Анализ данных инструментальных измерений течений в проливе Лаперуза

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Экономические науки


Узнать стоимость новой

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

2005
Известия ТИНРО
Том 140
УДК 551. 465. 53(265. 53)
Г. В. Шевченко, Г. А. Кантаков, В. Н. Частиков (СахНИРО, г. Южно-Сахалинск)
АНАЛИЗ ДАННЫХ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ТЕЧЕНИЙ В ПРОЛИВЕ ЛАПЕРУЗА
Проанализированы ряды инструментальных измерений морских течений общей продолжительностью более полутора лет, выполненных СахНИРО в прол. Лаперуза. Путем расчета средних месячных векторов скорости течения получены оценки сезонной изменчивости, имеющей выраженный годовой ход с максимальными значениями зональной компоненты в июле-августе (7080 см/с) и минимальными в декабре-январе (5−7 см/с). С учетом близости скорости в точке измерения к средней по проливу (согласно результатам специального исследования) и площади его поперечного сечения были оценены значения расхода через пролив для различных месяцев года, максимальные значения которого летом могут достигать 1,6 Sv. Полученные оценки параметров основных приливных волн позволили оценить скорость приливных течений, максимальные значения которых в центральной части пролива достигают 3 м/с и в северной части возрастают за счет резкого, примерно в два раза, усиления меридиональной компоненты. Показано, что за приливной цикл через пролив может транспортироваться из Охотского моря в Японское и обратно до 100 км³ воды. В спектрах записей скорости течений в исследуемом районе постоянно присутствуют колебания с периодами 10−14 сут, имеющие в летний период преимущественно антициклональную, а в зимний — циклональную завихренность. Показано, что при сильных ветрах восточных румбов может происходить & quot-обращение"- течения Соя и наблюдаться вынос больших объемов охотоморских вод в юго-восточную часть Татарского пролива.
Shevchenko G.V., Kantakov G.A., Chastikov V.N. Results of direct measurements of the currents in the La Perouse (Soya) Strait // Izv. TINRO. — 2005. — Vol. 140. — P. 203−227.
The data series obtained by a number of moored buoys deployed in the La Perouse (Soya) Strait during approximately 1.5 years are analyzed to investigate the variations of currents and water exchange between Japan and Okhotsk Seas, in particular seasonal changes of Soya Warm Current and West Sakhalin Current. Besides, tidal and wind-induced currents were considered and their influence on the water transport through the Strait was estimated.
Tidal currents are very strong in the central part of the La Perouse Strait: the amplitudes of the main diurnal waves O1 and K1 are about 1.0 m/s, the amplitude of the main semidiurnal wave M2 is about 0.5 m/s, so the maximal summary tidal current reaches 3.0 m/s. Orientations of large axes of the tidal ellipses are close to latitudinal. In the northern part of the Strait, at Krilion Cape, the tidal currents increase and the large axes of elli pses turn clockwise. The tidal currents in the La Perouse Strait are concluded to be barotropic because of their stable patterns with well-expressed fortnightly modulation that is typical for barotropic diurnal tides.
Tide-induced water transport through the Strait was estimated from vertically averaged tidal currents as about 100 km³ from the Okhotsk Sea toward Japan Sea in the period of flow and the same volume in opposite direction in the period of ebb. The
tidal transport from the Okhotsk Sea is supposed to be the reason of so-called & quot-cold water belt& quot- along the Krilion Peninsula.
The spectra of residual currents usually include the well-expressed peak with period 10−12 days. Water temperature oscillations with the same period were observed in the La Perouse Strait, as well. Both these oscillations were probably induced by bottom topography in the Strait. Larger occasional changes of residual currents were caused by the wind influence. For example, when a deep cyclone traveled across the southern part of Hokkaido Island in the spring of 1999 and induced strong easterly winds over the La Perouse Strait, these winds forced the water transport from the Okhotsk Sea to Japan Sea. As a result, in March 5−6, 1999 water temperature decreased rapidly from +2. 0−2.5 °C to -1.5 ~ -1.6 °C.
All-the-year-round seasonal changes of residual current velocity and water exchange were estimated for the central part of the La Perouse Strait. The maximal monthly averaged velocity of the eastward current was occurred in July-August (77−78 cm/s) that provided the water transport about 1.5 Sv. The minimal monthly averaged velocity of the current was observed in December-January (5−7 cm/s). These significant changes of the Soya Warm Current are connected with seasonal change of the sea level incline between the Okhotsk and Japan Seas.
Через прол. Лаперуза происходит поступление в Охотское море относительно плотных (более 26,6 а) япономорских вод, которые становятся одним из источников соли, определяющей процессы смешения в юго-западной котловине Охотского моря. В целом поступление вод из Японского моря контролирует важнейшие особенности океанографического режима вод Сахалино-Курильско-го региона, такие как: интенсивность Ойясио, смешение вод в глубоководных проливах южной части Курильской гряды, влияющие на вентиляцию промежуточных слоев северо-западной части Тихого океана. На шельфе о. Кунашир приток теплых вод течения Соя обеспечивает благоприятные условия для обитания ряда ценных видов гидробионтов, таких как трепанг, морской гребешок, крабы, креветки и т. д.
Несмотря на режимообразующую роль затока япономорских вод в Охотское море как для океанографии, так и для гидробиологии региона, динамические процессы в прол. Лаперуза в целом, и особенно в наиболее узкой его части — прол. Соя, — где они особенно сложны, изучены пока недостаточно. Также нет достаточной ясности в проблеме изучения водообмена между Охотским и Японским морями, характере его изменчивости под влиянием различных факторов. Это связано прежде всего с малым количеством долговременных измерений течений в этом районе, отличающемся весьма сложной динамикой.
Исследования потоков проводились преимущественно у берегов (Aota et al., 1988, 1998- Tanaka, Nakata, 1999), вопрос же пространственной неоднородности поля течений в проливе остается открытым до настоящего времени. Серьезным шагом в этом направлении можно считать работу японских исследователей (Tanaka et al., 1996), в которой анализировались данные измерений специального совместного русско-японского эксперимента. Японские специалисты получили при помощи судового ADCP три 25-часовых серии, которые выполнялись в точках японской части разреза S1, ориентированного по меридиану 142° в.д. СахНИРО установил две буйковые станции, одну — в самой южной точке российской части этого разреза, приблизительно по центру пролива, а вторую — вблизи мыса Крильон (рис. 1). Длительность работы этих станций составила около 4,5 сут. Материалы этих измерений, так же как и анализировавшихся ранее (Кантаков, Шевченко, 2001) данных наблюдений, полученных на АБС Astarta в 1999 г., рассматриваются ниже. Среди других важнейших опубликованных результатов исследований течений инструментальными методами в районе прол. Лаперуза отметим анализ приливных течений в работе Одамаки (Odamaki, 1994), основанный на двух сериях месячной продолжительности, выполненных в 1930-х гг. Японской гидрографической службой.
