Научная статья на тему 'Десятилетняя изменчивость температуры и солености в Черном море'

Десятилетняя изменчивость температуры и солености в Черном море Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
787
118
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЧЕРНОЕ МОРЕ / BLACK SEA / ТЕМПЕРАТУРА / TEMPERATURE / СОЛЕНОСТЬ / SALINITY / ДЕСЯТИЛЕТНЯЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ / DECADAL VARIABILITY

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Полонский А. Б., Шокурова И. Г., Белокопытов В. Н.

По данным контактных и спутниковых измерений с середины прошлого столетия по настоящее время построены осредненные за десятилетние периоды поля температуры и солености на стандартных горизонтах в Черном море в слое 0 500 м и описаны характеристики их пространственно-временной изменчивости. В верхнем слое моря 0 50 м междесятилетняя изменчивость температуры представлена низкочастотными колебаниями, размах которых на поверхности моря достигает 1°С в зимние месяцы и 2°С в летние. Эти колебания синфазны с колебаниями температуры воздуха, период которых составляет 60 70 лет. В изменчивости солености в верхнем слое присутствует отрицательный тренд, составляющий 0,04‰/10 лет, на фоне которого выделяются колебания с периодом 20 30 лет и размахом до 0,2‰. В области пикноклина и температура и соленость растут со скоростью до 0,02°С/10 лет и 0,05‰/10 лет соответственно.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Полонский А. Б., Шокурова И. Г., Белокопытов В. Н.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Decadal temperature and salinity fields at standard levels (0 500 m layer) in the Black Sea are constructed using in-situ data and satellite measurements obtained from the 50ies (XX century) up to now. The characteristics of their spatial and temporal variability are described. In the upper sea layer (0 50 m) the decadal temperature variability is characterized by low-frequency quasi-periodic oscillations whose amplitudes on the sea surface reach 1°C in winter and 2°C in summer. These oscillations are synphased with air temperature oscillations whose period is 60 70 years. Variability of salinity in the upper layer shows a negative trend (-0.04‰/10 yr) against whose background the oscillations with a period 20 30 years and an amplitude 0.2‰ are distinguished. In the pycnocline both temperature and salinity grow with a rate up to 0.02°C/10 yr and 0.05‰/10 yr, respectively.

Текст научной работы на тему «Десятилетняя изменчивость температуры и солености в Черном море»

УДК 551.465 (262.5)

А.Б. Полонский, И.Г. Шокурова, В.Н. Белокопытов

Десятилетняя изменчивость температуры и солености в Черном море

По данным контактных и спутниковых измерений с середины прошлого столетия по настоящее время построены осредненные за десятилетние периоды поля температуры и солености на стандартных горизонтах в Черном море в слое 0 - 500 м и описаны характеристики их пространственно-временной изменчивости. В верхнем слое моря 0 - 50 м междесятилетняя изменчивость температуры представлена низкочастотными колебаниями, размах которых на поверхности моря достигает 1°С в зимние месяцы и 2°С - в летние. Эти колебания синфазны с колебаниями температуры воздуха, период которых составляет 60 - 70 лет. В изменчивости солености в верхнем слое присутствует отрицательный тренд, составляющий -0,04%о/10 лет, на фоне которого выделяются колебания с периодом 20 - 30 лет и размахом до 0,2%о. В области пикноклина и температура и соленость растут со скоростью до 0,02°С/10 лет и 0,05%о/10 лет соответственно.

Ключевые слова: Черное море, температура, соленость, десятилетняя изменчивость.

Введение

Долговременная изменчивость полей температуры и солености в Черном море служит надежным индикатором региональных изменений климата. Представления о ней складывались по мере накопления данных и увеличения продолжительности рядов наблюдений. Первые исследования межгодовой изменчивости температуры и солености в Черном море появились в 1980 -1990-е гг., когда длина ряда квазирегулярных измерений, начавшихся в 1950-е гг., составила более 25 лет. В этот период были выявлены такие изменения в термохалинной структуре вод, как увеличение температуры и солености в пикноклине и подъем его верхней границы [1 - 4]. В исследованиях следующих лет на основе анализа более продолжительных рядов данных измерений отмечалось наличие отрицательного тренда в изменчивости температуры и солености в поверхностном слое моря и сохранение положительного тренда в пикноклине [5 - 9]. По результатам обработки данных спутниковых измерений, начавшихся с конца 1970-х гг., в изменчивости температуры поверхности моря (ТПМ) была отмечена смена знака тренда с отрицательного на положительный, произошедшая в начале 1990-х гг. [10, 11].

