CC BY
10
НАУЧНЫЕ СТАТЬИ
Гидрометеорология и экология № 3 2020
УДК 551.463:551.464
A.F. Елтай1,2 PhD А.В. Галаева2
АНАЛИЗ ДАННЫХ АТЛАСА МИРОВОГО ОКЕАНА ПРИМЕНИТЕЛЬНО К КАСПИЙСКОМУ МОРЮ
Ключевые слова: Каспийское море, атлас мирового океана, соленость, гидрохимические показатели, ODV
В статье рассматриваются данные Атласа Мирового океана, приводятся результаты сравнительного анализа данных солености воды Каспийского моря для двух выбранных точек, а также содержания в ней растворенных неорганических питательных веществ (фосфаты, нитраты, кремний) и кислорода. Данные атласа Мирового океана можно использовать в научных исследовательских целях для проведения анализа физических и гидрохимических показателей воды в различные годы.
Введение. На гидрохимические показатели моря влияют внешние и внутренние гидрометеорологические факторы, такие как изменение уровня моря, скорость и направление ветра, волнение, температура воды.
Для акватории казахстанского сектора Каспийского моря скорости ветра уменьшаются от весны к лету, затем повышаются к осени и в холодный период года достигают максимума [3, 4]. За последние 10 лет в северо-восточной части моря количество нагонов уменьшилось, а сгонов увеличилось [5]. Максимальная высота волны, зарегистрированная в декабре 1985 г. в районе порта Актау, достигала 4,5 м. Ветровые волны более 1 м в районе среднего Каспия наблюдаются в каждом месяце, а сильное волнение характерно для холодного периода года [9].
Материалы и методы. В работе использовались данные атласа мирового океана (World Ocean Atlas), созданного в Национальном центре океанографических данных (США) за 2018 г. [2]. Это наборы океанических данных, в которых представлены различные параметры и свойства мирового океана и крупных морей. Впервые он был создан в 1994 г., с по-
1 КазНУ им. аль-Фараби, г. Алматы, Казахстан
2 РГП «Казгидромет» НИЦ, г. Алматы, Казахстан 44
следующими его изменениями в 1998, 2001, 2005, 2009 и 2013, 2018 гг. Пространственное разрешение данных представлено в трех видах сетки 5о, 1о и 0,25о. Поля четверти градуса представляют Земной шар в виде квадратов долготы/широты 1440 x 720 четверть градуса. Поля с одним градусом представляют мир в виде квадратов долготы/широты 360 x 180 с одним градусом. Поля с пятью градусами делят мир на квадраты 72 x 36 долготы / широты с пятью градусами. Анализировать данные можно за различные периоды времени и определять средние многолетние, сезонные и месячные значения [7].
Наборы данных доступны в различных форматах, таких как Network Common Data Format (NetCDF), comma-separated value (csv), ArcGIS-compatible shapefiles, ASCII, ODV и др. для различных статистических полей. Данные включают в себя информацию о температуре воды (0C), солености (%о), растворенном в воде кислороде и его изменении (мкмоль/кг), фосфатах (мкмоль/кг), кремниевой кислоте (мкмоль/кг) и нитратах (мкмоль/кг) (рис. 1).
Рис. 1. Данные о гидрохимических параметрах Каспийского моря за июнь в среднем многолетнем разрезе [1 ].
45
Атлас мирового океана состоит из описания процедур анализа данных и горизонтальных карт полей распределения солености, растворенных веществ, кислорода на выбранных стандартных уровнях глубины Мирового океана, на сетке широты-долготы в один градус и четверть градуса. Карты предназначены для иллюстрации крупномасштабных характеристик распределения гидрохимических параметров океана. Поля, используемые для создания этих карт были составлены на основе объективного анализа всех научно-проверенных исторических данных о солености в базе данных Мирового океана за 2018 г. Важным источником данных являются морские термосалинографы, установленые на морских судах, которые измеряют температуру поверхности воды и соленость.
Для анализа и визуализации данных использовалось программа ODV (Ocean Data View), разработанная в институте полярных и морских исследований имени Альфреда Вегенера (Германия) [2].
Ocean Data View (ODV) - это программный пакет для анализа и визуализации наборов океанографических и метеорологических данных, находящийся в свободном доступе [8].
