esimo logo
icam logo nowpap logo

Природопользование, состояние и тенденции изменений морской среды прибрежных районов России в Японском море

Главная страница | Графические материалы | Архив данных | Распределенные ресурсы |Текущие исследования | Контакты

Введение
Температура воды
Соленость
Гидрохимия
Циркуляция вод
Тенденции изменений
Литература к разделу
Дополнительно (Интернет)

Введение

При составлении данного раздела использованы текстовые материалы Океанографического атласа шельфовой зоны острова Сахалин [2, 3] и отдельные публикации последних лет по Татарскому проливу с сокращением и незначительной переработкой. В атласе Пищальника В.М. и Бобкова А.О., включающем два тома, на основании данных наблюдений на 18359 станциях, выполненных за период с 1948 по 1994 годы на сети стандартных разрезов в пределах 100-мильной зоны, примыкающей к острову Сахалин, представлены поля температуры, солености, плотности морской воды и пространственно-временное распределение гидрохимических элементов на горизонтах 0, 20, 50 и 100 м, а также годовой ход и вертикальное распределение перечисленных параметров для “средних” океанологических станций с их описанием. В разделе Интерактивные карты и схемы системы приведен дополнительный обширный графический материал по всей северной части Японского моря, основанный на данных судовых гидрологических наблюдений за весь исторический период исследований.

Температура воды

На формирование структуры поля температуры воды района Западного сахалинского шельфа оказывают влияние множество различных факторов, главными из которых являются тепловой баланс, адвекция тепла и холода (обусловленная циркуляцией вод), рельеф дна и ледовый режим [2, 3].
Ледовый сезон в Татарском проливе длится с декабря по апрель. В этот период наблюдается сравнительно однообразное распределение температуры воды на поверхности. Изотерма –1°С почти полностью повторяет конфигурацию кромки льда. В зоне влияния теплой ветви Цусимского течения в восточной части Татарского пролива отмечается более быстрое разрушение льда, чем в северной и восточной. Быстрый прогрев водных масс начинается сразу после очищения акваторий ото льда и продолжается по июль включительно. Весной за месяц приращение значений температуры в этом районе составляет от 3 до 5°С. В конце июля – начале августа скорость прогрева заметно падает, а в третьей декаде августа температура достигает своего максимума в годовом ходе. Годовой максимум в Татарском проливе наблюдается в конце августа - начале сентября и составляет около 17°С. После весьма непродолжительного стояния температурного максимума в поверхностном слое начинаются процессы охлаждения, обусловленные уменьшением притока солнечной радиации. Но поскольку вода обладает значительной теплоемкостью, то в начале этот процесс идет очень медленно, и только в конце сентября скорость охлаждения начинает резко увеличиваться. Примерно через месяц, в конце октября – начале ноября, происходит выравнивание температур в верхнем десятиметровом слое. К концу декабря процесс гомотермии распространяется уже на десятки метров, а в отдельных районах на поверхности начинаются процессы ледообразования.
Переход средней суточной температуры воды через 0°С в область отрицательных значений в Татарском проливе осуществляется приблизительно во второй половине декабря. Для зимы на большей части акватории Татарского пролива характерное распределение температуры воды (минимальные значения и однородность в поверхностных горизонтах) наблюдается с января по апрель.
По мере продвижения с юга на север продолжительность времени стояния летнего максимума уменьшается (при одновременном смещении сроков его наступления к началу сентября), а зимнего минимума – увеличивается. При более детальном выделении сезонов получается, что сроки их наступления могут различаться в среднем на декаду. Помимо этого, сроки наступления гидрологических сезонов на каждой отдельно взятой станции в значительной мере определяются положением фронтальных зон, апвеллинга, мелководий и т.д., в результате чего даже на соседних станциях они также могут отличаться друг от друга на временной промежуток вплоть до декады. Средние даты наступления гидрологических сезонов, определенные при анализе пространственно-временной изменчивости температуры, представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Сроки наступления сезонов и их продолжительность в западной шельфовой зоне Сахалина [2]

 

Зима

Весна

Лето

Осень

Татарский пролив

Январь
Февраль
Март
Апрель

Май
Июнь
Июль

Август
Сентябрь

Октябрь
Ноябрь
Декабрь

По пространственному распределению средних значений температуры воды на поверхности в летний период отчетливо прослеживаются основные элементы динамики вод в Татарском проливе - зоны проникновения холодных охотоморских вод и распространения теплых субтропических вод северной ветви Цусимского течения.

