Влияние продолжения Аляскинского течения на динамику вод восточной части Охотского моря

Океанология

Вестник ДВО РАН. 2015. № 2

УДК 551.465

А.Г. АНДРЕЕВ, И.А. ЖАБИН

Влияние

продолжения Аляскинского течения

на динамику вод

восточной части Охотского моря

Показано, что межгодовые изменения в потоках вод продолжения Аляскинского течения и Восточно-Камчатского течения, формирующих северную и западную периферию тихоокеанского субарктического круговорота, оказывают значительное влияние на динамику вод Охотского моря. Усиление/ослабление продолжения Аляскинского течения приводит к значительному увеличению/уменьшению потоков северного направления в районах проливов Крузенштерна и Четвертый Курильский, связывающих Охотское море с Тихим океаном. Усиление потоков продолжения Аляскинского течения в Тихом океане сопровождается увеличением температуры поверхностного слоя вод и снижением площади ледового покрова в Охотском море в зимний период.

Ключевые слова: продолжение Аляскинского течения, Восточно-Камчатское течение, Охотское море, Курильские проливы, циркуляция вод, аномалии ледового покрова.

Impact of continuation of the Alaskan Stream flux changes on the water dynamics in the eastern Okhotsk Sea.

A.G. ANDREEV, I.A. ZHABIN (V.I. Il'ichev Pacific Oceanological Institute, FEB RAS, Vladivostok).

Year-to-year changes of the Alaskan Stream and East-Kamchatka Current fluxes (forming the northern and western boundaries of the subarctic Pacific cyclonic gyre) significantly impact the Okhotsk Sea dynamics. The intensification/ slow down of the Alaskan Stream leads to a considerable increase/decrease of the northward fluxes in the areas of the Krusenstern and Chetverty Kuril Straits, connecting the Okhotsk Sea with the Pacific Ocean. An enhancement of the Alaskan Stream flux in the Pacific Ocean is accompanied by an increase of the surface waters temperature and decrease of the ice area in the Okhotsk Sea in winter.

Key words: Alaska Stream continuation, East-Kamchatka Current, Okhotsk Sea, Kuril Straits, water circulation, ice cover anomalies.

Средняя продолжительность ледового периода в северной части Охотского моря, расположенного в северо-западной части Тихого океана и соединяющегося с ним проливами Курильской островной гряды, составляет 190-200, в южной - 110-120 сут/год. В феврале-марте ледяной покров занимает более половины площади всей акватории моря. Главная особенность циркуляционной системы северной и центральной областей Охотского моря - это общее циклоническое движение вод (против часовой стрелки) вдоль границ бассейна, обусловленное положительным вихрем напряжения ветра [15]. Одним из основных элементов циклонической циркуляции вод является Западно-Камчатское течение (ЗКТ), которое инициируется затоком тихоокеанских вод через северные Курильские проливы (Первый и Четвертый Курильские и пролив Крузенштерна) и переносит на север (вдоль западного побережья п-ова Камчатка) и северо-запад трансформированные в северных Курильских проливах относительно теплые и соленые тихоокеанские воды.

* АНДРЕЕВ Андрей Григорьевич - доктор географических наук, ведущий научный сотрудник, ЖАБИН Игорь Анатольевич - кандидат географических наук, ведущий научный сотрудник (Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичёва ДВО РАН, Владивосток). * E-mail: andreev@poi.dvo.ru

Рис. 1. Схема циркуляции вод и положение кромки льда в Охотском море в феврале 2006 и 2007 гг. ВКТ - Восточно-Камчатское течение, ВСТ - Восточно-Сахалинское течение, пАТ - продолжение Аляскинского течения, СевЗКТ и СрЗКТ - Северная и Срединная ветви Западно-Камчатского течения. I - пролив Крузенштерна, II - Четвертый Курильский пролив

