Аномальные термические условия северо-западной части Японского моря осенью 2003 г.

2004

Известия ТИНРО

Том 138

УДК 551.46.062.5

Н.С.Ванин

АНОМАЛЬНЫЕ ТЕРМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ СЕВЕРО-ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ ЯПОНСКОГО МОРЯ ОСЕНЬЮ 2003 Г.

В рамках проводимой в ТИНРО-центре программы исследований биологических ресурсов дальневосточных морей в ноябре 2003 г. выполнена гидрологическая съемка российской ИЭЗ Японского моря. Показано, что осенью 2003 г. температура верхнего 200-метрового слоя была значительно выше нормы, особенно в южной части Татарского пролива и вблизи юго-восточного Приморья. Сравнительно холодной была область циклонического круговорота вод у центральной части Приморья. Отрицательные аномалии температуры наблюдались в области субарктических вод, положительные в целом соответствовали области смешения и субтропическим водам, переносимым Цусимским течением. Это течение в 2003 г. имело, по-видимому, максимальное развитие за последние годы, его воды подходили к юго-восточному побережью Приморья, распространялись до 49° с.ш. и севернее. Следствием усиления Цусимского течения явилось аномально обширное распространение япономорских вод в южной части Охотского моря. Следы этих вод в сентябре отмечались на поверхности и в Сахалинском заливе вплоть до Шантарских островов, чего не наблюдалось даже в аномально теплом 1997 г.

Vanin N.S. Anomalous thermal conditions in the northwestern Japan Sea in the fall of 2003 // Izv. TINRO. — 2004. — Vol. 138. — P. 345-354.

Results of the oceanographic survey conducted in November, 2003 are presented. In total, 103 CTD stations were carried out with spacing about 20 n. miles. Unusual warming of sea surface layer was registered off the southeast Primorye and in Tartar Strait. Moreover, excessive penetration of the waters from the Japan Sea into the southern part of the Okhotsk Sea and into the Sakhalin Bay was observed.

Three types of water were determined within the investigated area by the method of T-oq (temperature — potential density) scattering diagram: subarctic water, mixed water, and subtropic water. The last one was transferred into the area by Tsushima Current and its branches. At the 50 m horizon these waters have temperatures < 5°, 5-8°, and 8-14 °C, respectively. Negative temperature anomalies were observed in the zone of subarctic water, mostly in the southern part of Russian EEZ and off the central part of Primorye coast, where possibly water rising had occurred. On the contrary, positive anomalies of temperature prevailed in the zones of mixed and subtropic waters. An extensive warm area was formed at the southeast Primorye coast because of unusual westward shift (to 136° E) of the anticyclonic meander of the Tsushima Current. Warm and salted transformed subtropic waters of the Tsushima Current dominated in southern Tartar Strait where clockwise circulation was formed, and were traced northward up to 49° N. Thus, positive temperature anomalies prevailed in Tartar Strait from the sea surface to bottom.

The unusual warming in the north part of the Japan Sea in the fall 2003 is supposedly caused by strengthening of the Tsushima Current and by westward shift of its anticyclonic meander off Hokkaido Island. Unusually high salinity (32.232.6 psu) at the sea surface of the Sakhalin Bay was obviously caused by an outflow from Tatar Strait through Nevelskoy Channel.

Экспедиционные исследования в северо-западной части Японского моря в последнее время носят локальный, эпизодический характер. Небольшие экспедиции проводятся только непосредственно в прибрежной зоне, в основном в зал. Петра Великого или на прилегающей акватории. На этом фоне особенно значимой представляется комплексная съемка, включающая гидрологические наблюдения в пределах ИЭЗ Японского моря, выполненная в ноябре 2003 г.

Интерес к результатам этой съемки, помимо непосредственной задачи уточнения условий обитания гидробионтов, обусловлен и чисто океанографическими проблемами. Детальная и масштабная съемка позволяет проследить особенности термохалинных условий и циркуляции в целом на обширном участке моря к северу от Полярного фронта. Хотя этот район и считается достаточно изученным (Naganuma, 1972; Зуенко, Юрасов, 1995; Лучин, Манько, 1999; Японское море ..., 2003; ЬисЫп, Plotnikov, 2003; и др.), тем не менее в межгодовом аспекте вопрос об изменчивости термохалинных условий и причинах, ее вызывающих, остается не вполне решенным.