45. 9-
45. 6
45. 7-
45. 6-
45. 5
¦NLP
м. Крильон
¦Cleone-2 ¦SL^Astarta ¦Cleone-3 ^Cleone-1
м. Соя
¦Cleone-4
пролив Лаперуза
141.9 142 142.1 142. 2
Рис. 1. Схема расположения автономных буйковых станций СахНИРО в прол. Лаперуза. Штриховой линией показан стандартный океанологический разрез S1, ориентированный по 142-му меридиану
Fig. 1. The scheme of SakhNIRO moorings locations in the La Perouse Strait. Standard S1 line oriented along 142 meridian is shown by dotted line
В связи с трудностями определения водообмена между Японским и Охотским морями на основе инструментальных измерений оценки скоростей течений и расхода вод через прол. Лаперуза проводились преимущественно расчетными методами (Радзиховская, 1961- Aota, 1970, 1975- Будаева и др., 1980- Budaeva, Makarov, 1996- Пищальник, Архипкин, 2000- Saveliev et al., 2002). При всей важности численного моделирования как подхода (а также иных косвенных оценок), оно не может полностью заменить инструментальные измерения, дающие наиболее точную информацию о характере динамических процессов в изучаемом районе, о типичных скоростях потока и его сезонных вариациях. Особый интерес вызывает влияние приливов и воздействия ветра на структуру течений в проливе, так как эти факторы изучены очень слабо.
В связи с этим СахНИРО произвел серию постановок автономных буйковых станций (АБС) (рис. 1, табл. 1) приблизительно по центру самой узкой части прол. Лаперуза, между мысами Соя и Крильон. Основной целью исследования было на основании всех полученных материалов прямых измерений большой общей продолжительности оценить сезонную изменчивость течений и расхода через пролив. Этому вопросу уделялось наибольшее внимание, тем не менее были поставлены и дополнительные задачи — определить характеристики приливной составляющей и изучить вариации непериодической компоненты течений в синоптическом диапазоне периодов.
Таблица 1
Информация о выполненных СахНИРО постановках АБС в прол. Лаперуза (Соя) и полученных материалах наблюдений
Table 1
Moorings deployed by SakhNIRO in the La Perouse (Soya) Strait, and about data obtained information
Наименование Период Глубина, Горизонт, Измеритель Дискретность,
АБС измерений м м течений мин
NLP 07−11. 08. 1995 37 12 RCM-4 15
NLP 07−11. 08. 1995 37 35 RCM-4 15
SLP 06−11. 08. 1995 67 25 RCM-4 15
SLP 06−11. 08. 1995 67 45 RCM-4 15
Astarta 21. 02−18. 06. 1999 69 15 RCM-4 60
Astarta 21. 02−14. 08. 1999 69 45 RCM-4 60
Cleone-1 13. 07−09. 09. 2000 75 35 SonTek 20
Cleone-2 27. 11. 2000-
02. 04. 2001 63 37 RCM-4 180
Cleone-3 02. 04−15. 08. 2001 64 34 RCM-4 180
Cleone-4 15. 08−17. 11. 2001 61 34 RCM-4 180
Измерения течений производились путем постановки с борта НПС & quot-Дмитрий Песков& quot- автономных буйковых станций, которые выставлялись в притоп-ленном варианте. Вертикальное натяжение троса с приборами обеспечивала гирлянда кухтылей, подъем станций осуществлялся подачей сигнала на акустический размыкатель, при срабатывании которого отделялся балласт и аппаратура всплывала на поверхность моря. В основном использовались измерители течений AANDERAA RCM-4, снабженные также датчиками температуры воды.
Места постановки автономных буйковых станций в прол. Лаперуза приведены на рис. 1: по существу, измерения производились приблизительно в одной точке (исключение составляет станция NLP в северной части пролива), в идентичных условиях, что позволяет рассматривать их как последовательные серии данных, характеризующих изменчивость поля течений во времени. Суммарная продолжительность наблюдений за течениями составила более полутора лет, причем в результате постановок АБС С1еопе-2 — С1еопе-3 — С1еопе-4 была получена непрерывная серия в течение полного года — с ноября 2000 по ноябрь 2001 г.
Измерения при первой долговременной постановке (АБС Astarta) производились одновременно на двух горизонтах — 15 и 45 м, — что позволило исследовать вертикальную структуру поля течений. В дальнейшем, основываясь на полученных оценках, измерения производились в промежуточном слое, на горизонте 30−35 м. Это обеспечивало повышение безопасности станции и уменьшение горизонтальных колебаний троса, а также позволило рассматривать полученные данные как близкие к средним по вертикали значениям скорости потока. Проведение измерений в центральной части пролива и у мыса Крильон в августе 1995 г. дает возможность в некоторой степени ответить на вопрос о пространственной неоднородности поля скорости течений в прол. Лаперуза.
Для исследования отклика на воздействие ветра привлекались данные наблюдений за приземным атмосферным давлением и скоростью и направлением ветра на метеостанции мыс Крильон Сахалинского управления Росгидромета.
Ниже приведены основные результаты анализа полученных материалов.
Приливные течения
Анализ приливных течений в районе прол. Лаперуза представляет собой важную задачу, так как приливная компонента играет основную роль в перемешивании вод в исследуемом районе, а также, вероятно, является одним из возможных факторов формирования апвеллинга в районе скалы Камень Опасности (ВоЬ^, Fux, 1997).
Измеренные векторы скорости течений раскладывались на зональную (и, положительное направление на восток) и меридиональную (& amp-, положительное направление на север) компоненты. Приливная и непериодическая составляющая исследовались отдельно. Для оценки приливных течений методом наименьших квадратов определялись параметры: гармонические постоянные амплитуд и фаз — 8 основных волн, 4 суточного 01, Р1, К1) и 4 полусуточного М2, S2, К2) диапазона. Расчеты производились для проекции на параллель и на меридиан независимо, на основании рассчитанных величин строились приливные эллипсы (рис. 2), в наглядной форме отражающие особенности приливных течений для каждой волны, а также производились предвычисления приливных рядов, по которым оценивались их максимальные скорости, достигающие на горизонте 15 м величины 3 м/с.
На горизонте 15 м амплитуды основных суточных волн О1 и К1 для зональной компоненты имеют величину около 1 м/с, а главной полусуточной составляющей М2 — около 0,5 м/с, что по известному соотношению (Дуванин, 1960) по характеру приливов позволяет отнести прол. Лаперуза (в узкой его части) к районам с правильными суточными течениями. На горизонте 45 м амплитуды скоростей основных волн примерно в два раза меньше. Таким образом, наблюдается уменьшение большой оси приливных эллипсов и некоторый их разворот с увеличением глубины измерений, что является типичной картиной для районов со значительным влиянием донного и бокового трения на приливный поток (Марчук, Каган, 1977). Характерно различное направление вращения вектора в приливном цикле для основных гармоник: для волн О1 и М2 изменения происходят по часовой стрелке, а для К1 — против, причем на горизонте как 15, так и 45 м. Отметим, что в работе Одамаки (1994) для обеих суточных волн было получено одинаковое антициклональное направление вращения, хотя ориентация больших осей эллипсов основных суточных волн была идентична полученной нами.
В полученных записях для обеих проекций на всех АБС в данном районе и на всех горизонтах доминируют приливные колебания — на их долю приходится более 80% общей дисперсии вариаций скорости течений.
На рис. 3−4 приведены отрезки записи скоростей течений на горизонтах 15 и 45 м, полученные на АБС Astarta. Баротропный характер прилива легко можно определить даже визуально на представленных рисунках: в проекциях векторов скорости присутствует устойчивая, характерная для районов с преобладанием суточных приливов структура с выраженными полумесячными неравенствами (к тому же она однотипна на различных горизонтах), которая теряется при бароклин-ном характере течений, что наглядно было продемонстрировано в результате анализа данных инструментальных измерений в районе о. Монерон (Kantakov, Shevchenko, 1999) при сравнении рядов в придонном и верхнем прогретом слое. Вторым фактом, указывающим на баротропный характер приливов в прол. Лаперуза, является высокая устойчивость гармонических постоянных при их вычислении по различным отрезкам данных месячной продолжительности.
Астарта (h =15 м). 01.
