CC BY
32
2005
Известия ТИНРО
Том 142
УДК 551.465.16(265.53)
Ю.В.Новиков, Е.В.Самко
СЕЗОННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ТЕРМОХАЛИННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОД ЭПИПЕЛАГИАЛИ ЮЖНОЙ ЧАСТИ ОХОТСКОГО МОРЯ
В продолжение исследований структуры вод курило-сахалинского района по материалам судовых наблюдений за период 1960-1998 гг. определены основные водные массы южной части Охотского моря, рассмотрены их сезонное распределение и термохалинные характеристики.
Novikov Yu.V., Samko E.V. Seasonal variability of water thermochaline properties in epipelagic layer in the southern part of the Okhotsk Sea // Izv. TIN-RO. — 2005. — Vol. 142. — P. 188-195.
Climatic fields of water temperature and salinity at the horizons 0, 50, 100, 200 m are calculated for all seasons on the basis of oceanographic data (about 36 thousands stations) collected in the deep part of the Okhotsk Sea southward from 55o N in 1960-1998, averaged in 1-degree squares. The following main surface and subsurface water masses are identified: the Transformed Pacific Water in the eastern part of the region; the Okhotsk Sea Water in the western part of the region; the Soya Current Water near the shores of Hokkaido Island and Kunashir Island (in summer and autumn only); and the Transformed Water that occupies the southern part of the region and is formed by mixing between the Okhotsk Sea Water and Soya Current Water. All water masses have normal seasonal changes of temperature, with a minimum in winter and a maximum in summer at sea surface, and with a minimum in winter and a maximum in autumn in subsurface layer.
Как известно, важнейшими факторами, определяющими термохалинные условия в эпипелагиали океанов, являются: солнечная радиация и обратное излучение, течения, перемешивание вод, испарение, атмосферные осадки. Причем радиационный баланс и пресный баланс (соотношение между испарениями и осадками) являются определяющими факторами (Тихий океан ..., 1968). В замерзающих морях, к которым относится Охотское море, немаловажную роль во внутри-годовой изменчивости характеристик структуры вод играют процессы, связанные со льдообразованием и таянием льда.
На формирование термохалинной структуры вод южной части Охотского моря в значительной степени оказывают влияние такие динамические формирования, как Восточно-Сахалинское течение, несущее свои воды в южном направлении вдоль о. Сахалин, и течение Соя, следующее вдоль северного побережья о. Хоккайдо от прол. Лаперуза до южных Курильских островов (Гидрометеорология и гидрохимия морей ..., 1998; Самко, Новиков, 2003). Причем, исходя из траекторий дрифтеров ARGOS (Ohshima et al., 2002), влияние Восточно-Сахалинского течения в ряде случаев распространяется на всю наиболее глубоководную часть юга Охотского моря — Курильскую котловину.
Следует отметить, что образование охотоморской разновидности субарктической структуры вод происходит, с одной стороны, в Курильских проливах, с другой — в северо-западной части Охотского моря (Морошкин, 1966). При этом тихоокеанские промежуточные воды, попадая в Охотское море через Курильские проливы и совершив полный цикл трансформации в течение 10-14 лет, возвращаются в Тихий океан (Talley, 1991; The Okhotsk Sea ..., 1995).
Первое достаточно полное обобщение по водным массам Охотского моря с определением их типичных характеристик на основе анализа имеющихся к тому времени данных (около 1000 глубоководных станций) было выполнено К.В.Мо-рошкиным (1966). В конце XX века вышел в свет IX том монографического справочника "Гидрометеорология и гидрохимия морей" (1998), посвященный Охотскому морю, где термохалинная структура вод Охотского моря также не была обойдена вниманием. Однако вопросам климатической внутригодовой изменчивости термохалинных характеристик эпипелагиали (наиболее изменчивой части моря) в этих обобщениях, на наш взгляд, уделено недостаточное внимание. В настоящей работе авторы предприняли попытку в какой-то мере заполнить существующий пробел.