Одним из основных факторов, влияющих на формирование и трансформацию водных масс в Японском море, является его водообмен с Восточно-Китайским морем через Корейский пролив, с Тихим океаном — через Сангарский и с Охотским морем — через пролив Лаперуза. Приток субтропических вод через Корейский пролив и сток модифицированных вод через северные проливы испытывают значительные сезонные и межгодовые колебания (Покудов, 1975; Юрасов, 1987; Савельев, 1999; Супранович и др., 2001). По оценкам, приведенным в работе А.В.Савельева и М.А.Данченкова (2002), многолетние колебания расходов вод через прол. Лаперуза могут достигать 50 % их сезонной изменчивости. Максимальный же расход через этот пролив наблюдается в августе—сентябре и достигает по разным оценкам 1,0-1,3 Св (Покудов, 1975; Aota, 1975; Kantakov, Sa-matov, 1996; Супранович и др., 2001).

Причины и механизм межгодовых колебаний расходов вод через проливы до конца не выяснены. В последние годы акцент в исследованиях смещается к поиску причинно-следственных связей между центрами действия атмосферы и аномальностью термических условий в дальневосточных морях (Савельев, 1999; Японское море ..., 2003). В частности, А.В.Савельевым (1999) показана статистическая связь между климатическими вариациями температуры воды в Японском море и колебаниями интенсивности и положения Гонолульского максимума.

В летне-осенний период 2003 г. в северной части Японского моря наблюдалось необычное потепление, по данным Японского метеоагентства, положительные аномалии температуры воды отмечались здесь непрерывно, по крайней мере, с августа по декабрь. Ледовый период в пос. Ванино (при норме 132 сут, Японское море ..., 2003) в зимний период 2003/04 г. за счет необычно позднего появления льда и раннего очищения от него сократился почти на полтора месяца.

Аномально теплые условия в летне-осенний период 2003 г., обусловленные усиленным притоком япономорских вод через прол. Лаперуза, наблюдались и в южной части Охотского моря. Обширная область теплых и соленых вод распространилась в октябре 2003 г. до 48° с.ш., в то время как в обычные годы эта область не выходит за пределы 46,5° с.ш. Исследования ТИНРО-центра в северо-западной части Охотского моря в сентябре 2003 г. показали необычно высокую соленость (32,4-32,6 епс) на поверхности в Сахалинском заливе и вблизи Шантарских островов, чего не наблюдалось даже в аномально теплом 1997 г. Это также свидетельствует об усиленном стоке в Охотское море поверхностных япономорских вод и через прол. Невельского.

Отмеченные выше потепление северной части Японского моря и связанные с ним явления и стали побудительным мотивом для детального анализа результатов съемки в ноябре 2003 г.

Материалы наблюдений и методы обработки

Океанографическая съемка экономической зоны России в Японском море выполнялась на НИС "Профессор Кагановский" в период с 03 по 25 ноября. Вначале работы были проведены в Татарском проливе, далее вдоль приморского побережья и завершены на банке Ямато. За период работ выполнено 103 станции, маршрут судна и положение станций приводятся на рис. 1 (а). Все станции расположены за пределами 12-мильной прибрежной зоны. Измерения и отбор проб проводились с помощью зонда Магк-Ш, в качестве дублирующего использовался автономный зонд Sea-Biгd SBE19Plus, закрепленный на пробоотборнике основного зонда. Расхождение по температуре между зондами не превышало 0,002 °С, по солености — 0,003 епс. Калибровка датчика электропроводности дополнительно контролировалась на каждой станции сравнением профиля солености с соленостью проб, измеренной с помощью солемера австралийского производства модели 601 МК-Ш.

Рис. 1. Схема CTD-станций (а), распределение температуры (б), солености (в) и аномалий температуры (г) на поверхности моря 03-25 ноября 2003 г.

