Типизация зимних гидрологических условий для всего Охотского моря и для района у Западной Камчатки по данным спутникового мониторинга

посредством использования данных спутникового дистанционного мониторинга, на основе которых создается множество специализированных модельных продуктов с высоким пространственно-временным разрешением.

В отличие от прямых наблюдений за температурой воды, с 1957 г. в Охотском море выполняются регулярные ежедекадные ледовые наблюдения. Ледовитость, как показывают исследования, является одним из наиболее объективных элементов, отражающих термодинамические процессы, происходящие в поверхностном слое моря. Поэтому материалы о ледовитости часто используются для косвенной оценки термических условий верхней толщи вод и для исследования их межгодовой изменчивости (Хен и др., 2001).

Целью настоящей работы является типизация зимних гидрологических условий Охотского моря, а также его района у западного побережья Камчатки в отдельности, по температуре воды на поверхности и ледовитости по современным данным спутникового дистанционного мониторинга.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА

Для анализа температурных условий использовали информацию, полученную на основе данных сканирующих инфракрасных радиометров AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer), установленных на серии спутников Национального управления океанических и атмосферных исследований США (NOAA's NCEI: ftp:// eclipse.ncdc.noaa.gov). Эти данные модельно ассимилированы с данными судовых наблюдений и с дрейфующих буев. Информация представлена ежедневными значениями температуры поверхности океана в узлах регулярной сетки с шагом 1/4° по широте и долготе. Данные интерполированы в узлы регулярной сетки методом оптимальной интерполяции (OI-V.2), сущность которого подробно изложена Ричардом Рейнольдсом (Reynolds et al., 2007). Существенный плюс такой информации — высокое пространственное и временное разрешение покрытия, что позволяет в некоторой степени восполнить пробелы, возникающие вследствие нерегулярности экспедиционных исследований.

Район Охотского моря у Западной Камчатки, для которого проводилась выборка данных дистанционного зондирования, представлен на рис. 1. На основе этих данных нами были рассчитаны сред-

ние по исследуемой акватории значения температуры воды на поверхности за каждые сутки и, впоследствии, для периодов с декабря по март и с февраля по март.

Источником данных о ледовых условиях послужили материалы Национального ледового центра США (NOAA's National Ice Center, http://www. natice.noaa.gov/). Данные для Охотского моря имеют временной ряд с интервалом 1 неделя и продолжительность с 1972 года по настоящее время. При этом до 1995 г. информация представлена архивными данными, а с 1995 г. — в векторном географическом формате в shape-файлах. Обработку данных из shape-файлов и расчет ледовито-сти (отношение площади распространения льда к общей площади моря, выраженное в %) проводили для всего Охотского моря и его восточной части (северо-восточной четверти) (рис. 2) с помощью программ ArcGIS 10 (ESRI, Inc.) и MS Excel (Microsoft, Inc.). В результате расчета были получены средние за декаду значения ледовитости для всех ледовых сезонов за период наблюдений. Для восточной части Охотского моря временной ряд начинается с 1995 года, с открытием общего доступа к shape-файлам, а границы района обусловлены производителем этого геоинформационного продукта.

Статистический анализ данных осуществлялся с помощью специализированного пакета Statistica 8.0 (StatSoft, Inc.). Теоретические основы статистического анализа, в частности, можно найти в монографиях В.П. Леонова (1990) и А. Афифи и С. Эйзена (1982). Расчет стандартного отклонения s и ошибки среднего m реализован в программе и выполняется по стандартным формулам.

Для выделения типов зим использовали средние значения ледовитости всего Охотского моря и его восточной части, а также температуры поверхности прикамчатских вод Охотского моря за весь зимний гидрологический период (декабрь-март) и период пикового развития зимних гидрологических процессов (февраль-март) (табл. 1). Определение сроков сезонов, по которым рассчитывали средние значения, основано на гидрологических и биологических исследованиях, результаты которых приводятся в работах (Шунтов, 2001; Ростов и др., 2001; Атлас.., 2003).