Циклонический круговорот вод Охотского моря связан с тихоокеанским субарктическим циклоническим круговоротом. Межгодовые изменения физических (температура, соленость) и химических (растворенный кислород, биогенные элементы) параметров вод продолжения Аляскинского и Восточно-Камчатского течений (рис. 1), формирующих северную и западную периферию тихоокеанского субарктического круговорота, оказывают значительное влияние на параметры вод Охотского моря. Воды продолжения Аляскинского течения (с температурой подповерхностных вод, превышающей 4 °С) являются существенным источником тепла для западной части тихоокеанской Субарктики. Повышение переноса вод Аляскинского круговорота в северо-западную часть Тихого океана, вызванное усилением вихря напряженности ветра в зимний период, приводит к увеличению температуры, концентрации биогенных элементов и общего неорганического углерода и уменьшению содержания растворенного кислорода в западной части тихоокеанской Субарктики и в Охотском море [1, 8-11]. Многие особенности распределения и численности гидробионтов в Охотском море связаны с изменением термического состояния и ледови-тостью вод. Северо-восточная часть Охотского моря, в особенности западнокамчатский шельф, обладает значительными запасами промысловых рыб и беспозвоночных, являясь одной из самых продуктивных зон Северной Пацифики [7]. Основная цель проводимых нами исследований - оценка влияния переноса вод Аляскинского течения в Тихом океане на динамику вод прикурильского района и северо-восточной части Охотского моря.

Потоки поверхностных вод рассчитывали по уравнению геострофического баланса, используя альтиметрическую информацию (данные спутников TOPEX/Poseidon, Jason-1, -2) за 1993-2013 гг. с временным разрешением 7 дней и пространственным разрешением ~0,2° (по широте) и ~0,3° (по долготе) (http://aviso.oceanobs.com). Поток поверхностных вод продолжения Аляскинского течения оценивали как зональный на разрезе от 49,5 до 52,5° с.ш. через 174° в.д. Среднемесячные величины напряжения ветра на поверхность океана и среднемесячные данные о площади ледяного покрова в Охотском море предоставлены соответственно Центром диагностики климата и Национальным агентством по исследованию атмосферы и океана ^ОАА) США.

Межгодовые изменения переноса вод в восточной части Охотского моря и в районе северных Курильских проливов

Рассчитанные нами потоки поверхностных вод продолжения Аляскинского течения (пАТ) изменялись от 22 103 м2/с в 1995-1997 гг. до 7103 м2/с в 2000- 2002 гг. На рис. 2 показано распределение потоков поверхностных вод в восточной части Охотского моря и в прикурильском районе Тихого океана в 1996 и 1997, 2001 и 2002 гг., в периоды, когда пАТ в Тихом океане характеризовалось соответственно наибольшими и наименьшими

потоками вод. Согласно данным работы [14], интенсификация течений в прикурильском районе и усиление водообмена между Охотским морем и Тихим океаном происходят в основном в зимние месяцы. Результаты расчетов геострофического расхода вод Запад -но-Камчатского течения в марте-декабре, приведенные в работе [3], также свидетельствуют об их существенной сезонной изменчивости. Максимальный перенос вод отмечался в марте, минимальный - в ноябре. Представленные на рис. 2 потоки вод усреднялись за период январь-март.

Наблюдаются существенные различия в динамике вод восточной части Охотского моря в 1996 и 1997, 2001 и 2002 гг. (рис. 2). В январе-марте 1996 и 1997 гг. основной поток вод в прикурильском районе Охотского моря был ориентирован на север преимущественно вдоль меридианов 154 и 155° в.д. Примерно на параллели 52° с.ш. основной поток разделялся на две ветви: западного-северо-западного (срединная ветвь) и северного направлений (северная ветвь). Северная ветвь ЗКТ следовала на север вдоль изобаты 500 м. В январе-марте 2001 и 2002 гг. циркуляция (динамика) вод в прикурильском районе Охотского моря определялась обширным циклоном (48-50° с.ш., 152-156° в.д.). В северной части (> 51° с.ш.) исследуемого района поток вод северного направления следовал вдоль границы камчатского шельфа приблизительно до 53° с.ш., а затем поворачивал на юго-запад. Северная и Срединная ветви ЗКТ отсутствовали.

Относительно теплые и соленые тихоокеанские воды Восточно-Камчатского течения поступают из Тихого океана в Охотское море в основном через проливы Крузенштерна и Четвертый Курильский (рис. 1). Водообмен через прол. Крузенштерна во многом определяет гидрологический режим Охотского моря. Это второй по ширине (около 67 км) и второй по площади поперечного сечения (24,4 % общей суммы поперечных сечений) из проливов Курильской гряды, связывающих Охотское море с Тихим океаном. Четвертый Курильский пролив - четвертый по площади поперечного сечения (8,2 %) и третий по ширине (56 км) пролив Курильской гряды. Результаты наших исследований показывают, что усиление/ослабление пАТ в Тихом океане сопровождается значительным увеличением/ уменьшением величины потоков северного направления в Охотском море в районе проливов Крузенштерна (рис. 3 а) и Четвертый Курильский (рис. 3б) соответственно в пределах 0-2000 и 2000-4000 м2/с. Увеличение потоков пАТ сопровождается сменой направления потоков с южного (отрицательные величины потоков) на северное (положительные величины потоков) с тихоокеанской стороны Первого и Четвертого Курильских проливов (рис. 3б).

