CC BY
112
2012
Известия ТИНРО
Том 169
УДК 551.465.43(265.54)
В.А. Лучин, Е.А. Тихомирова*
Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН, 690041, г. Владивосток, ул. Балтийская, 43
ТИПОВЫЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОКЕАНОГРАФИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ В ЗАЛИВЕ ПЕТРА ВЕЛИКОГО (ЯПОНСКОЕ МОРЕ)
Рассмотрены материалы всех доступных океанографических наблюдений, проведенных на акватории зал. Петра Великого. Средние многолетние типовые распределения океанографических параметров (температура, соленость, растворенный в воде кислород, фосфаты и силикаты) представлены на основе 4 массивов данных. Массивы поверхностных наблюдений за июль-сентябрь характеризуют состояние поверхностных вод на период максимального прогрева. Массив “теплых” лет включает данные 3 699 станций за 1952, 1958, 1960, 1967, 1968, 1973, 1975, 1978, 1984, 1988, 1991, 2000, 2006-2008 гг. Массив “холодных” лет включает данные 2 104 станций за 1954, 1957, 1962, 1974, 1979, 1980, 1983, 1993, 1995, 1996, 1998, 2002 и 2009 гг. Массивы данных за апрель-июнь от горизонта 15 м до дна (в глубоководной части залива — до 100 м) несут в себе информацию об интенсивности предшествующего зимнего охлаждения толщи вод залива. Массив “теплых” лет для подповерхностного слоя вод включает данные 1 273 станций за 1953, 1968, 1974, 1976, 1981, 1989, 1991, 1992, 2002, 2004 и 2008 гг. Массив “холодных” лет включает данные 1 119 океанографических станций за 1962, 1972, 1973, 1978, 1980, 1985, 1987, 1988, 2003 и 2006 гг.
Ключевые слова: температура воды, соленость, растворенный в воде кислород, фосфаты, силикаты, поверхностные и подповерхностные воды, пространственные распределения, межгодовые изменения, типизация лет, типовые распределения.
Luchin V.A., Tikhomirova E.A. Typical distribution of oceanographic parameters in Peter the Great Bay (Japan Sea) // Izv. TlNRO. — 2012. — Vol. 169. — P. 134-146.
The study is based on all available oceanographic data collected in Peter the Great Bay. The average long-term typical distribution of oceanographic characteristics (seawater temperature and salinity, content of dissolved oxygen, phosphates, and silicates) is analyzed using four data sets. The surface data collected in Peter the Great Bay in July to September describe the surface water conditions during their maximum warming-up. The data set of the so called warm years consists of 3699 stations and covers the years such as 1952, 1958, 1960, 1967, 1968, 1973, 1975,
1978, 1984, 1988, 1991, 2000, and 2006 to 2008. The data set of the so called cold years consists of 2104 stations and covers the years such as 1954, 1957, 1962, 1974,
1979, 1980, 1983, 1993, 1995, 1996, 1998, 2002, and 2009. The data for 15-meter depth to the bottom (and to 100-meter depth in deep waters) collected in April through June are good to describe the preceding winter cooling-down of the bay waters. Among the data set describing the warm subsurface bay waters there are
* 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].
1273 stations, which cover such years as 1953, 1968, 1974, 1976, 1981, 1989, 1991, 1992, 2002, 2004, and 2008. The data set of cold years contains 1119 stations and includes 1962, 1972, 1973, 1978, 1980, 1985, 1987, 1988, 2003, and 2006.
Key words: Peter the Great Bay, oceanographic observations, seawater temperature, seawater salinity, dissolved oxygen, phosphates, silicates, data set, surface and subsurface waters, spatial distribution, inter annual variability, classification of years, typical distribution.
Введение
Межгодовая изменчивость океанологических параметров в зал. Петра Великого (ЗПВ) рассматривалась в сравнительно большом количестве работ, однако подавляющее их число основано на данных наблюдений различной продолжительности, полученных на прибрежных гидрометеорологических станциях (ГМС) (Винокурова, Скокленева, 1980; Покудов, Власов, 1980; Мороз, Винокурова, 2000; Савельев, 2000; Гайко, 2005, 2007).
Данные прибрежных ГМС, как правило, не всегда реально отражают океанологические условия мористых акваторий. Их местоположение в большинстве случаев выбиралось без обоснования их репрезентативности, так как к моменту открытия конкретной станции еще не было достаточных режимных сведений на прилегающих акваториях моря. Поэтому большинство ГМС располагаются либо вблизи устьев рек, либо в изолированных частях бухт и заливов, режим которых не всегда адекватно отражает океанологические условия и процессы прилегающих морских акваторий.
