Среднемноголетнее распределение температуры и солености в Амурском заливе Японского моря

2005

Известия ТИНРО

Том 143

УДК 551.46.062.5

Р.В.Григорьев, Ю.И.Зуенко

СРЕДНЕМНОГОЛЕТНЕЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И СОЛЕНОСТИ В АМУРСКОМ ЗАЛИВЕ ЯПОНСКОГО МОРЯ

По обобщенным материалам океанографических наблюдений в Амурском заливе за 1938-2003 гг. (около 4000 станций) построены среднемноголетние карты распределения температуры и солености на поверхности моря и у дна для характерных сезонов года: весна — май, лето — июль, осень — октябрь и зима — декабрь. Зимние условия охарактеризованы по результатам отдельных съемок. Обсуждаются особенности сезонных изменений температуры, солености и структуры вод в Амурском заливе.

Grigoriev R.V., Zuenko Yu.I. Climatic distribution of water temperature and salinity in the Amur Bay (Japan Sea) // Izv. TINRO. — 2005. — Vol. 143. — P. 179-188.

Climatic distribution of water temperature and salinity at sea surface and sea bottom in the Amur Bay in May, July, October, and December is explained on the base of multi-year oceanographic surveys (1938-2003, in total about 4000 stations). Winter conditions are described on the data of certain surveys. Features of seasonal changes of temperature, salinity and water structure in the Amur Bay are discussed.

Амурский залив расположен в северной части зал. Петра Великого Японского моря, на его побережье находится г. Владивосток. Океанологические исследования на акватории Амурского залива ведутся уже около века. В 1920-е гг. К.А.Гомоюнов (1927) подготовил общую характеристику режима вод залива на уровне знаний того времени. Позднее вышло несколько научных работ, касающихся различных аспектов гидрохимии и гидробиологии залива (Воронков, 1941; Подорванова и др., 1989; Надточий, Зуенко, 2000; Рачков, 2002). В последние годы интерес к Амурскому заливу возрос в связи с изучением возможностей эксплуатации его биологических и рекреационных ресурсов, а также из-за угрозы антропогенного загрязнения (Вдовин, 1996; Черноиванова, 2000; Измятинс-кий и др., 2002). Но представления о гидрологии Амурского залива, сформировавшиеся в начале XX века, недостаточны для полноценного анализа происходящих здесь процессов. Очевидно, назрела потребность в анализе гидрологических условий в Амурском заливе на современном уровне с привлечением всего объема накопленной за несколько десятилетий океанологической информации. Следует заметить, что возможность анализа больших объемов данных инструментальных наблюдений, собранных в экспедициях ТИНРО, ДВНИГМИ и ТОИ ДВО РАН, возникла только в последние годы, после создания в 2004 г. объединенной локальной базы океанологических данных по Японскому морю в формате Ocean Data View.

Основой представлений о режиме вод той или иной акватории являются карты среднемноголетнего (климатического) распределения океанологических

179

параметров, прежде всего температуры и солености воды. До сих пор подобных материалов для Амурского залива не существовало. Целью настоящей работы является создание карт среднемноголетнего распределения температуры и солености в Амурском заливе для характерных сезонов года. Учитывая небольшую глубину Амурского залива (в основном до 30 м, при максимальной глубине 53 м на крайнем южном участке) и характерную для него двухслойную структуру вод, достаточно полное представление о температуре и солености воды в заливе дают карты их распределения у поверхности моря и у дна. Для лучшего понимания особенностей вертикального распределения этих характеристик построены также среднемноголетние разрезы по условной линии, проходящей примерно по оси залива.