Данное исследование является продолжением цикла работ авторов, посвященных изменчивости климатических сезонных термохалинных и динамических характеристик вод прикурильского района Тихого океана и южной части Охотского моря (Самко, Новиков, 2001, 2003, 2004).
В качестве исходной океанологической информации использованы данные, предоставленные лабораторией РЦД ТИНРО-центра за период 1960-1998 гг. по глубоководной части Охотского моря южнее 56о с.ш. Кроме того, были привлечены данные рейсов, выполнявшихся на японских НИС согласно соглашению об НТС между Россией и Я понией, за период 1989-1998 гг., а также доступные нам данные исследовательских судов ДВНИГМИ и ТОИ.
Вся имеющаяся информация была подвергнута первичной проверке и приведена к одному формату, а потом сведена в единую базу данных отдельно по годам и сезонам по стандартным горизонтам. Общее число станций в базе составило около 36 тыс.
Данные станций осреднялись по сезонам и интерполировались в узлы одноградусных трапеций, при этом для исключения влияния отдельных лет сезонное осреднение проводилось сначала за каждый год рассматриваемого периода, и далее по полученным значениям рассчитывались сезонные средние за весь период лет (Коплан-Дикс, 1968). В работе нами использовано следующее деление на сезоны — зима (январь—март), весна (апрель—июнь), лето (июль—сентябрь), осень (октябрь—декабрь).
Оценка достоверности полученных средних при 90 %-ной доверительной вероятности осуществлялась путем расчета относительной вероятностной ошибки для каждой трапеции (Коплан-Дикс, 1968; Смирнов, Дунин-Барковский, 1969):
П = (trx8 /4п)/ X х 100%,
где 8 — среднеквадратическое отклонение, X — среднемноголетнее значение параметра, n — длина ряда, у — уровень значимости, t — табличное значение критерия Стьюдента (по n и /). При этом п не должна была превышать 10 %, в противном случае трапеция исключалась из анализа.
По полученным в репрезентативных трапециях значениям температуры и солености строились среднемноголетние сезонные карты распределения этих характеристик на горизонтах 0, 50, 100 и 200 м. Водные массы выделялись методом диаграмм рассеивания (Мамаев, 1987). Далее рассчитывались среднемного-летние средние по водным массам значения температуры и солености на исследуемых горизонтах по сезонам. Данный метод уже был успешно опробован для прибрежных вод Охотского моря (Зуенко, Юрасов, 1997).
Среднемноголетние сезонные характеристики поверхностных и подповерхностных вод
В результате анализа в рассматриваемом районе выделены следующие основные водные массы (рис. 1):
— поверхностные (наблюдаются весной—осенью на поверхности) и подповерхностные (наблюдаются на горизонтах 50-200 м, зимой выклиниваются на поверхность) трансформированные тихоокеанские воды (ТО), попадающие в район через северные Курильские проливы и располагающиеся в восточной части рассматриваемой акватории;
— поверхностные (отмечаются на поверхности весной—осенью) и подповерхностные (отмечаются на горизонтах 50-200 м, зимой выклиниваются на поверхность) собственно охотоморские воды (ОВ), наблюдающиеся в западной части рассматриваемой акватории;
— трансформированные охотоморские воды (ТВ), образующиеся в результате смешения охотоморских вод и вод течения Соя в юго-западной части района (наблюдаются летом и осенью, причем только в поверхностном слое);
— поверхностные (горизонт 0 м) и подповерхностные (горизонты 50200 м) воды течения Соя (С), наблюдающиеся в прибрежье о-вов Хоккайдо, Кунашир и Итуруп летом и осенью.
Характеристики водных масс, образующихся на шельфе восточного Сахалина и западной Камчатки, а также в проливах Курильской гряды, были рассмотрены в работе Ю.И.Зуенко, Г.И.Юрасова (1997) и нами не анализировались.
Температура. Распределение температуры на поверхности и в подповерхностных слоях зимой—осенью представлено на рис. 2. На поверхности минимальные температуры на рассматриваемой акватории наблюдаются зимой, а максимальные — летом, при этом в западной части района температура в целом ниже, чем в восточной, в течение всех сезонов, кроме осени. Вдоль Курильской гряды весной—осенью отмечены пониженные, а зимой — максимальные температуры поверхности моря. Максимальные температуры весной наблюдаются в центральной части района, а летом и осенью — в юго-западной части в водах С и ТВ.