Fig. 1. Scheme of CTD-stations (а), temperature (б), salinity (в) and temperature anomaly (г) at the sea surface in 2003, November, 03-25

Для расчета средних величин и аномалий температуры воды был использован архив данных по Японскому морю за 1925-1997 гг., по которому на стандар-

тных горизонтах в узлах сетки 0,5 х 0,25° по долготе и широте были рассчитаны средние значения температуры для октября, ноября и декабря. Поскольку съемка выполнялась в течение 23 сут, то нормы для каждой станции рассчитывались линейной интерполяцией среднемесячных значений на дату выполнения станции. Для каждой станции далее были рассчитаны аномалии температуры на глубинах 0, 50, 100 и 200 м, по которым строились соответствующие карты.

Для построения карты геострофических течений предварительно в узлах заданной сетки (0,2 х 0,2°) на стандартных горизонтах рассчитывались динамические высоты от поверхности до 1000 дбар, а на мелководье — до дна. Составляющие векторов течений далее рассчитывались по динамическим высотам в четырех узловых точках, при этом за нулевую поверхность принималась минимальная из четырех точек глубина. Массив глубин с разрешением пять минут по широте и долготе взят из архива ET0P050 (Data Announcement ..., 1988) и также проинтерполирован в узлы заданной сетки.

Результаты исследований и обсуждение полученных данных

Характер распределения температуры и солености осенью на поверхности в северной части Японского моря определяется теплосодержанием поверхностного слоя, интенсивностью сезонного охлаждения, положением Полярного фронта и антициклонического меандра Цусимского течения к западу от о. Хоккайдо (Японское море ..., 2003). Среднемноголетняя температура воды в районе Татарского пролива в ноябре изменяется от 4 °С в районе 49° с.ш. до 9 °С у мыса Крильон. В прибрежной части моря вдоль побережья Приморья она увеличивается к югу от 4 оС на севере до 6-7 °С в районе зал. Петра Великого и с удалением от берега до 9-10 °С на границе экономической зоны. Полярный фронт в ноябре в Японском море занимает крайнее северное положение — в районе 42° с.ш. вблизи зал. Петра Великого и несколько южнее (40°30' с.ш.) на восточной границе экономической зоны.

В ноябре 2003 г. характер распределения температуры и солености на поверхности (рис. 1, б, в) был близок к среднему многолетнему, также наблюдалось увеличение температуры с удалением от берега, однако в целом температурный фон был значительно выше нормы. Во-первых, аномально высокие (7-13 °С) для начала ноября величины температуры наблюдались в Татарском проливе, что свидетельствует о проникновении сюда субтропических вод с ветвью Цусимского течения. Трансформированные субтропические воды с температурой 8 °С и соленостью 33,6-33,8 епс в виде узкой полосы в центральной части пролива были отмечены вплоть до 48°30' с.ш. Севернее этой широты по минимальной солености 32,7-32,8 епс проявлялось влияние стока р. Амур. Граница же между трансформированными субтропическими и субарктическими водами видна здесь по фронтальной зоне на 47° с.ш. с перепадом температур от 10 до 7 °С.

В южной части съемки, в районе зал. Петра Великого и к юго-востоку от него, температура изменялась в пределах 3-7 °С, т.е. была значительно меньше, чем на севере, что связано, во-первых, с временным сдвигом, но главным образом с охлаждением поверхностного слоя после прохождения глубокого циклона 2022 ноября. Граница субтропических вод здесь проходила вблизи банки Ямато и видна по перепаду температур 10-16 °С и солености 33,9-33,7 епс.

Распределение аномалий температуры на поверхности (рис. 1, г) показывает, что в целом термические условия северо-западной части Японского моря в 2003 г. были значительно выше нормы, особенно в Татарском проливе, где аномалии составляли 1-3 °С на юге и 2-5 °С на севере. Вдоль приморского побережья также в целом наблюдался повышенный на 1-3 °С фон температуры, за исключением центральной зоны (43,5-45,0° с.ш.). Повышенные величины солености (выше 34,00 епс) указывают на подъем глубинных вод в этом районе. Южная часть съемки также показала отрицательные аномалии, причем наиболее

холодной (до 2 °С ниже нормы) оказалась акватория вблизи зал. Петра Великого, как отмечалось выше, вследствие прохождения глубокого циклона.

