CC BY
54
2010
Известия ТИНРО
Том 163
УДК 551.463.6(265.54)
В.А. Лучин, Е.А. Тихомирова*
Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН, 690041, г. Владивосток, ул. Балтийская, 43
МЕЖГОДОВАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОДЫ В ЗАЛИВЕ ПЕТРА ВЕЛИКОГО (ЯПОНСКОЕ МОРЕ)
Работа основана на всех доступных материалах океанографических наблюдений за 1952-2009 гг. По данным поверхностных наблюдений (12 468 станций за июль-сентябрь) и данным 9 762 станций за январь-июнь от горизонта 15 м до дна (в глубоководной части залива — до 100 м) получены 2 массива полей месячных аномалий температуры воды зал. Петра Великого. Эти два массива данных использованы для разложения по эмпирической ортогональной функции (ЭОФ), что позволило детально рассмотреть статистическую структуру термических полей залива. Основываясь на временных коэффициентах первых двух ЭОФ, оценены трендовые составляющие. Спектральный анализ позволил выделить (на 95 %-ном уровне значимости) в поверхностных водах у первой временной функции ЭОФ 23 и 11-летние колебания, а у второй — колебания 2-3 и 4 года. В подповерхностных водах у первой временной функции выделены периоды 2-3 и 9 лет, а у второй — 2-3, 4 и 8 лет. В рамках предложенной классификации для поверхностных и подповерхностных вод зал. Петра Великого выполнена типизация лет по термическим условиям (на теплые, нормальные и холодные).
Ключевые слова: залив Петра Великого, океанографические наблюдения, массивы данных, поверхностные и подповерхностные воды, аномалии температуры воды, метод ЭОФ, составляющие ЭОФ-разложения, пространственные распределения, межгодовые изменения, тренды, тенденции, спектральный анализ, типизация лет.
Luchin V.A., Tikhomirova E.A. Interannual variability of water temperature in Peter the Great Bay (Japan Sea) // Izv. TINRO. — 2010. — Vol. 163. — P. 338-348.
All available oceanographic data on water temperature in Peter the Great Bay obtained in 1952-2009 are collected. Two datasets are used for EOF decomposition: the set for SST (12,468 values for July-September) and the set for subsurface temperature (9,762 profiles from 15 m to the sea bottom or 100 m). Lacking data were recovered through optimization of iteration calculations. Water thermal structure in the Bay is determined by meteorological conditions in preceding winter, so winter temperature anomalies could be traced in the subsurface layer there and in adjacent waters through summer till autumn. Significant tendency of the surface water warming is estimated as 1.6-2.2 оС for the deep-water part of the Bay and 0.5-0.7 оС in the shallow parts of the secondary Amur and Ussuri Bays. On the contrary, negative tendency is observed in the subsurface waters with the temperature decreasing in 0.7-0.9 оС in the southwestern part of the Bay and 0.2-0.4 оС in its northern and
* Лучин Владимир Александрович, доктор географических наук, ведущий-научный сотрудник, e-mail: [email protected]; Тихомирова Евгения Александровна, кандидат географических наук, научный сотрудник, e-mail: [email protected].
eastern parts. Cyclic variations of SST are revealed by spectral analysis (95 % confidence) with the periods 2-3 and 11 years for the first EOF mode and 2-3 and 4 years for the second EOF mode. Subsurface water temperature varied with the period 2-3 and 9 years for the first EOF mode and 2-3, 4, and 8 years for the second EOF mode. The years of investigation are classified as "warm" (1952, 1958, 1960, 1967, 1968, 1973, 1975, 1978, 1984, 1988, 1991, 2000, 2006, 2007, and 2008), "normal" (1953, 1969, 1970, 1971, 1972, 1976, 1977, 1981, 1982, 1985, 1986, 1987, 1989,
1990, 1992, 1994, 1997, 1999, 2001, 2003, 2004, and 2005), and "cold" (1954, 1957, 1962, 1974, 1979, 1980, 1983, 1993, 1995, 1996, 1998, 2002, and 2009) ones for the sea surface and as "extremely warm" (1953), "warm" (1968, 1974, 1976, 1981, 1989,
1991, 1992, 2002, 2004, and 2008), "normal" (1952, 1954, 1957, 1958, 1960, 1964, 1967, 1971, 1975, 1977, 1979, 1982, 1983, 1984, 1986, 1990, 1994, 1995, 1996, 1997, 1998, 1999, 2000, 2001, 2005, 2007, and 2009), "cold" (1962, 1972, 1973, 1978, 1980, 1985, 1987, 1988, and 2006), and "extremely cold" (2003) ones for subsurface waters.
