Особенности формирования аномалий температуры придонных вод в районе западной Камчатки

2005

Известия ТИНРО

Том 142

УДК 551.463.6

И.А.Жигалов

ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ АНОМАЛИЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ПРИДОННЫХ ВОД В РАЙОНЕ ЗАПАДНОЙ КАМЧАТКИ

Анализируются результаты океанологических наблюдений в районе западной Камчатки в 2001 и 2004 гг. Установлено, что в ледовитый 2001 г. весной и летом на шельфе западной Камчатки, исключая районы мелководья, температура придонных вод была ниже "нормы". Отрицательные аномалии температуры придонных вод были сформированы и в малоледовитом 2004 г. на изобатах 0-100 м. В условиях слабой стратификации вод в летний период 2004 г., способствующей передаче тепла вниз, происходил интенсивный прогрев придонных вод. В результате этого в июле—августе 2004 г. на всем западнокамчатском шельфе температура придонных вод была выше "нормы".

Zhigalov I.A. Some features of water temperature anomalies formation at sea bottom in the area of western Kamchatka // Izv. TINRO. — 2005. — Vol. 142. — P. 196-202.

Thermohaline and dynamic conditions off western Kamchatka in spring and summer seasons of 2001 and 2004 are compared. Principal difference of water structure of inner shelf (0-100 m isobaths) between these years is revealed. Negative temperature anomalies at sea bottom of the eastern Kamchatka shelf was formed in the spring of both years, although the ice cover of the Okhotsk Sea was high in winter of 2001, but low in winter of 2004. However, the negative anomalies remained until July—August in 2001, but changed to positive ones in early summer of 2004. The intense freshening and warming of the coastal zone in the summer of 2004 induced a strong northward stream along the coast, which wasn't connected with the West-Kamchatka Current. Weak stratification and active vertical heat exchange in 2004 are supposed as the reason of the bottom layer warming. In opposite, strong stratification prevented downward heat flux in 2001.

Район западной Камчатки является одной из наиболее изученных акваторий Охотского моря. Это район обитания, воспроизводства, миграций и традиционного промысла гидробионтов. Изменчивость режима вод является одним из основных факторов, определяющих динамику численности, распределение, поведение, сроки и места нереста рыб и беспозвоночных (Шунтов, 1985).

В статьях Т.Т.Винокуровой (1964, 1972), Н.П.Помазановой (1970), И.В.Давыдова (1975) были выявлены основные черты гидрологии и изменчивости режима вод западной Камчатки. Вопросы, связанные с изучением сезонной и межгодовой изменчивости течений и термических условий западной Камчатки, в дальнейшем были рассмотрены в работах В.А.Лучина, В.М.Лаврентьева (1997), А.Л.Фигуркина (2002), И.А.Жигалова (2000), И.А.Жигалова и В.А.Лучина (Zhigalov, Luchin, 2002). В статьях И.В.Давыдова (1975), А.Л.Фигуркина (2002) сделан вывод, что в зависимости от суровости зимних условий на шельфе западной Камчатки формируются разные типы океанологического режима, при этом термический режим вод определяется особенностями их горизонтальной циркуляции.

В работе И.Ф.Мороза (2003) высказано предположение, что межгодовые различия океанологических условий, присущие годам с экстремальными ледовыми условиями, наиболее отчетливо должны прослеживаться в шельфовой зоне. И.А.Жигалов и В.А.Лучин (Zhigalov, Luchin, 2002) произвели классификацию термического режима придонных вод западнокамчатского шельфа и выявили периоды потепления и похолодания с 1963 по 2001 г. Установлено, что 2001 г. отличался аномально суровыми условиями и высокой ледовитостью Охотского моря (Monthly Ocean Report, 2001; Tateyama et al., 2002). В 2003 г. общая ледови-тость моря была близка к "норме", а в зимне-весенний период 2004 г. — ниже "нормы" (Monthly Ocean Report, 2004; Ustinova et al., 2004).

В данной работе анализируются океанологические условия шельфа западной Камчатки в годы минимума (2004 г.) и максимума (2001 г.) в многолетнем ходе общей ледовитости моря (площадь, занятая льдом, в процентах от общей площади моря). По данным сотрудника лаборатории космических методов исследования океана ТИНРО-центра Л.С.Муктепавел (уст. сообщ.) средняя общая ледовитость в период максимального развития ледового покрова (март) в 2001 г. составила 93 %, а в марте 2004 г. — 59 %.