Только в двух работах проводилось сопоставление и установление взаимосвязей между данными прибрежных ГМС и материалами экспедиционных наблюдений. Эти исследования основаны на коротких рядах наблюдений и освещают локальные акватории: мелководные районы зал. Посьета (Винокурова, Скокленева, 1980), а также прилегающие к мысу Гамова и Токаревской косе открытые части моря (Мороз, Винокурова, 2000). В обеих работах сделан вывод, что репрезентативность рассматриваемых морских станций можно считать удовлетворительной.
Работ, посвященных межгодовой изменчивости океанологических параметров в ЗПВ и основанных на данных океанографических наблюдений, также немного. Они, как правило, базируются на коротких либо прерывистых рядах экспедиционных наблюдений. В основном рассматривались локальные акватории ЗПВ: прибрежная зона зал. Посьета (Григорьева, 1999), северо-западная часть зал. Восток (Григорьева, Кашенко, 2010), центральная часть Амурского залива (Зуенко, 2008), прибрежные воды северо-западной части Японского моря (Зуен-ко, 2002). В.П. Павлычев и А.И. Тетерин (Pavlychev, Teterin, 1996) за период 1973-1985 гг. рассмотрели межгодовые вариации площади переохлажденных вод в ЗПВ (по данным за март). Только в одной работе (Надточий, Зуенко, 2000) рассмотрены межгодовые изменения температуры и солености в поверхностном слое всего зал. Петра Великого.
Обнаруженные исследователями периоды межгодовых колебаний океанологических характеристик в ЗПВ, как правило, не выходят за пределы 2-13 лет. В основном это связано с ограниченной длиной использованных рядов наблюдений. Так, по данным Л.А. Гайко (2005), в прибрежных районах ЗПВ наблюдаются колебания с периодами 2,3; 3,8; 9,4; 13,3 года. А.В. Савельев (2000), также по данным прибрежных ГМС, обнаружил колебания с периодами 2,0-2,5; 3-5; 912 лет. Межгодовые колебания с периодами 2-3 года выделены в работах Т.Т. Винокуровой, Н.М. Скокленевой (1980) и И.Ф. Мороза, Т.Т. Винокуровой (2000). Ю.И. Зуенко (2002) и В.В. Надточий (Зуенко, Надточий, 2003) выделили в ЗПВ изменчивость параметров вод с периодами 2-3 и 7 лет, а 6-летнюю периодичность межгодовых вариаций отметили В.П. Павлычев и А.И. Тетерин (Pavlychev, Teterin, 1996). В работе В.А. Лучина с соавторами (2005) по ограниченным материалам океанографических наблюдений для отдельных участков ЗПВ
получены 2-3- и 5-6-летние колебания температуры воды. В.А. Лучин и Е.А. Тихомирова (2010), основываясь на более полной базе экспедиционных наблюдений, получили синхронные для всей акватории ЗПВ 2-3- и 9-11летние колебания температуры воды. Следует отметить, что были отмечены низкочастотные колебания с периодом более 20 лет (Зуенко, Надточий, 2003), а А.В. Савельев (2000) свидетельствует о наличии в прибрежных районах долгопериодных климатических волн с понижением значений параметров с 20-30-х к 60-70-м гг. и устойчивым их повышением в 80-90-е гг. прошлого века.
Л.А. Гайко (2005) по данным прибрежных ГМС за весь период инструментальных наблюдений (1901-2003 гг.) отметила повышение среднемесячных значений температуры воды в холодный период года и понижение в теплый. В то же время по данным температуры воды по полугодиям на ГМС Находка (с 1934 по 2006 г.) выявлен отрицательный тренд в теплое полугодие. Для остальных станций в этот период тренд не обнаружен (Гайко, 2007). А.В. Савельев (2000) отметил, что в холодный период наблюдается монотонная однонаправленная тенденция к повышению температуры воды (на 1 °С). На тенденцию повышения как температуры, так и солености воды в последние десятилетия в поверхностном слое прибрежных вод Приморья обращал внимание Ю.И. Зуенко (2008). В.А. Лучин с соавторами (2005) в поверхностных водах ЗПВ для апреля-июня выделили тенденции роста температуры в Амурском и Уссурийском заливах, а также ее падения в заливах Восток и Находка. В.А. Лучин и Е.А. Тихомирова (2010) в поверхностных водах ЗПВ (данные за июль-сентябрь) выделили 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.
Деление имеющихся рядов наблюдений на теплые, холодные и нормальные годы проводилось по ограниченным акваториям: для теплого периода с 1979 по 1990 г. в северо-западной части зал. Посьета (Григорьева, 1999), а также по данным за летне-осенний период 1981-2007 гг. в северо-западной части зал. Восток (Григорьева, Кашенко, 2010). Только в работе В.А. Лучина и Е.А. Тихомировой (2010) для ЗПВ в целом с 1952 по 2009 г. выполнена типизация лет по термическим условиям (на “теплые”, “нормальные” и “холодные”). К настоящему времени никто не представлял (даже по данным конкретных съемок) типовые поля океанографических параметров этого залива.