На глубине 50 м распределение температуры (рис. 2) более четко отражает положение границ между субарктическими и субтропическими водами, поскольку осенние изменения здесь еще не проявились. Толщина ВКС лишь на отдельных станциях превосходила эту глубину. Соленость же на большей части менялась в незначительных пределах (33,9-34,07 епс), и лишь к северу от 48° с.ш., как и на поверхности, обнаружено локальное пятно с низкой соленостью (33,3-33,8 епс), обусловленное стоком р. Амур.

Если представить наблюдения на этом горизонте в виде диаграммы рассеяния температура — потенциальная плотность (рис. 2, а), то видно, что их можно разделить на три группы, попадающие в разные диапазоны потенциальной плотности: наименьшая плотность (09 < 26,5) — субтропические воды, максимальная плотность (с0 > 26,93) — субарктические воды и в диапазоне 26,6-26,93 — воды зоны смешения. В указанных диапазонах наблюдаются разные линейные зависимости плотности от температуры. Удалив "выбросы", т.е. станции с аномально низкой соленостью (плотностью), расположенные в северной части Татарского пролива, для каждого диапазона плотности получили свои зависимости от температуры, при этом коэффициент детерминации составил для субарктических вод 0,82, для субтропических — 0,97 и для вод зоны смешения — 0,85 (число наблюдений соответственно 53, 17 и 27). Точки пересечения прямых этих зависимостей на Т-с@-диаграмме соответствуют границам водных масс.

Исходя из полученных результатов указанные пределы по плотности можно заменить пределами по температуре: так, изопикне 26,5с@ в данном диапазоне солености примерно соответствует изотерма 8 °С, а изопикне 26,9с@ — 5 °С, т.е. в качестве границ между перечисленными структурами вод на этой глубине могут служить изотермы 5 и 8 °С. Характер распределения температуры и условной плотности на этой глубине (рис. 2, б, г) практически идентичен.

Аномалии температуры воды на горизонте 50 м в целом соответствовали расположению указанных структур вод: отрицательные величины преимущественно наблюдались в зоне субарктических вод, в то время как в зонах смешения и субтропических вод температура была преимущественно выше нормы (рис. 2, д). Следовательно, именно аномальное распространение на запад и на север субтропических вод обеспечило повышенный фон температуры вблизи юго-восточного Приморья и в Татарском проливе. Максимальная плотность (более 27,109), приуроченная к областям отрицательных аномалий, свидетельствует о подъеме здесь глубинных вод, что и обусловило пониженный фон температуры.

На глубинах 100 и 200 м характер распределения температуры и солености (рис. 3, а-г) в целом схож с распределением на горизонте 50 м, особенно в южной и центральной части съемки. Субарктические воды на этих глубинах ограничены изотермами соответственно 2,5 и 1,0 °С, заток субтропических вод прослеживается по изотермам 3,0 и 1,2 °С. В Татарском проливе, в его южной части, как по повышенной температуре, так и по низкой солености прослеживается опускание вод в антициклоническом вихре, более выраженное на глубине 200 м.

Распределение аномалий температуры на горизонте 100 и 200 м (рис. 3, д, е), как и в верхнем слое, в основном соответствует положению водных масс, положительные аномалии наблюдаются в районах затока вод Цусимского течения вблизи юго-восточного побережья Приморья и в южной части Татарского пролива, отрицательные — в южной части съемки и в районе 44-46° с.ш., где по низким величинам температуры прослеживался подъем глубинных вод. Лишь в южной части на горизонте 200 м, с более однородным, чем на верхних горизонтах, распределением температуры и солености, такого соответствия не наблюдалось. Здесь температура была преимущественно несколько выше или близка к норме.

494847464544 4342414049 48 47 46 45 44 43 42 41 40

132

134

136

138

140

142

132

134

136

138

140

142

Рис. 2. Диаграмма рассеяния температура — потенциальная плотность(а),распределение температуры (б), солености (в), потенциальной плотности (г) и аномалий температуры (д) на горизонте 50 м 03-25 ноября 2003 г. Светлой штриховкой выделены субтропические воды, темной — зона смешения субарктических и субтропических вод. Затемнены также области отрицательных аномалий температуры воды Fig. 2. Scattering temperature — potential density diagram (a), temperature (б), salinity (в), potential density (г) and temperature anomaly (д) at the depth of 50 m in 2003, November, 03-25. The areas of subtropical waters are light shaded, the regions of subarctic and subtropic water mixing — dark shaded. Areas of negative temperature anomalies are also shaded

132

134

136

138

140

142

27

Рис. 3. Распределение температуры и солености на горизонтах 100 (а, б) и 200 м (в, г) и аномалий температуры на этих глубинах (д, е) 03-25 ноября 2003 г.

