Сезонная изменчивость интегральной циркуляции вод Охотского моря под влиянием синоптических процессов в 2003-2004 гг

Вестник ДВО РАН. 2010. № 1

УДК 551.465.4/5 Г.А.ВЛАСОВА, С.Ю.ГЛЕБОВА

Сезонная изменчивость интегральной циркуляции вод Охотского моря под влиянием синоптических процессов в 2003-2004 гг.

На базе гидродинамической модели выполнены расчеты интегральной циркуляции вод под влиянием синоптических ситуаций на акватории Охотского моря в 2003—2004 гг. Выявлены четкая взаимосвязь между атмосферными и гидродинамическими процессами, а также квазистационарная дипольная система в прикурильском районе Охотского моря, которая сохраняется в любых синоптических условиях, но имеет свои особенности при смене типа барических ситуаций. Показаны общая картина устойчивости гидродинамических процессов и наличие квазистационарных антициклонических структур вблизи центральной части Курильской дуги. Отражена сезонная изменчивость интегральной циркуляции вод в зависимости от региональных особенностей атмосферных процессов.

Ключевые слова: Охотское море, циркуляция вод, циклон, антициклон, атмосферные процессы.

Seasonal variability of integral water circulation in the Sea of Okhotsk under the effect of synoptic processes in 2003-2004. G.A.VLASOVA (V.I.Il’ichev Pacific Oceanological Institute, FEB RAS, Vladivostok), S.Yu.GLEBOVA (Pacific Research Fisheries Centre, Vladivostok).

Calculations of the integral water circulation under the effect of various types of synoptic situations in the Sea of Okhotsk in 2003—2004 are carried out using hydrodynamic model. A definite interrelation between atmospheric and hydrodynamic processes, as well as quasi-stationary dipole system in the Kuril area of the Sea of Okhotsk, which lasts practically in any synoptic conditions, but has specific features when baric situation is changed, are revealed. A general pattern of stability of hydrodynamic processes and presence of quasi-stationary anticyclonic structures near the central part of the Kuril arch is shown. Seasonal variability of the integral water circulation is reflected depending on the regional features of the atmospheric processes.

Key words: Sea of Okhotsk, water circulation, cyclone, anticyclone, atmospheric processes.

Среди характеристик Охотского моря важную роль играют активная сезонная изменчивость синоптических процессов, меридиональная вытянутость акватории, сопредельность с Тихим океаном, сложная система морских течений и орография побережий.

Охотское море расположено в муссонной климатической зоне умеренных широт. Зима здесь продолжительная, суровая, с частыми штормовыми ветрами, лето прохладное, с большим количеством осадков и густыми туманами, весна и осень короткие, холодные и облачные. Влияние охлаждающих факторов сказывается сильнее, чем отепляющих, результирующий теплообмен на поверхности отрицательный. Тепловой баланс моря регулируется притоком тепла из океана через проливы.

В первом десятилетии XXI в. климат Охотского моря претерпевает резкие изменения, природа которых еще до конца не изучена. В связи с этим из указанного периода были выбраны 2003-2004 гг. как представляющие наибольший интерес для исследований. Это

ВЛАСОВА Галина Александровна - кандидат географических наук, ведущий научный сотрудник (Тихоокеанский океанологический институт им. В.И.Ильичева ДВО РАН, Владивосток), ГЛЕБОВА Светлана Юрьевна -кандидат географических наук, ведущий научный сотрудник (Тихоокеанский научно-исследовательский рыбохозяйственный центр, Владивосток). E-mail: gavlasova@mail.ru

объясняется тем, что именно в эти годы летний центр действия атмосферы (ЦДА) - Дальневосточная депрессия - располагался непосредственно над акваторией Охотского моря, а зимний - Алеутская депрессия - занимал крайне западное положение (над западной частью Берингова моря) и был максимально приближен к акватории охотоморского бассейна. Подобное распределение барических центров способствовало формированию своеобразного погодно-ветрового и гидродинамического режимов Охотского моря в эти и последующие годы [4].