Большая часть современных исследований многолетних изменений тер-мохалинных характеристик в Черном море посвящена их изменчивости в отдельных слоях - в холодном промежуточном слое (ХПС) [5, 12], в пикноклине [9, 13] и на поверхности моря [10, 11]. В ряде работ представлена общая характеристика долговременной изменчивости температуры и солености как в верхнем слое моря, так и в пикноклине [6 - 8, 14]. Несмотря на большое число исследований, посвященных данной проблеме, основное внимание в них, как правило, уделяется выявлению и анализу трендов в многолетней изменчивости термохалинных характеристик, в то время как изменения их пространственного распределения остаются неизученными.

© А.Б. Полонский, И.Г. Шокурова, В.Н. Белокопытов, 2013

ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2013, № 6

27

Целью настоящей работы является изучение долговременной изменчивости температуры и солености во всем верхнем 500-метровом слое Черного моря в период с середины прошлого столетия по настоящее время. Исследование выполняется на основе восстановления десятилетних полей температуры и солености на регулярной сетке методом оптимальной интерполяции по данным контактных и спутниковых измерений. Наряду с количественной оценкой изменений температуры и солености, проводится анализ изменений пространственной структуры термохалинных полей.

Данные и методика их обработки

В работе использовались следующие данные контактных и дистанционных измерений в Черном море:

- данные судовых измерений температуры и солености с 1951 по 2008 гг. и измерений температуры дрифтерами с 2001 г. из банка океанографических данных МГИ НАН Украины [15, 16];

- данные измерений температуры и солености глубоководными буями-профилемерами на горизонтах от 4 до 1500 м (565 профилей за 2005 -2008 гг.) [17];

- среднемесячные данные по ночным спутниковым измерениям ТПМ на сетке 4 х 4 км за 1985 - 2007 гг. [18].

Для Черного моря наиболее длительный период наблюдений температуры и солености представлен данными судовых измерений. При этом наибольшее число измерений выполнено в промежутке между началом 1950-х и серединой 1990-х гг. Как правило, данные судовых измерений характеризуются неравномерным распределением по времени, глубине и акватории моря. Летние месяцы лучше обеспечены данными, чем зимние. Количество измерений убывает с глубиной (табл. 1). С середины 1990-х гг. количество судовых измерений уменьшилось, и в настоящее время основной вклад в общий массив данных вносят спутниковые измерения ТПМ, измерения температуры дрифтерами, а также измерения температуры и солености глубоководными буями-профилемерами. Наиболее представительным и регулярным источником данных являются спутниковые измерения ТПМ. В последние два десятилетия существует недостаток данных по солености на поверхности моря, связанный не только с уменьшением числа судовых измерений, но и с тем, что измерения современными С7Ю-зондами в основном начинаются не с поверхности моря, а с горизонтов 1 - 2 м, а буями-профилемерами - с горизонтов 4 - 5 м.

Построение гидрологических полей проводилось на основе данных, сгруппированных за десятилетние периоды времени с пятилетним сдвигом: 1951 - 1960, 1956 - 1965, 1961 - 1970 гг. и так далее. Объединение данных за десятилетия обеспечивало достаточно равномерное распределение их по пространству на большинстве горизонтов, что необходимо для выполнения горизонтальной интерполяции и дальнейшего анализа изменчивости средних по акватории значений. Для слоя 0 - 150 м вычисления выполнялись для каждого горизонта с интервалом 10 м, а также для горизонта 75 м. На глубинах от 200 до 500 м интервал между горизонтами составлял 100 м.

28

ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2013, № 6

Т а б л и ц а 1

Количество контактных измерений температуры (солености) судовыми приборами, глубоководными буями-профилемерами и измерений температуры дрифтерами ** на стандартных горизонтах 0, 100 и 500 м за 1951 - 2008 гг.