Key words: Peter the Great Bay, oceanographic survey, dataset, surface water, subsurface water, water temperature anomaly, EOF analysis, EOF component, spatial distribution, interannual variation, trend, tendency, spectral analysis, warm year, cold year.
Введение
Термическое состояние вод зал. Петра Великого, а также его межгодовая изменчивость являются следствием географического положения и рельефа дна, обмена с глубоководной частью и северными шельфовыми районами Японского моря, вариаций поступления солнечной радиации, циркуляции и изменчивости параметров атмосферы, системы течений моря и характера ледовых условий.
Многолетние колебания термических условий залива представляют значительный интерес и связаны с крупномасштабными климатическими изменениями, происходящими в атмосфере и в деятельном слое вод северо-западной части Японского моря.
На большую роль адвекции вод и тепла в сезонной и межгодовой изменчивости температуры прибрежных вод северной части моря указывали В.В. Поку-дов и Н.А. Власов (1980), Т.Т. Винокурова и В.И. Рачков (1983), В.И. Рачков (1989). В работе В.В. Покудова и Н.А. Власова (1980) показано, что средняя годовая температура на станциях претерпевает от года к году весьма заметные изменения. В отдельные суровые зимы могут формироваться значительные отрицательные аномалии температуры воды, которые Приморским течением переносятся на юго-запад. Как указывал Ю.В. Истошин (1960), такие аномалии сохраняются и летом, понижая среднюю температуру воды.
И.Ф. Мороз и Т.Т. Винокурова (2000) по материалам береговых гидрометеорологических станций (ГМС) за период до 1980 г. и судовых наблюдений в мористых частях шельфовой зоны выявили, что данные прибрежных ГМС являются косвенными показателями температурных условий в районах моря, прилегающих к этим станциям. В спектрах колебаний аномалий температуры ими выделен период 2-3 года, а на ГМС Золотой и Рудная Пристань дополнительно выделены колебания, близкие к 5 годам.
Л.А. Гайко (2005) по данным ГМС (с 1901 по 2003 г.) были выявлены положительные тренды в средней годовой температуре на станции Владивосток, а также понижение температуры воды в теплое полугодие в Находке и положительная тенденция на ГМС Посьет только в холодное время года. Средняя годовая температура воды на всех станциях зал. Петра Великого до 1988 г. варьировала около среднего многолетнего значения, а с 1989 г. отмечаются только положительные аномалии. В рядах наблюдений выделены колебания с периодами 2,3; 3,8; 9,4; 13,3 года.
А.В. Савельев (2000) по данным ГМС обнаружил в многолетних колебаниях температуры воды зал. Петра Великого колебания с периодами 9-12, 3-5 и 2,0339
2,5 года. В холодный период отмечается монотонная однонаправленная тенденция роста температуры воды на 1 °С (с 1920-1930-х гг. по 1997 г.). В теплый период выделена долгопериодная климатическая волна с понижением значений от 1920-1930-х к 1960-1970-м гг. и устойчивым повышением в 1980-1990-е гг.
Т.Т. Винокурова и Н.М. Скокленева (1980) по данным декадных наблюдений в четырех пунктах зал. Посьета за период с 1971 по 1978 г. на поверхности и у дна, а также данным на ГМС Посьет и Гамов (1955-1978 гг.) выделили колебания температуры с периодами 2-3 года.
Межгодовые изменения температуры в Амурском и Уссурийском заливах исследовали по данным за 1980, 1981, 1986, 1993-1996, 1998 гг. (май-сентябрь) В.В. Надточий и Ю.И. Зуенко (2000). Ими получены данные о том, что 80-е гг. характеризовались более низкими значениями температуры, чем 1990-е.
Ю.И. Зуенко (2002) по материалам океанографических съемок (май, август, октябрь) с 1960-х гг. по 2000 г. получил, что на поверхности прибрежной зоны зал. Петра Великого доминируют квазидвухлетняя и 7-8-летняя цикличности изменения температуры воды. Ю.И. Зуенко и В.В. Надточий (2003) по данным экспедиций ТИНРО в Амурском и Уссурийском заливах с 1960 по 1998 г. представили межгодовые изменения аномалий температуры на поверхности для мая, августа и октября. Спектральный анализ изменений температуры донных шель-фовых вод выявил 7 и 2-летние колебания. В поверхностных прибрежных водах в августе и октябре для последних двух десятилетий отмечен положительный тренд. По данным наблюдений на стандартном разрезе по 132° в.д. от 41°30' до 43°00' с.ш. (с 1981 по 2008 г.) Ю.И. Зуенко (2008) показал доминирование 2, 56 и 9-10-летних циклов.