Целью настоящей работы является представление типовых средних многолетних полей (для “теплых” и “холодных” лет) океанографических параметров (температура и соленость морской воды, растворенный в воде кислород, фосфаты и силикаты) вод зал. Петра Великого на основании всех доступных к настоящему времени данных наблюдений.
Материалы и методы
В работе использованы материалы всех доступных океанографических наблюдений, проведенных на акватории ЗПВ. К настоящему времени в массив исследуемого района, который ограничен меридианами 130,70 и 133,25о в.д., а также береговой чертой на севере и параллелью 42,15° с.ш. на юге, за период 1925-2009 гг. вошли данные 29 419 станций. Была проведена процедура исключения дублей станций, а также удаления недостоверных значений характеристик с применением статистических методов и учетом региональных особенностей исследуемого региона.
Средние многолетние типовые распределения океанографических параметров (температура, соленость, растворенный в воде кислород, фосфаты и силикаты) представлены на основе 4 массивов данных. Критерием для отнесения конкретных лет к тому или иному типу стали результаты предшествующей работы авторов (Лучин, Тихомирова, 2010), в которой для периода с 1952 по 2009 г.
представлена типизация лет (на “теплые”, “нормальные” и “холодные” годы) отдельно для поверхностного и подповерхностного слоев. С использованием результатов этой типизации были сформированы 4 массива океанографических данных (включающих температуру и соленость морской воды, растворенный в воде кислород, фосфаты и силикаты) отдельно для “теплых” и “холодных” лет.
Массивы поверхностных наблюдений за июль-сентябрь характеризуют состояние поверхностных вод на период максимального прогрева. Массив “теплых” лет включает данные 3 699 океанографических станций за 1952, 1958, 1960, 1967, 1968, 1973, 1975, 1978, 1984, 1988, 1991, 2000, 2006-2008 гг. Массив “холодных” лет содержит данные 2 104 океанографических станций за 1954, 1957, 1962, 1974, 1979, 1980, 1983, 1993, 1995, 1996, 1998, 2002 и 2009 гг. (Лучин, Тихомирова, 2010).
Массивы данных за апрель-июнь от горизонта 15 м до дна (в глубоководной части залива — до 100 м) несут в себе информацию об интенсивности предшествующего зимнего охлаждения толщи вод залива. Полагалось, что метеорологические условия предшествующей зимы формируют аномалии температуры воды и оказывают влияние на термическую структуру вод ЗПВ, а также на прибрежные акватории северо-западной части Японского моря. Более того, сформированные в зимнее время аномалии должны прослеживаться на подповерхностных горизонтах в течение конкретного года длительный срок. Проведенный анализ вертикального распределения температуры воды показал, что как для начала весны (март-апрель), так и для мая-июня верхний прогретый слой и слой сезонного термоклина в ЗПВ, как правило, не выходят за пределы верхних горизонтов (0-15 м). Поэтому для зал. Петра Великого период обобщения информации (для построения средних многолетних типовых полей океанографических параметров в подповерхностном слое вод) был принят с апреля по июнь.
Массив “теплых” лет для подповерхностного слоя вод включает данные 1 273 океанографических станций за 1953, 1968, 1974, 1976, 1981, 1989, 1991, 1992, 2002, 2004 и 2008 гг. Массив “холодных” лет содержит данные 1 119 океанографических станций за 1962, 1972, 1973, 1978, 1980, 1985, 1987, 1988, 2003 и 2006 гг. (Лучин, Тихомирова, 2010).
На рис. 1 представлено распределение всех доступных океанографических станций в ЗПВ для выделенных периодов на поверхности и в подподверхностном слое вод. Представленные схемы распределения данных свидетельствуют о том, что имеющейся информации достаточно для реализации поставленных в работе задач.
Вначале на каждой океанографической станции отдельно для каждого из массивов проводилась линейная интерполяция значений океанографических параметров на стандартные горизонты. Затем была проведена обработка имеющихся исходных данных глубоководных океанографических наблюдений в пределах трапеций, которые будем называть “квадратами”. Пространственные масштабы обобщения информации (за счет наличия пространственной и временной неоднородности определения конкретных параметров) были выбраны с учетом распределения станций по исследуемой акватории и получения наиболее детальной картины распределения характеристик. В каждом из квадратов на стандартных горизонтах рассчитывались количество имеющихся наблюдений, среднее, максимум, минимум и среднее квадратическое отклонение. Эти характеристики привязывались к центрам соответствующих квадратов.