Горизонт, месяцы 1951 -1960 1961 -1970 1971 -1980 1981 -1990 1991 -2000 2001 -2008

0 м февраль -март 913 (768) 2 141 (1780) 3 545 (3316) 3 977 (3951) 1 244 (1173) 10028**

0 м июль -август 1 646 (1478) 3 765 (3520) 5 767 (5175) 8 990 (8816) 2 131 (1877) 103+17748** (53)

100 м январь -декабрь 3 110 (2660) 4 854 (4187) 6 296 (5178) 11 877 (11445) 5 121 (5382) 235+565* (221+565*)

500 м январь -декабрь 219 (173) 1 197 (1093) 2 887 (2781) 5 291 (5390) 2 999 (3079) 52+565* (23+565*)

Тенденции долговременной изменчивости температуры и солености изучались для слоев моря 0 - 50 м, ХПС и 50 - 500 м. Для верхнего слоя моря 0 -50 м и ХПС, где сезонные изменения превышают межгодовые, анализ десятилетней изменчивости термохалинных характеристик выполнялся для двух сезонов - зимнего (февраль - март) и летнего (июль - август). Для периода 1951 - 1995 гг. все десятилетние поля рассчитывались по данным судовых измерений. Поля ТПМ восстанавливались отдельно по данным спутниковых и контактных измерений. Для периода 2001 - 2008 гг. при построении полей ТПМ по данным контактных измерений наряду с судовыми использовались данные дрифтеров, а для слоя 10 - 50 м — данные глубоководных буев-профилемеров (табл. 1). Из-за недостатка данных или их неравномерного распределения по акватории в этом слое моря не были рассчитаны зимние поля температуры и солености для 1991 - 2008 гг., летние поля солености для 1996 - 2008 гг. и летние поля температуры для 1996 - 2005 гг.

Для слоя 50 - 500 м, где влияние сезонного хода ослабевает, расчеты проводились без разделения на сезоны. Это увеличило количество интерполируемых данных (табл. 1) и позволило построить поля температуры и солености для всех десятилетних периодов.

Для построения горизонтальных полей температуры и солености использовался метод оптимальной интерполяции [19, 20]. Поля восстанавливались в узлах регулярной сетки с шагом 5' по широте и 8,57' по долготе (5 х 5 миль). Полученные поля дополнительно сглаживались с целью устранения пространственных неоднородностей, обусловленных мезомасштабными процессами, высокочастотными шумами и случайными погрешностями измерений.

Количественные оценки междесятилетних изменений температуры и солености на отдельных горизонтах выполнялись на основе сравнения их средних за десятилетия значений, вычисленных по полученным на регулярной

ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2013, № 6

29

сетке полям. Доверительные интервалы для средних на каждом горизонте значений температуры и солености рассчитывались на основе дисперсии, ос-редненной по всем узлам сетки. Дисперсия в каждом отдельном узле вычислялась как отклонение исходных данных по температуре или солености в окрестности узла от среднего значения в этом узле, в качестве которого принималось значение, рассчитанное в результате оптимальной интерполяции.

Результаты и их обсуждение

Десятилетняя изменчивость температуры в поверхностном слое моря и ХПС. Десятилетняя изменчивость температуры в поверхностных водах моря имеет квазипериодический характер. Но для зимы и лета колебания различаются по амплитудно-фазовым характеристикам (рис. 1, а, б). На поверхности моря температура в зимний период увеличивалась к 1960-м гг., затем отмечалось ее уменьшение на 1°С к началу 1990-х гг. и последующее увеличение, составляющее более 1°С (рис. 1, а). В летние месяцы ТПМ уменьшилась с 1950-х гг. к началу 1980-х гг. на 1,3°С. Ее увеличение в последующие годы составило 2°С (рис. 1, б). Разница между значениями температуры по спутниковым данным и данным контактных измерений в среднем для всех десятилетий не превышает 0,3°С. Эта величина соответствует расхождениям в значениях, полученным при сравнении данных контактных и спутниковых измерений для Черного моря в работах [21, 22].

Отметим, что подобный характер долговременной изменчивости температуры поверхностных вод, с максимальными значениями температуры в 1960-е гг. и минимальными в 1980-е - начале 1990-х гг., наблюдается и для температуры в восточной части Средиземного моря [23].