Материалом для выполнения поставленных задач послужили данные измерений температуры и солености воды, выполненные в пределах акватории Амурского залива в период с 1938 по 2003 г., имеющиеся в локальной базе океанологических данных для Японского моря. База включает наблюдения ТИНРО в период после Второй мировой войны, все наблюдения ТОИ ДВО РАН и наблюдения ДВНИГМИ в период с 1938 г. до начала 1990-х гг. Объем выборки данных для Амурского залива составил почти 4000 станций. Исследуемая акватория с юга ограничена географической границей Амурского залива по линии мыс Брюса — о. Циволько — о. Желтухина, с востока — цепью островов архипелага Императрицы Евгении и п-овом Муравьева-Амурского, а с севера и запада — побережьем материка (рис. 1). В качестве характерных сезонов избраны месяцы, наиболее обеспеченные данными, по одному для каждого времени года: май, июль, октябрь и декабрь.

132.00

от 2 до 3 лет Ш от 4 до 6 лет от 7 до 9 лет 10 и более лет

Рис. 1. Обеспеченность данными по акватории Амурского залива Fig. 1. Data spatial distribution over the Amur Bay

Наблюдения, выполненные в Амурском заливе за три четверти века, отличаются большой неоднородностью (рис. 1). Сравнительно хорошо обеспечена данными наблюдений центральная часть залива, на юге залива наблюдений меньше, а в кутовой части на некоторых участках недостаточно или нет совсем. Активность исследований также резко менялась по годам (см. таблицу): наибольшее количество наблюдений было выполнено в конце 1970-х, в середине 1980-х и в конце 1990-х гг.

Обеспеченность данными по годам и сезонам Data presentation by years and seasons

Год Выполнено станций (серий) за год Май Июль Октябрь Декабрь

1938 44

1939 166

1940 90

1941 55

1946 25

1947 29

1948 20

1949 14

1952 7

1953 83

1954 25

1955 228

1956 48

1958 32

1959 26

1966 35

1968 61

1969 103

1971 50

1975 164

1976 1

1977 157

1979 258

1980 23

1981 52

1983 37

1984 48

1985 223

1986 235

1987 311

1988 79

1989 72

1990 11

1995 26

1996 2

1997 60

1998 461

1999 305

2000 127

2001 91

2002 34

2003 35

Итого 3953 17 22 13 9

Неоднородность данных сильно затрудняет их осреднение. Во-первых, расположение станций, как правило, не повторялось из года в год. Поэтому, как это обычно делается в океанологии, осреднение вели в пределах квадратов, достаточ-

но малых, чтобы можно было пренебречь пространственной изменчивостью внутри них (1,2' широты на 1,2' долготы, т.е. примерно 2,2 х 1,6 км), и полученные средние относили к середине квадратов. Для этого вся акватория Амурского залива была разбита на 270 таких квадратов (рис. 1).

Во-вторых, обеспеченность данными разных квадратов сильно различалась, а в некоторых квадратах наблюдения вообще отсутствовали. Простое поквадрат-ное осреднение данных неизбежно привело бы к зашумливанию среднемного-летней картины погрешностями, связанными с разной обеспеченностью. В этом случае в каждом квадрате было бы рассчитано среднее для определенной группы лет, в которые велись наблюдения в этом квадрате, и эти средние были бы не сравнимы между квадратами, т.е. средние показатели отражали бы не только особенности пространственного распределения параметра, но и межгодовые различия. Например, если бы в одном квадрате были бы осреднены наблюдения за температурой воды в относительно холодные 1980-е гг., а в другом — в относительно теплые 1990-е гг., то градиент между этим квадратами на карте средне-многолетней температуры отражал бы не столько реальное климатическое распределение, сколько различие между "холодными" и "теплыми" годами. Для избежания ошибок такого рода выполнена приводка средних, рассчитанных для каждого квадрата, к среднему, рассчитанному в "реперном" квадрате, обеспеченном данными наблюдений наилучшим образом, по формуле (для температуры воды):

т = т7 +

% 1 v к К '>

где Т — приведенное среднее значение температуры в 1-том квадрате; Т^ — среднее значение температуры в 1-том квадрате по всем годам наблюдений в этом квадрате; Тк — среднее значение температуры в реперном квадрате по всем годам наблюдений; Тк7 — среднее значение температуры в реперном квадрате по той же группе лет, в которые проводились наблюдения в 1-том квадрате. Поправка (Тк — Тк7) нивелирует невязку, связанную с разной обеспеченностью данными 1-того и реперного квадрата. Она рассчитывалась для каждого квадрата отдельно: для поверхности моря, для придонного горизонта, а если через квадрат проходил условный разрез, то также для промежуточных горизонтов (через 10 м). Аналогично выполняли приводку средних значений солености воды.

