Сезонная изменчивость физических полей в районе Берингова моря

Берингово море, самое большое из окраинных морей России, расположено между Евразийским и Североамериканским материками и двумя океанами. От Тихого океана море отделяется Алеутскими и Командорскими островами (в проливах глубины достигают 1000 и более метров, в Камчатском проливе более 4000 м), а с Чукотским морем связано мелководным Беринговым проливом (наибольшая глубина около 50 м, ширина в узкой части 85 км, площадь сечения около 3 км. Характерной морфометрической особенностью Берингова моря является обширный шельф, на долю которого приходится более 40 % его площади. Материковая отмель с преобладающими глубинами менее 100м занимает всю его северо-восточную часть. Также около 40 % площади моря занимают Алеутская и Командорская котловины с глубинами более 3,5 км.

Условия погоды над Беринговым морем находятся в непосредственной зависимости от характера синоптических процессов: интенсивности циклонов и антициклонов, траекторий их перемещения, расположения ложбин и гребней и т.д. Частое чередование различных барических образований вызывает в районе исследования резкую смену метеорологических характеристик (температуры, осадков, направления и силы ветра и т. д.), а продолжительное повторение одной и той же ситуации, напротив, может существенно повлиять на формирование здесь стабильной климатической обстановки. Анализ среднедекадных карт приземного давления за 1984~-1998 г.г. показал, что условия погоды на Беринговом море (главным образом, направление ветра) определяются шестью типами синоптических процессов, из которых два типа (I и II) формируются преимущественно в теплые месяцы, III тип - осенью, а IV, V и VI типы - в холодный период. В течение года выделенные типы синоптических ситуаций наблюдаются неравномерно (С.Ю. Глебова, 2001):

На основе всех имеющихся данных по Берингову морю проведено исследование сезонной изменчивости толщины верхнего однородного слоя, которая определялась по вертикальным профилям температуры воды. Глубина ВПС определялась по вертикальным профилям температуры, как первый горизонт, на котором температура меньше или равна 0.5 градусов (при температуре более 8 градусов С) и 0.2 градусов (при температуре менее 8 градусов С) по отношению к поверхности воды. Глубина однородного слоя считалась по всем имеющимся данным и осреднялась для 1/4-градусных квадратов по месяцам, дополнительно проводился визуальный контроль полученных значений, особенно в зимние месяцы.

Важной задачей океанологических исследований является изучение пространственно-временной изменчивости физических полей в режиме мониторинга заданных морских и океанических регионов. В последние годы, в силу разных причин, океанический мониторинг слабо обеспечен прямыми измерениями, которых недостаточно для контроля и прогноза характеристик состояния морской среды. Решение этих задач возможно на базе имеющейся системной модели комплексного мониторинга физических полей, основанной на работах В.Б. Штокмана, А.И. Фельзенбаума, А.С. Васильева. Она позволяет комплексно использовать всю имеющуюся информацию. Модель основана на принципах автомодельности второго рода и учитывает пространственное распределение плотности воды, атмосферное воздействие, рельеф дна, очертания береговой линии и водообмен через проливы. В качестве функции, обладающей естественной автомодельностью (подобие вертикального распределения), используется изменение плотности морской воды по глубине.

Модель состоит из нескольких функциональных блоков: первый блок пpедназначен для pасчета полей ветpа и его тангенциального напpяжения, коэффициента обмена количеством движения на повеpхности моpя, глубины поверхностного одноpодного слоя моpя, веpтикальной составляющей скоpости течения на глубине одноpодного слоя моpя, теплосодеpжания одноpодного слоя и теплопеpеноса в нем, вектоpно-скаляных хаpактеpистик полей (завихpенность, якобиан, опеpатоp Лапласа, гpадиенты). Здесь синтезиpуется инфоpмация по теpмогидpодинамическим хаpактеpистикам повеpхностного одноpодного слоя. Второй блок пpедназначен для pасчета изменчивости основных физических полей моpского или океанического pегиона по веpтикальной кооpдинате в узлах pасчетной сетки и подготовки интегpальной инфоpмации внутpи и на гpанице области для pасчета интегpальной функции тока. Здесь рассчитываются поля зональных и меpидиональных составляющих скоpости по глубине и функции тока по отдельным составляющим. Пpоизводятся вычисления: функции тока в одноpодном слое моpя, функции тока до глубины 200 м и интегpальной функция тока (от повеpхности до дна).

Входной информацией для расчетов интегральной циркуляции вод в Беринговом море послужили: реальные поля атмосферного давления, соответствующие тому типу атмосферных процессов, который являлся преобладающим для каждого месяца по Глебовой, всего были использованы пять типов атмосферной циркуляции; все имевшиеся данные наблюдений над температурой и соленостью на поверхности моря по каждому месяцу; для каждого месяца функция стратификации в характерной точке моря (вертикальный профиль плотности на глубокой станции).

Для расчетов использовались сетка с шагом 10 минут по широте и 15 минут по долготе, стандартные горизонты по вертикали. Скорости течения определялись по явным формулам после решения задачи относительно функции тока. Характеристики динамического воздействия атмосферы на поверхность моря рассчитывались на основе полуэмпирических соотношений. Расходы в проливах не задавались. Реализация модели осуществлялась с помощью метода минимальных невязок.



Условная плотность

Месяц Поле давления и ветра Однородный слой Температура, соленость, интегральная циркуляция
Январь
Февраль
Март
Апрель
Май
Июнь
Июль
Август
Сентябрь
Октябрь
Ноябрь
Декабрь