Астарта (h = 45 м). 01.
75 50 25 ^ I I I
00 -75 -50 -25^^^ -25 -50 -75 75 1
Астарта (h = 15 м). К1.
Астарта (h = 15 м). M2.
50 25
0 -25 ^& quot--"-•¦i -25 — -50 5
Астарта (h = 45 м). K1.
Астарта (h = 45 м). M2.
Рис. 2. Эллипсы основных суточных приливных волн О1 и К1 и главной полусуточной составляющей М2 по АБС Astarta на глубине 15 и 45 м. Амплитуды скоростей нормированы на максимальное значение и даны в процентном выражении, фазы — в условном часовом поясе
Fig. 2. Tidal ellipses of main diurnal waves K1 and O1 and semidiurnal M2 at the depth of 15 and 45 m on the base Astarta mooring data. Velocity'-s amplitudes were normalized related maximal values and given in percentage terms, phases given in specific time
Рис. 3. Проекции векторов скорости морских течений на параллель (u, см/с) и на меридиан (v, см/с) — исходные данные, содержащие приливную компоненту, по данным АБС Astarta. Горизонт 15 м
Fig. 3. Velocity vectors projections on the latitude (u, cm/s) and longitude (v, cm/s) — measured data including tides. As-tarta mooring, depth 15 m
250
u
Рис. 4. Проекции векторов скорости морских течений на параллель (u, см/с) и на меридиан (v, см/с) — исходные данные, содержащие приливную компоненту, по данным АБС Astarta. Горизонт 45 м
Fig. 4. Velocity vectors projections on the latitude (u, cm/s) and longitude (v, cm/s) — measured data including tides. As-tarta mooring, depth 45 m
На рис. 3−4 также видно, что приливные скорости на обоих горизонтах очень велики и весьма часто на фазе прилива наблюдаются отрицательные значения у проекции измеренных векторов скорости на параллель, достигающие на горизонте 15 м величины 150 см/с, и на горизонте 45 м — 100 см/с. Это озна-
чает, что поток направлен на запад, т. е. прилив преодолевает течение Соя и наблюдается движение относительно холодных вод из Охотского моря в Японское.
Хотя это явление наблюдается всего несколько часов, но ввиду больших скоростей приливных течений через пролив транспортируются значительные объемы воды. Для оценки этой величины был выполнен специальный расчет.
На основе полученных гармонических постоянных были предвычислены приливные ряды для горизонтов 15 и 45 м. Расчет производился только для нормальной к проливу оси восток-запад на лето 2002 г. Из полученных рядов были выбраны сутки с наибольшими скоростями приливных течений — максимальное значение на верхнем горизонте составляло 278,5 см/с, на нижнем — 150,0 см/с.
Значения скорости на двух горизонтах осреднялись, и также вычислялось среднее значение за период 12 ч, когда зональная компонента приливного течения имела отрицательный знак, т. е. поток был ориентирован в Японское море. Соответствующая величина составила около 125 см/с, это означает, что с учетом площади поперечного сечения пролива в самом узком месте около 2 км² за приливный цикл из Охотского моря может быть вынесено более 100 км³ воды, что составляет для сравнения около 20% объема зал. Анива, и столько же может поступить обратно на фазе отлива. С учетом характерной для летнего сезона скорости течения Соя 70−75 см (т.е. оценивая возможность ее преодоления), реально может поступить в Японское море около 45−50 км3 охото-морских вод. Несмотря на ориентировочный характер полученных оценок, что связано с предположением о близости величины скорости приливного потока на АБС Astarta к средней по проливу, данные цифры позволяют понять, о каких значительных перемещениях водных масс через прол. Лаперуза под воздействием приливов может идти речь.
Рассмотрим вопрос о правомерности сделанного предположения на основе данных наблюдений в поверхностном слое в двух точках — в центральной и северной части пролива — по измерениям 1995 г. Так как из-за недостаточной продолжительности измерений оценить гармонические постоянные приливных волн не представлялось возможным, ограничимся визуальным сравнением полученных записей. На рис. 5 представлены синхронные ряды проекций на параллель и на меридиан выделенной методом наименьших квадратов приливной компоненты. Видно, что на обеих станциях зональные компоненты близки (коэффициент линейной регрессии 1,05), что свидетельствует о корректности принятого при расчете приливного транспорта вод допущения. В то же время для меридиональных компонент различия велики, на более северной станции NLP скорость примерно в два раза выше, чем на расположенной у южной границы российских территориальных вод (коэффициент регрессии составляет 1,94). Это обстоятельство указывает на то, что на фазе прилива более холодные охотоморские воды распространяются преимущественно в северном направлении, в сторону мыса Кузнецова. Следовательно, существующий в районе мыса Крильон пояс холодных вод, обнаруженный еще первыми исследователями океанографических условий в прол. Лаперуза Э. В. Майделем (1877) и С. О. Макаровым (1950) и хорошо идентифицируемый на спутниковых снимках в инфракрасном диапазоне, имеет, наиболее вероятно, приливное происхождение.
Таким образом, существует постоянный фактор, способствующий проникновению охотоморских вод и соответственно присущих им субарктических видов гидробионтов в южную часть Татарского пролива. Очевидно, основная часть выноса происходит в северной части пролива — здесь скорости приливного течения несколько выше, а основного потока течения Соя, наоборот, самые низкие. Особенно вероятен такой вынос в зимний период, когда, как будет показано ниже, этот поток значительно ослабевает.
Рис. 5. Синхронные отрезки проекции на параллель (u, см/с) и на меридиан (v, см / с) приливной компоненты течения по измерениям в поверхностном слое на станциях NLP и SLP в августе 1995 г. Метки на оси времени через 6 ч
Fig. 5. Synchronous projections on the latitude (u, cm/s) and longitude (v, cm/s) of the tidal currents measured in the upper layer. NLP and SLP moorings, August, 1995. Time marks axe with 6 hours step
Вероятно, в моменты усиления приливных течений, что наблюдается с двухнедельной периодичностью, на фазе отлива из южной части Татарского пролива захватывается больший, чем при обычных условиях, объем модифицированных япономорских вод, что, наряду с увеличением общей скорости потока, может способствовать интенсификации явления апвеллинга в районе скалы Камень Опасности, отмеченной ранее (Bobkov, Fux, 1997).
Непериодические течения в синоптическом диапазоне
Рассмотрим теперь изменчивость непериодической компоненты течений в синоптическом диапазоне, характерные периоды вариаций которых составляют от нескольких суток до нескольких недель. Среди причин, которые могут формировать эти течения, можно выделить две основные: с одной стороны, это воздействие метеорологических факторов, прежде всего переменного поля ветра на морскую поверхность непосредственно в исследуемом районе- с другой стороны, хорошо известно, что как само Цусимское течение, так и его ветвь — течение Соя, — представляет собой цепочку вихревых образований. Наиболее ярко последнее утверждение подтверждается спутниковыми снимками, на которых эти структуры обнаруживаются как пятна более теплой воды — большое количество подобных изображений накоплено и может быть получено через Интернет.
Ниже приводится анализ конкретных ситуаций, которые рассматриваются в качестве примеров преобладающего влияния одного из указанных выше факторов.
На рис. 6 (а) приведены проекции на параллель и меридиан непериодической составляющей течения, полученные путем вычитания из исходных рядов предвычисленного прилива из исходных данных, измеренных при помощи АБС С1еопе-1 летом 2000 г. В течение всего периода наблюдений в записях обнаруживаются значительные, с амплитудой 15−20 см/с, вариации правильного, почти
циклического характера. Для определения свойств этих колебаний скорости течения были вычислены их ротарные спектры (Герман, Цвецинский, 1977) (рис. 6, б), в которых обнаруживается выраженный максимум с периодом около 11 сут, с преобладанием компоненты S-, отвечающей движению по часовой стрелке.