Исходным материалом для исследования послужили результаты океанологических съемок, выполненных в районе западной Камчатки в апреле 2001 г. на НИС "ТИНРО", в апреле и июле—августе 2004 г. на НИС "Проф. Кагановский" и в июле—августе 2001 г. на СРТМ "Пограничник Петров". Океанологические исследования осуществлялись методом CTD — зондирований толщи вод от поверхности до дна с помощью зондов "Neil-Brown Mark-III", "SBE-25 Sealogger" и "SBE-19".

Расчет геострофических течений производился динамическим методом относительно "нулевой" поверхности 200 дбар. При этом осуществлялась приводка мелководных станций к отсчетной поверхности. Поправка, придаваемая динамической высоте приводимой станции, рассчитывалась по значениям удельного объема ближайшей более глубоководной станции.

Представление о вертикальной структуре вод весной 2001 и 2004 гг. дает распределение температуры воды на разрезе по 56о с.ш. (рис. 1).

Рис. 1. Распределение температуры воды, оС (а, б), солености, епс (в, г) и плотности (д, е) в апреле 2001 и 2004 гг. на разрезе по 56о с.ш. в районе западной Камчатки

Fig. 1. Vertical section at 56о N of temperature, оС (а, б), salinity, psu (в, г), and density (д, е) in April, 2001 and 2004 in the area of the western Kamchatka

В апреле 2001 г. в верхней структурной зоне (0-25 м) значения температуры воды понижались от минус 0,25 °С в прибрежье до минус 1,0 °С в мористой части разреза. На изобатах 0-100 м воды холодного подповерхностного слоя (ХПС) распространялись до дна. В водах внешнего шельфа (на изобатах 100200 м) минимум температуры воды (ядро ХПС) располагался на горизонтах 30-75 м. Минимальная температура воды в ХПС составила минус 1,7 оС. На промежуточных горизонтах 200-500 м были расположены трансформированные в Курильских проливах относительно теплые тихоокеанские воды, характеризующиеся максимальными значениями температуры (1,64 оС).

Весной 2004 г., в отличие от 2001 г., значения температуры воды повышались от побережья в направлении открытого моря (от минус 1,25 до плюс 0,5 оС). На изобатах 0-75 м в слое от поверхности до дна отмечалось однородное по вертикали распределение температуры воды от поверхности до дна. В открытых водах в слое 0-100 м наблюдалось квазиоднородное распределение температуры воды с небольшими пространственными градиентами. Воды ХПС прослеживались на горизонтах 75-100 м над континентальным склоном. В ядре ХПС минимальные значения температуры воды составили минус 0,4 оС. Воды внешнего шельфа в 2004 г. в слое 0-200 м были значительно теплее, чем в 2001 г., по причине относительно мягкой зимы 2003/2004 г. (рис. 1, б).

В вертикальном распределении солености в апреле 2001 и 2004 гг., как и в распределении температуры, отмечались характерные различия (рис. 1, в, г). В 2001 г. на всем протяжении разреза сохранялась стратификация вод по солености. В 2004 г. на западнокамчатском шельфе от побережья до изобаты 150 м отмечалось квазиоднородное по вертикали распределение солености от поверхности до дна, а в открытых водах в слое 0-100 м наблюдалось близкое к гомогенному распределение солености.

Плотность морской воды — функция температуры и солености, поэтому естественно, что ее распределение отражает основные особенности распределения термохалинных характеристик. На рис. 1 (д) видно, что в апреле 2001 г. в районе западной Камчатки была сформирована устойчивая стратификация вод, о чем свидетельствует горизонтальная ориентация изопикн. Взаимодействие водных масс открытой части моря и вод шельфа осуществлялось в результате свободного тепло-массообмена вод вдоль изопикнических поверхностей 26,326,6 усл. ед. в слое 0-200 м (изопикническое перемешивание). В апреле 2004 г. на изобатах менее 100 м под влиянием охлаждения поверхностных вод и конвективных процессов формировалось квазиоднородное по вертикали поле плотности (рис. 1, е). Сформированный в толще вод внутреннего шельфа фронт плотности разделял теплые воды открытого моря и холодные и распресненные шельфовые воды. Изопикническое перемешивание этих водных масс было ограничено изопикной 26,525 усл. ед. В результате конвекции в апреле 2004 г. на западнокамчатском шельфе была образована вертикальная структура вод, отличная от структуры вод в апреле 2001 г.

В период с апреля по июль 2001 и 2004 гг. под влиянием сезонных процессов произошли значительные изменения термохалинных характеристик вод деятельного слоя моря, но особенности структуры вод, сформированные в зимний период, сохранились. Летом 2001 г. воды шельфа были стратифицированы, а в августе 2004 г. на изобатах внутреннего шельфа (0-75 м) отмечалась квазиоднородная термохалинная структура вод (рис. 2).