На глубине 50 м зимой распределение температуры мало чем отличается от поверхностного. Весной температура в пределах района меняется от минус 1,1 до плюс 1,3 °С, отрицательна в западной части и положительна в восточной. Летом область отрицательных температур значительно сокращается и практически исчезает осенью. Максимальные температуры наблюдаются летом и осенью в зоне С.
На глубине 100 м зимой температура меняется от минус 1,2 °С на севере района до плюс 1,3 °С на юге и востоке в зоне ТО. Весной заметно увеличивается площадь ОВ с отрицательной температурой, в то же время возрастают и значения положительных температур в зоне ТО, вызывая в целом увеличение температурных контрастов района. Летом и осенью наблюдается сокращение площади отрицательных температур. Максимальные значения также наблюдаются в зоне С.
На горизонте 200 м в течение года отрицательные температуры практически не наблюдаются. Кроме того, изменчивость температуры незначительна и составляет 0,1-0,5 °С. Максимальные значения наблюдаются вдоль Курильской гряды.
Среднемноголетние температуры, рассчитанные для основных водных масс, представлены в таблице. Наибольшие значения наблюдаются в водах С (7,814,4 °С), наименьшие — в ТО и ОВ (минус 1,3-плюс 10,1 °С), причем самые низкие — в ОВ (минус 1,3 °С) зимой. Наибольшая амплитуда изменчивости наблюдается в ОВ на поверхности, наименьшая — в ТО на горизонте 200 м. Во
100 метров
200 метров
45 150 155 160
Весна 1
155 160
145 150 155 160
{Осень»
; ю 1 2 3
. . , ' ■ 4 ^Х^урРт^_^_^_
145 150 155 160
Рис. 1. Среднемноголетнее распределение водных масс в южной части Охотского моря: 1 — трансформированные тихоокеанские воды, 2 — охотоморские воды, 3 — трансформированные охотоморские воды, 4 — воды течения Соя, 5 — нет данных
Fig. 1. Climatic distribution of the water masses in the south Okhotsk Sea: 1 — Transformed Pacific Water, 2 — Okhotsk Sea Water, 3 — Transformed Water, 4 — Soya Current Water, 5 — no data
55
55
50
50
45
45
55
55
50
50
45
45
всех водных массах прослеживается нормальный сезонный ход температуры с минимумом зимой и максимумом летом в поверхностном слое, с максимумом осенью и минимумом зимой — в подповерхностном. На горизонте 200 м изменчивость незначительна и выражена только в зоне ОВ с максимумом зимой и минимумом летом.
Соленость. Распределение солености на поверхности и в подповерхностных слоях по сезонам на рассматриваемой акватории представлено на рис. 3. Зимой соленость на поверхности достигает максимальных значений и колеблется в пределах 32,63-33,27 епс. Максимальные значения наблюдаются вдоль Курильских островов, минимальные — на юго-востоке района и вдоль побережья Камчатки. Весной наблюдается в целом снижение солености по всей аквато-
145 150 155 160 145 150 155 160
45 150 155 160 145 150 155 160
45 150 155 160 145 150 155 160
100 метров
200 метров
45 150 155 160
4? $ Г&а / 55 50 45 , Зима 155* У h/ \rW ^ 45 . , Вгсна]
145 150 155 160 55 __ ^ ^Осень 50|/й -К W (Ж 55 5045 i Лето «55 ft ^ м ) \ , -J * ^ \ А1 ^ 50 It* J,f С ^ 45 , Осень i | 'у у
145 150 155 160
145 150 155 160
145 150 155 160
Рис. 2. Среднемноголетнее распределение температуры воды в южной части Охотского моря
Fig. 2. Climatic distribution of water temperature in the south Okhotsk Sea
рии. Максимум также располагается вдоль Курильской гряды и составляет 32,9033,10 епс, а минимальные значения — вдоль побережий Сахалина и Камчатки. Летом и осенью в целом по району соленость продолжает снижаться, а ее распределение аналогично весеннему, однако при этом наибольшие значения солености наблюдаются у о. Хоккайдо и южных Курильских островов в зоне вод С.