Рис. 6. Проекции на параллель (u, см/с) и на меридиан (v, см/ с) непериодической составляющей скорости течений по измерениям АБС Cleone-1 летом 2000 г. (а) и графики вращательных спектральных компонент (S+ отвечает вращению против, S- - по часовой стрелке), рассчитанные по наблюдениям АБС Cleone-1 летом 2000 г. (б). Число степеней свободы — 20
Fig. 6. Projections on the latitude (u, cm / s) and longitude (v, cm/s) of the residual currents. Cleone-1 mooring, summer 2000 (a) and plots of rotary spectra components (S+ corresponds to counterclockwise, S-to clockwise motions) calculated on the base of Cleone-1 mooring data, summer 2000 (б). Number of degrees of freedom is 20
Данными наблюдений за скоростью и направлением ветра в этот период мы не располагаем, поэтому дальнейшие рассуждения носят гипотетический характер и основываются на предположении, что значительные по интенсивности, с выраженной периодичностью колебания скорости ветра в течение двух месяцев представляются маловероятными. Скорее всего, выявленный пик с периодом около 11 сут обусловлен условиями формирования течения Соя, в частности бароклинной неустойчивостью, возникающей при прохождении через узкую часть пролива между мысами Соя и Крильон — возможность возникновения вихревых структур в данном районе методами численного моделирования была показана ранее (Ohshima, Wakatsuchi, 1990).
Достаточно близкая картина наблюдалась в течение летнего сезона как ранее, в 1999, так и позднее, в 2001 г. Так, по данным наблюдений на АБС Astarta, в зональной компоненте течений обнаруживаются выраженные колебания с периодом около двух недель, размах которых превышал 50 см/с. При этом наблюдались значительные, до 2−3 оС, вариации температуры воды с тем же периодом (рис. 7).
Были вычислены также спектральные характеристики записей течений, полученных в апреле-августе 2001 г. Поскольку данная серия была очень длинной, в рассчитанных спектрах, помимо выраженного пика с периодом около
10 сут, обнаруживается еще один, с периодом около двух месяцев, оба отвечают антициклональному вращению. Природа низкочастотного пика, вероятно, связана с воздействием поля ветра, имевшего аналогичный максимум в спектре, а вот высокая устойчивость пиков в диапазоне периодов 10−14 сут в течение трех лет указывает на то, что эти колебания являются характерной особенностью течения Соя, хотя действительная причина их образования пока недостаточно ясна.
Рис. 7. Проекции на параллель (u, см/с) и на меридиан (v, см/с) непериодической компоненты морских течений (а), а также вариации температуры воды (б) на горизонте 45 м по данным АБС As-tarta летом 1999 г.
Fig. 7. Projections on the latitude (u, cm/s) and longitude (v, cm/s) of the residual currents (а) and water temperature variations (б) at the depth of 45 m. Astarta mooring, 1999, summer
Интересно, что в зимний период (декабрь-март, серия С1еопе-2, среднесуточные векторы также представлены на рис. 11) в спектрах течений выделялся пик с периодом 10−11 сут, но уже другого, чем в летний период, циклонического направления вращения. Близость периодов указывает на определяющую роль в формировании этих колебаний топографии берегов и дна в проливе, что согласуется с результатами моделирования (Ohshima, Wakatsuchi, 1990).
Рассмотрим другой пример, а именно: отрезок записи непериодических течений, измеренных на АБС Astarta в феврале-марте 1999 г. на горизонтах 15 и 45 м. Наиболее примечательным моментом, который привлекает внимание при анализе рис. 8, является наличие нескольких случаев, когда зональная компонента течения имела отрицательный знак, т. е. поток был направлен в Японское море. Особенно ярко этот эффект & quot- обращения вспять& quot- течения Соя проявился 56 марта, несколько более слабо — 21 марта. Аналогичные случаи с выносом охотоморских вод, а также морского льда в район мыса Кузнецова и к северу от него описаны также в работе Е. К. Шелеговой (1960). Вероятно, следствием подобных & quot-обращений"-, а также воздействия описанных выше приливных течений являются повышенная биомасса планктеров в юго-восточной части Татарского
пролива и наличие некоторых субарктических видов планктона в его субтропических водах (Брагина, 2002).
Рис. 8. Проекции скорости ветра (а) по ГМС мыса Крильон (по данным СахУГМС) и непериодической составляющей течений (б) по данным АБС As-tarta с 22 февраля по 31 марта 1999 г.
Fig. 8. Projections on the latitude (u, cm/s) (а) and longitude (v, cm/s) of the wind vectors measured at Krilion Cape meteorological station (Sakhalin Hy-drometeorological Agency) (б) and residual currents on the base of Astarta mooring data, February, 22 — March, 31, 1999
Для более детального исследования этого интересного явления мы привлекли дополнительную информацию об изменениях приземного атмосферного давления и скорости и направления ветра по метеостанции мыса Крильон за 22 февраля — 31 марта 1999 г. по данным СахУГМС. Графики проекций на параллель и меридиан векторов скорости ветра (приведенных к системе координат течений, т. е. положительные значения соответствуют направлению воздушного потока соответственно на восток и на север), синхронные рядам непериодической составляющей течений, также приведены на рис. 8.
Моменты & quot-обращения"- течения Соя связаны с усилением восточных ветров (рис. 8). Особенно большой силы эти ветры достигли 5−6 марта, когда максимальная скорость 10-минутного осреднения составила 26 м/с, при атмосферном давлении на станции около 980 мбар. Эта ситуация была обусловлена глубоким циклоном, который сформировался над материком и двигался в направлении Тихого океана, пересекая Японию в северной части архипелага. Наиболее сильные ветры в изучаемом районе наблюдались в тот момент, когда центр циклона располагался в южной части о. Хоккайдо. Максимальное значение зональной составляющей скорости течения западного направления на горизонте 15 м достигало 120,3 см/с, на горизонте 45 м — 49,6 см/с. Исходя из обычных соотношений теории Экмана для уменьшения скорости ветрового течения с глубиной, можно оценить ее величину на поверхности в момент & quot-разворота течения& quot- 5−6 марта. Эта величина составляет, по результатам расчета, около 150 см/с. Меридиональная компонента скорости в этот период имела положительное значение, ее величина достигала 75 см/с. Таким образом, в момент разворота течения Соя непериодическая составляющая имела направление на запад-северо-запад.
Для данного примера мы оценили (по той же схеме, как для приливных течений) объем охотоморских вод, поступивших в Японское море в рассмотренном выше случае. С этой целью был выделен интервал, когда зональная компонента течения имела отрицательный знак — его длительность составила около 60 ч. Зональные компоненты на двух горизонтах были осреднены по вертикали (в течение 6 ч эта средняя по всей толще воды скорость превышала 70 см/с) и по времени — полученное значение скорости оставило чуть более 20 см/с. Заметим, что различия скорости дрейфового течения по вертикали были более значительными, чем приливного, так что заток охотоморских вод в Японское море охватывал преимущественно верхние слои. Оценка суммарного объема вод, поступивших 5−6 марта 1999 г. в южную часть Татарского пролива, составила около 100 км³, что соответствует величине, полученной для приливов.
В марте наблюдалось еще несколько случаев, когда зональная компонента течения меняла знак и поток направлялся в Японское море, особенно во второй декаде марта, когда в целом преобладали ветры восточных румбов. В этот период, однако, не наблюдалось таких больших скоростей, как в рассмотренном выше случае.