В.А. Лучин с соавторами (2005) представили межгодовую изменчивость термического состояния вод зал. Петра Великого (по данным океанографических наблюдений с 1951 по 2001 г.). Анализ межгодовой изменчивости температуры на поверхности и в подповерхностных водах (слой 20-30 м) залива показал доминирование колебаний с периодами от 2-3 до 5-6 лет.
В.П. Павлычев и А.И. Тетерин (Pavlychev, Те1епп, 1996) за период 19731985 гг. для марта выявили в зал. Петра Великого 6-летнюю периодичность межгодовых вариаций площади акватории, заполненной переохлажденными водами. Эти вариации авторы связывали с изменениями интенсивности северо-западных и северных ветров зимой.
Анализ предшествующих работ показал, что межгодовая изменчивость термического состояния вод зал. Петра Великого к настоящему времени исследована недостаточно. Отсутствует анализ межгодовой изменчивости термических условий для залива в целом, что явилось следствием ограниченности используемых данных. Результаты, представленные предшествующими авторами, как правило, имеют ограничения в пространстве, по продолжительности использованных рядов или основаны на данных ГМС, которые несут в себе информацию только о поверхностном слое. Эти наблюдения, как правило, отражают режимные характеристики локальных акваторий (конкретных бухт или ограниченных участков заливов) и не всегда адекватно свидетельствуют о температуре воды, реально наблюдаемой в мористых районах зал. Петра Великого.
Сформированный к настоящему времени исторический массив океанографических данных исследуемой акватории значительно превышает информационную базу, использованную всеми предшествующими исследователями. Это позволяет для акватории в целом выявить параметры межгодовых вариаций температуры воды, а также выполнить классификацию термических условий залива на нормальные, холодные и теплые годы.
Целью работы является исследование статистической структуры межгодовой изменчивости температуры в водах зал. Петра Великого на основании всех доступных к настоящему времени данных наблюдений.
Материалы и методы
В зал. Петра Великого выполнено большое число океанографических наблюдений, однако они в своем большинстве получены в теплый период года. Для анализа межгодовой изменчивости температуры воды в качестве исходной информации использован объединенный архив глубоководных океанографических данных организаций России (Росгидромета, ТИНРО-центра и ТУРНИФ, Академии наук, Гидрографической службы ТОФ). Данные океанографических наблюдений включают традиционные батометрические наблюдения (bottle data), бати-термографные (Mechanical Bathythermograph Data — MBT) и высокого разрешения по вертикали (High Resolution Data — CTD). После проведения критического контроля, исключения дублей и недоброкачественной информации в объединенном массиве данных зал. Петра Великого (ограниченном меридианами 130,85° и 133,25о в.д., а также параллелью 42,28о с.ш. с юга) за 1925-2009 гг. осталось 29 015 станций.
Анализ распределения исходных данных во времени и пространстве показал, что в настоящее время в заливе нет месяцев с непрерывными рядами наблюдений за последние 40-50 лет. Более того, наличие сезонной изменчивости делает невозможным формальное объединение данных в одну выборку. Поэтому необходимо формировать квазиоднородные выборки, объем которых был бы достаточным для решения поставленных задач. Мало станций было также произведено в первой половине XX в., поэтому исследование межгодовой изменчивости температуры воды ограничено периодом 1952-2009 гг. Для выделенного периода сформирован массив данных поверхностных наблюдений (12 468 станций за июль-сентябрь). Он характеризует состояние поверхностных вод на период максимального прогрева. Массив данных от горизонта 15 м до дна (в глубоководной части залива — до 100 м) содержит 9 762 станции за период с января по июнь и отражает интенсивность зимнего охлаждения толщи вод залива. Предполагалось, учитывая результаты предыдущих работ (Истошин, 1960; Покудов, Власов, 1980), что метеорологические условия предшествующей зимы оказывают доминирующее влияние на термическую структуру вод зал. Петра Великого и прибрежных акваторий северо-западной части Японского моря, а формирующиеся зимой аномалии температуры воды в заливе должны прослеживаться в течение конкретного года длительный срок. Проведенный анализ вертикального распределения температуры воды показал, что как для зимних месяцев и начала весны (с января по апрель), так и для мая-июня верхний прогретый слой и слой сезонного термоклина в заливе, как правило, не выходят за пределы верхних горизонтов (0-15 м). Поэтому для зал. Петра Великого период обобщения информации для подповерхностного слоя вод был расширен (с января по июнь).