Формат ввода - основные таблицы данных в стиле электронных таблиц. Пользователи могут настраивать свои конфигурации, используя батиметрию высокого разрешения, береговые линии и другие справочные материалы. Файлы данных и конфигурации не зависят от платформы и могут обмениваться между различными системами.
В данной работе для примера были выбраны две точки (1 -51.5 в.д., 46.5 с.ш.; 2 - 50.5 в.д., 43.5 с.ш.) в северной и средней частях моря (рис. 2), в которых анализировались стандартные значения гидрохимических параметров Каспийского моря.
Статистическое среднее - это среднее значение всех интерполированных по глубине данных, прошедших проверку качества на каждом стандартном уровне глубины для каждой переменной в каждом квадрате с точностью до четверти, одного или пяти градусов, которые содержат по крайней мере одно измерение для данной океанографической переменной [7].
Периоды, за которые представлены данные в атласе разделены на десятилетия: 1955...1964, 1965...1974, 1975...1984, 1985...1994, 1995...2004, 2005...2017, 1981...2010 гг.
46
Рис. 2. Точки, выбранные для анализа данных.
Сравнительный анализ гидрохимических показателей.
Значения солености в среднемноголетнем периоде для точки 1 колеблется в пределах от 7,51 %о до 4,79 %о. Для точки 2 максимальная соленость была равна 13,08 %о, а минимальное значение 12,32 %о (рис. 3).
Соленость, %о
15
13 11
9 7 5 3
л
л
8 ©
н ]р
1) &
<
н л л
с л л
ю ю
(-Н я я
Э н н
< к и
е О о
л л
ю «
£
л л
ю й
53
Месяц
1
2
Рис. 3. График хода солености в точке 1 (Северный Каспий) и в точке 2 (Средний Каспий) по месяцам за многолетний период.
Максимальные значения солености в обеих точках наблюдались в апреле, а минимальные - в январе и июне соответственно. На рис. 3 видно, что соленость в северной части
47
моря ниже чем в средней, что связано с поступлением речных вод (рр. Жайык (Урал), Волга и др.).
Еще одним параметром, определяющим состояние вод Каспийского моря, является содержание кислорода в водной толще. Концентрация кислорода в воде не должна быть меньше 6 мг/л. Растворенный кислород для двух точек имеет синхронный ход во внуригодовом разрезе. В теплый период года (апрель-сентябрь) в северном Каспии значения растворенного кислорода в среднем меньше на 6,15 мг/л (рис. 4). Содержание кислорода понижается летом и увеличивается осенью и зимой.
Растворенный кислород, мкмоль/кг
50
45
40
35
30
25
20
-а &
« И
а «
<и ©
Л
Л
Ч
н о
ЕТ
Л Л Л
а а а
ю ю ю
я я я
н н о
я е о и О К
-а
&
$ &
Месяц
Рис. 4. График хода растворенного кислорода в точке 1 (Северный Каспий) и в точке 2 (Средний Каспий) по месяцам за многолетний
период.
В атласе также представлены данные по растворенным неорганическим питательным веществам (фосфаты, нитраты, кремний) (табл.) [6].
1
2
48
Таблица
Значения гидрохимических показателей для выбранных точек
Месяцы Фосс )аты Нитраты Кремний
1 2 1 2 1 2
Январь 0,077 0,096 0,016 0,019 1,095 1,299
Февраль 0,011 0,011 0,002 0,000 0,398 0,584
Март 0,004 0,005 0,015 0,036 0,023 0,358
Апрель 0,018 0,011 0,001 0,000 0,767 0,477
Май 0,024 0,008 0,031 0,026 0,808 0,303
Июнь 0,018 0,005 0,019 0,000 1,032 0,065
Июль 0,010 0,020 0,005 0,033 0,141 0,000
Август 0,007 0,011 0,003 0,039 0,593 0,500
Сентябрь 0,007 0,012 0,001 0,022 0,881 0,653
Октябрь 0,002 0,006 0,001 8,000 0,077 0,346
Ноябрь 0,004 0,014 0,011 0,003 0,474 0,827
Декабрь 0,014 0,012 0,007 0,008 0,246 0,679
среднее 0,016 0,018 0,009 0,682 0,544 0,507
максимальное 0,077 0,096 0,031 8,000 1,095 1,299
минимальное 0,002 0,005 0,001 0,000 0,023 0,000
Атлас мирового океана очень удобный масштабный проект, с помощью которого можно находить разнообразные данные в нужной точке, проводить сравнительный анализ, и применять их для научных исследований.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Атлас мирового океана [Электронный ресурс]. - 2018. - URL: https://www.nodc.noaa.gov/OC5/SELECT/woaselect/woaselect.html (дата обращения: 20.08.2020).