Аналогичный случай & quot- обращения& quot- течения Соя был также зафиксирован японскими океанологами 13−14 марта 1997 г. на незначительном удалении от побережья Хоккайдо (Tanaka, Nakata, 1999). Таким образом, полученные результаты показали, что случаи затока охотоморских вод в Японское море в период с декабря по март вполне реальны. Влияние сезонных колебаний уровня моря, а также прохождение глубоких циклонов в изучаемом районе в зимний и весенний периоды создает благоприятные условия для возникновения подобных ситуаций.
Рассмотрим изменения температуры воды, полученные при измерениях на горизонтах 15 и 45 м (рис. 9). На обоих горизонтах ход температуры примерно одинаков: сначала наблюдается некоторое охлаждение водного слоя с самыми низкими температурами в апреле, а с мая начинается постепенный прогрев. На фоне этих плавных вариаций выделяется резкое понижение температуры на горизонте 15 м 6−8 марта, примерно с плюс 2,5 °С до минус 1,6 °С. На нижнем горизонте также есть понижение температуры, но не такое значительное. Этот пример показывает, что холодные воды Охотского моря могут выноситься в Японское море при сильных ветрах восточных румбов, вызывающих разворот течения Соя. Вполне вероятно, что при таких ситуациях может выноситься и морской лед, тем более что он обладает большой парусностью. Аналогичные ситуации, при которых охотоморские холодные воды и лед могут проникать в Японское море, уже были описаны (Danchenkov et al., 1999).
Рис. 9. Вариации температуры воды на горизонтах 15 и 45 м по данным измерений АБС As-tarta весной- летом 1999 г.
Fig. 9. Water temperature variations at the depth of 15 and 45 m on the base of the Astarta mooring data, spring- summer, 1999
На обоих горизонтах также заметны достаточно сильные суточные колебания температуры воды, обусловленные приливными течениями. Так же, как и при сильном восточном ветре, в результате действия приливных течений может возникать & quot-разрыв"- потока теплого течения и наблюдаться вынос холодных вод Охотского моря в Японское.
Сезонная изменчивость водообмена между Японским и Охотским морями в связи с вариациями уровня
Одним из наиболее примечательных обстоятельств, которые обнаруживаются при анализе непериодической компоненты по данным АБС Astarta, является сезонное увеличение зональной компоненты от весны к лету, особенно выраженное на горизонте 15 м (рис. 10) (Кантаков, Шевченко, 2001). Такой тренд наблюдается в течение всего периода исследований с конца февраля до середины июня и удовлетворительно описывается уравнением линейной регрессии. Показатель тренда составляет около 0,5 см/с в сутки, что дает общее увеличение скорости в июне по сравнению с февралем примерно на 50−60 см/с. Меридиональная компонента также характеризуется наличием выраженной однонаправленной тенденции в изменениях скорости, однако усиление течения в южном направлении не такое интенсивное, как в восточном — коэффициент линейной регрессии составляет около 0,2 см/с в сутки. Это различие в характеристиках тренда означает, что весной происходит не только увеличение расхода субтропических водных масс, но и некоторый общий разворот его оси от берегов Хоккайдо в сторону Сахалина.
200
150
100
-100
-150
u
Рис. 10. Непериодические течения по АБС Astarta на горизонте 15 м — проекции на параллель (u, см/ с) и на меридиан (v, см/с)
Fig. 10. Projections on the latitude (u, cm / s) and longitude (v, cm/s) of the residual currents. Astarta mooring, depth 15 m
Для дальнейших исследований сезонных вариаций поля течений в прол. Лаперуза была установлена серия АБС под названием С1еопе в точках, незначительно удаленных от места установки ПАБС Astarta (см. рис. 1), с положением измерителей в промежуточном слое на горизонте 30−35 м. Таким образом (см.
табл. 1) была получена непрерывная годовая серия инструментальных измерений скорости течений в прол. Лаперуза.
Полученные данные были подвергнуты статистическому анализу. Среднесуточные векторы, сгруппированные по месяцам, начиная с декабря 2000 г. (к нему присоединены несколько последних дней ноября) по середину ноября 2001 г. представлены на рис. 11, а среднемесячные значения проекций на параллель и на меридиан приведены в табл. 2. Обнаружено, что наибольшее ослабление потока из Японского моря в Охотское наблюдается в декабре- январе, когда среднее за месяц значение восточной компоненты скорости составляет 5−7 см/с, что больше чем на порядок отличается от значений, характерных для летнего сезона. В этот период достаточно часто наблюдаются ситуации, когда векторы ориентированы в Японское море, вообще, синоптическая изменчивость, заметная в течение всего года, проявляется зимой наиболее ярко.
Уменьшение общего потока в Охотское море наблюдалось с середины сентября до конца периода наблюдений, 18 ноября 2001 г. Вероятно, это связано с сезонной перестройкой океанографического режима вод в этот период, обусловленной переходом поля ветра от летнего муссона с преобладанием ветров южных румбов к осеннему, отличающемуся устойчивыми северо-западными ветрами.
В табл. 2 приведены не только среднемесячные значения проекций скорости течения на параллель и меридиан, но и значения расхода вод, которые определялись путем умножения зональной составляющей скорости на площадь поперечного сечения прол. Лаперуза, которая составляет около 2 км². При всей приблизительности подобных расчетов, основанных на измерениях в одной точке и на одном горизонте, полученная оценка значения расхода через пролив имеет весьма важное значение, так как дает определенное представление о величине расхода и характере его сезонной изменчивости. К тому же необходимо подчеркнуть, что датчик был установлен в промежуточном слое, что в некоторой степени позволяет учесть вертикальную структуру потока, так как скорости на различных горизонтах отличаются значительно. Это, в частности, видно из данных табл. 3, в которой приведены средние месячные величины проекций скорости в поверхностном и придонном слоях по наблюдениям на АБС Astarta весной и летом 1999 г. Подчеркнем, что осредненные по двум горизонтам значения достаточно хорошо согласуются с результатами, приведенными в табл. 2 по годовому ряду на АБС С1еопе-2, 3, 4. Причем во всех случаях отмечено стабильное направление потока с незначительными колебаниями в пределах 115−125°. Несколько отличалось направление потока по измерениям на самой южной станции С1еопе-1, оно также в течение двух месяцев было стабильным и составляло около 135о.
Полученные оценки наиболее уязвимы для критики с той точки зрения, что измерения производились почти по центру пролива, а как известно, на его краях скорость потока обычно падает. Это подтверждают и данные, полученные на станцияхР и SLP в различных точках пролива. Представленные на рис. 12 синхронные ряды проекций на параллель и на меридиан непериодической составляющей течений показывают достаточно тесную связь — коэффициенты корреляции составляют около 0,65 для зональной и 0,63 для меридиональной компоненты, что является статистически значимым при длине сравниваемых рядов 416 значений, что также является важным, так как не было обнаружено потока противоположного направления у мыса Крильон, и свидетельствует в пользу высказанного выше предположения о приливном происхождении существующего здесь пояса холодных вод. При этом средняя скорость на северной станции составляет для указанных компонент 0,55 и 0,61 от величины скорости на самой южной станции в российских водах.