На каждой океанографической станции проводилась линейная интерполяция значений температуры на стандартные горизонты, а для слоя 15-100 м вычислялись средние взвешенные значения температуры воды. Затем вся имеющаяся информация сортировалась в сферические трапеции (0,2° по широте и 0,3° по долготе). Географические пределы исследуемой акватории, рельеф дна и положение центров сферических трапеций представлены на рис. 1. Масштаб осреднения выбран с учетом распределения станций по акватории залива и получения наиболее детальной картины параметров межгодовой изменчивости. Для исключения сезонного тренда термических процессов были использованы аномалии от средних многолетних месячных значений в каждом элементарном квадрате.
Исследование межгодовых изменений температуры воды выполнено с использованием метода разложения полей по ЭОФ, в результате которого термические процессы представлены набором пространственно-временных колебаний различной статистической повторяемости. Климатические изменения определяются первыми, наиболее крупномасштабными колебаниями, а составляющие с высокими номерами можно отнести к случайным, т.е. к шумовым, эффектам.
43.48
130.85 131.15 131.45 131.75 132.05 132.35 132.65 132.95 133.25
Рис. 1. Рельеф дна зал. Петра Великого, пространственное распределение границ сферических трапеций и расчетных узлов, использованных при разложении полей аномалий температуры воды по ЭОФ
Fig. 1. Bottom topography of Peter the Great Bay, spatial distribution of spherical trapeziums and calculation nodes used for EOF analysis of water temperature variation
Следует отметить, что в полях аномалий даже за такие достаточно длительные периоды (январь-июнь и июль-сентябрь) имеются пропуски. Поэтому вначале была проведена процедура восстановления пропусков, которая (как и в работе В.А. Лучина, И.А. Жигалова (2006)) для наборов анализируемых полей выполнялась в два этапа. Вначале использовались регрессионные соотношения, основанные на корреляционном анализе данных. Затем имеющиеся единичные пропуски данных (после выполнения корреляционной процедуры восстановления недостающих значений) восстанавливались одновременно с разложением исходных полей по ЭОФ с использованием метода оптимизации (Тихонов, Арсе-нин, 1979; Плотников, 1988). В качестве начального приближения пропущенных данных были использованы средние многолетние значения, в качестве критерия согласия — критерий суммы модулей (Тихонов, Арсенин, 1979; Плотников, 1988).
Наличие трендовой составляющей оценивалось с использованием фильтра, выделяющего линейную функцию времени из смеси с белым шумом (Плотников, 2003). Анализ частотных спектров (S(œ)) анализируемых рядов получен методом максимальной энтропии (Привальский, 1985). Все расчеты проводились для 95 %-ного уровня значимости. Для выделения аномальных периодов в термическом состоянии вод залива использован вклад только первых составляющих разложения полей температуры, которые характеризуют наиболее крупномасштабные процессы и отвечают за синхронные изменения температуры воды на поверхности и в подповерхностных водах. Учитывая объем выборки, количество градаций было ограничено пятью (Елисеева, Юзбашев, 1998): экстремально холодные, холодные, нормальные, теплые и экстремально теплые годы. В категорию нормальных лет попадают значения, для которых выполняется соотношение /ЛТ/ < 0,674g. Здесь ЛТ — произведение соответствующих временной и пространственной функций разложения аномалий температуры воды, а g — среднее квадратическое отклонение этой величины. Для холодных лет: -2g < ЛТ < -0,674g. Для экстремально холодных лет: ЛТ < -2g. Для теплых лет: 0,674g < ЛТ < 2g. Для экстремально теплых лет: 2g < ЛТ.
Результаты и их обсуждение
Проведенные расчеты позволили рассмотреть статистическую структуру термических полей зал. Петра Великого, выделить ключевые районы, ответствен-
ные за формирование изменчивости различных пространственных масштабов, и оценить степень аномальности термического режима моря за анализируемый период от года к году.