Квадраты, в которых было выполнено не более одного наблюдения в месяц (т.е. наблюдения велись только в одном году), считались недостаточно обеспеченными данными для расчета среднемноголетних параметров и не учитывались при построении карт. Наиболее обеспеченный данными реперный квадрат во все сезоны находился в центральной части залива, в районе о-вов Два Брата (42о58' с.ш. 131о38' в.д.; рис. 1). Наблюдения в пределах реперного квадрата проводились преимущественно в 1975-1979 и 1995-2002 гг. Между этими периодами по несколько съемок было выполнено в мае, октябре и декабре. В 19301960-е гг. было сделано довольно много станций в теплый период года, но, как правило, измерялась только температура воды. Поэтому фактически, несмотря на большую общую продолжительность сбора данных, результаты выполненного осреднения репрезентативны только для последней четверти XX века — с 1975 по 2002 г.

Полученные среднемноголетние карты распределения температуры и солености на поверхности и у дна Амурского залива (рис. 2-5) в полной мере отражают режим вод залива. Прежде всего это типичные для всех дальневосточных морей резкие сезонные изменения обоих параметров, обусловленные муссонным климатом региона. Наиболее значительные изменения происходят в поверхностном слое моря, в котором летом температура повышается, а соленость уменьшается. Это обычная для умеренных широт изменчивость, ранее отмеченная и для Амурского залива (Зуенко, 2002). Региональной особенностью Амурского залива является значительное различие в поверхностном слое термохалинных условий

в северной (внутренней) и южной (внешней) частях залива, которое отражает наличие двух разных поверхностных водных масс: прибрежной, характерной для открытых районов зал. Петра Великого и занимающей внешнюю часть Амурского залива, и приэстуарной, формирующейся во внутренней части залива под влиянием материкового стока, прежде всего стока р. Суйфун (Раздольная). Это различие наблюдается во все сезоны года, кроме зимы, причем приэстуарные воды отличаются не только пониженной соленостью, но и повышенной температурой, так как лучше прогреваются благодаря высокой вертикальной устойчивости. Толщина поверхностного слоя увеличивается от весны к осени (рис. 6).

Рис. 2. Среднемноголетнее распределение солености (A, B) и температуры (C, D) на поверхности (A, C) и у дна (B, D) Амурского залива в мае. Ломаной линией обозначено расположение разреза по оси залива

Fig. 2. Climatic distribution of water salinity (A, B) and temperature (C, D) at sea surface (A, C) and sea bottom (B, D) in the Amur Bay in May. Broken line shows the along-bay section

В придонном слое Амурского залива распределение температуры и солености обусловлено в основном глубиной места: с глубиной температура понижает-

B ß

TI 1 1 ь d

132.00

132.00

Рис. 3. Среднемноголетнее распределение солености (A, B) и температуры (C, D) на поверхности (A, C) и у дна (B, D) Амурского залива в июле. Ломаной линией обозначено расположение разреза по оси залива

Fig. 3. Climatic distribution of water salinity (A, B) and temperature (C, D) at sea surface (A, C) and sea bottom (B, D) in the Amur Bay in July. Broken line shows the along-bay section

ся, а соленость возрастает. Зона высоких градиентов у дна (бентический фронт) располагается в местах пересечения с дном термоклина и галоклина: на изобатах ниже бентического фронта придонный слой занят подповерхностной водной массой (глубинной шельфовой, по: Зуенко, Юрасов, 1995), а на изобатах выше бентического фронта — двумя поверхностными водными массами (прибрежной и приэстуарной). По мере увеличения толщины поверхностного слоя от весны к осени бентический фронт перемещается на все более низкие изобаты. Летом в кутовой части Амурского залива можно наблюдать два бентических фронта: более мелководный формируется при пересечении дна с наклонной поверхностью раздела между прибрежной и приэстуарной поверхностными водными массами (см. рис. 3). Поскольку подповерхностные воды имеют меньшую сезонную изменчивость, чем поверхностные, перепад температуры в придонном слое Амурского залива возрастает от весны к лету и в июле превышает 10 оС.