Соленость

Формирование режима солености вод в целом определяется водообменом, циркуляцией, речным стоком, балансом между осадками и испарением, процессами образования и таяния льда. Главными факторами, определяющими характерные особенности режима солености вод для Татарского пролива являются: а) в северной части осенью сток реки Амур, зимой - процессы образования и таяния льда; б) в южной части - адвекция солей северной ветвью Цусимского течения [2, 3].
В годовом ходе самые высокие средние многолетние значения солености в целом на поверхности наблюдаются в марте, а самые низкие - в июле и в августе. Максимальные величины сезонных изменений солености наблюдаются на поверхности и находятся в хорошем соответствии с сезонными колебаниями перечисленных выше процессов.
В пространственном отношении повышение солености происходит с севера на юг, что обусловлено распресняющим влиянием материкового стока. Этим фактором определяется и значительный размах колебаний абсолютных значений. Летом влияние речного стока заметно ослабевает, а осенью амурские воды устремляются в Японское море, вызывая заметное распреснение поверхностных слоев в вершине Татарского пролива.

Гидрохимия

Растворенный в воде кислород. В Татарском проливе сезонные колебания содержаний кислорода отчетливо прослеживаются до глубины 200-300 м (т.е. до верхней границы глубинной водной массы) наличием явно выраженного летнего минимума, обусловленного прогревом вод. Наибольшая амплитуда колебаний средних значений концентраций от сезона к сезону (более 1 мл/л) наблюдается в поверхностном 30-метровом слое; на глубине 200 м она уменьшается до 0,4 мл/л, а на 500 м составляет менее 0,1 мл/л. Весной и осенью концентрации кислорода на поверхности практически равны. Однако по мере увеличения глубины осеннее содержание кислорода всегда остается меньше весеннего. Этот факт указывает на то, что насыщение поверхностной водной массы кислородом происходит зимой за счет конвекции [2, 3].
В вертикальном распределении средних значений кислорода для весны и лета характерно наличие подповерхностного максимума на глубинах 20-50 м, в то время как для осени отличительной чертой является практически полная гомогенность в распределении кислорода в верхнем 100-метровом слое. Летний минимум кислорода во всей шельфовой зоне о. Сахалин прослеживается до глубин 20-25 м.
Величина рН характеризует кислотные условия среды На рН влияют изменения температуры воды и гидростатического давления. За счет уменьшения концентрации углекислого газа в слое фотосинтеза величина рН обычно достигает максимума. Ниже слоя фотосинтеза она уменьшается под влиянием процессов окисления органического вещества (накопление СО2 ) и увеличения гидростатического давления. Понижение температуры ведет к увеличению водородного показателя. Таким образом, режим рН является условием и показателем окислительно-восстановительных процессов, протекающих в природных водах.
По данным многолетних наблюдений в шельфовой зоне острова Сахалин пределы колебаний величины рН составляют от 7,70 до 8,50. При этом наиболее резкие колебания отмечаются в устьевых зонах.
По характерным особенностям годового хода величины рН в Татарский проливе можно выделить три слоя. Это тонкий поверхностный слой (0-20 м) слабо выраженного летнего минимума; подповерхностный слой (30-50 м) со слабо выраженным летним максимумом и глубинный (более 50 м), где от весны к осени наблюдается постепенное понижение величины рН. Отличительной особенностью япономорских вод, по сравнению с охотоморскими, является исключительно малый размах колебаний рН как в поверхностном слое максимального изменения ее величины (до 0,1 ед.рН), так и верхнем 100-метровом слое в целом (до 0,15 ед.рН).
Из анализа кривых вертикального распределения величины рН в Татарском проливе следует, что имеется общая тенденция уменьшения ее от весны к осени, а резкое уменьшение во все сезоны наблюдается на глубинах более 200 м. Осенью повсеместно происходит выравнивание значений рН в поверхностных горизонтах при сохранении различий на глубине. Восстановление водородного показателя во всех слоях происходит за счет зимней конвекции.
В пространственном распределении весной максимальные величины рН на поверхности наблюдаются на юге Татарского пролива. Ниже слоя ветрового перемешивания по контрастам значений рН (равно как и по другим параметрам) акватория пролива разделяется на две приблизительно равные части, что обусловлено особенностями циркуляции вод. При этом значения величины рН в северной части пролива значительно ниже, чем в южной. Летом и осенью характер такого распределения значений величины рН сохраняется во всех поверхностных горизонтах и только на глубинах более 50 м различия между ними начинают сглаживаются.
Фосфаты. В морской воде фосфор присутствует в виде минеральных и органических соединений, которые могут находиться как в растворенном состоянии, так и в виде взвесей. В годовом ходе содержаний фосфатов летний минимум в Татарском проливе проявляется только до глубины 20 м. Глубже, практически во всех районах шельфа отмечается летний максимум за которым следует понижение концентрации от лета к осени. Относительное выравнивание содержания фосфатов (в верхних слоях в сторону уменьшения, а в нижних в сторону увеличения) происходит в зимний период в результате конвекции.
Для вертикального распределения фосфатов в Татарском проливе характерна большая однородность их концентраций во все сезоны в верхнем 30-метровом слое, со слабо выраженным летним минимумом и осенним максимумом на поверхности в южной части пролива. Отличительной особенностью для весенне-летнего периода здесь является возрастание концентрации фосфатов от поверхности до глубины 50 м – 0,2-0,3 mM/л на поверхности, 0,8-1,0 mM/л на глубине 50 м и 1,8-2,0 mM/л на горизонте 500 м (см. табл. 2).
