Быстрое опреснение Камчатского течения

Вестник ДВО РАН. 2016. № 5

УДК 551.465

Н.В. ШЛЫК, К.А. РОГАЧЕВ

Быстрое опреснение Камчатского течения

Новые океанографические наблюдения, проведенные с помощью буев Арго, позволили обнаружить быстрое опреснение Камчатского течения в последние годы. Соленость верхнего слоя понизилась на 0,2 епс за 26 лет начиная с 1990г. и на 0,2 епс по наблюдениям 2010—2015 гг. Значительные изменения солености и стратификации произошли и в Ойясио вXXI в. Наиболее вероятной причиной понижения солености Камчатского течения стало увеличение атмосферных осадков. На юго-востоке Камчатки осадки достигли экстремальных значений в 19961997 гг., увеличение осадков наблюдалось также в 2014-2015 гг. Соленость промежуточных вод за 26 лет выросла вместе с температурой (температура на 1,05 °С, а соленость на 0,15 епс на изопикне 26,75 ад). Вероятная причина роста солености и температуры промежуточных вод связана с усилением потока теплых вод Аляскинского течения и распространением на запад его алеутских вихрей.

Ключевые слова: Камчатское течение, Ойясио, изменение климата, осадки.

Rapid freshening of the Kamchatka Current. N.V. SHLYK, K.A. ROGACHEV (V.I. Il'ichev Pacific Oceanologi-cal Institute, FEB RAS, Vladivostok).

New observations from Argo buoys revealed rapid freshening of the Kamchatka Current in recent years. Upper layer salinity decreased by 0.2 psu in 26 years (from 1990) and by 0.2 psu during 2010-2015. Significant change of salinity and upper layer stratification occurred also in Oyashio in XXI century. Increased precipitation is the most likely cause of the decrease of the Kamchatka Current salinity. Precipitations in 1996-1997 in the South-eastern Kamchatka were extremal. Increased precipitations were observed also in 2014-2015. Intermediate layer salinity and temperature (26.75 ag) increased during 26years (temperature increase by 1.05 °C and salinity increased by 0.15 psu on is opycnic line 26,75 aer Most likely cause of the temperature and salinity increase of the intermediate waters is strengthening of the Alaskan Stream and propagation of the Aleutian eddies to the west.

Key words: Kamchatka Current, Oyashio, climate change, precipitation.

Введение

В северо-восточной части Азии в XX в. наблюдалась тенденция увеличения осадков [3]. Заметное опреснение верхнего слоя северо-западной части Охотского моря до глубины около 500 м было обнаружено недавно [4, 5, 12, 21]. Понижение солености и плотности промежуточных вод ведет к заглублению изопикн и поэтому меняет динамику вод. Причина опреснения верхнего слоя может быть связана с перераспределением пресной воды из-за сокращения площади льда в Охотском море и увеличения осадков [12, 21].

Действительно, на севере Хабаровского края в 2013 г. осадки превысили норму в несколько раз [1, 2]. Паводок 2013 г. на Амуре стал самым крупным за весь период наблюдений [1, 2, 5]. На севере Охотского моря сток пресной воды формирует прибрежное течение и циклоническую циркуляцию в области расположения холодных шельфовых вод [5, 7, 8]. В работе [21] показано, что изменчивость характеристик плотных шельфовых

РОГАЧЕВ Константин Анатольевич - доктор географических наук, ведущий научный сотрудник, *ШЛЫК Наталья Васильевна - кандидат географических наук, старший научный сотрудник (Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичёва ДВО РАН, Владивосток). *Е-таП: shl@poi.dvo.ru

вод контролируется аномалиями солености, которые можно проследить от Аляскинского и Субарктического течений вплоть до шельфовых вод Охотского моря. По этой причине японские авторы [12, 21] полагают, что аномалии солености в субарктических водах Тихого океана определяют соленость прибрежных вод Охотского моря. Понижение солености плотных шельфовых вод в Охотском море отмечено за период с 1950 по 2005 г. [12, 21]. При этом понижение солености в Камчатском течении не рассматривалось.