Fig. 3. Temperature and salinity at the depth of 100 (а, б) and 200 m (в, г) and temperature anomaly at these depths (д, е) in 2003, November, 03-25

Геострофическая циркуляция вод на поверхности моря (рис. 4, а) соответствовала основным чертам распределения термохалинных характеристик. В южной части, от 40 до 42° с.ш., наблюдался циклонический круговорот. Этот круговорот является квазистационарным, поскольку в течение всего года прослеживается как на климатических картах геострофических течений (Юрасов, Яричин, 1991), так и по данным дрейфующих буев (Danchenkov et al., 2003). Судя по траекториям буев, циркуляция здесь в значительной степени определяется рельефом дна. Южной границей этого круговорота является Полярный ф ронт, небольшой участок которого виден над банкой Ямато. В центральной части (43,5-46,0° с.ш.) также наблюдался циклонический круговорот, вытянутый вдоль Приморского побережья и вызывающий, как показано выше, подъем холодных вод. Между этими круговоротами, приближаясь к юго-восточному побережью Приморья, вклинивался антициклонический меандр Цусимского течения. В принципе все эти особенности прослеживаются и в более ранних публикациях (Леонов, 1960; Naganuma, 1972; Danchenkov, Aubrey, 1999). Особенностью 2003 г. является необычно глубокое смещение на запад меандра Цусимского течения. Именно этот меандр и обеспечил аномально теплые условия вблизи юго-восточного побережья Приморья. Трансформированные субтропические воды распространялись далее и в Татарский пролив, где в южной части сформировался антициклонический вихрь. Заток субтропических вод в северную часть пролива происходил по его западной периферии, а вдоль сахалинского побережья — сток на юг перемешанных вод.

Рис. 4. Геострофические течения на фоне динамической топографии (дин. см) относительно поверхности 1000 дбар на горизонтах 0 (а), 100 (б) и 200 м (в) 0325 ноября 2003 г.

Fig. 4. Geostrophic currents on the background of dynamic topography (dyn. cm) relative 1000 dbar at the depths 0 (а), 100 (б) and 200 m (в) in 2003, November, 03-25

Течения на глубине 100 и 200 м (рис. 4, б, в) на порядок слабее, чем на поверхности, хотя основные особенности циркуляции к северу от 42° с.ш. сохраняются. Прослеживаются и антициклонический меандр Цусимского течения в южной части, и циклонический круговорот субарктических вод в центре, а антициклон в Татарском проливе с глубиной проявляется более отчетливо. В то же время южнее 42° с.ш. характер циркуляции изменился существенно: на месте циклонического круговорота севернее Полярного фронта образовались два локальных антициклонических вихря, а над банкой Ямато направление течений поменялось на противоположное. Это свидетельствует о том, что картина течений на поверхности вблизи Полярного фронта в Японском море определяется в основном термохалинными условиями в верхнем 100-метровом слое, в отличие от остальной акватории, где определяющими являются глубинные процессы и рельеф дна.

Заключение

Проведенный анализ показывает, что общее потепление осенью 2003 г. в северной части Японского моря вызвано усиленным притоком теплых вод с Цусимским течением. Области положительных аномалий температуры в слое 0-200 м в целом соответствовали зонам смешения или трансформированных субтропических вод. Исследование причин усиления Цусимского течения в 2003 г. выходит за рамки данной работы, здесь мы отмечаем лишь косвенные признаки этого усиления. На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы.

В ноябре 2003 г. в северо-западной части Японского моря температура поверхностного слоя была существенно выше нормы, особенно в южной части Татарского пролива и у юго-восточного Приморья. Отрицательные аномалии наблюдались только в циклонических круговоротах вблизи центральной части Приморья и на юге, где они были обусловлены еще и интенсивным охлаждением при прохождении циклона.

