 27, N 1. P. 11-15.