Ойясио и Камчатское течение - смежные пограничные течения субарктического круговорота. Система этих течений распространяется на 3000 км вдоль западного побережья океана от хр. Ширшова в Беринговом море на севере до о-ва Хоккайдо на юге. Часть потока вод Камчатского течения к югу от Камчатского пролива происходит от Аляскинского течения, не входящего в Камчатский пролив (рис. 1). Ойясио называют течение к югу от Камчатки [20]. Перенос вод этими течениями определяется градиентом давления, связанным с заглублением халоклина у континентального склона. Ойясио, Аляскинское и Камчатское течения содержат вихри разного размера [4, 6, 14, 17, 18, 20, 22]. Эти вихри имеют разное происхождение, разные характеристики и существенно меняют структуру вод.

Характеристики Камчатского течения и Ойясио изучались с помощью детальных съемок в рамках международного проекта ИНПОК [16, 17] и с использованием поверхностных дрифтеров Аргос в конце XX в. [19, 20]. Траектории буев Аргос показали хорошо сформированное течение с большой скоростью потока. Течение возникало сразу у хр. Ширшова в Беринговом море и входило в Камчатский пролив. В некоторые годы (например, в 1991 г.) буи поворачивали на восток в океан вблизи 50° с.ш. (к югу от Камчатки). Некоторые буи вошли в Охотское море. Часть буев Аргос показала существование прибрежного течения (на глубинах менее 200 м). Один из буев, запущенных в Камчатском течении в феврале 2014 г., вошел в Охотское море в марте, был захвачен охотским прибрежным течением через год, в феврале 2015 г., и достиг Шантарского архипелага уже в июне 2015 г. Этот буй стал первым буем, подтвердившим существование связанных прибрежных течений Камчатки и Охотского моря [7, 8].

Рис. 1. Район исследований и положение станций с наблюдениями за осадками. К - Камчатское течение, А -Аляскинское течение, АВ - алеутский вихрь. Прямоугольником показана область, выбранная для расчета характеристик Камчатского течения

Вместе с тем прибрежные воды Камчатского течения и северо-западной части Охотского моря до сих пор изучены слабо. В трех больших заливах Камчатки формируются антициклонические вихри с ядром низкой солености. Источником пресной воды для них может быть либо дрейфующий лед, либо вода низкой солености из Берингова моря [4]. Вихри Камчатского течения движутся на юг и достигают 49° с.ш. Таяние льда и сток пресной воды формируют узкое прибрежное течение с водой низкой солености вдоль побережья Камчатки [4, 15] так же, как это происходит в Охотском море [7, 8].

Понижение солености вод Охотского моря и течений западного субарктического круговорота рассмотрено в работах [12, 21]. Значительное понижение солености в прибрежных водах Охотского моря наблюдалось в 2013 г. [5], т.е. в год катастрофического наводнения в Хабаровском крае [1, 2].

На п-ове Камчатка температура воздуха устойчиво повышалась, а суммы атмосферных осадков в целом незначительно снижались с 1956 по 2009 г. Однако в различных климатических районах Камчатки эти изменения проявляются по-разному. На севере, западном и северо-восточном побережьях, в долине р. Камчатка и на крайнем юге годовые суммы осадков уменьшаются, а на восточном побережье и в горном районе увеличиваются [11].

Новые данные, полученные в последние годы, позволили значительно расширить период наблюдений и рассмотреть изменение характеристик Камчатского течения и Ойясио с 1990 по 2015 г.