1 32.00 132.00

Рис. 4. Среднемноголетнее распределение солености (A, B) и температуры (C, D) на поверхности (A, C) и у дна (B, D) Амурского залива в октябре. Ломаной линией обозначено расположение разреза по оси залива

Fig. 4. Climatic distribution of water salinity (A, B) and temperature (C, D) at sea surface (A, C) and sea bottom (B, D) in the Amur Bay in October. Broken line shows the along-bay section

Зимой режим вод Амурского залива принципиально другой. Материковый сток в этом сезоне резко уменьшается, начинается льдообразование. В процессе кристаллизации в воду выделяется рассол, резко увеличивающий соленость воды в районах льдообразования, прежде всего в кутовой части залива. Одновременно значительное выхолаживание поверхностного слоя вод приводит к развитию конвекции. В результате в декабре воды залива становятся практически однородными по вертикали, а горизонтальные градиенты температуры и солености меняются на противоположные: с юга на север температура уменьшается, а соленость увеличивается (см. рис. 5, 6). Но среднемноголетние карты для декабря плохо отражают зимние условия в Амурском заливе: в это время только происходит переход от осеннего к зимнему режиму. К сожалению, типичные зимние месяцы — январь и февраль — слабо освещены наблюдениями, так как большая часть Амурского залива занята дрейфующими льдами. Некоторое представление

Рис. 5. Среднемноголетнее распределение солености (A, B) и температуры (C, D) на поверхности (A, C) и у дна (B, D) Амурского залива в декабре. Ломаной линией обозначено расположение разреза по оси залива

Fig. 5. Climatic distribution of water salinity (A, B) and temperature (C, D) at sea surface (A, C) and sea bottom (B, D) in the Amur Bay in December. Broken line shows the along-bay section

о зимней структуре вод Амурского залива дает разрез, выполненный в его южной части (рис. 7). В результате дальнейшего выхолаживания и осолонения вод в течение зимы специфические черты распределения температуры и солености, наметившиеся в декабре, усиливаются, и в южной части залива формируется двухслойная стратификация зимнего типа, с холодным высокосоленым придонным слоем, представленным донной шельфовой водной массой (рис. 7). Основной район формирования этих вод в Амурском заливе находится на участке заприпайной полыньи в центре залива; по данным единичных наблюдений со льда известно, что на этом участке и к северу от него донные шельфовые воды занимают всю толщу вод. Верхний слой вод в южной части Амурского залива зимой охвачен термической конвекцией, в то время как воды придонного слоя остаются изолированными от поверхности моря (что проявляется в пониженном содержании растворенного кислорода) и постепенно сползают на более низкие изобаты по уклону дна.

35.Д

)

-33.8 —

%

декабрь,

солёность \ -34.2 —

__У ^ ^----10-

V ^^ ^ ^—^ _--

май,

температура 3-

0 5

0

15 0 5

15 0 5 10 15 20 25 30

ЛЧ---- ---

13 T -- V

июль,

температура

15 20 25 30 0 5

0

15 20 25 30

-30- октябрь,

температура

0 5 10

_-31.5- / X4^--МЛ- N -33.5— ) ~~-33.0—.