Данная работа исследует сезонную изменчивость интегральной циркуляции вод Охотского моря в указанный период. С этой целью для численного моделирования циркуляции вод использована гидродинамическая модель [1, 3, 9], в рамках которой рассчитаны интегральные функции тока от поверхности до дна (полные потоки), построены карты интегральной циркуляции вод.

Исходные данные

Атмосферный режим. Для описания особенностей атмосферной циркуляции над Охотским морем в 2003-2004 гг. использованы декадные и среднесезонные карты приземного давления, которые строились с использованием ежедневных японских синоптических карт за 00 ч по Гринвичу. Выделенный район (30-70° с.ш., 100° в.д .-170° з.д.) разбивался на квадраты 10 х 10°, в узлах координат снимались значения давления, которые затем осреднялись подекадно, а также отдельно для холодного (октябрь-март) и теплого (апрель-сентябрь) сезонов 2003-2004 гг. Данные осредненных карт использовались для определения положения и интенсивности основных ЦДА и классификации синоптических ситуаций, формирующихся над Охотским морем.

Атмосферные типы. В основу классификации синоптических процессов было положено местоположение основных барических центров (сезонных ЦДА) относительно охотоморского бассейна, а также характер формирующегося над ним ветрового переноса [5, 6]. Выделено 7 основных типов, приуроченных к различным сезонам [3]. К теплому периоду отнесены I и II типы. I характеризует малоградиентную ситуацию со слабым ветровым режимом. II тип - «муссонный» - определяется влиянием Дальневосточной депрессии. Он обусловливает формирование южной ветровой циркуляции над всей акваторией Охотского моря. Циркуляции IV, V и VI типов формируются преимущественно в холодные месяцы и зависят от положения Алеутской депрессии. При нахождении ее над Беринговым морем (западной либо восточной его половиной) над Охотским отмечается появление, соответственно, «умеренно холодного» IV типа (с северо-западным переносом) и «холодного» V типа (с северным переносом). При смещении депрессии к охотоморскому бассейну появляется «теплый» VI тип, обусловливающий восточный ветровой перенос. Весной и осенью формируются процессы переходного периода: III тип - под влиянием Арктической депрессии (западные ветры), VII тип - при активном циклогенезе непосредственно над Охотским морем.

Циклоническая деятельность. Охотское море большую часть года находится под влиянием циклонов. Для анализа характера циклогенеза строились карты циклоничнос-ти для холодного и теплого сезонов. Для этого район 40-60° с.ш., 130-160° в.д. (Охотское море и западная часть Тихого океана) разбивался на квадраты 5 х 5°, подсчитывалось среднее число всех приземных циклонов, проходивших над каждым из квадратов в течение сезона; по полученным значениям проводились изолинии. Использовались ежедневные синоптические карты японского метеорологического агентства за 00 ч по Гринвичу. Для числовой характеристики состояния циклонов применялся индекс цикло-ничности А.В.Куницына [7], который рассчитывается как квадрат числа замкнутых изобар каждого циклона и характеризует количество кинетической энергии, вовлеченной в циркуляцию каждого циклона.

Расчет интегральной циркуляции вод Охотского моря проводился по среднесезонным полям атмосферного давления, составленным для холодных (декабрь 2003-февраль 2004 г.) и теплых (июнь-август 2004 г.) сезонов на основе указанной классификации; данным гидрологических наблюдений ТОИ ДВО РАН в рейсах «ОКЕАН-2» 2003-2004 гг.; вертикальному распределению плотности на основе натурных измерений в самой глубокой точке исследуемого региона; значениям глубин из массива ETOPO-5 (Earth Topographic) из базы данных NOAANGDC с 15'-ным разрешением топографических и батиметрических карт всей земной поверхности (http://www2.evl.unic.edu/pape/vrml/etopo/). Для расчетов использовалась равномерная сетка с шагом 30' по долготе и 30' по широте, стандартные горизонты по вертикали. Расходы в проливах определялись на основании расчета полных потоков, нормальных к жидким границам исследуемой области. В зимний период модель автоматически учитывает образование льда на поверхности моря, рассчитывая интегральную циркуляцию подо льдом. Распространение кромки льда учитывалось по работам Л.П.Якунина, В.В.Плотникова [8, 11].