Были выполнены эксперименты по введению поправок на дату выполнения станции (приведение данных наблюдений на конкретных станциях к середине месяца), а также учет поправок на пространственную неоднородность имеющейся информации в пределах конкретных квадратов (приведение данных наблюдений конкретных станций к центрам квадратов). Проведенные эксперименты показали, что эти уточнения не приводили к существенным изменениям полей
Рис. 1. Пространственное распределение имеющихся океанографических станций в зал. Петра Великого для поверхностного слоя: а — в “холодные” годы, б — в “теплые” годы; для подповерхностного слоя: в — в “холодные” годы, г — в “теплые” годы
Fig. 1. Oceanographic stations in Peter the Great Bay (a — sea surface measurements in “cold” years; б — sea surface measurements in “warm” years; в — measurements in the subsurface layer after “cold” years; г — measurements in the subsurface layer after “warm” years)
пространственного распределения океанографических параметров (происходило только значительное увеличение времени расчетов). Поэтому в дальнейшем средние многолетние осреднения океанографических параметров проводились без учета положения станции по отношению к центру квадрата и поправок на дату наблюдений. Для значений температуры, солености, растворенного в воде кислорода, фосфатов и силикатов вся имеющаяся информация сортировалась в сферические трапеции 0,10 и 0,15° соответственно по широте и долготе.
При расчетах средних многолетних статистических характеристик во всех квадратах и на всех стандартных горизонтах (для нормирования вклада суточных и многосерийных станций) выполнялась следующая операция. Вначале в каждом квадрате проводилось осреднение всех данных за конкретные сутки. Полученные средние за сутки значения в дальнейших расчетах климатических величин принимались с единичным вкладом. Эта процедура направлена на устранение влияния неравномерности вклада отдельных лет, что особенно важно для квадратов и горизонтов наблюдений с немногочисленным количеством исходных данных.
Затем были использованы следующие алгоритмы расчета средних многолетних значений (по заданным пределам количества наблюдений).
1. Среднее арифметическое значение (если число значений в “квадрате” равно 40 и более). В этом случае среднее значение элемента в “квадрате” равно среднему арифметическому (Коплан-Дикс, 1968).
2. Трехсреднее значение (если число значений в “квадрате” равно от 15 до 39). В этом случае среднее значение элемента в “квадрате” равно трехсреднему согласно методике (http://www.oceanography.ru/esimo/union/balt/Methods/).
3. Медианное значение (если число значений в “квадрате” меньше 15). В этом случае среднее значение элемента в “квадрате” равно значению медианы согласно методике (http://www.oceanography.ru/esimo/union/balt/Methods/).
Рассчитанные по трем представленным вариантам средние многолетние значения элементов в центрах квадратов были основой для представления типовых
(для “теплых” и “холодных” лет) распределений параметров на отдельных горизонтах.
Результаты и их обсуждение
Проведенные расчеты позволили представить типовые распределения океанографических параметров ЗПВ и выделить районы с максимальной изменчивостью.
На рис. 2 показаны средние многолетние за июль-сентябрь распределения температуры и солености воды для “холодных” и “теплых” лет на поверхности ЗПВ. Отметим, что как в “теплые”, так и в “холодные” годы пространственные особенности распределения температуры воды остаются неизменными. Во-первых, на исследуемой акватории выделяются две области с максимальными значениями температуры: в северной мелководной части залива (вершины Амурского и Уссурийского заливов), а также в юго-западной части ЗПВ. Во-вторых, в центральной части ЗПВ выделяется обширная зона (между параллелями 42,4 и 42,8о с.ш.) с пониженными значениями температуры.
131 131.5 132 132.5 133 131 131.5 132 132.5 133
13! 131.5 132 132.5 133 131 131.5 132 132.5 133
Рис. 2. Средние многолетние распределения температуры (а, б, °С) и солености (в, г, %% за июль-сентябрь на поверхности зал. Петра Великого для “холодных” (а, в) и “теплых” (б, г) лет
Fig. 2. Average distribution of the sea surface temperature (°С, а, б) and salinity (%, в, г) in July-September in the “cold” (а, в) and “warm” (б, г) years
Как видно на рис. 2, в “холодные” годы абсолютные максимумы значений температуры воды локализуются в вершинах Амурского и Уссурийского заливов, где они составляют 18-20 оС. Вторичный максимум, выделяющийся в юго-западной части ЗПВ, по значениям температуры существенно ниже (до 16-18 оС). В “теплые” годы происходит перестройка в местоположении экстремумов температуры. Ее максимальные значения (до 22-23 оС) выделяются в юго-западной части ЗПВ, а вторичный максимум, выделяющийся в вершинах Амурского и Уссурийского заливов, по значениям температуры существенно ниже (до 20-21 оС).