Данные

В настоящей работе использованы наблюдения, выполненные ТОИ в рамках международного проекта ИНПОК в 1990-1996 гг., а также новые данные автономных буев Арго, полученные в последние годы. Данные буев Арго были собраны и стали доступны благодаря проекту Кориолис и программам, которые внесли вклад в этот проект (http:// www.coriolis.eu.org). Для определения средних значений солености и температуры за каждый год мы выделили ограниченную область Камчатского течения (рис. 1). В этой области определялись средние значения солености на уровне 50 дбар, в слое минимума температуры и на разных изопикнических поверхностях. Значения солености в слое минимума температуры и на уровне 50 дбар выбраны за теплый период года (май-ноябрь), на изо-пикнической поверхности 26,75с0 - за весь год. По этим данным определены значимые тренды изменения солености.

Данные об атмосферных осадках взяты с сайта ВНИИГМИ-МЦД (http://meteo.ru), они включают ежемесячные суммы осадков за 1990-2015 гг. на восьми метеорологических станциях восточного побережья п-ова Камчатка. Положение метеостанций показано на рис. 1. Год делился на холодный период - с ноября по март, с преобладанием твердых осадков, и теплый - с апреля по октябрь, с преобладанием жидких осадков [9]. Временные ряды осадков являются климатологически однородными; выборки за исследуемый период по основным статистическим показателям - репрезентативными. Устойчивые климатические тенденции выявлялись построением линейных трендов и оценкой их значимости по коэффициенту корреляции r [10]. Статистически значимо на 5%-м доверительном уровне для имеющихся рядов значение |r| > 0,40.

Результаты

Осадки на восточном побережье п-ова Камчатка за период 1990-2015 гг. Поскольку наиболее вероятной причиной понижения солености может быть увеличение осадков, мы рассмотрели временные ряды осадков на восточном побережье Камчатки. Режим увлажнения Камчатки связан с особенностями ее рельефа. В холодную половину года Камчатка находится под влиянием алеутской депрессии; циклоны из районов

Японии подходят к Камчатке и чаще всего перемещаются вдоль восточного побережья к Алеутским островам. Разница температур поверхностного слоя холодного Охотского моря и теплого Тихого океана способствует углублению циклонов на подходе к полуострову. Углубляясь, циклоны становятся высокими барическими образованиями, замедляют движение, и тем самым создаются условия для продолжительных снегопадов, метелей и ветров штормовой силы. В результате на восточном побережье полуострова выпадает больше осадков, чем на западном. В теплый период неглубокие циклоны приходят на Камчатку с запада, через Охотское море. Летом большую часть времени на Камчатку и прилегающие акватории морей распространяется гребень тихоокеанского антициклона. И летом, и зимой интенсивная циклоническая деятельность, характерная для юго-восточной части полуострова, ослабевает к северо-западу. Южная часть полуострова относится к зоне избыточного увлажнения. Больше всего осадков за год выпадает на юго-восточном побережье Камчатки (1400-1600 мм), меньше всего - на севере (300-500 мм). Количество осадков резко увеличивается на наветренных склонах гор и уменьшается на их подветренной стороне. Для Камчатки характерны высокий снежный покров и его длительное залегание. В юго-восточной части полуострова на холодный период приходится около половины годового количества осадков [9].

В таблице представлено изменение количества осадков на станциях восточного побережья п-ова Камчатка за период 1990-2015 гг. По результатам оценки трендов наблюдается положительная тенденция в многолетнем ходе осадков за холодный период года на всех станциях, за исключением станций Апука, Корф и мыс Лопатка. Для станций Оссора, Сосновка и Петропавловский маяк отмечаются значимые тренды увеличения осадков (128, 164 и 248 мм/26 лет соответственно) (рис. 2 а, б, в).

1990 1995 2000 2005 2010 2015 1990 1995 2000 2005 2010 2015

Гады Годы

Рис. 2. Временные ряды и линейные тренды сумм атмосферных осадков для отдельных станций за холодный период

За исследуемый период выявлена тенденция увеличения годового количества осадков на всех станциях, за исключением самой северной - Апу-ка (см. таблицу). На станции Оссора отмечается значимый положительный тренд (267 мм/26 лет). На юго-восточном побережье полуострова прослеживается увеличение годовых сумм осадков с 2009 г. (рис. 2 г, д, е). Например, на станции Петропавловск-Камчатский с 2009 по 2015 г. осадки увеличились на 600 мм (рис. 2 г).

