Сезонная изменчивость физических полей в районе Охотского моря

Охотское море расположено в северо-западной части Тихого океана и по своему географическому положению относится к типу окраинных морей. Оно омывает берега Азии на севере и отделено от Тихого океана полуостровом Камчатка и Курильскими островами, а от Японского моря островами Сахалин и Хоккайдо. Из дальневосточных морей Охотское море наиболее глубоко вдается в материк, и в его режиме сильнее проявляется континентальность. Согласно последним измерениям площадь зеркала Охотского моря с островами составляет 1616,7 тыс. км2. С юго-запада на северо-восток оно простирается на 2463 км, а с юго-востока на северо-запад на 1482 км. Длина береговой линии моря составляет 10460 км. Более 41% площади моря занято шельфом с глубинами менее 200 м. И только 10% площади занимает Курильская впадина с глубинами более 2000 м. Условия водообмена Охотского моря с Тихим океаном определяются размерами и глубиной проливов между Курильскими островами. В гряде Курильских островов более 30 проливов с суммарной шириной 500 км, из которых наиболее широкие и глубокие проливы Буссоль и Крузенштерна. Глубина первого - 2318 м, второго - 1920 м. В двух других крупных проливах Фриза и Четвертом Курильском глубины около 900 и 600 м соответственно. Из общей площади сечения, на первый пролив приходится 43,3%, на второй - 24,4%, на третий - 9,2%, на четвертый - 8,1%. С Японским Охотское море соединяется мелководными проливами Лаперуза и Невельского, ширина которых 44 и 7 км, а глубины менее 75 и 14 м соответственно.

Достаточно противоречивые сведения имеются о водообмене Охотского моря с Тихим океаном через Курильские проливы, что связано с недостаточным количеством непосредственных измерений течений в проливах. Определенно можно сказать, что движение вод в проливах двухстороннее и реверсивное (меняющее направление на противоположное, в зависимости от фазы прилива). Также можно выделить проливы по преобладанию в них поступления или выноса вод из моря. В северных проливах, особенно в Четвертом Курильском, преобладает поступление тихоокеанской воды, в том числе глубинной. В средней части гряды, включая пролив Буссоль, имеет место двусторонняя схема переноса воды от поверхности до дна. В южных проливах преобладает вынос вод из Охотского моря. Количественно объем вод поступающих в море и из него в океан существенно изменяются в разные сезоны года, а так же от года к году и зависят от изменчивости атмосферных процессов в данном регионе. Исследования течений Охотского моря начаты достаточно давно. Большинство известных схем циркуляции вод моря получены или динамическим методом (Леонов, Морошкин, 1964. 1966) по ограниченному массиву исходных данных, или в результате диагностических расчетов (Лучин, 1998) (рис. 7) по всем океанографическим данным, имеющимся для Охотского моря. Кроме того, были проведены численные расчеты течений с использованием модельного распределения плотности морской воды по глубине (Козлов,1972), а также в рамках баротропных моделей (Secine, 1990). По данным метеорологических наблюдений, а также данным океанографической съемки и непосредственных измерений скоростей течений на НИС "Академик А. Несмеянов" в сентябре 1993 г. выполнены численные эксперименты по исследованию синоптической изменчивости течений Охотского моря (Васильев, Храпченков, 1994). Сезонная изменчивость течений исследовалась, как с использованием диагностической модели (Лучин, 1998, для теплого периода года), так и посредством численного моделирования (модель ВЦ СОАН с учетом стратификации, Мартынов и др.,1995, мониторинговая модель, Васильев, Храпченков, 1995). Условия погоды над Охотским 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 Охотским море (главным образом, направление ветра) определяются семью типами синоптических процессов, из которых два типа (I и II) формируются преимущественно в теплые месяцы, III и VII типы - 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 Охотскому 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. 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 Охотском море послужили: реальные поля атмосферного давления, соответствующие тому типу атмосферных процессов, который являлся преобладающим для каждого месяца по Глебовой, всего были использованы четыре типа 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 сетка с переменным шагом от 5 до 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 задавались по известным оценкам. 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