Различия в структуре вод шельфа в 2001 и 2004 гг. оказали влияние на формирование поля течений в районе западной Камчатки. Летом 2004 г. в результате перестройки поля масс был значительно интенсифицирован северный геострофический перенос вод у берегов п-ова Камчатка (рис. 3). Усиление прибрежного течения было связано с большим перепадом динамических высот, который, в свою очередь, возник в результате значительного летнего прогрева и

распреснения толщи вод прибрежной зоны. Прибрежный поток вод генетически, по-видимому, не связан с Западно-Камчатским течением.

5б"11' 56"11 1 5ЕП41 5ЕГ111 5Б-и< 56"14'

154 25 154°50' 155"43'154"25' 154°50' 155"43'

154°191 155° 155°35' 154°1Э' 155° 155"35'

Рис. 2. Распределение температуры, оС (а, в), солености, епс (б, г) на разрезе по 56,2о с.ш. 7-8.08.04 г. (а, б) и по 56,0о с.ш. 27.07-05.08.01 (в, г) в районе западной Камчатки

Fig. 2. Vertical sections of temperature, оС (а, в) and salinity, psu (б, г) at 56.2о N in 7-8.08.04 (а, б) and at 56.0о N in 27.07-05.08.01 (в, г) in the area of the western Kamchatka

Рис. 3. Схема геострофических течений на поверхности моря в июле—августе 2001 (а) и 2004 г. (б) в районе западной Камчатки. Изолинии проведены через 5 дин. мм, точками обозначено положение станций

Fig. 3. G eostrophical currents at the sea surface in July—August of 2001 (a) and 2004 (б) in the region of the western Kamchatka. Isolinies are drawn with 5 dyn. mm interval, stations are shown by points

157

L54

В ранних исследованиях, посвященных изучению изменчивости температуры воды в северной части Охотского моря (Чернявский, 1992), отмечалось, что аномалии температуры воды в ХПС и в придонном слое, сформированные зимой, сохраняются длительное время, вплоть до нового годового цикла охлаждения вод. Но, как показал наш анализ наблюдений, выполненных в 2004 г. на западно-камчатском шельфе, сезонные изменения термических условий могут проходить и по другому сценарию.

В апреле аномально ледовитого 2001 г. на шельфе западной Камчатки доминировали отрицательные аномалии придонной температуры воды (рис. 4, а). В апреле малоледовитого 2004 г. на западнокамчатском шельфе отрицательные аномалии температуры воды у дна также занимали весь внутренний шельф от берега до изобаты 100 м (рис. 4, б). Расчет разности придонной температуры воды в апреле 2004 и 2001 гг. показал, что на изобатах менее 100 м температура придонных вод в 2004 г. была даже ниже, чем в ледовитом и "холодном" 2001 г. (рис. 4, в).

Рис. 4. Распределение аномалий придонной температуры воды (Т ), °С в апреле 2001 (а) и 2004 гг. (б), разность между Тдно в апреле 2004 и 2001 гг. (в); распределение средних многолетних значений Т в , . дно

июле—августе (г), распределение аномалий Т в июле — августе 2001 (д) и 2004 гг. (е). Заштрихованы области отрицательных значений Fig. 4. Temperature anomalies at the bottom, оС in April, 2001 (a) and 2004 (б), differences between the temperature (оС) at the bottom in April, 2004 and 2001 (в); climatic temperature (оС) at the bottom (г) in July— August, temperature anomalies (оС) at the bottom in July—August, 2001 (д) and 2004 (е). The areas of negative values are shaded

Парадоксальная ситуация, когда в условиях мягкой зимы были сформированы аномально холодные придонные воды, по-видимому, была определена особенностями развития ледовых условий и структуры вод. В апреле 2004 г. освобождение акватории западной Камчатки ото льда произошло в начале марта, т.е. почти на месяц раньше, чем в апреле 2001 г. (Monthly Ocean Report, 2001, 2004). Вероятно, ледовый покров на шельфе западной Камчатки в марте 2001 г. (т.е. в период, предшествующий океанологической съемке) играл роль "изолятора", предохраняя поверхность моря от охлаждающего воздействия атмосферы. В марте 2004 г. акватория западной Камчатки была свободна ото льда, и процесс охлаждения вод продолжался и в марте—апреле.