На горизонте 50 м зимой распределение солености, как и температуры, полностью соответствует поверхностному, хотя сами значения несколько выше. Весной также наблюдается снижение солености по всему району, а также увеличение площади областей пониженной солености, при этом последняя колеблется в значительно более узких пределах (32,80-33,10 епс). Летом и осенью, как и на поверхности моря, наблюдается незначительное снижение солености и увеличение зон прибрежного распреснения, а максимальные значения приурочены к зоне С.
50
45
45
55
55
50
50
45
45
55
,, 13има ^55
i Весна
145 150 155 160 145 150 155 160
145 150 155 160 145 150 155 160
55Н — (Осень
45 150 155 160
45 150 155 160 145 150 155 160
100 метров
200 метров
Весна
45 150 155 160 145 150 155 160
45 150 155 160 145 150 155 160
моря
Рис. 3. Среднемноголетнее распределение солености в южной части Охотского Fig. 3. Climatic distribution of salinity in the south Okhotsk Sea
Поля солености на горизонтах 100 и 200 м отличаются значительной стабильностью распределения как по рассматриваемой акватории, так и в течение года. Временная изменчивость составляет 0,05-0,15 епс, пространственная — 0,20-0,40 епс. Максимальные значения солености отмечаются вдоль Курильских островов, а летом и осенью — в зоне С, минимальные — вдоль побережья о. Сахалин и Камчатки.
Среднемноголетняя соленость, рассчитанная для основных водных масс, представлена в таблице. Воды ТО и ОВ различаются по своим характеристикам до глубины 100 м только зимой, в остальные сезоны на горизонтах 100 и 200 м их соленость одинакова. Максимальные значения солености зимой и весной наблюдаются в ТО, а летом и осенью — в зоне С. В зоне ТО на поверхности моря максимум наблюдается зимой, а минимум — летом, а в подповерхностном слое — соответственно зимой и осенью. В зоне ОВ на поверхности моря максимум наступает зимой, а минимум весной, в подповерхностном слое — соответственно зимой и осенью. На горизонтах 100 и 200 м сезонных изменений солености не выявлено в связи с малой амплитудой годовой изменчивости.
55
55
50
50
50
45
45
45
55
55
50
50
45
45
55
55
50
50
45
45
55
50
45
Среднемноголетние сезонные термохалинные характеристики поверхностных
и подповерхностных водных масс глубоководной части Охотского моря Climatic seasonal thermohaline characteristics of surface and subsurface waters in the deep part of the Okhotsk Sea
Горизонт, ТО ОВ ТВ С
й О AU 1
T, ° C; S, епс T, ° C; S, епс T, ° C; S, епс T, °C; S, епс
0 -0,05 0 50 -0,1 Зима 100 0,3 200 1,2 33,03 -1,3 33,10 -1,4 33,13 -0,7 33,36 0,9 32,88 32,93 - -33,04 - -33,36 - -
0 1,8 В 50 0,4 Весна 100 0,5 200 1,2 32,83 4,3 33,01 -0,4 33,09 -0,6 33,31 0,5 32,41 - -32,85 - -33,09 - -33,31 - -
0 10,1 п 50 1,1 Лето 100 0,4 200 1,3 32,63 9,7 32,94 -0,3 33,12 -0,5 33,32 0,3 32,59 12,3; 32,37 14,4 32,91 - 5,4 33,12 - 3,8 33,32 - 1,6 32,99 33,38 33,63 33,41
0 5,7 О 50 2,3 Осень 100 0,7 200 1,2 32,68 6,9 32,81 1,2 33,14 -0,4 33,36 0,4; 32,65 7,8; 32,59 10,7 32,79 - 6,1 33,14 - 5,1 33,36 - 2,1 32,94 33,19 33,44 33,42
Таким образом, в южной части Охотского моря на горизонтах 0, 50, 100 и 200 м выделены следующие основные водные массы: поверхностные (горизонт 0 м, весна—осень) и подповерхностные (горизонты 50-200 м, зимой 0-200 м) трансформированные тихоокеанские воды; поверхностные (горизонт 0 м, весна—осень) и подповерхностные (горизонты 50-200 м, зимой 0-200 м) собственно охотоморские воды; трансформированные охотоморские воды (горизонт 0 м, лето—осень); поверхностные (горизонт 0 м, лето—осень) и подповерхностные (горизонты 50-200 м, лето—осень) воды течения Соя.