2. Атлас мирового океана [Электронный ресурс]. - 2018. - URL: https://odv.awi.de/data/ocean/world-ocean-atlas-2018/ (дата обращения: 20.08.2020).
3. Елтай АР. Особенности ветрового режима в казахстанской части Каспийского моря // Гидрометеорология и экология. - 2019. - №1 (92). - С.63-72.
49
4. Ивкина Н.И. Ветровые условия в северной и средней частях Каспийского моря // Гидрометеорология и экология. - 2011. - №4. -С. 27-38.
5. Ивкина Н.И., Васенина Е.И., Елтай A.F. Сгонно-нагонные явления в северо-восточной части Каспийского моря в современных условиях // Гидрометеорология и экология. - 2019. - №2 (93). - С. 77-85.
6. Garcia H.E., Weathers K.W., Paver C.R., Smolyar I., Boyer T.P., Locamini R.A., Zweng M.M., Mishonov A.V., Baranova O.K., Seidov D., and Reagan J.R. World Ocean Atlas 2018. Vol. 4: Dissolved Inorganic Nutrients (phosphate, nitrate and nitrate+nitrite, silicate). / Mishonov A. Technical Editor, NOAA Atlas NESDIS 84. - 2019. - 35 p.
7. Garcia H.E., Boyer T.P., Baranova O.K., Locarnini R.A., Mishonov A.V., Grodsky A., Paver C.R., Weathers K.W., Smolyar I.V., Reagan J.R., Seidov D., Zweng M.M. World Ocean Atlas 2018: Product Documentation. / A. Mishonov, Technical Editor. - 2019. - 20 p.
8. Reiner Schlitzer, Interactive analysis and visualization of geoscience data with Ocean Data View // Computers & Geosciences. - Volume 28. - Issue 10. - December 2002. - Pp. 1211-1218.
9. Yeltay A., Ivkina N, Bjorn Klove. Influence of wind on wave heights in the Kazakh Caspian Sea // Central Asian Journal of Water Research. - 2019. -5(1). - Pp. 58-70. Doi: 10.29258/CAJWR/2019-R1.v5-1/58-70.eng
Поступила 24.08.2020
A.F. Елтай PhD А.В. Галаева
КАСПИЙ ТЕЩЗШЕ ЦАТЫСТЫ ДYНИЕЖYЗIЛIК М¥ХИТ АТЛАСЫНЬЩ ДЕРЕКТЕР1Н ТАЛДАУ
Тушн свздер: Каспий тещз^ дYниежYзiлiк м^хит атласы, туздыльщ, гидрохимияльщ керсетюштер, ODV
Мацалада дYниежYзiлiк мухит атласыныц деректер1 царастырылады, тацдалган ею HYKme ушт Каспий me^i3i суыныц туздылыгын, сондай-ац ондагы ерттген бейорганикалыц цоректт заттардыц (фосфаттар, нитраттар, кремний) жэне оттегтщ цурамын салыстырмалы талдау нэтижелерi келтiрiледi. ДYниежYзiлiк мухит атласыныц деректерт эртYрлi жылдардагы ситуацияга талдау жасау ушт гылыми зерттеу мацсатында пайдалануга болады.
50
A.G. Yeltay, A.V. Galayeva
ANALYSIS OF THE WORLD OCEAN ATLAS DATA IN RELATION TO THE CASPIAN SEA
Key words: Caspian sea, world ocean atlas, salinity, hydrochemical indicators, ODV
The article considers the data from world ocean atlas, presents the results of a comparative analysis of the salinity data of the Caspian sea water for two selected points, as well as the content of dissolved inorganic nutrients (phosphates, nitrates, silicon) and oxygen. The data of the World Ocean Atlas can be used for scientific research purposes to analyze the physical and hydrochemical parameters of water in different years.
51