Временные ряды осадков на станциях Петропавловск, Оссора, Со-сновка и Петропавловский маяк показывают высокие или экстремальные значения за 1996-1997 гг. В эти годы понижение солености и усиление стратификации наблюдалось в области Ой-ясио (данными по Камчатскому течению в этот период мы не располагаем). Два разных процесса могли привести к понижению солености в Ойясио в этот период. Первый из них - увеличение осадков (рис. 2) и поток вод низкой солености Камчатского течения. Второй - ослабление приливного перемешивания как результат 18,6-летнего приливного цикла [12, 21].

Понижение солености в верхнем слое Камчатского течения. Временные ряды солености в слое минимума температуры и на уровне 50 дбар показывают значимый тренд понижения солености верхнего слоя Камчатского течения (рис. 3). На уровне 50 дбар понижение солености составило 0,2 епс за 26 лет. При этом быстрое понижение произошло после 2011 г. с минимальным значением 32,8 епс в 2014 г.

Известно, что структура Камчатского течения и Ойясио определяется присутствием антициклонических вихрей. Камчатские вихри имеют холодное ядро низкой солености толщиной около 400 м. В 1990 г. минимальная температура в ядре камчатского вихря была самой низкой (0,02 °С) при высокой солености (33,11 епс) и плотности (26,58ст0). В 2004 г. она составила около 0,73 °С при солености 33,01 и меньшей плотности (26,46ст0) на уровне 63 дбар. В январе 2016 г. соленость в ядре вихря была около 32,75 епс, что на 0,36 епс ниже, чем в 1990 г. (20.01.2016, буй 2902584, ст. 55).

Изменение количества атмосферных осадков с 1990 по 2015 г., мм

Станция Теплый период года Холодный период года Год

Апука -6 -48 -73

Корф 19 -1 34

Оссора 122 128 267

Семячик -73 191 121

Сосновка -6 164 193

Петропавловск-Камчатский 1 239 225

Петропавловский маяк 1 248 240

Мыс Лопатка 38 -37 7

Примечание. Выделены значимые величины для 5%-го доверительного уровня.

а

| I I I I I I I I I I I I I I I I  I I I I I

1990 1995 2000 2005 2010 2015 Годы

Рис. 3. Понижение солености в Камчатском течении при минимальной температуре

Рост солености и температуры в халоклине. Новые данные указывают на заметный рост температуры и солености промежуточных слоев в области Камчатского течения в период с 1990 по 2015 г. Соленость на изопикне 26,75ст0 (что соответствует давлению 200-300 дбар) выросла с 33,47 епс в 1990 г. до 33,62 епс в 2015 г. (на 0,15 епс), а температура - с 2,02 °С в 1990 г. до 3,47 °С в 2015 г. (на 1,45 °С) соответственно. Изопикническая поверхность 26,75ст0 по данным 1990 г. располагалась в слое 190-316 дбар. Рост температуры промежуточных слоев определяется динамикой Аляскинского течения и его антициклонических вихрей [4, 6, 18].

Обсуждение

В субарктических водах Камчатского течения вертикальный профиль температуры имеет подповерхностный минимум на изопикнах 26,4-26,6ст0, который соответствует холодному промежуточному слою. Поскольку этот слой является основанием слоя зимнего охлаждения, сезонные изменения на изопикне больше 26,7ст0 малы. Глубже этого слоя сохраняется теплый промежуточный слой с температурой около 3,7 °С. Этот слой поддерживается благодаря поступлению теплых и соленых вод в восточную часть океана и их возвращению в западную часть океана Аляскинским течением и алеутскими вихрями.