В сезонной изменчивости среднемноголетних характеристик вод выявлены следующие закономерности.
Во всех водных массах отмечается нормальный сезонный ход температуры с минимумом зимой и максимумом летом на поверхности, минимумом зимой и максимумом осенью в подповерхностном слое.
В зоне трансформированных тихоокеанских вод наблюдается нормальный сезонный ход солености с максимумом зимой и минимумом летом. В зоне охо-томорских вод в поверхностном слое минимум солености наблюдается весной, а на горизонте 50 м максимум наступает зимой, а минимум — осенью. На горизонтах 100-200 м каких-либо закономерностей сезонного хода солености не обнаружено в связи с малой амплитудой годовой изменчивости. На горизонте 200 м значения солености в тихоокеанских и охотоморских водах не различаются во все сезоны.
Сравнение масштабов пространственно-временной изменчивости в исследуемом районе и в прикурильском районе Тихого океана позволяет заключить, что южная часть Охотского моря отличается большей стабильностью. Заметной изменчивости здесь подвержен лишь верхний 50-метровый слой, но даже в этом слое масштабы изменчивости значительно ниже, чем в прикурильском районе Тихого океана. Разумеется, шельфовой части Охотского моря, которая нами не рассматривалась, свойственна значительно большая изменчивость температуры и солености.
Гидрометеорология и гидрохимия морей. Т. 9: Охотское море. Вып. 1: Гидрометеорологические условия. — СПб.: Гидрометеоиздат, 1998. — С. 92-176.
Зуенко Ю.И., Юрасов Г.И. Структура водных масс прибрежных районов Охотского моря // Метеорол. и гидрол. — 1997. — № 3. — C. 50-57.
Коплан-Дикс И.С. Основы статистической обработки и картирования океанографических данных. — Л.: Гидрометеоиздат, 1968. — 132 с.
Мамаев О.И. Термохалинный анализ вод Мирового океана. — Л.: Гидрометеоиздат, 1987. — 296 с.
Морошкин К.В. Водные массы Охотского моря. — М.: Наука, 1966. — 66 с. Самко Е.В., Новиков Ю.В. Сезонная изменчивость термохалинных характеристик вод деятельного слоя Прикурильского района Тихого океана // Метеор. и гидрол. —
2001. — № 5. — С. 87-93.
Самко Е.В., Новиков Ю.В. Среднемноголетняя геострофическая циркуляция вод южной части Охотского моря // Изв. ТИНРО. — 2003. — Т. 133. — С. 297-302.
Самко Е.В., Новиков Ю.В. Среднемноголетняя геострофическая циркуляция вод Прикурильского района Тихого океана // Океанол. — 2004. — Т. 44, № 1. — С. 5-10.
Смирнов Н.В., Дунин-Барковский И.В. Курс теории вероятностей и математической статистики. — М.: Наука, 1969. — 511 с.
Тихий океан. Гидрология Тихого океана. — М.: Наука. 1968. — 524 с. Ohshima K.I., Wakatsuchi M., Fukamachi Y. Near-surface circulation and tidal currents of the Okhotsk Sea observed with satellite-tracked drifters // J. Geophis. Res. —
2002. — Vol. 107, № 102. — P. 16-18.
Talley L.D. An Okhotsk water anomaly: implications for ventilation in the North Pacific // Deep-Sea Res. — 1991. — Vol. 38, suppl. 1. — P. 171-190.
The Okhotsk Sea and Oyashio Region: PICES Sci. Rep. — 1995. — № 2. — 227 p.
Поступила в редакцию 9.12.04 г.