Ранее сведения об изменчивости течений в западнокамчатском районе Охотского моря были получены в основном по результатам расчетов динамической топографии. Отмечено, что основным отличительным признаком течений в 1983-1995 гг. являлось наличие либо отсутствие течения южного направления (Компенсационного течения) в прибрежной зоне между ЗКТ и п-овом Камчатка, при этом увеличение интенсивности

Январь май 1356 н 1997 П. Яаюрь-май 2(11)1 и 201)2 11

152 153 154 155 15В 157 152 153 154 1 55 156 1 57

*• 0.5'10'Л ^-4,0' 10* м"'с

Рис. 2. Распределение потоков поверхностных вод. Рамками показаны районы, где коэффициент корреляции между потоком и потоком продолжения Аляскинского течения (1993-2013 гг.) выше или равен 0,6

200] 2005

Год наблюдет ш

Рис. 3. Межгодовые изменения меридиональных потоков

Компенсационного течения связывали с повышенной суровостью зимних условий и большей ледовитостью моря [6]. Другие исследователи, изучив межгодовую изменчивость интенсивности ЗКТ и Компенсационного течения в весенний период 1983-2002 гг., связали изменения с крупномасштабной перестройкой атмосферной циркуляции над Охотским морем [5]. Согласно нашим расчетам, уменьшение величины потока пАТ в Тихом океане сопровождается увеличением потока вод вдоль границы западнокамчат-ского шельфа и сменой направления потока вдоль меридиана 154° в.д. (на параллели 52° с.ш.) с северного на южное (рис. 3в).

Влияние продолжения Аляскинского течения на ледовитость и температуру поверхностных вод Охотского моря

С изменением термического состояния и ледовитости вод связаны многие особенности распределения и численности гидробионтов в Беринговом и Охотском морях. Охотскому морю свойственна западная разновидность субарктической структуры вод, для которой характерно наличие подповерхностного слоя с отрицательными температурами [4]. Воды пАТ, поступающие в западную часть тихоокеанской Субарктики, Берингово и Охотское моря, характеризуются повышенной температурой (более 4 °С) подповерхностного слоя. Согласно оценкам, данным в работе [16], прекращение поступления аляскинских вод понизит температуру подповерхностных вод Берингова моря на 0,5 °С, что повлияет на климат и экосистему Берингова моря. Для Охотского моря такие оценки не выполнялись.

Изменение площади ледового покрова в Охотском море в зимний период определяется теплосодержанием (или теплозапасом) верхнего слоя вод, формирующимся в теплый период года, температурным и ветровым режимами в холодный период года. Температурный режим Охотского моря в холодное полугодие - один из главных термических факторов формирования ледяного покрова - определяет ледопродуктивность моря. Коэффициент корреляции между площадью ледяного покрова в феврале-марте и температурой приводного слоя атмосферы, осредненной с ноября по март, равен -0,87 (1993-2013 гг.). Более низкие температуры в зимний период соответствуют большей площади льда. Один из важных факторов, формирующих аномалии ледового покрова в Охотском море, - приток относительно теплых тихоокеанских вод через Курильские проливы. В восточной половине моря благодаря поступлению теплых вод из Тихого океана образуется обширная область, свободная ото льда, вытянутая с юга на север (рис. 1). Межгодовые изменения потоков вод пАТ (со сдвигом по времени 1 год) и площадь ледяного покрова в Охотском море в феврале-марте связаны значимыми коэффициентами корреляции (г = -0,60, 1993-2013 гг.) (рис. 4а). Усиление/ослабление переноса вод продолжения Аляскинского

Рис. 4. Межгодовые изменения площади ледяного покрова и температуры воздуха в Охотском море

течения сопровождалось повышением/понижением температуры вод на 0,6 °С в 1996-1997 и 2000 гг. в слое 50-150 м восточной части Охотского моря (данные по температуре вод представлены в работе [12]).