Теплый промежуточный слой в Камчатском течении расположен на изопикне с большим значением плотности, чем в верхнем течении Ойясио. Холодный промежуточный слой поддерживается прежде всего благодаря халоклину. Различие в температуре между этими двумя слоями больше в Камчатском течении, чем в верхнем течении Ойясио. Присутствие вихрей приводит к заглублению теплого промежуточного слоя и увеличению толщины холодного слоя [16-18].

Изменение термохалинных характеристик. Данные за 26 лет показали значительные изменения солености и температуры Камчатского течения. Наблюдения 1990 г. выявили у Камчатки и северных Курильских островов самую низкую температуру холодного и теплого промежуточных слоев, которая когда-либо наблюдалась в регионе. Воды Камчатского течения на 49-51° с.ш. имели самую низкую температуру промежуточных слоев за весь период наблюдений. Начиная с осени 1994 г. температура росла. Вероятной причиной низкой температуры в 1990 г. может быть ослабление потока теплых промежуточных вод Аляскинского течения в Берингово море [19]. Другая вероятная причина изменения характеристик промежуточных слоев Камчатского течения и Ойясио связана с выносом теплой воды алеутскими вихрями. Такие вихри движутся с востока на запад и переносят теплую воду (3,8-4,2 °С) в своем ядре. Перенос теплой воды связан с отделением алеутских вихрей от Аляскинского течения и их движением на запад. Теплое ядро алеутских вихрей расположено в слое 130-400 дбар. В период с 1990 по 1998 г. в регионе происходили заметные изменения циркуляции вод. Они проявились в усилении потока вод через Камчатский пролив и относительном усилении прибрежной ветви Ойясио [4, 17]. Особенно выразителен термохалинный переход в Субарктике в 1994-1997 гг. [16, 17]. Он сопровождался увеличением на порядок переноса вод в Ойясио и хорошо выраженной трансформацией характеристик теплого промежуточного слоя Камчатского течения и Ойясио. Экстремальные осадки в 1996-1997 гг. на восточном побережье Камчатки могут быть причиной понижения солености в период термохалинного перехода в Ойясио.

Понижение солености верхнего слоя Камчатского течения с 1990 по 2015 г. может быть следствием значительных осадков на восточном побережье Камчатки, при этом самые быстрые изменения солености отмечались в последние пять лет. Значимый тренд солености в верхнем слое Камчатского течения превосходит величины, приведенные ранее в работах [12, 21]. За исследуемый период для побережья в целом выявлена тенденция увеличения годового количества, а также положительная тенденция в многолетнем ходе осадков за

холодный период. Значительное повышение годовых сумм осадков характерно для юго-востока с 2009 г.

Таким образом, новые наблюдения, с использованием буев Арго, позволили обнаружить быстрое и значительное опреснение верхнего слоя Камчатского течения в 2010-2015 гг., которое не отмечалось ранее. Соленость верхнего слоя в Камчатском течении понизилась на 0,2 епс ± 0,06 за 26 лет (1990-2015 гг.). Причиной понижения солености в верхнем слое Камчатского течения и верхнем течении Ойясио может быть увеличение осадков на юго-восточном побережье Камчатки. В то же время в его промежуточных водах продолжается рост температуры и солености.

ЛИТЕРАТУРА

1. Вербицкая Е.М., Агеева С.В., Дугина И.О., Дунаева И.М., Ефремова Н.Ф., Романский С.О., Тарасюк В.В. Катастрофическое наводнение на реке Амур летом 2013 г.: особенности и причины формирования // Метеорология и гидрология. 2015. № 10. С. 65-74.

2. Махинов А.Н., Ким В.И., Воронов Б.А. Наводнение в бассейне Амура 2013 года: причины и последствия // Вестн. ДВО РАН. 2014. № 2. С. 5-14.

3. Пономарев В.И., Каплуненко Д.Д., Крохин В.В. Общая характеристика климатических изменений в северной части Азиатско-Тихоокеанского региона // Метеорология и гидрология. 2005. № 2. С. 15-25.