Положительные аномалии температуры на глубинах 50-200 м, как и на поверхности, отмечены в областях затока вод Цусимского течения и в зонах смешения субарктических и субтропических вод. Наибольшими они были в южной части Татарского пролива, где сформировался антициклонический круговорот, по западной периферии которого происходил заток на север субтропических вод, а по восточной — сток перемешанных вод из пролива. В зонах подъема вод на этих глубинах, как и на поверхности, температура была ниже нормы.

Характер геострофической циркуляции вод в 2003 г. существенно отличался от среднемноголетней циркуляции. Вследствие аномального отклонения на запад (до 136° в.д.) антициклонического меандра Цусимского течения субтропические воды обнаруживались вблизи юго-восточного Приморья. Цусимское течение имело, по-видимому, аномально высокое за последние годы развитие, поскольку следы субтропических вод обнаруживались вплоть до 49° с.ш., в то время как обычно оно не распространяется севернее 47° с.ш. Следствием высокого притока субтропических вод с этим течением явился повышенный фон температуры верхнего 200-метрового слоя вблизи юго-восточного побережья Приморья и в Татарском проливе.

Литература

Зуенко Ю.И., Юрасов Г.И. Водные массы северо-западной части Японского моря // Метеорол. и гидрол. — 1995. — № 8. — С. 50-57.

Леонов А.К. Японское море // Региональная океанография. — М.: Гидрометео-издат, 1960. — С. 292-463.

Лучин В.А., Манько А.Н. Сезонные изменения температуры и солености в деятельном слое вод Японского моря // Тем. вып. ДВНИГМИ. — 1999. — № 2. — С. 71-83.

Покудов В.В. Водо- и теплообмен Японского моря через Корейский пролив в летнее время // Тр. ДВНИГМИ. — 1975. — Вып. 50. — С. 11-23.

Савельев А.В. Отклики явления Эль-Ниньо в Японском море // Тем. вып. ДВНИГМИ. — 1999. — № 2. — С. 54-70.

Савельев А.В., Данченков М.А. Оценка сезонной и межгодовой изменчивости водообмена через пролив Лаперуза косвенным методом // Тр. ДВНИГМИ. — 2002. — Вып. 150. — С. 167-176.

Супранович Т.И., Юрасов Г.И., Кантаков Г.А. Непериодические течения и водообмен в проливе Лаперуза // Метеорол. и гидрол. — 2001. — № 3. — С. 80-84.

Юрасов Г.И. О расчете водообмена через проливы Японского моря // Метеорол. и гидрол. — 1987. — № 8. — C. 116-118.

Юрасов Г.И., Яричин М.Г. Течения Японского моря. — Владивосток, 1991. — 176 с.

Японское море. Гидрометеорологические условия: Проект " Моря". — СПб., 2003. — Т. 8, вып. 1. — 398 с.

Aota M. Studies on the Soya warm Current // Low Temperature. Sci. Ser. A. — 1975. — № 33. — P. 151-172.

Danchenkov M.A., Aubrey D.G. Meander of the Tsushima current as possible source of the Japan Sea Proper water // 3rd CREAMS Intern. Sympos. Proc. — Fukuoka, 1999. — P. 23-26.

Danchenkov M.A., Riser S.C., Yoon J.H. Deep currents of the central Sea of Japan // Pacific Oceanography. — 2003. — Vol. 1, № 1. — P. 6-11.

Data Announcement 88-MGG-02, Digital relief of the Surface of the Earth: NOAA, National Geophysical Data Center. — Boulder, Colorado, 1988.

Kantakov G.A., Samatov A.D. Upwelling in the La Perouse Strait: Oceanographi-cal and hydrobiological properties // Proc. of Intern. Workshop on the Okhotsk Sea and Arctic. — Tokyo, Japan, 1996. — P. 63-75.

Luchin V.A., Plotnikov V.V. Estimation of the interannual variability of the Sea of Japan water temperature // Pacific Oceanography. — 2003. — Vol. 1, № 1. — P. 16-22.

Naganuma K. The oceanographical conditions in the Japan Sea // Handbook on fishery oceanography. — Zengyoren Gyokaikyo Center, 1972. — P. 32-38.

Поступила в редакцию 30.06.04 г.