Особенности осенне-зимних и весенне-летних атмосферных процессов над Охотским морем в 2003-2004 гг.

В осенне-зимний период 2003/04 г. (октябрь-март) Алеутская депрессия находилась западнее своего среднемноголетнего положения (51° с.ш., 180° в.д.) и была смещена в сторону Восточной Камчатки. Ее интенсивность была в пределах либо немного ниже нормы, на что указывают нулевые и слабо отрицательные аномалии в области ее стационирования (рис. 1а, б). Пополнение депрессии осуществлялось в основном за счет океанических циклонов (область циклогенеза располагалась юго-восточнее Курильской гряды), но непосредственно над Охотским морем приземные циклоны проходили чаще

100 510 1Ї0 100 140 150 160 170 180 1S0 200 13D I3S 140 1 45 150 155 160

Рис. 1. Особенности атмосферного режима над Охотским морем в октябре-марте 2003/04 г.: а - среднебарическое поле, б - аномалии давления, гПа, в - повторяемость циклонов, г - индекс циклоничности Куницына

всего над его северо-восточным районом (рис. 1в), что могло вызвать периодическое усиление западных ветров. Кроме того, зона максимальной интенсивности (тепловой энергии) циклонов соответствовала положению области циклогенеза и также находилась над океаном, вне пределов Охотского моря (рис. 1г).

В количественном соотношении над Охотским морем в осенне-зимний сезон 2003/04 г. преобладали IV и V типы процессов, которые в сумме составили 45% случаев (рис. 2а). VI тип формировался в 32% случаев. Однако синоптические особенности осени и зимы в отдельности существенно различались. Если осенью обычно появлялись IV и V типы (67%), то зимой с такой же периодичностью формировался VI тип. Подобная синоптическая обстановка способствовала ослаблению северного муссона и преобладанию западного ветрового переноса над Охотским морем.

Весной и летом (апрель-сентябрь) 2004 г. другой сезонный центр действия атмосферы - Дальневосточная депрессия - был смещен далеко к северо-востоку от своего среднемноголетнего положения (Амурской области), располагался непосредственно над Охотским морем. При этом отмечалось усиление активности депрессии - область отрицательных значений давления охватывала не только бассейн, но и прилегающие районы (рис. 3а, б). Подобную ситуацию можно охарактеризовать как аномальную.

По сравнению с предыдущим (холодным) периодом в весенне-летний сезон возросла повторяемость приземных циклонов, которые следовали с материка преимущественно над центральными районами Охотского моря (рис. 3в). Еще одной отличительной особенностью весенне-летнего циклогенеза являлась повышенная активность охотоморских циклонов, поскольку зона высоких значений индекса циклоничности располагалась над южными районами моря (рис. 3г).

Основная повторяемость атмосферных процессов теплого периода приходилась на II тип (33%), при котором над бассейном формируются юго-западные ветровые переносы, а также на малоградиентный I тип (22%) с характерными спокойными и маловетреными погодными условиями (рис. 2б). IV тип отмечался не только весной (22%), но и летом (11%), что нетипично для этого сезона. Как и в холодный период года, основная ветровая циркуляция над Охотским морем в целом имела западную направленность.

Анализ

По численным расчетам интегральных функций тока от поверхности до дна (полных потоков) для холодного (декабрь 2003-февраль 2004 г.) и теплого (июнь-август 2004 г.) сезонов Охотского моря были построены соответствующие карты интегральной циркуляции охотоморских вод (рис. 4, 5). Это позволило получить новую информацию о зависимости динамики охотоморских течений от синоптических ситуаций. Такая динамика течений имеет свои локальные особенности в пространственно-временном распределении.