Наиболее яркие различия температуры поверхностных вод между “холодными” и “теплыми” годами наблюдаются в центральной части ЗПВ. Так, если в “холодные” годы температура воды здесь не превышает 14-16 оС, то в “теплые” она достигает 19-21 оС.
Характерной особенностью пространственного распределения солености (рис. 2) является наличие минимальных значений в северной части залива (до 26-27 %
в вершине Амурского залива). По мере продвижения в глубоководную часть ЗПВ происходит рост солености. Ее максимум (как в “холодные”, так и в “теплые” годы) выделяется в юго-восточной части ЗПВ (до 33,3-34,0 %о). Различие между “холодными” и “теплыми” типовыми состояниями пространственного распределения проявляется, во-первых, в площади акватории, которая заполнена водами с соленостью более 33 %, во-вторых, в размерах области с низкой соленостью на северной периферии ЗПВ (в качестве индикатора можно использовать изохалину 32 %). Например, в “холодные” годы размеры области с распреснен-ными водами в Амурском заливе максимальны, а ее южная граница распространяется до мыса Гамова. В то же время в “теплые” годы южная граница распрес-ненных вод располагается существенно севернее (примерно до параллели южной границы Славянского залива).
Происхождение области с максимальными значениями солености, выделяющейся в “холодные” и “теплые” годы в юго-восточной части ЗПВ, можно объяснить адвекцией вод Приморским течением из северо-западной части моря, где узкий шельф и нет значительных рек, которые могли бы вызвать существенное распреснение поверхностных вод моря. Более того, в водах Приморского течения присутствует вклад высокосоленых вод Цусимского течения. Как следует из схем течений, представленных в литературе (Павлова, 1958; Яричин, 1982), часть высокосоленых вод Цусимского течения на параллелях 45-47° с.ш. отделяется на запад-юго-запад и вливается в воды Приморского течения. В то же время, согласно обобщенной схеме поверхностных течений Японского моря (Данчен-ков, 2003), высокосоленые воды Цусимского течения поступают к берегам Приморья двумя потоками (на параллелях 42-43 и 46-47о с.ш.).
Область минимальных значений солености, выделяющаяся на северной периферии ЗПВ, связана со стоком рек, который является отражением величины атмосферных осадков, выпавших за рассматриваемый период (июль-сентябрь). Величины суммарных месячных значений атмосферных осадков по ГМС станции Владивосток для ряда “холодных” и “теплых” лет, а также значения средних многолетних величин для периода с июля по сентябрь были представлены отделом долгосрочных прогнозов погоды ДВНИГМИ. Затем для каждого года и месяца были определены аномалии месячных значений, по которым рассчитаны средние (по суммам за июль-сентябрь) аномалии атмосферных осадков отдельно для “холодных” и “теплых” лет. Проведенные расчеты показали, что, как правило, в “холодные” годы наблюдался повышенный уровень осадков (средняя за весь ряд “холодных” лет аномалия выпавших осадков имела значение +13 мм). Напротив, в “теплые” годы осадков было существенно меньше (средняя за весь ряд “теплых” лет аномалия выпавших осадков имела значение -45 мм).
Как видно на рис. 3, на поверхности ЗПВ содержание растворенного в воде кислорода изменяется в довольно узких пределах (в “холодные” по термическим условиям годы от 5,4 до 6,6 мл/л, а в “теплые” — от 5,2 до 5,8 мл/л). Отметим, что на содержание растворенного кислорода в поверхностных водах залива большое влияние оказывает температура воды (ее понижение приводит к росту растворимости кислорода). Особенно ярко этот эффект проявляется в “холодные” годы (рис. 3), для которых характерно повышенное содержание кислорода (до 6,2-6,4 мл/л) в центральной части ЗПВ (между параллелями 42,4 и 42,8о с.ш.). Южнее и севернее от этой области содержание растворенного в воде кислорода понижается до 5,65,8 мл/л, что находится в хорошем соответствии с особенностями пространственного распределения температуры поверхностных вод в ЗПВ (в центральной области она на 3-4 оС ниже, чем на севере и юге залива). В “теплые” по термическим условиям годы контрасты температуры между центральной, северной и южной частями ЗПВ существенно уменьшаются (до 2 оС). Поэтому на большей части залива содержание растворенного в воде кислорода, как правило, имеет значения около 5,6 мл/л, и только на юге залива оно понижается до 5,2-5,4 мл/ л.