Рис. 11. Среднесуточные векторы скорости течений по непрерывной годовой серии наблюдений (АБС Cleone-2, Cleone-3, Cleone-4)
Fig. 11. Daily mean vectors of currents on the base of continuous all-the-year-round series (Cleone-2, Cleone-3, Cleone-4 moorings)
Однако выполненные японскими специалистами в ходе совместного эксперимента по изучению пространственной структуры течений в проливе измерения при помощи судового ADCP (Tanaka et al., 1996) показали, что наибольшие скорости потока наблюдались южнее станции SLP, в японской зоне изучаемой акватории. Это согласуется также с результатами расчета бароклинного переноса, рассчитанного в рамках геострофического приближения и сделанного по результатам съемки, выполненной синхронно российским и японским научно-исследовательскими судами в августе 1995 г. (корабли начали движение одновременно от границы соответственно в северном и южном направлениях). Это
обстоятельство весьма существенно, так как под действием приливов всего за несколько часов океанологические характеристики на станциях могут значительно измениться, что приводит к ошибкам при расчете плотностной структуры и скоростей потока в проливе.
Таблица 2
Средние за месяц значения проекций векторов скорости течения на параллель (u, см/с) и меридиан (v, см/с), а также величины расхода вод через прол. Лаперуза при оценке площади поперечного сечения пролива приблизительно 2 км².
Расчет по образующим непрерывную годовую серию данным АБС Cleone-2,
Cleone-3 и Cleone-4
Table 2
Monthly mean values of projections oh latitude (u, cm/s) and longitude (v, cm/s)
and value of water transport through the La Perouse Strait (cross-section sq uare of the strait is approximately 2 km2). Calculation on the base of all-the-year-round continuous series Cleone-2, Cleone-3, Cleone-4
Месяц u, см/с v, см/с Расход, Sv Расход, км3/мес
Январь 7,3 -3,6 0,15 383,7
Февраль 35,0 -23,1 0,70 1839,6
Март 42,6 -31,0 0,85 2239,1
Апрель 61,9 -44,7 1,24 3253,5
Май 68,8 -42,6 1,38 3616,1
Июнь 66,8 -34,1 1,34 3511,0
Июль 77,3 -30,5 1,55 4062,9
Август 78,0 -29,1 1,56 4099,7
Сентябрь 27,8 -24,9 0,56 1461,2
Октябрь 28,8 -14,8 0,58 1513,7
Ноябрь 39,0 -18,7 0,78 2049,8
Декабрь 6,0 -1,0 0,12 315,4
Среднее за год 45,0 -24,9 0,90 2365,2
Таблица 3
Средние за месяц значения проекций векторов скорости течения на параллель (u, см/с) и меридиан (v, см/с) по измерения АБС Astarta на горизонтах 15 и 45 м
Table 3
Monthly mean values of velocity vectors projections on latitude (u, cm/s) and longitude (v, cm/s). Astarta mooring, depths of 15 and 45 m
Месяц
Горизонт 15 м
Горизонт 45 м
u, см/с
v, см/с
u, см/с
v, см/с
Таким образом, согласно данным этого исследования оказалось, что величина скорости в точке, где производилось большинство наших измерений, была близка к средней по проливу, что указывает на допустимость примененного подхода. Различие расхода (и векторов скорости) по измерениям в августе 1995 и 2001 гг. примерно в 1,3 раза обусловлено, вероятно, межгодовыми вариациями этих величин, которые, согласно результатам работы Савельева с соавторами (Saveliev et а1., 2002), где оценки производились по разности уровня между мареографными станциями мыса Крильон и Вакканай, могут достигать больших значений. К сожалению, прекращение работы мареографных станций мыса Крильон в 1989 г. и Корсаков в 1993 г. лишило нас возможности оценить величины разности уровней между о-вами Хоккайдо и Сахалин в период проведения измерений течений.
22−28 февраля 54,4 -33,5 36,1 -19,1
Март 44,0 -29,2 33,8 -15,8
Апрель 68,2 -40,9 47,0 -25,1
Май 77,5 -46,9 48,9 -24,0
Июнь 101,1 -44,1 45,0 -21,8
Июль 47,5 -23,3
1−18 августа 56,6 -23,8
Рис. 12. Синхронные отрезки проекции на параллель (u, см/с) и на меридиан (v, см/с) непериодической компоненты течения по измерениям в поверхностном слое на станциях NLP и SLP в августе 1995 г.
Fig. 12. Synchronous projections on the latitude (u, cm/s) and on the longitude (v, cm/s) of the residual currents in the upper layer. NLP and SLP moorings, August, 1995
При всей приблизительности расчетов расхода через пролив на основе наблюдений в одной точке весьма важным моментом представляется возможность исследования его сезонных вариаций. Максимальный расход в летний сезон достигает величины 1,6 Sv, зимой его величина уменьшается на порядок. Можно сказать, что в зимний период заток япономорских вод в Охотское море прекращается.
Необходимо отметить весьма закономерный, почти синусоидальный характер изменения проекций средних месячных значений скорости течения. Это обстоятельство побудило рассчитать параметры годовой гармоники и ее основных обертонов для каждой из составляющих подобно тому, как это делалось для оценки сезонных вариаций уровня Японского (Oh е! а1., 1993) и Охотского морей (Поезжалова, Шевченко, 1997). Результаты расчетов приведены в табл. 4.
Так же как и в колебаниях уровня, в сезонных изменения скорости течения доминирует годовая гармоника: ее амплитуда составляет около 31 и 17 см/с для различных проекций. Полугодовая составляющая играет заметную роль только для меридиональной компоненты, а треть- и четвертьгодовые, наоборот, — только для зональной составляющей.
Возникает естественный вопрос, в чем же причина ярко выраженной сезонной интенсификации течения Соя в весенний и деградации в зимний период?
Основной причиной изменения водообмена между Японским и Охотским морями при переходе от зимы к лету могут быть сезонные изменения уровня моря, которые в этих морях находятся в противофазе (Oh е! а1., 1993- Поезжалова, Шевченко, 1997- Ао! а е! а1., 1998- Ио^ Ohshima, 2000).
Рассмотрим этот вопрос более подробно на примере вариаций уровня по данным наблюдений на мареографных станциях России и Японии за 1987 г. Именно за этот год ряды ежечасных значений уровня моря в пунктах Вакканай,
Момбецу и Абасири были любезно переданы нам профессором Аота из университета Хоккайдо. В этот период еще работали мареографы в Невельске, Корсакове и на мысе Крильон, что позволило рассмотреть пространственную картину сезонных вариаций уровня достаточно детально.
Таблица 4
Результаты гармонического анализа сезонных вариаций проекций скорости на параллель и на меридиан — амплитуды и фазы годовой гармоники и ее основных обертонов с периодами 6, 4 и 3 мес. Указаны доли, которые приходятся на каждую гармонику в общей дисперсии средних месячных значений
Table 4
Results of harmonic analysis of seasonal changes of velocity vectors projections
on latitude and longitude — amplitudes and phases of annual harmonic and it'-s overtones with periods 6, 4 and 3 months. The shares of each harmonic
in total variance are shown
Период, мес Проекция на параллель Амплитуда, Фаза о Доля в см/с '- дисп., % Проекция на меридиан Амплитуда, фаза о Доля в см/с '- дисп., %
12 31,0 154,2 81,0 16,4 315,0 78,9
6 0,5 133,2 0,3 6,9 345,8 14,1
4 9,5 195,4 7,7 1,6 17,7 1,3
3 11,2 95,1 10,7 3,5 293,5 3,7
53-
51-
50-
46-
45-
43-
138
Де-Кастри ^
1 0 ^СахалиН
J Углего) рск
/ Стародубское
Холмск
/ Невельск 1
/ ^Корсаков
* Рудная 6
Пристань м. Крильон
Вакканай щ
Момбецу
Абасири ¦ / (Y
J1 о. Хоккайдо/--& quot-"--^
с1 '-
На рис. 13 представлена карта с указанием положения мареографных станций (Кантаков, Шевченко, 2001), материалы измерений на которых использовались нами для анализа. Помимо указанных выше японских пунктов наблюдения это Рудная Пристань, Де-Кастри, Углегорск, Холмск и Невельск на побережье Японского моря и мыса Крильон, Корсаков и Стародубское на охотоморском побережье Сахалина.