-33.0-^

октябрь,

солёность ^^-33.5-—

15 20 25 30 0 5

15 20 25 30

дистанция по разрезу, миль

дистанция по разрезу, миль

Рис. 6. Среднемноголетнее распределение температуры и солености на разрезах вдоль оси Амурского залива в декабре, мае (данных по солености в мае недостаточно для построения распределения), июле и октябре. Расположение разрезов указано на рис. 2-5

Fig. 6. Climatic distribution of water temperature and salinity at the along-bay sections in December, May (no suffierent salinity data), July, and October. The sections position is shown at Figs 2-5

Температура

) 5 10 15 20 25 30 35 0 5 10 15 20 25 30 35

дистанция по разрезу, км дистанция по разрезу, км

Рис. 7. Температура и соленость на разрезе по оси Амурского залива (от 43009' с.ш. 131о48' в.д. до 42о52' с.ш. 131о32' в.д.), выполненном НИС "Гастелло" 7-9 марта 1987 г.

Fig. 7. Water temperature and salinity at the section along the axis of the Amur Bay from 43009' N 131о48' E to 42о52' N 131о32' E; R/V Gastello, March, 7-9, 1987

0

-10

0

-10

-10

05

0

-10

-10

Весной обратная перестройка от зимней структуры вод к летней происходит иначе, чем осенью. Летняя стратификация возникает не после полного разрушения зимней, а как бы "наслаивается" на нее, начиная с верхнего слоя моря. Поэтому весной, особенно в апреле, одновременно наблюдаются как зимние, так и летние элементы структуры. В мае (см. рис. 2) они тоже заметны: в то время как в поверхностном слое наблюдаются уже летние черты распределения температуры и солености, у дна еще сохраняется область высокой солености в куто-вой части залива.

Таким образом, полученные карты среднемноголетнего распределения температуры и солености в Амурском заливе позволяют показать на репрезентативном количественном материале следующие основные черты режима вод этой акватории: значительный сезонный ход, характерный для муссонного климата; резкие различия в поверхностном слое между внутренней и внешней частями залива, обусловленные формированием приэстуарной водной массы; зависимость температуры и солености у дна от глубины места; перестройку структуры вод от лета к зиме и обратно.

Полагаем, что выявленные черты режима вод являются типичными для полузакрытых бухт субарктической зоны с сильным материковым стоком.

Литература

Вдовин А.Н. Состав и биомасса рыб Амурского залива // Изв. ТИНРО. — 1996. — Т. 119. — С. 72-87.

Воронков П.П. Гидрохимический режим залива Петр Великий Японского моря // Тр. НИУ Гидрометслужбы СССР. Сер. 5. — 1941. — Вып. 2. — С. 42-103.

Гомоюнов К.А. Гидрологический очерк Амурского залива и реки Суйфун // Производительные силы Дальнего Востока. — Владивосток: Книжное дело, 1927. — Вып. 2. — С. 74-91.

Зуенко Ю.И. Сезонная и межгодовая изменчивость температуры воды в северозападной части Японского моря // Изв. ТИНРО. — 2002. — Т. 131. — С. 3-21.

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

Измятинский Д.В., Вдовин А.Н., Басюк Е.О., Рачков В.И. Пространственная изменчивость состава рыб в придонных слоях воды Амурского залива // Изв. ТИН-РО. — 2002. — Т. 131. — С. 141-155.

Надточий В.В., Зуенко Ю.И. Межгодовая изменчивость весенне-летнего планктона в заливе Петра Великого // Изв. ТИНРО. — 2000. — Т. 127. — С. 281-300.

Подорванова Н.Ф., Иванишинникова Т.С., Петренко В.С., Хомичук Л.С. Основные черты гидрохимии залива Петра Великого (Японское море). — Владивосток: ДВО АН СССР, 1989. — 201 с.

Рачков В.И. Характеристика гидрохимических условий вод Амурского залива в теплый период года // Изв. ТИНРО. — 2002. — T. 131. — С. 65-77.

Черноиванова Л.А. О динамике численности наваги Амурского залива (Японское море) // Изв. ТИНРО. — 2000. — Т. 127. — С. 171-177.

Поступила в редакцию 22.07.05 г.