Т, °С

8 7.6 7.2 6.8 5.6-| 6.4

4.8-

Т, °С

7.2 6.4

01Л01Л01Л01Л01ЛМ Ю^ОЫ^ООООФФООО

11111111111

25 24 2322 21

26 25 24 23 22

7.2 6.4

01Л01П01Л01Л01ЛМ ЮЮС— С— ООХ^^ООО

11111111111

Р и с. 1. Десятилетняя изменчивость средних значений ТПМ (°С) по данным контактных измерений (сплошная линия) и спутниковых измерений (штриховая) (а, б), температуры воздуха в Севастополе (о) и Ялте (□) (в, г), средних значений температуры на горизонте 50 м (д, е) в феврале - марте (а, в, д) и июле - августе (б, г, е)

4

8

8

30

ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2013, № 6

При оценке величины периода колебаний температуры поверхности Черного моря можно учесть, что на десятилетних временных масштабах эти колебания совпадают по фазе с колебаниями температуры воздуха на береговых станциях в Севастополе и Ялте (рис. 1, в, г), по которой накоплены более продолжительные ряды наблюдений, чем по ТПМ. Станции расположены на юге Крымского п-ова и поэтому в наибольшей степени отражают температуру воздуха над акваторией моря. Таким образом, можно обоснованно предположить, что оценки периода колебаний для температуры воздуха в Черноморском регионе, полученные по вековым рядам данных и составляющие 60 - 70 лет [24], могут быть отнесены и к периоду колебаний ТПМ.

Рис. 2. Десятилетние поля зимней температуры поверхности моря (°С), построенные по данным судовых измерений (а, б, в, г) и спутниковым данным (д, е) (области с температурой ниже 7,5°С затемнены)

На рис. 2 и 3 представлены десятилетние поля ТПМ для зимнего и летнего сезонов. Отметим, что карты для двух последних десятилетий построены по данным спутниковых измерений. Крупномасштабная пространственная структура поля ТПМ в зимний период характеризуется увеличением температуры с севера на юг в области северо-западного шельфа (с высокими горизонтальными градиентами температуры) и с запада на восток в глубоководной акватории (рис. 2). Такое распределение температуры в основных чертах отмечается во все десятилетние периоды. Междесятилетняя изменчивость главным образом проявляется в количественных изменениях самой темпера-ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2013, № 6 31

туры. Так, например, температура в восточной части моря и вдоль кромки северо-западного шельфа изменяется соответственно с 8,5 и 6,5°С в 1960-е гг. (рис. 2, б) до 7,5 и 5,5°С в 1980-е гг. (рис. 2, г), т. е. уменьшается на 1°С. В начале настоящего столетия эти значения приблизились к наблюдавшимся в 1960-е гг. (рис. 2, б, е). Перенос Основным Черноморским течением более теплых вод с востока, хорошо заметный вдоль берегов Крыма в 1980-е и 1990-е гг. (рис. 2, г, д), демонстрирует зависимость пространственного распределения температуры от структуры крупномасштабной циклонической циркуляции вод.

Р и с. 3. Десятилетние поля летней температуры поверхности моря (°С), построенные по данным судовых измерений (а ,б, в, г) и спутниковым данным (д, е) (области с температурой ниже 24°С затемнены)

Пространственное распределение температуры в летний сезон характеризуется ее увеличением с севера-запада на юго-восток (рис. 3). Такая структура поля сохраняется во все десятилетия. По сравнению с зимним сезоном различия в температуре по акватории небольшие. В 1970-е и 1980-е гг. на большей части моря отмечается ТПМ менее 24°С (рис. 3, в, г). В 1950, 1960 и 1990-е гг. общая площадь поверхности моря с температурой выше и ниже 24°С примерно одинакова (рис. 3, а, б, д). Последнее десятилетие выделяется тем, что не только вся акватория моря имеет температуру выше 24°С, но и присутствуют обширные области в восточной и юго-западной частях моря, температура которых превышает 25°С (рис. 3, е).

32 ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2013, № 6

Изменения температуры на горизонте 50 м (рис. 1, д, е) характеризуют изменчивость в ХПС. Здесь ход десятилетней изменчивости в зимние месяцы аналогичен изменчивости на поверхности (рис. 1, а, д), так как в этот сезон верхний квазиоднородный слой заглубляется до ХПС, воды которого в результате обновляются [4, 12, 25]. Максимальная температура по зимним данным отмечается в 1960-е гг. и в последнее десятилетие, минимальная - в 1980-е гг.

Летняя температура на этом горизонте во все десятилетние периоды не превышает 8°С (рис. 1, е). В это время года холодные воды ХПС «заперты» под сезонным термоклином, максимальные вертикальные градиенты плотности которого располагаются в окрестности горизонта 20 м и составляют в среднем 0,2 кг-м-4 [2, 4, 26]. Максимальное значение температуры летом отмечается в 1960-е гг., минимальное - в 1990-е гг. Разница между максимальными и минимальными значениями температуры на горизонте 50 м для двух рассматриваемых сезонов составляет около 1°С (рис. 1, д, е).