Поверхностные воды
Для анализа межгодовой изменчивости термических полей на поверхности зал. Петра Великого, представленных в виде разложения по ЭОФ, были использованы только 2 первые составляющие, аккумулирующие 70,8 % информации об изменчивости исходных полей температуры. Эти компоненты дают представление об основных особенностях крупномасштабной изменчивости термического режима залива (рис. 2).
Рис. 2. Первые две эмпирические ортогональные составляющие разложения полей аномалий температуры воды на поверхности по ЭОФ в зал. Петра Великого
Fig. 2. Two main EOF components of SST variation in Peter the Great Bay
Первая составляющая аккумулирует 57,7 % межгодовой изменчивости температуры воды на поверхности. Пространственное распределение ее значений характеризует синхронные изменения полей температуры воды на исследуемой акватории. Максимальные значения (до —1,3...—1,8 °С) выделяются в южной части зал. Петра Великого. По мере продвижения к мелководным участкам залива происходит уменьшение значений, поэтому в вершинах Амурского и Уссурийского заливов значения первой компоненты понижаются в 2-3 раза (до -0,4...-0,6 °С). Процессы, представленные полем этой составляющей, можно трактовать как результат взаимодействия шельфовых и присклоновых вод зал. Петра Великого.
Вторая компонента ЭОФ содержит 13,1 % межгодовой изменчивости температуры поверхностных вод. Она свидетельствует о противофазном вкладе в межгодовую изменчивость термического состояния поверхностных вод двух крупных районов (зоной их раздела является нулевая изолиния). Первый район (с максимумом до -1,0 °С) расположен в юго-западной части зал. Петра Великого. Второй район (с максимумом до 0,6-1,0 °С) включает Амурский и Уссурийский заливы, а также восточную часть зал. Петра Великого.
Анализ многолетней изменчивости первых двух временных составляющих разложения полей аномалий температуры воды на поверхности зал. Петра Ве-
ликого проводился в два этапа. На первом этапе оценивалось наличие трендовой составляющей. Вклад первой составляющей разложения полей аномалий температуры рассчитан как произведение временного коэффициента и максимального значения пространственной функции разложения, которое равно -1,8. Выполненные расчеты позволили выделить в термическом режиме поверхностных вод южной части залива, где значения пространственной функции равны —1,3...—1,8, с 1952 по 2009 г. значимый равномерный рост температуры на 1,57-2,17 °С. В вершинах Амурского и Уссурийского заливов, где значения пространственной функции существенно меньше (-0,4...-0,6), значимый рост температуры поверхностных вод с 1952 по 2009 г. составляет 0,5-0,7 °С. Тренд второй функции выделен на грани критических оценок. Поэтому можно говорить только о возможном росте противофазности термических условий двух выделенных районов за рассматриваемый период (1952-2009 гг.).
На втором этапе проводился спектральный анализ временных рядов. При этом для корректности получаемых спектральных оценок предварительно производилась фильтрация отмеченных трендовых составляющих для первой и второй моды ЭОФ. Анализ частотных спектров позволил выделить доминирующие периоды изменчивости. Так, в распределении первой временной функции преобладают составляющие с периодами около 2-3 и 11 лет. В распределении второй временной функции выделены периодичности 2-3 и 4 года, а также заметен 20-летний цикл.
Для выделения аномальных периодов в термическом состоянии вод, которые характерны для всей рассматриваемой акватории, достаточно подвергнуть анализу вклад только первой составляющей разложения полей аномалий температуры (как произведение временной и пространственной функций разложения). Анализ вклада первой компоненты разложения позволил выделить в термическом режиме поверхностных вод зал. Петра Великого с 1952 по 2009 г.:
— теплые по термическим условиям годы: 1952, 1958, 1960, 1967, 1968, 1973, 1975, 1978, 1984, 1988, 1991, 2000, 2006, 2007, 2008;
— нормальные — 1953, 1969, 1970, 1971, 1972, 1976, 1977, 1981, 1982, 1985, 1986, 1987, 1989, 1990, 1992, 1994, 1997, 1999, 2001, 2003, 2004, 2005 гг.;
— холодные — 1954, 1957, 1962, 1974, 1979, 1980, 1983, 1993, 1995, 1996, 1998, 2002, 2009 гг.
Подповерхностные воды
Рассматриваемые ниже поля двух первых эмпирических ортогональных функций отражают 56,9 % межгодовой изменчивости средних взвешенных аномалий температуры воды в слое 15-100 м (рис. 3).