13! 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. 3. Средние многолетние распределения растворенного в воде кислорода (а, б, мл/л), фосфатов (в, г, мкг/л) и силикатов (д, е, мкг/л) за июль-сентябрь на поверхности зал. Петра Великого для “холодных” (а, в, д) и “теплых” (б, г, е) лет
Fig. 3. Average distribution of dissolved oxygen content (ml/l, а, б) and inorganic phosphorus (в, г) and silicon (д, е) concentrations (|J.g/l) at the sea surface in July-September in the “cold” (а, в, д) and “warm” (б, г, е) years
Мы рассмотрели табличные значения растворимости кислорода в морской воде при значениях температуры и солености поверхностных вод в ЗПВ для “холодных” и “теплых” лет. Было получено, что на всей исследуемой акватории (как в “холодные”, так и в “теплые” годы) содержание растворенного кислорода, представленное на рис. 3, всегда выше, чем его растворимость. Это свидетельствует о преобладающем вкладе фотосинтеза (по отношению к росту температуры воды и биохимическому потреблению кислорода) в особенности пространственного распределения кислорода в поверхностных водах залива. Следует отметить еще одну региональную особенность в распределении кислорода. Перенасыщение вод кислородом (как разница между фактическими (рис. 3) и табличными значениями) на акватории ЗПВ было больше (до 0,5-0,6 мл/л) в “холодные” годы, чем в “теплые”, когда оно не превышало 0,2-0,3 мл/л.
Только в Амурском заливе нет ярко выраженных различий между пространственными распределениями фосфатов в “холодные” и “теплые” годы (рис. 3). В “холодные” годы на преобладающей части ЗПВ содержание фосфатов на поверхности, как правило, превышает 8 мкг/л. Исключением является локальная область в центральной части залива, где концентрации фосфатов понижаются до 4 мкг/л. Напротив, в “теплые” по термическим условиям годы содержание фосфатов на большей части ЗПВ составляет меньше 8 мкг/л, а повышенные значения (от 8 до 16 мкг/л) выделяются только на периферийных прибрежных участках ЗПВ. Отдельно можно выделить зал. Посьета и западную часть ЗПВ от мыса Гамова до Славянского залива. Здесь в “холодные” годы отмечаются максимальные для всего залива содержания фосфатов (до 12-32 мкг/л). В то же
время в “теплые” по термическим условиям годы в этом регионе концентрации фосфатов не превышают 8-12 мкг/л.
Представленные на рис. 3 пространственные распределения силикатов для “холодных” и “теплых” лет свидетельствуют о хорошем их соответствии величинам атмосферных осадков и соответственно речному стоку. Особенно ярко это проявляется в прибрежных областях ЗПВ. В “холодные” годы повышенные значения силикатов (более 500 мкг/л) отмечаются в западной части исследуемой акватории (от вершины Амурского залива до мыса Гамова), а также в северной мелководной части Уссурийского залива. В глубоководных центральной и южной частях ЗПВ различия в содержаниях силикатов между “холодными” и “теплыми” состояниями, как правило, не превышают 50 мкг/л.
На рис. 4 представлены средние многолетние (осреднение за апрель-июнь) распределения температуры и солености для “холодных” и “теплых” лет в подповерхностных водах (горизонт 30 м) ЗПВ.
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. 4. Средние многолетние распределения температуры (а, б, °С) и солености (в, г, %% за апрель-июнь на горизонте 30 м в зал. Петра Великого для “холодных” (а, в) и “теплых” (б, г) лет. Заштрихованы области с глубинами менее 30 м
Fig. 4. Average distribution of temperature (°С, а, б) and salinity (%, в, г) at 30-meter depth in April-June in “cold” (а, в) and “warm” (б, г) years. The areas shallower than 30 m are shaded
В подповерхностных водах (как в “теплые”, так и в “холодные” годы) пространственные особенности распределения температуры остаются неизменными. На исследуемой акватории выделяются две области с максимальными значениями температуры (до 4-5 оС): в северной части ЗПВ (Амурский и Уссурийский заливы), а также в его южной части. В центральной части ЗПВ выделяется обширная зона (между параллелями 42,4 и 42,8о с.ш.) с пониженными значениями температуры. Наиболее яркие различия температуры подповерхностных вод между “холодными” и “теплыми” годами наблюдаются в центральной части ЗПВ. Если в “холодные” годы температура воды здесь, как правило, составляет 2,02,5 оС, то в “теплые” годы она возрастает до 3-4 оС (рис. 4).