Так, в декабре 2003 г. при «холодном» типе атмосферных процессов гидродинамическую ситуацию региона можно назвать «умеренно холодной», поскольку в северо-восточной и западной частях моря наблюдается слабо выраженное антициклоническое движение вод (рис. 4). Данная ситуация, вероятно, объясняется частой повторяемостью «теплого» типа атмосферных процессов над Охотским морем в осенне-зимний период 2003/04 г. Вдоль Курильской гряды наблюдается крупная дипольная система: антициклонический круговорот «прижимается» непосредственно к южной и центральной частям Курильских островов, а западнее его (в районе 44-48° с.ш.) происходит циклонический круговорот. Дипольная система начала формироваться весной (в мае), усиливаясь, пространственно расширяясь, приобретая многоядерность от месяца к месяцу и достигая своего максимума в декабре. Формирование циклонического круговорота, вероятно, связано с формированием преимущественно «холодных» и «умеренно холодных» синоптических ситуаций

Весенне-летний сезон Апрель-июнь Июль-август

Рис. 2. Количественное соотношение типов атмосферной циркуляции, формировавшихся над Охотским морем в осенне-зимний (а) и весенне-летний (б) сезоны 2003-2004 гг.

100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 130 135 140 145 150 155 160

Рис. 3. Особенности атмосферного режима над Охотским морем в апреле-сентябре 2004 г.: среднебарическое поле

в холодный период 2003/04 г. над Охотским морем. Формирование антициклонического круговорота, по-видимому, объясняется следующими факторами: во-первых, сокращением зимой 2003/04 г. повторяемости «холодных» и увеличением количества «теплых» типов атмосферных процессов, как следствие - ослаблением активности зимнего муссона над охотоморским бассейном; во-вторых, концентрацией здесь глубинной тепловой энергии, связанной с активной вулканической деятельностью, высоким естественным тепловым потоком и т.д. [2, 10]. Но в январе-феврале 2004 г. гидродинамическая ситуация кардинально меняется, в целом ее можно назвать «холодной»: на всей акватории Охотского моря наблюдается циклоническое движение вод со слабо выраженным циклоническим круговоротом вдоль о-ва Сахалин, а крупная дипольная система разрушается. Можно предположить, что одной из причин такой ситуации является увеличение площади исследуемой акватории, занятой ледовым покровом, который достигает своего максимума в марте. Другая вероятная причина - формирование в этот период над охотоморским бассейном максимального количества циклонов - 20.

В летний сезон 2004 г. (июнь-август) картина течений при «теплом» типе в главных чертах согласуется с таковой при «холодном» типе в декабре 2003 г. (рис. 5). В центральной части акватории превалирует слабо выраженное антициклоническое движение вод, что объясняется, по-видимому, формированием «малоградиентного» и «муссонного» типов атмосферных процессов над большей частью моря, с которыми связаны хороший прогрев акватории и ветровые переносы южной направленности. В июне циклонические и антициклонические структуры выражены слабо, но усиливаются и становятся отчетливыми к августу вблизи Курильских и Японских островов. В центральной части Курильских островов располагается антициклонический вихрь, северо-западнее него - циклонический круговорот, наличие которого связано, вероятно, с повышенным циклогенезом над северо-западными районами бассейна в летний период.

Рис. 4. Интегральные функции тока от поверхности до дна (Св) при «холодном» типе атмосферных процессов для Охотского моря

Выводы

Впервые рассчитана сезонная интегральная циркуляция охотоморских вод при различных синоптических ситуациях за 2003-2004 гг. в рамках классификации С.Ю.Глебовой, что особенно актуально для зимнего сезона ввиду отсутствия экспедиционных данных в этот период года. Общая картина устойчивости гидродинамических процессов объясняется циклоническим характером атмосферной циркуляции над всем дальневосточным бассейном. Данный факт свидетельствует о корректности используемой модели, и выделяемые на этой основе гидродинамические особенности исследуемой акватории можно рассматривать в качестве вероятно существующих объектов. Квазистационар-ная дипольная система в при-курильском районе Охотского моря сохраняется практически в любых синоптических условиях.

Антициклонические структуры вблизи центральной части Ку-рильской дуги не разрушаются в течение 10 месяцев (кроме января-февраля) не только из-за влияния атмосферной циркуляции, но и концентрации здесь глубинной тепловой энергии.