По аналогии с работой А.Л. Фигуркина (2003), по значениям ледовитости было выделено 5 типов зим со следующими градациями:

Рис. 1. Район Охотского моря у западного побережья Камчатки, для которого проводили выборку спутниковых данных по температуре воды на поверхности

Fig. 1. The part of the Western Kamchatka region of the Okhotsk Sea, where the satallite data about the sea surface temperature and the ice cover extent were collected

Таблица 1. Статистическая характеристика ледовитости всего Охотского моря, ледовитости и температуры поверхности восточной части Охотского моря в феврале-марте и декабре-марте

Table 1. The statistical characterization of the ice cover extent of the Okhotsk Sea and of the ice cover extent and sea surface temperature of the Eastern Okhotsk Sea in February-March and December-March

Показатель Период наблюдении Месяцы M m s d min max

Ледовитость всего Охот- 1972-2015 II-III 67,2 1,7 11,5 52,3 39,9

ского моря, % XII-III 49,4 1,4 9,0 37,4 32,0

Ледовитость восточной 1995-2015 II-III 50,3 2,9 13,4 53,6 36,9

части Охотского моря, % XII-III 36,7 2,2 9,6 37,2 26,3

Температура поверхности II-III 0,20 0,06 0,34 1,53 -0,45

восточной части Охотско- 1982-2015

го моря, °С XII-III 0,81 0,06 0,35 1,71 0,20

I — размах значении; min — ми-

нимальное значение; max — максимальное значение

• аномально ледовитая (L. >L +1,5Xs);

• ледовитая (L +0,5Xs<L.<L +1,5Xs);

• нормальная (Lcp- 0,5Xs<L.<L +0,5Xs);

• малоледовитая (L —1,5Xs<L.<L —0,5Xs);

• аномально малоледовитая (L. <L —1,5Xs), где L. — ледовитость в i-м году, L — среднемно-голетняя ледовитость, s — стандартное отклонение.

Подобным же образом была проведена типизация зим по температурным условиям:

• аномально теплая (T >T +1,5Xs);

• теплая (T +0,5Xs<t'<TC+1,5Xs);

ср ср

• нормальная (Тс — 0,5Xs<T <Тс +0,5Xs);

• холодная (Тср— r,5Xs<T<T — 0?,5Xs);

• аномально холодная (Т. <Тср— 1,5Xs),

где T — температура поверхности моря в -м году, Тср — среднемноголетняя температура поверхности моря, s — стандартное отклонение.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты типизации зимних гидрологических условий для Охотского моря и его восточной части представлены в таблицах 2 и 3 и на рис. 3 и 4. Прежде всего, стоит обратить внимание на различную длину временных рядов, используемых в классификации показателей, что, безусловно, оказывает влияние на качественное определение типа того или иного зимнего сезона. Например, по ледови-тости восточной части Охотского моря, ввиду относительно короткого ряда и ненормальности распределения со смещением среднего в сторону низких значений, не выделяются аномально малоледовитые зимы. Имеются и такие различия, которые связаны с размерами исследуемого бассейна (Охотское море в целом и его восточная часть в отдельности). Тем не менее на протяжении обследованного временного ряда определенно мож-

Рис. 2. Район Охотского моря и его восточной части (последняя выделена штриховкой), для которых рассчитывали ледовитость

Fig. 2. The Okhotsk Sea and the part in its east part (shaded), where the ice cover extent was estimated

сти моря за последнее время наблюдались в феврале-марте 2007, 2010 и 2012 гг.

После рассмотренного продолжительного довольно теплого периода, начавшегося после 2002 года, в 2016 г. на востоке Охотского моря наблюдалась неожиданно холодная зима — самая холодная после аномально холодных зим начала 2000-х годов. Кроме того, по температуре воды на поверхности она также оказалась аномально холодной и относительно ледовитой.