Характерной особенностью пространственного распределения солености в подповерхностных водах является наличие минимальных значений в северной и западной частях ЗПВ (до 33,7 %). По мере продвижения в глубоководную часть залива происходит рост солености. Ее максимумы (как в “холодные”, так и в “теплые” годы) выделяются в юго-западной и юго-восточной частях ЗПВ (33,9-34,0 %). Происхождение области с максимальными значениями солено-
142
сти, выделяющейся в “холодные” и “теплые” годы, можно объяснить, как и для поверхностного слоя вод, адвекцией вод с высокой соленостью, которые переносит Приморское течение из северо-западной части Японского моря. Области с минимальными значениями солености, выделяющиеся на северной и западной перифериях ЗПВ, наиболее вероятно связаны с опреснением вод при весеннем таянии льда в заливе и со стоком рек. Следует отметить, что разность значений солености в ЗПВ между “холодными” и “теплыми” типовыми ситуациями не превышает 0,1-0,2 %0 (рис. 4).
Содержание растворенного кислорода на горизонте 30 м в “холодные” годы изменяется от 7,6 до 9,2 мл/л. Область с максимальными значениями (8,8-9,2 мл/л) выделяется в центральной части ЗПВ, а по мере приближения к берегу (на запад, север и восток) происходит снижение концентрации кислорода до 7,6-8,0 мл/л (рис. 5). В “теплые” годы содержание кислорода в подповерхностных водах залива существенно ниже, чем в “холодные”, и варьирует от 6,8 до 8,0 мл/л. Область с максимальными значениями, как и в “холодные” годы, располагается в центральной части, а по мере приближения к берегам залива происходит уменьшение значений (рис. 5). Эти особенности пространственного распределения кислорода, особенно наличие области с максимальными значениями в центральной части ЗПВ, находятся в хорошем соответствии с пространственным распределением температуры воды на подповерхностных горизонтах (см. рис. 4).
Рис. 5. Средние многолетние распределения растворенного в воде кислорода (а, б, мл/л), фосфатов (в, г, мкг/л) и силикатов (д, е, мкг/л) за апрель-июнь на горизонте 30 м в зал. Петра Великого для “холодных” (а, в, д) и “теплых” (б, г, е) лет. Заштрихованы области с глубинами менее 30 м
Fig. 5. Average distribution of dissolved oxygen content (ml/l, а, б) and inorganic phosphorus (в, г) and silicon (д, е) concentrations (|J.g/l) at 30-meter depth in April-June in “cold” (а, в, д) and “warm” (б, г, е) years. The areas shallower than 30 m are shaded
Была рассмотрена разность между содержанием растворенного кислорода, представленным на рис. 5, и табличными значениями растворимости при данной температуре и солености (см. рис. 4). Получено, что более высокое перенасыщение (до 1,0—1,5 мл/л) подповерхностных вод кислородом характерно для “холодных” лет. Для “теплых” лет была получена более сложная картина, характеризующая степень перенасыщения подповерхностных вод кислородом. Так, в прибрежных районах ЗПВ содержание кислорода, представленное на рис. 5, практически равно состоянию насыщения вод кислородом при значениях температуры и солености, представленных на рис. 4. Однако в мористых районах залива фактические значения кислорода были больше (до 0,5 мл/л), чем рассчитанная растворимость. Следовательно, здесь преобладали различные биологические, биохимические и химические процессы, направленные на рост содержания кислорода.
Как видно на рис. 5, содержание фосфатов на подповерхностных горизонтах в “холодные” годы существенно ниже, чем в “теплые”. Их пространственное распределение в “холодные” годы характеризуется незначительным диапазоном изменчивости (от 10 до 16 мкг/л) и отсутствием выраженных закономерностей пространственных изменений. В “теплые” годы картина пространственного распределения фосфатов на подповерхностных горизонтах ЗПВ усложняется. Минимальные содержания фосфатов (от 12 до 16 мкг/л) выделяются в восточной части исследуемой акватории, а максимальные (18—22 мкг/л) характерны для западной части ЗПВ.
Сравнительно низкие содержания фосфатов на подповерхностных горизонтах в “холодные” годы можно объяснить более интенсивным их потреблением фитопланктоном. Подтверждением этого может служить как более высокое абсолютное содержание кислорода в “холодные” годы (рис. 5), так и перенасыщение подповерхностных вод кислородом, достигающее 1,0—1,5 мл/л, так как известно, что избыточное содержание кислорода (по сравнению с равновесным) является следствием только фотосинтетической деятельности фитопланктона. Сопоставление пространственных распределений фосфатов и растворенного кислорода на подповерхностных горизонтах, представленных для “теплых” лет, также подтверждает предполагаемую причину межгодовых и пространственных особенностей распределения фосфатов на подповерхностных горизонтах. В восточной части ЗПВ отмечаются пониженные (по сравнению с западной частью залива) содержания фосфатов и повышенные значения растворенного в воде кислорода (рис. 5).