4. Рогачев К.А., Шлык Н.В. Изменение характеристик халоклина и рост температуры в Камчатском течении и Ойясио // Океанология. 2009. Т. 49, № 6. С. 814-819.

5. Рогачев К.А., Шлык Н.В. Исключительное опреснение прибрежных вод в северо-западной части Охотского моря в 2013 г. // Вестн. ДВО РАН. 2015. № 2. C. 118-125.

6. Рогачев К.А., Шлык Н.В. Повышение температуры промежуточных слоев верхнего течения Ойясио // Метеорология и гидрология. 2009. № 1. С. 47-52.

7. Рогачев К.А. Спутниковые наблюдения регулярных вихрей в заливах Шантарского архипелага // Исслед. Земли из космоса. 2012. № 1. С. 54-60.

8. Рогачев К.А., Шлык Н.В. Струйное течение Шантарского архипелага по спутниковым данным // Исслед. Земли из космоса. 2014. № 5. С. 68-75.

9. Справочник по климату СССР. Т. 27. Камчатская область. Ч. 4. Л.: Гидрометеоиздат, 1968. 213 с.

10. Чернышева Л.С., Платонова В.А. Расчет и интерпретация основных климатических показателей отдельных метеорологических величин. Владивосток: ДВГУ, 2009. 87 с.

11. Шкаберда О.А., Василевская Л.Н. Многолетняя изменчивость температурно-влажностного режима на полуострове Камчатка // Изв. ТИНРО. 2014. Т. 178. С. 217-231.

12. Ohshima K., Nakanowatari T., Riser S., Volkov Y., Wakatsuchi M. Freshening and dense shelf water reduction in the Okhotsk Sea linked with sea ice decline // Progress in Oceanography. 2014. Vol. 126. P. 71-79.

13. Ohtani K. Relative transport in the Alaskan Stream in winter // J. Oceanogr. Soc. Jap. 1970. Vol. 26, N 5. P. 271-282.

14. Okkonen S.R. The influence of an Alaskan Stream eddy on flow through Amchitka Pass // J. Geophys. Res. 1996. Vol. 101. P. 8839-8851.

15. Reid J.L. Northwest Pacific Ocean waters in winter. Baltimore: The John Hopkins Univ. Press, 1973. 96 p.

16. Rogachev K.A. Rapid thermohaline transition in the Pacific western subarctic and Oyashio fresh core eddies // J. Geophys. Res. 2000. Vol. 105, C4. P. 8513-8526.

17. Rogachev K.A. Recent variability in the Pacific western subarctic boundary currents and Sea of Okhotsk // Progress in Oceanography. 2000. Vol. 47, N 2-4. P. 299-336.

18. Rogachev K.A., Shlyk N.V., Carmack E.C. The shedding of mesoscale anticyclonic eddies from the Alaskan Stream and westward transport of warm water // Deep-Sea Res. II. 2007. Vol. 54, N 23-26. P. 2643-2656.

19. Stabeno P.J., Reed R.K. A major circulation anomaly in the western Bering Sea // Geophys. Res. Lett. 1992. Vol. 19. P. 1671-1674.

20. Stabeno P.J., Reed R.K., Overland J.E. Lagrangian measurements in the Kamchatka Current and Oyashio // J. Oceanography. 1994. Vol. 50. P. 653-662.

21. Uehara H., Kruts A.A., Mitsudera H., Nakamura T., Volkov Y.N., Wakatsuchi M. Remotely propagating salinity anomaly varies the source of North Pacific ventilation // Progress in Oceanography. 2014. Vol. 126. P. 80-97.

22. Yasuda I., Ito S., Shimizu Y., Ichikawa K., Ueda K., Honma T., Uchyama M., Watanabe K., Sunou N., Tanaka K., Koizumi K. Cold-core anticyclonic eddies south of the Boussole Strait in the northwestern Subarctic Pacific // J. Phys. Oceanography. 2000. Vol. 30. P. 1137-1157.