Последующее направление этих работ состоит, прежде всего, в продолжении временных рядов данных и уточнении средних величин. Безусловно, это может привести к некоторым коррективам в

проведенной типизации, однако тенденции многолетних изменений будут сохраняться.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам статистической обработки данных о ледовитости и температуре воды на поверхности восточной части Охотского моря у Западной Камчатки, представлена типизация зимних условий по пяти градациям. По ее результатам определены теплые и холодные периоды. В частности, по температуре поверхности восточной части Охотского моря наиболее теплыми были зимы 1996-1997, 2009 и 2015 гг., а самыми холодными — 2001 и 2016 гг. По данным о ледовитости для всей аква-

Рис. 3. Межгодовая изменчивость ледовитости Охотского моря (ОМ) и ледовитости и температуры воды на поверхности (ТПМ) восточной части Охотского моря (ВОМ), средних за период с февраля по март Fig. 3. The interannual dynamics of the ice cover extent in the Okhotsk Sea (OS) and of the ice cover extent and sea surface temperature (SST) in the Eastern Okhotsk Sea (EOS) averaged for the period from February to March

Рис. 4. Межгодовая изменчивость ледовитости Охотского моря (ОМ) и ледовитости и температуры воды на поверхности (ТПМ) восточной части Охотского моря (ВОМ), средних за период с декабря по март Fig. 4. The interannual dynamics of the ice cover extent in the Okhotsk Sea (US) and of the ice cover extent and sea surface temperature (SST) in the Easter Okhotsk Sea (EOS) averaged for the period from December to March

тории Охотского моря, аномально ледовитые зимы пришлись на 1978, 1979 и 2001 гг. Зимы с наименьшим количеством льда пришлись на 1984, 1991, 2006, 2009 и 2015 гг.

В целом, временные межгодовые изменения рассматриваемых гидрологических характеристик достаточно хорошо согласуются между собой. Наибольшие отличия при выделении типов зимних условий по отдельным показателям связаны, прежде всего, с длиной временного ряда и, как следствие, значений статистических величин, применявшихся в типизации. Однако есть и очевидные региональные отличия в самих сложившихся гидрологических условиях, как, например, в 2016 году, когда по ледовитости зима для всего Охотского моря оказалась в пределах нормы, а в при-камчатских водах моря она была существенно холоднее обычного.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Атлас количественного распределения нектона в Охотском море. 2003. Под ред. В.П. Шунтова и Л.Н. Бочарова. М.: Национальные рыбные ресурсы. С.10-18.

РостовИ.Д., ЮрасовГ.И., РудыхН.И., МорозВ.В., ДмитриеваЕ.В., Набиуллин А.А., Храпченков Ф.Ф., Ростов В.И., Бунин В.М. 2001. Атлас по океанографии Берингова, Охотского и Японского морей. Владивосток: ТОИ им. В.И. Ильичева ДВО РАН. www.pacifitinfo.ru/data/cdrom/2/HTML/1_00.htm.

Афифи А., Эйзен С. 1982. Статистический анализ: подход с использованием ЭВМ. М.: Мир. 488 с. Леонов В.П. 1990. Обработка экспериментальных данных на программируемых микрокалькуляторах. (Прикладная статистика на Б3-34, МК-52, МК-54, МК-56, МК-61.) Томск: Томский ун-т. 376 с. Муктепавел Л.С. 2006. Пространственно-временная изменчивость ледовых условий Охотского моря по данным дистанционного зондирования. Автореф. дис. ... канд. геогр. наук. Владивосток: ТИНРО-Центр. 23 с.

Фигуркин А.Л. 2003. Океанологические условия шельфа и склона Охотского моря в холодную половину года и их влияние на нерест минтая. Автореф. дис. ... канд. геогр. наук. Владивосток: ТИНРО-Центр. 24 с.

ХенГ.В., Фигуркин А.Л., ВанинН.С., Глебова С.Ю., Устинова Е.И., СорокинЮ.Д., ЖигаловИ.А. 2001. Исследование пространственно-временной изменчивости гидрометеорологических условий восточной части Охотского моря (Западно-Камчатский район). Отчет. Владивосток: ТИНРО-Центр. Шунтов В.П. 2001. Биология дальневосточных морей. Т. 1. Владивосток: ТИНРО-Центр. 580 с. NOAA's National Centers for Environmental Information (NCEI): www.eclipse.ncdc.noaa.gov. NOAA's National Ice Center: www.natice.noaa.gov. Reynolds R.W., Smith T.M., Liu C., Chelton D.B., Casey K.S., Schlax M.G. 2007. Daily high-resolution blended analyses for sea surface temperature. J. Climate, 20,5473-5496.