Следует отметить, что в “холодные” годы отсутствуют определения силикатов в глубоководной части ЗПВ, поэтому по особенностям пространственного распределения и межгодовой изменчивости концентраций этого элемента в настоящее время можно представить только предварительные результаты. Как видно на рис. 5, характерной особенностью пространственного распределения силикатов на подповерхностных горизонтах (если рассматривать узкую прибрежную часть ЗПВ как в “холодные”, так и в “теплые” годы) является небольшой диапазон их изменчивости. Можно отметить только рост значений на прибрежных акваториях, что особенно заметно в южной части Амурского залива, а также в глубоководных частях заливов Стрелок, Восток и Находка. Эта региональная особенность, наиболее вероятно, связана с материковым стоком. Подтверждением этому может служить распределение силикатов на подповерхностных горизонтах в “теплые” годы. Видно, что минимальные содержания силикатов (200—300 мкг/л) наблюдаются в южной глубоководной части ЗПВ, а по мере приближения к северным берегам залива происходит их рост до 400—500 мкг/л (рис. 5).
Заключение
В толще вод зал. Петра Великого (как в “теплые”, так и в “холодные” годы) пространственные особенности распределения температуры воды остаются неизменными. Наиболее яркие различия термических условий между типовыми “холодными” и “теплыми” состояниями наблюдаются в центральной части залива.
Различие между “холодными” и “теплыми” типовыми состояниями в пространственном распределении солености на поверхности ЗПВ проявляется в величине площади акватории, заполненой водами с соленостью более 33 %. Размер области с минимальными значениями солености (на северной периферии залива) связан со стоком рек, который является отражением величины атмосферных осадков, выпавших за рассматриваемый период (июль-сентябрь).
Пространственные особенности распределения кислорода, особенно наличие области с максимальными значениями в центральной части ЗПВ, находятся в хорошем соответствии с пространственным распределением температуры воды. Содержание растворенного кислорода в водах залива как в “холодные”, так и в “теплые” годы всегда выше, чем его растворимость. Это свидетельствует о существенном вкладе фотосинтеза (наряду с изменениями температуры воды и биохимического потребления кислорода) в особенности пространственного распределения кислорода.
Представленные для “холодных” и “теплых” лет пространственные распределения фосфатов и силикатов свидетельствуют о том, что их содержание не равно нулю, а следовательно, они не лимитируют развитие первичной продукции в водах зал. Петра Великого.
Список литературы
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.
Гайко Л.А. Тенденция изменчивости температуры воды и воздуха в прибрежных районах северо-западной части Японского моря // Дальневосточные моря России. Кн. 1: Океанологические исследования. — М. : Наука, 2007. — С. 307—332.
Григорьева Н.И. Межгодовая изменчивость температуры воды в прибрежной зоне залива Посьета Японского моря // Биол. моря. — 1999. — Т. 25, № 2. — С. 100—102.
Григорьева Н.И., Кашенко С.Д. Исследование межгодовой и сезонной изменчивости термогалинных условий в заливе Восток (залив Петра Великого, Японское море) // Изв. ТИНРО. — 2010. — Т. 162. — С. 242—255.
Данченков М.А. Непериодические течения // Гидрометеорология и гидрохимия морей. Т. 8 : Японское море; вып. 1 : Гидрометеорологические условия. — СПб. : Гидро-метеоиздат, 2003. — С. 313—326.
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 // Доклады рабочего совещания по изучению глобальных изменений на Дальнем Востоке. — Владивосток, 2003. — С. 154—171.
Коплан-Дикс И.С. Основы статистической обработки и картирования океанографических данных : монография. — Л. : Гидрометеоиздат, 1968. — 130 с.
Лучин В.А., Тихомирова Е.А. Межгодовая изменчивость температуры воды в заливе Петра Великого (Японское море) // Изв. ТИНРО. — 2010. — Т. 163. — С. 344—354.
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.
Павлова Ю.В. Циркуляция вод Японского моря // Тр. ИОАН. — 1958. — Спец. вып. — С. 21-25.
Покудов В.В., Власов Н.А. Температурный режим прибрежных вод Приморья и острова Сахалин по данным ГМС // Тр. ДВНИГМИ. — 1980. — Вып. 8б. — С. 109-118.
Савельев А.В. Флуктуации термодинамического состояния поверхностных вод Японского моря как отражение макромасштабных климатических изменений в атмосфере Земли // Тем. вып. ДВНИГМИ. — 2000. — № 3. — С. 46-61.
Яричин В.Г. Некоторые особенности горизонтальных движений вод Японского моря к северу от 40о с.ш. // Тр. ДВНИГМИ. — 1982. — Вып. 96. — С. 111-120.
Pavlychev V.P., Teterin A.I. Interannual changes of thermal conditions in the northwestern Japan Sea // Proc. of 4th Creams workshop, r/v Okean. — Vladivostok, 1996. — P. 71-75.
Поступила в редакцию 28.03.12 г.