Сезонная изменчивость интегральной циркуляции вод зависит от региональных особенностей атмосферных процессов: при «холодном» типе синоптических

ситуаций в декабре интенсивность гидродинамических процессов достигает максимума, что соответствует интенсивности барических образований; при «теплом» типе наблюдается слабое антициклоническое движение вод в центральной части Охотского моря, что объясняется формированием «малоградиентного» и «муссонного» типов атмосферных процессов над большей частью моря, с которыми связаны хороший прогрев акватории и ветровые переносы в южном направлении.

Таким образом, выявлены и уточнены существенные особенности сезонной пространственно-временной изменчивости интегральной циркуляции охотоморских вод за 2003-2004 гг.

Рис. 5. Интегральные функции тока от поверхности до дна (Св) при «теплом» типе атмосферных процессов для Охотского моря

1. Васильев А.С. Применение автомодельной параметризации термохалинных полей в морских экологических исследованиях // Мор. гидрофиз. журн. 1994. № 2. С. 84-88.

2. Власова ГА., Полякова А.М. Активная энергетическая зона океана и атмосферы северо-западной части Тихого океана. Владивосток: Дальнаука, 2004. 146 с.

3. Власова ГА., Васильев А.С., Шевченко Г.В. Пространственно-временная изменчивость структуры и динамики вод Охотского моря. М.: Наука, 2008. 359 с.

4. Глебова С.Ю. Изменения атмосферного и климатического режимов над дальневосточными морями в 2000-2004 гг. и предполагаемые их изменения на ближайшие годы // Рыб. хоз-во. 2005. № 3. С. 30-33.

5. Глебова С.Ю. Типы атмосферных процессов над дальневосточными морями, межгодовая изменчивость их повторяемости и сопряженность // Изв. ТИНРО. 2003. Т 134. С. 209-257.

6. Глебова С.Ю. Типы синоптических ситуаций и связанных с ними погодных явлений над Охотским морем // Изв. ТИНРО. 1999. Т 126. С. 572-586.

7. Куницын А.В. О количественной характеристике циклонической деятельности // Метеорология и гидрология. 1956. № 6. С. 29-30.

8. Плотников В.В. Изменчивость ледовых условий дальневосточных морей России и их прогноз. Владивосток: Дальнаука, 2002. 172 с.

9. Полякова А.М., Власова Г.А., Васильев А.С. Влияние атмосферы на подстилающую поверхность и гидродинамические процессы Берингова моря. Владивосток: Дальнаука, 2002. 204 с.

10. Тектоника и углеводородный потенциал Охотского моря / под ред. К.Ф.Сергеева. Владивосток, 2004. 160 с.

11. Якунин Л.П. Атлас границ распространения и крупных форм льда дальневосточных морей России. Препр. Владивосток: ТОИ ДВО РАН, 1995. 57 с.

Новые книги

Власова Г.А., Васильев А. С., Шевченко Г.В. Пространственно-временная изменчивость структуры и динамики вод Охотского моря.

М.: Наука, 2008. - 359 с. - ISBN 978-5-02-036034-1 (в пер.).

Тихоокеанский океанологический институт им. В.И.Ильичева ДВО РАН

690041, Владивосток, ул. Балтийская, 43

Fax: (4232) 312-573. E-mail: secret@poi.dvo.ru

Книга посвящена вопросам пространственно-временной изменчивости гидрологических и динамических характеристик Охотского моря и эволюции морских экосистем. Исследована сезонная изменчивость циркуляции вод Охотского моря под влиянием различных типов атмосферных процессов. Проведен анализ инструментальных измерений течений на восточном шельфе о-ва Сахалин и данных спутниковой альтиметрии. Показана хорошая согласованность результатов теоретического моделирования с данными непосредственных инструментальных исследований. Полученные результаты позволяют расширить существующие представления о структуре и динамике вод Охотского моря.

Книга представляет интерес для океанологов, климатологов, метеорологов, экологов, работников рыбного промысла, студентов вузов, аспирантов и молодых специалистов.