Первая мода ЭОФ отражает 40,8 % синхронных межгодовых изменений температуры воды. Пространственное распределение ее значений характеризует синхронные изменения полей температуры воды на исследуемой акватории. Максимальные значения (до -0,8...-1,0) выделяются в прибрежных районах юго-западной части зал. Петра Великого. По мере продвижения к вершинам Амурского и Уссурийского заливов и в восточную часть зал. Петра Великого происходит уменьшение значений до -0,2...-0,4.
Вторая компонента ЭОФ содержит 16,1 % межгодовой изменчивости температуры подповерхностных вод. В поле величин, по сравнению с первой составляющей, выделяются два очага с максимальной изменчивостью (рис. 3). Распределение величин в них свидетельствует о том, что эта компонента отражает противо-фазность межгодовых колебаний температуры воды в западной и в восточной частях залива. Вклад второй составляющей проявляется таким образом, что если в западной части залива будет наблюдаться потепление, то в восточной — произойдет соответствующее похолодание.
Рис. 3. Первые две эмпирические ортогональные составляющие разложения полей средних взвешенных аномалий температуры воды в слое 15-100 м по ЭОФ в зал. Петра Великого
Fig. 3. Two main EOF components of average weighted temperature variation in the layer 15-100 m in Peter the Great Bay
Анализ временной изменчивости первых двух составляющих разложения в слое 15-100 м зал. Петра Великого также проводился в два этапа. На первом этапе оценивалось наличие трендовой составляющей. Вклад первой составляющей разложения полей аномалий температуры рассчитан как произведение временного коэффициента и максимального значения пространственной функции разложения, которое равно -1,0. Выполненные расчеты не выявили значимого тренда. Поэтому можно отметить только возможную тенденцию понижения температуры в подповерхностных водах залива. Так, в юго-западной части залива, где значения пространственной функции равны -0,8...-1,0, с 1952 по 2009 г. возможно понижение температуры на 0,7-0,9 °С. В северной и восточной частях зал. Петра Великого, где значения пространственной функции существенно меньше (-0,2...-0,4), понижение температуры составляет 0,2-0,4 °С. Тренд второй функции также значимо не выделяется. Поэтому можно говорить только о возможном снижении противофазности термических условий между двумя выделенными районами за рассматриваемый период (1952-2009 гг.).
На втором этапе проводился спектральный анализ временных рядов. Для корректности получаемых спектральных оценок предварительно производилась фильтрация отмеченных трендовых составляющих для первой и второй моды ЭОФ. Анализ частотных спектров позволил выделить в распределении первой временной функции составляющие с периодами около 2-3 и 9 лет. В распределении второй временной функции выделены периодичности 2-3, 4 и 8 лет.
Для выделения аномальных периодов в термическом состоянии вод, которое характерно для всей рассматриваемой акватории, был подвергнут анализу вклад только первой составляющей разложения полей аномалий температуры (как произведение временной и пространственной функций разложения). Выполненные расчеты позволили выделить в термическом режиме подповерхностных вод зал. Петра Великого с 1952 по 2009 г.:
— экстремально теплый 1953 г.;
— теплые 1968, 1974, 1976, 1981, 1989, 1991, 1992, 2002, 2004, 2008 гг.;
— нормальные 1952, 1954, 1957, 1958, 1960, 1964, 1967, 1971, 1975, 1977, 1979, 1982, 1983, 1984, 1986, 1990, 1994, 1995, 1996, 1997, 1998, 1999, 2000, 2001, 2005, 2007, 2009 гг.;
— холодные — 1962, 1972, 1973, 1978, 1980, 1985, 1987, 1988, 2006 гг.;
— экстремально холодный 2003 г.
Рассмотрим, насколько реально представленные выше две типизации лет (для поверхностных и подповерхностных вод) согласуются с результатами наблюдений за конкретные годы. Это особенно актуально для подповерхностных вод, где было использовано предположение об инерционности термических процессов, а период обобщения информации растянут во времени (с января по июнь). Оценка представленных выше межгодовых изменений и типизации лет в пределах исследуемого периода (1952-2009 гг.) была проведена по данным конкретных океанографических съемок. Главное условие при выборе данных из общего массива — это наиболее полное и сравнительно равномерное пространственное покрытие станциями исследуемой акватории. Как следует из данных рис. 4 и 5, распределения температуры воды в зал. Петра Великого после холодных и теплых зим существенно различаются.