Нитриты. Неорганические соединения азота в океане образуются в результате биохимической трансформации азотосодержащих органических веществ. Первым неорганическим продуктом этого сложного процесса является аммонийный азот NH4+, который может непосредственно усваиваться растениями или подвергаться дальнейшему окислению в процессе нитрификации в результате чего образуются нитритные ионы NO2-. Нитриты также неустойчивы и под воздействием бактерий окисляются до нитратов NO3-. Конечный продукт окисления органического вещества в виде нитратов весьма активно потребляется фитопланктоном и денитрофицирующими бактериями, которые при недостатке кислорода используют кислород нитратов на окисление органических веществ. Восстанавливать нитраты до нитритов способны диатомовые и зеленые водоросли. Важным источником обогащения поверхностных вод нитратами являются атмосферные осадки, но основные потребности живых организмов обеспечиваются за счет внутреннего круговорота азота в толще вод. Совокупность отмеченных процессов определяет особенности сезонных колебаний различных форм азота. Так при интенсивной фотосинтетической деятельности фитопланктона весной концентрация ионов аммония и нитратов в поверхностных слоях может падать до аналитического нуля, а их максимум (соответственно около 1,5 и 35,0 mM/л) наблюдается в зимнее время, когда распад органического вещества происходит в условиях слабого или полного отсутствия потребления азота.
Нитриты, наоборот, зимой отсутствуют, т.к. практически полностью окисляются. Наибольшие концентрации их (в отдельных случаях более 1,0 mM/л) отмечаются в конце лета и осенью, когда идет интенсивный распад вновь образовавшегося органического вещества и затухает фотосинтез. В то же время повышенное содержание минеральных форм азота, указывающее на усиление процессов разложения органических остатков, может служить показателем загрязнения вод.
Как следует из условий протекания процесса нитрификации, заметное повышение концентрации промежуточных продуктов окисления должно обнаруживаться при дефиците кислорода. Это обусловливает характерную особенность вертикального распределения аммонийного азота и нитритов - наличие подповерхностного максимума под зоной фотосинтеза, где резко убывает содержание кислорода.
В годовом ходе нитритов в Татарском проливе в безледовый период на всех горизонтах в верхнем 100-метровом слое наблюдаются два максимума (весной и осенью), разделенные летним минимумом.
Особенностью вертикального распределения нитритов во всех районах шельфовой зоне острова Сахалин является наличие в теплый период года подповерхностного максимума, повсеместно проявляющегося ниже слоя скачка на глубинах 30-50 м. Причем в Татарском проливе он выражен заметно слабее (средние значения концентраций до 0,10 mM/л), чем на охотоморском шельфе, где средние значения концентраций в отдельных случаях превышают 0,20 mM/л. Ниже 50 м содержание нитритов резко убывает и уже на глубине 200 м повсеместно выравнивается до 0,5 mM/л.
В пространственно-временном распределении нитритов можно выделить зону повышенных концентраций нитритов во все сезоны в подповерхностных горизонтах в южной части Татарского пролива, в то время как на поверхности пространственные различия практически не выражены.
Повсеместно по повышенным концентрациям нитритов в безледовый период выделяются стационарные зоны подъема глубинных вод и районы влияния речного стока.
Силикаты. Содержание кремния в морской воде значительно превышает концентрации других биогенных веществ и изменяется в широких пределах от единиц до сотен mM/л. Процесс химического выпадения кремния из раствора в океане не наблюдается, а основной путь выведения его из морской воды является биогенный. Для вертикального распределения характерно монотонное увеличение концентрации кремнекислоты начиная с глубин 200 м до придонных горизонтов. Отличительной особенностью годового хода содержания кремния в водах шельфовой зоны острова является наличие летнего минимума, который достаточно хорошо прослеживается в поверхностных горизонтах до глубины порядка 50 м за исключением зоны влияния Цусимского течения. Явно выраженный летний подповерхностный максимум, что наблюдается у фосфатов, для кремния отсутствует. В большинстве районов здесь наблюдается повышение концентрации кремния от весны к осени. В вертикальном распределении кремния во все сезоны выделяется поверхностный слой однородных концентраций. В Татарском проливе толщина этого слоя составляет около 30 м (концентрации порядка 2-6 mM/л). Далее с глубиной содержание кремния медленно повышается, достигая значений 23-29 mM/л на глубине 200 м и до 47-52 mM/л на горизонте 500 м.
Пространственное распределение кремния очень хорошо согласуется с наличием основных источников его поступления - речной сток и стационарные зоны подъема глубинных вод. В соответствии с этим на фоне повышенных концентраций кремния во все сезоны особо можно выделить зону влияния амурских вод в вершине Татарского пролива и отдельные участки вдоль побережья острова, где имеется речной сток. Традиционно обеднены кремнием субтропические воды Цусимского течения. Поэтому в более теплой южной глубоководной части Татарского пролива, где влияние его заметно выражено, кремния содержится значительно меньше, чем в северной. Наиболее высокие горизонтальные градиенты кремния (1-2 mM/л на милю) наблюдаются в районах подъема обогащенных биогенными веществами глубинных вод и в зонах влияния материкового стока.