Летом 2001 г. практически на всем шельфе западной Камчатки температура придонных вод была ниже "нормальных" значений, т.е. сохранились отрица-

154 155 156 157154 155 156 157154 155 156 157

тельные аномалии Тдно, сформированные в зимне-весеннее время. В 2004 г. в течение теплого периода с апреля по июль произошла смена знака аномалий Тдно с отрицательных значений на положительные, и в июле-августе температура придонных вод всего шельфа была выше "нормы" (рис. 4, г, д, е). При этом значения аномалий Т в июле—августе 2004 г. не только изменили свой знак, но и дно о

достигли рекордно высоких показателей (5^6 оС) вблизи берегов п-ова Камчатка. Причина этих изменений, вероятно, беспрепятственная передача тепла от поверхности вниз в условиях слабой стратификации вод внутреннего шельфа. В то же время летняя трансформация придонных вод внешнего шельфа (изобаты 100-200 м) осуществлялась в основном за счет турбулентного (приливного) перемешивания с относительно теплыми водами Западно-Камчатского течения. Таким образом, в результате активного внутриводного теплообмена на всем шельфе западной Камчатки в июле—августе 2004 г. было сформировано поле положительных аномалий придонной температуры воды.

Из всего вышесказанного можно сделать следующие выводы.

В малоледовитые годы в весенний период на шельфе западной Камчатки могут быть сформированы придонные воды, характеризующиеся отрицательными аномалиями температуры.

Смена знака аномалий температуры в придонном слое вод с отрицательных значений на положительные происходит в теплый период года при условиях слабой стратификации вод, способствующей быстрой передаче тепла от поверхности вниз.

Литература

Винокурова Т.Т. Межгодовая изменчивость придонной температуры у западного побережья Камчатки // Исследования по биологии рыб и промысловой океанографии. — Владивосток: ТИНРО, 1972. — Вып. 7. — С. 3-11.

Винокурова Т.Т. О распределении придонной температуры воды у западного побережья Камчатки // Изв. ТИНРО. — 1964. — Т. 55. — С. 165-174.

Давыдов И.В. Режим вод западнокамчатского шельфа и некоторые особенности поведения и воспроизводства промысловых рыб // Изв. ТИНРО. — 1975. — Т. 97. — С. 63-81.

Жигалов И.А. Долгопериодная изменчивость температуры поверхностных вод западной Камчатки // Гидрометеорология в 21 веке: Тез. докл. науч. конф. ДВГУ. — Владивосток, 2000. — С. 38.

Лучин В.А., Лаврентьев В.М. Особенности межгодовых изменений температуры воды на шельфе и материковом склоне Западной Камчатки и возможности их прогнозирования // Комплексные исследования экосистемы Охотского моря. — М.: ВНИ-РО, 1997. — С. 52-56.

Мороз И.Ф. Особенности океанологических условий Охотского моря в годы экстремальной ледовитости: современное состояние вопроса // Изв. ТИНРО. — 2003. — Т. 132. — С. 339-347.

Помазанова Н.П. Поверхностные течения в северных и восточных промысловых районах Охотского моря в летние месяцы // Тр. ДВНИГМИ. — 1970. — Вып. 30. — С. 94-104.

Фигуркин А.Л. Развитие океанологических условий западной Камчатки по данным мониторинговых наблюдений 1997 и 2000 гг. // Изв. ТИНРО. — 2002. — Т. 130. — С. 103-116.

Чернявский В.И. Особенности формирования термики деятельного слоя Охотского моря // Океанологические основы биологической продуктивности северо-западной части Тихого океана. — Владивосток: ТИНРО, 1992. — С. 91-104.

Шунтов В.П. Биологические ресурсы Охотского моря. — М.: Агропромиздат, 1985. — 224 с.

Monthly Ocean Report: Japan Meteor. Agency. — 2001. — № 98. — 34 p.; №

99. — 34 p.

Monthly Ocean Report: Japan Meteor. Agency. — 2004. — № 134. — 34 p.; № 1 35. — 34 p.

Tateyama K., Enomoto H., Iga H., Kumano T. The variability of sea ice cover in the Sea of Okhotsk for the recent years in 1999-2001 // Proc. 17th Intern. Sympos. Okhotsk Sea & Sea Ice. — Mombetsu, Japan, 2002. — P. 120-124.

Ustinova E.I., Sorokin Yu.D., Khen G.V. Ice cover variability and long-term forecasting in the Far Eastern Seas // Proc. 19th Intern. Sympos. Okhotsk Sea & Sea Ice. — Mombetsu, Japan, 2004. — P. 75-80.

Zhigalov I.A., Luchin V.A. Long-term changes in the near-bottom water temperature on Western Kamchatka shelf and probability of their forecast // Abstracts Intern. Workshop Global Change Studies in the Far East. — Vladivostok, 2002. — P. 132-134.

Поступила в редакцию 12.01.05 г.