Вариации в положении и интенсивности алеутской депрессии в зимний период - один из основных факторов, определяющих динамику атмосферы и океана в тихоокеанской Субарктике. Изменения давления приземного слоя атмосферы в зоне влияния алеутской депрессии приводят к значительным изменениям вихря напряжения ветра и циркуляции вод в Тихом океане. Высказано предположение, что сезонные и межгодовые вариации расхода вод Восточно-Камчатского течения обусловлены изменчивостью вихря напряжения ветра в северной части Тихого океана [13]. Усиление вихря напряжения ветра в Тихом океане в зимний период приводит (со сдвигом по времени 1 год) к интенсификации антициклонических вихрей в водах Курильской котловины Охотского моря [2]. Межгодовые изменения потоков поверхностных вод продолжения Аляскинского течения зависят от вихря напряжения ветра в северной части Тихого океана [1] (коэффициент корреляции ~0,6) (рис. 4б). Усиление вихря напряжения ветра сопровождается усилением потоков продолжения Аляскинского течения в Тихом океане, что приводит к повышению температуры поверхностного слоя вод и снижению площади ледового покрова в Охотском море.

ЛИТЕРАТУРА

1. Андреев А.Г., Шевченко Г.В. Межгодовая изменчивость переноса вод Восточно-Камчатским и Восточно-Сахалинским течениями и их влияние на концентрацию растворенного кислорода в Охотском море и тихоокеанской Субарктике // Метеорология и гидрология. 2008. № 10. С. 70-79.

2. Андреев А.Г., Жабин И.А. Мезомасштабные вихри и межгодовые изменения содержания хлорофилла-а в водах Охотского моря // Вестн. ДВО РАН. 2012. № 6. С. 65-71.

3. Жигалов И.А. Сезонная и межгодовая изменчивость геострофических течений в районе западной Камчатки // Изв. ТИНРО. 2012. Т. 169. С. 94-99.

4. Морошкин К.В. Водные массы Охотского моря. М.: Наука, 1966. 67 с.

5. Самко Е.В., Глебова С.Ю., Петрук В.М. Межгодовая изменчивость циркуляции вод Охотского моря у западного побережья Камчатки в весенний период // Метеорология и гидрология. 2004. № 12. С. 63-69.

6. Фигуркин А.Л. Циркуляция вод западнокамчатского шельфа // Комплексные исследования экосистемы Охотского моря. М.: ВНИРО, 1997. С. 25-29.

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

8. Andreev A.G., Baturina V. I. Impacts of the tides and atmospheric forcing variability on dissolved oxygen in the subarctic North Pacific // J. Geophys. Res. 2006. Vol. 111. C05007. doi: 10.1029/2005JC003277.

9. Andreev A.G., Baturina V.I. Interannual variability of the dissolved oxygen and inorganic carbon in the Kuril Basin of the Okhotsk Sea // Proc. of the 20th intern. Symp. on Okhotsk Sea and Sea Ice. Mombetsu, Japan. 2005. P. 85-90.

10. Andreev A.G. Interannual variations of the East-Kamchatka and East-Sakhalin Currents transport and its impact on the temperature and chemical parameters in the Okhotsk Sea // PICES Sci. Rept. 2009. Vol. 36. Р. 37-43.

11. Andreev A., Kusakabe M. Interdecadal variability in DO in the intermediate water layer of the Western Subarctic Gyre and Kuril Basin (Okhotsk Sea) // Geophys. Res. Lett. 2001. Vol. 28. P. 2453-2456.

12. Climatic Atlas of the North Pacific Seas 2009: Bering Sea, Sea of Okhotsk, and Sea of Japan // NOAA Atlas NESDIS 67. 2009. 380 p.

13. Isoguchi O., Kawamura H., Kono T. A study of the wind-driven circulation in the subarctic North Pacific using the TOPEX/POSEIDON altimeter data // J. Geophys. Res. 1997. Vol. 102. P. 12457-12468.

14. Ohshima K.I., Nakanowatari T., Riser S., Wakatsuchi M. Seasonal variation in the in- and out flow of the Okhotsk Sea with the North Pacific // Deep Sea Res. 2010. Pt 2, vol. 57. P. 1247-1256.

15. Ohshima K.I., Simizu D., Itoh M. et al. Sverdrup balance and the cyclonic gyre in the Sea of Okhotsk // J. Phys. Oceanogr. 2004. Vol. 34. P. 513-525.

16. Stabeno P. J., Schumacher J.D., Ohtani K. Physical oceanography of the Bering Sea // The Bering Sea: a Summary of Physical, Chemical and Biological Characteristics and a Synopsis of Research / eds T.R. Loughlin, K. Ohtani. Fairbanks: Alaska Sea Grant Press,1999. P. 1-28.