Таблица 2 - Средние многолетние значения параметров морских вод в западной шельфовой зоне Сахалина [3]

Горизонт, м

Т,°C

S, епс

Плотность, ус.ед.

О2, мл/л

О2, %

рН, ед.pH

PO4, mM/л

NO2,mM/л

SiO3, mM/л

Татарский пролив, весна

0

10,01

33,12

25,52

6,81

106,3

8,20

0,27

0,019

1,94

20

6,34

33,47

26,32

7,26

104,4

8,24

0,32

0,027

1,93

50

2,76

33,78

26,95

7,15

94,4

8,20

0,84

0,069

 9,34

100

2,55

33,97

27,13

6,74

88,9

8,16

1,08

0,059

17,55

Татарский пролив, лето

0

17,27

33,13

24,04

5,56

100,9

8,15

0,23

0,027

1,99

20

12,86

33,49

25,25

6,23

103,7

8,19

0,33

0,034

2,35

50

4,51

33,91

26,86

6,72

92,6

8,18

0,83

0,072

10,24

100

3,70

34,05

27,09

6,40

86,8

8,16

1,10

0,044

18,15

Татарский пролив, осень

0

8,97

32,49

25,18

6,65

100,6

8,20

0,32

0,056

3,61

20

8,87

33,29

25,82

6,55

99,6

8,21

0,37

0,059

5,18

50

5,18

33,77

26,68

6,56

91,6

8,18

0,68

0,091

13,69

100

3,68

33,96

27,01

6,51

86,6

8,14

0,98

0,054

18,04

Циркуляция вод

Основным элементом циркуляции вод в южной части Татарского пролива является вихревое образование вокруг о. Монерон антициклонической завихренности. Характерный диаметр его составляет около 40-50 миль [1].
Через западный сектор этого образования в Татарский пролив поступают воды северной ветви Цусимского течения. Основная часть этого потока продолжает свое движение в северо-восточном направлении приблизительно до района 47º с.ш., где затем поворачивает на запад и, достигая приморского берега, дает начало Приморскому течению. Меньшая часть потока в восточном секторе круговорота поворачивает на юг и в виде Западно-Сахалинского течения выходит из пролива. Далее одна часть потока вновь возвращается в антициклонический круговорот вокруг о. Монерон, а другая – соединяется с ветвью Цусимского течения, отвернувшей на восток от основного потока в районе 45º с.ш. и получившей название течения Сойя. По северной периферии потока вод течения Сойя трансформированные воды Западно-Сахалинского течения поступают в пролив Лаперуза, где хорошо идентифицируются по гидрохимическим показателям. Максимальные расчетные скорости в поверхностных горизонтах (до 24-26 см/с) отмечается летом, что характерно для всей системы циркуляции вод в Японском море. В южной части Татарского пролива вблизи берега Сахалина скорости в узком потоке Западно-Сахалинского течения его скорости возрастают от 20 см/с весной до 35-40 см/с осенью. Максимальные значения скорости Цусимского течения вблизи северной границы его распространения достигают 15 см/с [4].
Во все сезоны вдоль северо-западного побережья пролива отчетливо проявляется течение Шренка, а вдоль юго-западного – Приморское течение. Скорость течения Шренка возрастает от весны к лету с 5-7 см/с до 7-9 см/с и далее убывает к осени до 4-5 см/с. Минимальные скорости Приморского течения в поверхностном горизонте, наоборот, отмечаются летом (1-3 см/с), а максимальные (до 10 см/с) – осенью.
В северной мелководной части пролива весной наблюдается разнонаправленное поле малых скоростей квазигеострофических течений. Летом на всей акватории Татарского пролива к северу от 48º с.ш. движение вод приобретает явно выраженный циклонический характер и скорости течений увеличиваются вдвое (до 7-9 см/с). Однако максимальные расчетные скорости квазигеострофических течений (до 20 см/с), как и в системе циркуляции вод Охотского моря, здесь наблюдаются осенью. При этом в вершине пролива образуется мощный антициклонический вихрь, на южной периферии которого от поверхности до глубины ~ 20 м формируется поток вод, который продвигается сначала в южном направлении вдоль западного побережья Сахалина, а затем на широте м. Ламанон поворачивает в юго-западном направлении и достигает приморского берега, в результате чего образуется четкая граница между северной и южной частями пролива.