Рис. 13. Схема расположения марео-графных станций на побережье Охотского и Японского морей
Fig. 13. The scheme of tide gauges locations on the coasts of Okhotsk and Japan Seas
139
140
141
142
143
144
145
146
Для изучения сезонных вариаций уровня моря рассчитывались среднемесячные значения (рис. 14). По характеру изменчивости уровня станции можно разделить на три группы. К первой относятся пункты с сезонными вариациями, типичными для Японского моря, с максимумом в июле-августе и минимумом в феврале-марте. Это Де-Кастри, Рудная Пристань, Углегорск и Вакканай. Ко второй группе, с вариациями, типичными для Охотского моря (минимум летом, максимум в зимний период) относятся станции Стародубское, Абасири, Корсаков и мыс Крильон. В остальных пунктах (Холмск, Невельск, Момбецу) наблюдается & quot-смешанный режим& quot-, годовой ход не выражен. Аналогичные результаты были получены ранее (Oh е! а1., 1993).
Рис. 14. Вариации средних месячных значений уровня моря, отсчитанных от нулевого среднего. Мареографные станции сгруппированы по режиму Японского (а) и Охотского моря (б) — станции с невыраженным годовым ходом (смешанный режим) представлены отдельно (в)
Fig. 14. Monthly mean sea level variations, related to the zero mean level. Tide gauges were grouped according to Japan Sea regime (a) and Okhotsk Sea regime (б). Stations with weak annual sea level changes are shown in the lower figure (в)
Величины отклонений от нулевого среднегодового значения представлены в виде карт уровенной поверхности в прол. Лаперуза для двух различных месяцев (рис. 15), в наибольшей степени отвечающих различиям океанографического режима в летний и осенний период. Приведенные карты позволяют судить о
характере влияния сезонных вариаций уровня на течение Соя и соответственно на сезонную изменчивость водообмена между Японским и Охотским морями.
Рис. 15. Распределение высот уровня моря (см) в прол. Лаперуза в ноябре 1987 г., в период интенсификации Восточно-Сахалинского течения (а), и в июле 1987 г., в период максимального развития течения Соя (б)
Fig. 15. Sea level distribution (cm) in the La Perouse Strait in November, 1987 (a, E ast Sakhalin Current intensification period) and in July, 1987 (б, maximal Soya Warm Current activity period)
Особенно удивительным выглядит различие годового хода в таких близко расположенных пунктах уровенных наблюдений, как Вакканай и мыс Крильон. В январе-феврале высота уровня у мыса Крильон примерно на 15 см выше (в предположении, что среднегодовые значения уровня на этих станциях совпадают), чем у порта Вакканай. В летние месяцы ситуация противоположна, а разница уровней достигает 12 см.
Возникающие градиенты уровня в зимний период способствуют оттеснению приносимых течением Соя теплых и соленых вод к берегам Хоккайдо, в то время как летом зона их влияния должна расширяться. В период с января по июнь на станциях с режимом Охотского моря наблюдается постепенное понижение уровня. Результаты, полученные при анализе течений, хорошо согласуются с этим представлением — очевидно, наблюдавшееся усиление течения и некоторый разворот вектора в восточном направлении в значительной степени формируются под влиянием данного фактора.
Осенью (в октябре-ноябре) происходит очень резкое увеличение уровня в Охотском и такое же резкое понижение в Японском море. Для юго-восточного побережья Сахалина это сезонное повышение уровня ассоциируется с приходом вод Восточно-Сахалинского течения, которое резко активизируется в осенний период. Как видно на рис. 15, осенью охотоморские воды постепенно вытесняют течение Соя, что приводит к его существенному ослаблению, а летом наблюдается противоположная картина.
Попытка & quot-связать"- высотные основы сети наблюдений за уровнем на Сахалине и Хоккайдо по известным данным о расходе вод через пролив сделана в работе Савельева (Saveliev, 2003). Близкие результаты были получены другими методами на иной информационной основе — по данным альтиметра
спутника Topex/Poseidon вдоль треков, пересекающих оба острова (Romanov et al., 2004). Подобное соответствие полученных различными способами оценок позволяет считать, что вычисленные по средним месячным значениям разности высот уровня на станциях Вакканай и мыс Крильон расходы через прол. Соя и его сезонные вариации (Saveliev et al., 2002) можно считать обоснованными. Как уже упоминалось выше, результаты расчетов показали, что в летние месяцы максимальные значения расхода достигают 1,2 Sv, а зимой поток из Японского моря в Охотское прекращается, может наблюдаться даже смена его направления, правда, при относительно небольших объемах охото-морских вод, поступающих в южную часть Татарского пролива. Эти выводы хорошо согласуются с результатами, полученными нами на основе инструментальных измерений. Определенные расхождения в оценках максимальных значений расхода через пролив в летние месяцы не являются принципиальными и связаны, вероятно, с рядом допущений, использовавшихся при расчетах на основе течений, измеренных в одной точке.
Анализ материалов продолжительных инструментальных измерений скоростей течений в прол. Лаперуза позволил сделать следующие важные выводы относительно характеристик поля течений в данном районе и водообмена между Японским и Охотским морями.
Получены оценки скоростей приливных течений, которые носят в проливе правильный суточный характер и в поверхностном слое могут достигать при приливе 3 м/с (6 уз). В моменты усиления приливных течений через пролив может транспортироваться за приливной цикл из Охотского моря в Японское и обратно до 100 км³ воды.
Выявлено, что в северной части пролива скорость приливных течений возрастает по сравнению с центральной частью за счет резкого, приблизительно в два раза, усиления меридиональной компоненты. Наиболее вероятно, что пояс холодных вод в районе мыса Крильон обусловлен влиянием приливов.
Показано, что в течение летнего сезона в 1999—2001 гг. в ротарных спектрах течений присутствовали устойчивые пики на периодах 10−14 сут с преобладанием движений по часовой стрелке, что указывает на формирование в течении Соя антициклональных вихревых структур. Возможно, следствием этого является повышенная биомасса планктеров в южной части прол. Лаперуза (Бра-гина, 2002). Стабильность периодов выделенных колебаний указывает на важную роль топографии района в формировании этих структур, что согласуется с результатами модельных расчетов (Ohshima, Wakatsuchi, 1990).
Обнаружено, что в течение зимне-весеннего периода неоднократно наблюдались случаи, когда непериодическая компонента течения была ориентирована в Японское море. Наиболее вероятная причина подобных случаев & quot-обращения"- течения Соя — воздействие сильных ветров восточных румбов. При подобных ситуациях из Охотского моря в южную часть Татарского пролива может поступать до 100 км³ воды и более в зависимости от синоптической ситуации. Наряду с приливами этот эффект может быть причиной появления субарктических видов зоопланктона в субтропических водах южной части Татарского пролива.
На основе непрерывной годовой серии измерений путем определения среднемесячных векторов проанализирована сезонная изменчивость скоростей течений, имеющая выраженный годовой ход, причем величины зональной компоненты в зимний период (6−7 см/с) на порядок меньше, чем в летний (70−80 см/с). Показано, что эта изменчивость хорошо описывается годовой гармоникой, амплитуда которой для зональной компоненты составляет около 30 см/с и для меридиональной — 17 см/с.