131 131.5 132 132.5 133 131 131.5 132 132.5 133
Рис. 4. Распределение температуры воды на поверхности зал. Петра Великого в июле: холодный 1954 г. (а), теплый 2007 г. (б)
Fig. 4. Spatial distribution of SST in Peter the Great Bay in July of different years: 1954 (cold, a) and 2007 (warm, б)
131 131.5 132 132.5 133 131 131.5 132 132.5 133
131 131.5 132 132.5 133 131 131.5 132 132.5 133
Рис. 5. Распределение температуры воды на горизонте 20 м в мае (а — холодный 2006 г.; б — теплый 1981 г.) и в июне (в — холодный 1985 г.; г — теплый 1981 г.)
Fig. 5. Spatial distribution of water temperature at the depth 20 m in May of 2006 (cold, a) and 1981 (warm, б) and in June of 1985 (cold, в) and 1981 (warm, г)
На поверхности зал. Петра Великого в холодный 1954 г. характерные значения температуры воды заключены в пределах 13-15 °С. Поле температуры, как правило, слабо градиентное. Максимальные значения температуры выделя-
ются в юго-восточной части залива, а также на его северной и северо-западной мелководных перифериях. В центральной части исследуемой акватории температура поверхностных вод была минимальна. В теплый 2007 г. поле поверхностной температуры воды в заливе имело более высокие значения (18-21 °С). В глубоководной части акватории наблюдались слабые градиенты температуры, а значения температуры не выходили за пределы 18-19 оС. На мелководных участках залива выделялся рост температуры (до 21 оС) и отмечался рост значений пространственных градиентов.
Существенные межгодовые изменения температуры по данным конкретных лет наблюдаются и в подповерхностных водах (рис. 5). Так, в холодный 2006 г. температура воды на горизонте 20 м в мае (рис. 5, а) в зал. Петра Великого не выходила за пределы 2-4 оС, а наиболее характерные значения составляли 3 оС. В теплый 1981 г. температура воды на горизонте 20 м в мае была существенно выше (от 4 до 6 оС). В поле температуры, как и в холодные годы, пространственные градиенты были невысокими.
В июне на горизонте 20 м межгодовые различия в полях температуры (в разные по типам годы), как следует из данных рис. 5 (б, г), наблюдаются только в глубоководной части залива. На мелководных участках Амурского и Уссурийского заливов могут быть неоднозначные оценки. Однако к югу от параллели 42,9о с.ш. разность температуры, зарегистрированной в теплые и холодные годы, достигает 3-4 оС.
Следует также отметить, что результаты экспедиционных наблюдений в конкретные годы подтверждают наше предположение о сохранении тенденций развития термических процессов в подповерхностных водах в течение длительного периода. Подтверждением могут служить пространственные распределения температуры воды на горизонте 20 м в мае и в июне 1981 г., термические процессы которого развивались по типу теплого года (рис. 5, б, г).
Заключение
Впервые по данным всех доступных океанографических наблюдений для зал. Петра Великого в целом получены оценки межгодовых изменений температуры воды на поверхности и в подповерхностных водах.
В поверхностных водах залива на фоне синхронных межгодовых изменений температуры выделен значимый положительный тренд, вследствие которого за период 1952-2009 гг. в глубоководной части залива рост температуры составил 1,6-2,2 оС, а в вершинах Амурского и Уссурийского заливов — до 0,5-0,7 оС.
В подповерхностных водах значимого тренда в синхронных межгодовых изменениях температуры не выявлено. Можно только отметить тенденцию на снижение температуры воды за период 1952-2009 гг., которая в юго-западной части залива составляет 0,7-0,9 оС, а в северной и восточной частях — уменьшается до 0,2-0,4 оС.
Спектральный анализ временных изменений температуры воды на поверхности залива позволил выделить (на 95 %-ном уровне значимости) доминирующие периоды изменчивости. В распределении первой временной функции преобладают составляющие с периодами около 2-3 и 11 лет. В распределении второй временной функции выделены периодичности 2-3 и 4 года, а также заметен 20-летний цикл.
Спектральный анализ временных изменений температуры воды в подповерхностном слое дал возможность выделить (на 95 %-ном уровне значимости) в распределении первой временной функции составляющие с периодами около 23 и 9 лет. В распределении второй временной функции выделены периодичности 2-3, 4 и 8 лет.