Тенденции изменений

Межгодовые вариации океанологических условий в районе Татарского пролива могут быть очень существенными – аномалии солености в некоторых случаях превышают величину среднеквадратичного отклонения, а температуры воды – даже удвоенного значения [4]. В большинстве случаев наибольшие отклонения от нормы наблюдаются в поверхностном слое, с глубиной величина аномалий и их статистическая значимость убывают. Однако отмечены случаи и обратной зависимости, когда максимальные аномалии наблюдались в более глубоких слоях.
В южной части Татарского пролива аномалии температуры воды как положительные, так и отрицательные, весьма значительны и достаточно часто превышают 2°С, а в некоторых случаях даже 3°С. Отклонения солености от нормы также достаточно велики и достигают 0.3-0.4 епс.
Межгодовая изменчивость гидрологических условий по-разному проявляется у берегов Сахалина и Приморья. В различные сезоны у побережья Сахалина существует узкий поток вод, ориентированный на юг и отличающийся большими скоростями – Западно-Сахалинское течение.
Интенсивность Цусимского течения от весны к осени убывает, а Западно-Сахалинского течения, наоборот, возрастает. Вероятно, осеннее усиление потока южных румбов у берегов Сахалина обусловлено устойчивыми северо-западными ветрами, характерными здесь для холодного периода года.
Весной и летом наблюдаются две струи Цусимского течения, ориентированные на север, и встречный поток между ними, указывающий на существование здесь циклонического вихря. Осенью, когда Цусимское течение ослабевает, вихревая структура в южных районах западной части сахалинского шельфа не просматривается.
Поскольку температура воды в области Западно-Сахалинского течения в разные сезоны года ниже, чем температура воды мористее от него (особенно на глубинах более 20 м), то можно определить это течение как холодное.

Литература к разделу

1. Пищальник В.М., Архипкин В.С., Юрасов Г.И.. Ермоленко С.С. Сезонные вариации циркуляции вод в прибрежных районах о. Сахалин // Метеорология и гидрология. 2003. № 5. С.87-95.
2. Пищальник В.М., Бобков А.О. Океанографический атлас шельфовой зоны острова Сахалин. Часть 1. - Южно-Сахалинск: Изд-во СахГУ, 2000. - 174 с.
3. Пищальник В.М., Бобков А.О. ОКЕАНОГРАФИЧЕСКИЙ АТЛАС ШЕЛЬФОВОЙ ЗОНЫ ОСТРОВА САХАЛИН. - Часть II. - Южно-Сахалинск: Изд-во СахГУ, 2000. - 105 с.
4. Шевченко Г.В., Частиков В.Н. Сезонные и межгодовые вариации океанологических условий в южной части Татарского пролива // Метеорология и гидрология. 2006. №3. С. 65-78.

Дополнительно (Интернет)

Гидролого-гидрохимический атлас сахалинского шельфа http://www.science.sakhalin.ru/Pub/Pisch/01.html

 

 

 

<<< Back

Для корректной работы с CD-ROM рекомендуется установить Internet Explorer 5.0 или выше
Данный CD-ROM является одиннадцатым томом серии информационных продуктов ТОИ ДВО РАН под общим названием: "Информационные ресурсы ТОИ. Океанография".
Copyright © by V.I. Ilichev Pacific Oceanological Institute