Впервые на основе инструментальных данных получена оценка расхода вод через прол. Лаперуза, максимальные значения которого летом достигают 1,6 Sv, и дана характеристика его сезонных изменений на протяжении календарного года.
Основной причиной сезонных вариаций расхода вод через пролив являются колебания уровня, которые в Охотском (максимум зимой) и Японском (максимум летом) морях имеют противоположный характер, что согласуется с результатами исследований, полученными ранее (Saveliev et al., 2002).
Лвторы выражают благодарность экипажу ЯЯС & quot-Дмитрий Яесков& quot-, оказавшему помоць в постановке Л? С в прол. Лаперуза. Мы также благодарны начальнику Гидрометцентра СахУГ^С 5.ато и профессору Университета Хоккайдо М. Лота за предоставленные данные измерений скорости ветра и колебаний уровня моря.
Литература
Брагина И. Ю. Сезонная и межгодовая изменчивость зоопланктона по результатам исследований 1995−1999 гг. в проливе Лаперуза (Соя) и прилегающих водах // Биология, состояние запасов и условия обитания гидробионтов Сахалино-Курильского региона и сопредельных акваторий: Тр. СахНИРО. — 2002. — Т. 4. — С. 48−69.
Будаева В. Д., Макаров В. Г., Мельникова И. Ю. Диагностические расчеты стационарных течений в заливе Анива и проливе Лаперуза // Тр. ДВНИГМИ. — 1980. — Вып. 87. — С. 66−78.
Герман В. Х., Цвецинский А. С. Спектральный анализ векторных временных рядов скоростей морских течений // Метеорол. и гидрол. — 1977. — № 12. — С. 43−50.
Дуванин А. И. Приливы в море. — М.: Гидрометеоиздат, 1960. — 390 с.
Кантаков Г. А., Шевченко Г. В. Анализ непериодических течений в проливе Лаперуза (Соя) в связи с изменениями уровня и воздействием ветра // Динамические процессы на шельфе Сахалина и Курильских островов. — Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН, 2001. — С. 62−74.
Майдель Э. В. Магнитные и гидрологические работы в Восточном океане. Исследование магнитной аномалии и магнитные наблюдения по берегам Японского моря- определение удельного веса воды в этом море и Лаперузовом проливе и выводы относительно течений Тсу-Симского, Лиманского и Лаперузова пролива // Морской сборник. — 1877. — T. 162, № 10. — C. 49−72.
Макаров С. О. Гидрологические исследования, произведенные в 1895 и 1896 гг. в Лаперузовом проливе и других местах. Океанографические работы. — М.: Географ-гиз, 1950. — С. 263−275.
Марчук Г. И., Каган Б. А. Океанские приливы. — Л.: Гидрометеоиздат, 1977. — 295 с.
Пищальник В. М., Архипкин В. С. Сезонная изменчивость термохалинной структуры вод пролива Лаперуза // Вестн. МГУ. Сер. 5, География. — 2000. — № 5. — С. 43−47.
Поезжалова О. С., Шевченко Г. В. Вариации среднего уровня Охотского моря // Цунами и сопутствующие явления. — Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН, 1997. — С. 131−144.
Радзиховская М. А. Водный и термический баланс Японского моря // Основные особенности геологии и гидрологии Японского моря. — Л.: Гидрометеоиздат, 1961. — С. 132−146.
Шелегова Е. К. Случаи резкого похолодания вод в летний период у юго-западного берега Сахалина // Изв. ТИНРО. — 1960. — Т. 46. — С. 249−251.
Aota M. Study of the variation of oceanographic condition North-East of Hokkaido in the Sea of Okhotsk // Low Temp. Phys. Sci. — 1970. — № 28. — P. 261−279.
Aota M. Studies on the Soya Warm Current // Low Temp. Phys. Sci. — 1975. — № 33. — P. 152−172.
Aota M., Ishikawa M., Yamada T. Dynamic of flow in the Soya Strait // Low Temp. Phys. Sci. — 1988. — № 47. — P. 147−160.
Aota M., Tanaka I., Nakata A., Yagi H. Gradient of sea level and currents in the Strait Soya // 13th Intern. Sympos. on Okhotsk Sea & amp- Sea Ice: Abstracts. — Mombetsu, Hokkaido, Japan, 1998. — P. 7−12.
Bobkov A.A., Fux V.R. Tidal origin of thermohalinic anomalies in the La-Perouse Strait // Proc. of the 12th Intern. Sympos. on Okhotsk Sea & amp- Sea Ice. — Mombetsu, Hokkaido, Japan, 1997. — P. 242−247.
Budaeva V.D., Makarov V.G. Modeling of the typical water circulation in the La Perouse Strait and Aniva Gulf region // PICES Sci. Reports. — Sidney, Canada, 1996. — № 6. — P. 17−20.
Danchenkov M.A., Aubrey D., Riser S. Oceanographic features of La Perouse Strait // PICES Sci. Reports. — Sidney, Canada, 1999. — № 12. — P. 159−171.
Itoh M., Ohshima K.I. Seasonal Variations of Water Masses and Sea Level in the southwestern Part of the Sea of Okhotsk Sea // J. of Oceanogaphy. — Tokyo, 2000. — Vol. 56. — P. 643−654.
Kantakov G.A., Shevchenko G.V. In situ observations of Tsushima and West-Sakhalin currents near La Perouse (Soya) Straight // PICES Sci. Reports. — Sidney, Canada, 1999. — № 12. — P. 177−185.
Odamaki M. Tides and tidal currents along the Okhotsk Coast of Hokkaido // J. of the Oceanogr. Soc. of Japan. — 1994. — Vol. 50. — P. 265−279.
Oh I.S., Rabinovich A.B., Park M.S. and Mansurov R.N. Seasonal Sea Level Oscillations in the East Sea (Sea of Japan) // The Journal of the Oceanological Society of Korea. — 1993. — Vol. 28, № 1. — P. 1−16.
Ohshima K., Wakatsuchi M. A numerical study of barotropic instability associated with Soya Warm Current in the Sea of Okhotsk // J. Phys. Oceanography. — 1990. — Vol. 20, № 4. — P. 570−584.
Romanov A.A., Sedaeva O.S., Shevchenko G.V. Seasonal and tidal variations of the sea level between Hokkaido and Sakhalin Islands based on satellite altimetry and coastal tide gauge data // Pacific Oceanography. — 2004. — Vol. 2, № 1−2. — P. 117−125.
Saveliev A.V. Estimation of climatological slope of the Sea of Japan level and its seasonal variability // J. Pacific oceanography. — 2003. — Vol. 1, № 1. — P. 23−28.
Saveliev A.V., Danchenkov M., Hong G.H. Volume transport through the La Perouse (Soya) Strait between the East Sea (Sea of Japan) and the Sea of Okhotsk // Ocean and Polar Research. — 2002. — Vol. 24, № 2. — P. 147−152.
Tanaka I., Nakata A. Results of direct current measurements in the La Perouse Strait (the Soya Strait) // PICES Sci. Reports. — Sidney, Canada, 1999. — № 12. — P. 173−176.
Tanaka I., Nakata A., Yagi H. et al. Result of direct current measurements in La Perouse Strait (the Soya Strait), 1995−1996 // ICOSS Proceedings. — Tokyo, Japan, 1996. — P. 58−62.
^ocrn^rtu^a e pedaK^aw 22. 07. 04

Показать Свернуть
Заполнить форму текущей работой