Для синхронных межгодовых изменений температуры воды поверхностных и подповерхностных вод зал. Петра Великого, полученных как произведение
временной и пространственной функций разложения, выполнена типизация термического режима (на теплые, нормальные, холодные годы) за период с 1952 по 2009 г. Результаты типизации подтверждены распределениями температуры в конкретные годы.
Настоящая работа подготовлена при частичной финансовой поддержке Гранта ДВО РАН № Ю-ПГВ-07-157 "Представление типовых полей пространственного распределения (для теплым, нормальных и холодных лет) океанографических параметров вод залива Петра Великого, Японское море".
Список литературы
Винокурова Т.Т., Рачков В.И. Некоторые черты пространственно-временной изменчивости термических условий в прибрежных водах Приморья / ТИНРО. — Владивосток, 1983. — 14 с. — Деп. в ЦНИИТЭИРх 15.06.83, № 503 рх-Д83.
Винокурова Т.Т., Скокленева Н.М. Временная изменчивость гидрологических условий в заливе Посьета // Изв. ТИНРО. — 1980. — Т. 104. — С. 29-35.
Гайко Л.А. Особенности гидрометеорологического режима прибрежной зоны залива Петра Великого (Японское море) : монография. — Владивосток : Дальнаука, 2005. — 151 с.
Елисеева И.И., Юзбашев М.М. Общая теория статистики : монография. — М. : Финансы и статистика, 1998. — 368 с.
Зуенко Ю.И. Промысловая океанология Японского моря : монография. — Владивосток : ТИНРО-центр, 2008. — 227 с.
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., Надточий В.В. Изменения среды в заливе Петра Великого (Японское море) в конце XX века и их последствия для планктона // Мат-лы конф. по последствиям глобальных изменений климата на Дальнем Востоке. — Владивосток, 2003. — С. 154-171.
Истошин Ю.В. Температура воды Японского моря и возможности ее прогноза // Тр. Океаногр. комис. АН СССР. — 1960. — № 7. — С. 52-97.
Лучин В.А., Жигалов И.А. Межгодовые изменения типовых распределений температуры воды в деятельном слое Охотского моря и возможность их прогноза // Изв. ТИНРО. — 2006. — T. 147. — C. 183-204.
Лучин В.А., Тихомирова Е.А., Круц А.А. Океанографический режим вод залива Петра Великого (Японское море) // Изв. ТИНРО. — 2005. — Т. 140. — С. 130-169.
Мороз И.Ф., Винокурова Т.Т. Некоторые черты пространственно-временной изменчивости температуры шельфовых вод Приморья // Изв. ТИНРО. — 2000. — Т. 127. — С. 89-99.
Надточий В.В., Зуенко Ю.И. Межгодовая изменчивость весенне-летнего планктона в заливе Петра Великого // Изв. ТИНРО. — 2000. — Т. 127. — С. 281-300.
Плотников В.В. Использование алгоритмов многоцелевой оптимизации при решении задач гидрометеорологических (ледовых) прогнозов // Метеорол. и гидрол. — 1988. — № 8. — С. 57-66.
Плотников В.В. Эволюция ледовых условий на дальневосточных морях России во второй половине XX века // Вестн. ДВО РАН. — 2003. — Вып. 2. — С. 126-133.
Покудов В.В., Власов Н.А. Температурный режим прибрежных вод Приморья и острова Сахалин по данным ГМС // Тр. ДВНИГМИ. — 1980. — Вып. 86. — С. 109-118.
Привальский В.Е. Климатическая изменчивость (стохастические модели, предсказуемость, спектры) : монография. — М. : Наука, 1985. — 184 с.
Рачков В.И. Сезонные изменения химико-гидрологических условий верхней зоны в северной части Японского моря / ТИНРО. — Владивосток, 1989. — Деп. во ВНИЭРх 07.08.89, № 1048-рх89.
Савельев А.В. Флуктуации термодинамического состояния поверхностных вод Японского моря как отражение макромасштабных климатических изменений в атмосфере Земли // Темат. вып. ДВНИГМИ. — 2000. — № 3. — С. 46-61.
Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач : монография. — М. : Наука, 1979. — 288 с.
Pavlychev V.P., Teterin A.I. Interannual changes of thermal conditions in the northwestern Japan Sea // Proc. of fourth Creams workshop. — Vladivostok, 1996. — P. 71-75.
Поступила в редакцию 19.07.10 г.