Уменьшение температуры в ХПС в летний сезон в 1980-е и 1990-е гг. объясняется двумя причинами. Во-первых, в эти периоды происходило усиленное обновление ХПС в зимние месяцы, характеризующиеся отрицательными температурными аномалиями. Во-вторых, это сопровождалось повышением теплоизоляции летнего ХПС за счет увеличения плавучести поверхностных вод, связанного с положительным трендом в изменчивости летней ТПМ с начала 1980-х гг. и низкими значениями солености в поверхностном слое [25].

1201—i-1-1-<-1-I-1-■-г

о о IY1 о 1/-> о lo о эо

ЧО чс г- г— ОС оо о о- о о о

о о о о о О о о о

— — — >—1 <—1 1—1 — — Г-) <N сч

,—1 _ VD ,_1 о — ■чО _ чЬ —

1/-1 ю о г— ClO оо о о^ о

er- о 01 о CV о о о

\—1 1—1 •—1 — —1 .— •—1 '— ■—I —' CN

Р и с. 4. Десятилетняя изменчивость температуры (°С) в ХПС по данным за июль - август

На диаграмме временных изменений температуры воды в ХПС по летним данным, приведенной на рис. 4, видно, что изменчивость температуры в этом слое также имеет вид низкочастотных квазипериодических колебаний, проявляющихся в изменении толщины ХПС, положения его верхней и нижней

ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2013, № 6 33

границ и величины температуры в ядре ХПС. В 1950-е гг. температура в ядре ХПС понижалась до 7,4°С. В этот период отмечалось наиболее глубокое положение его нижней границы (около 120 м). В 1960-е гг. наблюдались минимальная толщина ХПС и повышенная для этого слоя температура, которая увеличилась до 7,8 - 8°С. С 1970-х до 1990-х гг. происходило увеличение объема вод ХПС и наблюдался подъем его ядра ближе к поверхности моря (в среднем по морю на 10 м). При этом температура в ядре упала до величин ниже 7°С. В 1990-е гг. отмечалось наиболее высокое положение верхней границы ХПС (40 м). С середины 1990-х гг. температура вод в ХПС возрастала.

Десятилетняя изменчивость солености в поверхностном слое моря 0 — 50 м. В верхнем слое моря 0 - 50 м квазипериодический характер изменчивости отмечается и для солености (рис. 5). Однако период колебаний у солености меньше, чем у температуры, и составляет 20 - 30 лет. Размах колебаний в среднем равен 0,2%о. Характер изменчивости незначительно различается для обоих сезонов и сохраняется в пределах верхнего слоя моря.

На горизонте 20 м (для которого продолжительность ряда данных наблюдений больше, чем для поверхности) локальные по времени максимумы солености для двух сезонов отмечаются в 1966 - 1975 и 1991 - 2000 гг., а минимумы - в 1961 - 1970, 1986 - 1995 и 2001 - 2008 гг. (рис. 5). На фоне квазипериодических колебаний выделяется отрицательный линейный тренд (особенно хорошо выраженный летом), который составляет в среднем для двух сезонов -0,04%о/10 лет. Наличие этого тренда согласуется с положительным трендом в изменчивости баланса пресных вод в Черном море [27].

8, %о

8, %

18.5 18.4 18.3 18.2 18.1 18 17.9

м

01/^01/^01/^01/^0 ююм^оооо^^о

111111111

нЮнЮнЮнЮн

а

00 о о о о ^ с^

I I

ЧО

С^ О

с^ о

18.4 18.2 18 17.8 17.6 17.4

01/^01/^01/^01/^01/^00 юю^мймтаооо

11111111111

С^С^С^С^С^СЛС^СЛС^С^О

б

Р и с. 5. Десятилетняя изменчивость средних по акватории моря значений солености (%о) на поверхности моря и горизонте 20 м по данным за февраль - март (а) и июль - август (б) (прямые линии - линейные тренды)

На рис. 6 приведены карты распределения солености на поверхности моря для периодов 1966 - 1975 и 1986 - 1995 гг., в которые отмечались ее максимальные и минимальные средние значения (рис. 5). Видно, что пространственная структура поля солености, обусловленная крупномасштабной цикло-

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

34

ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн, 2013, № 6

нической циркуляцией в море, в основном не меняется. Высокие значения солености отмечаются в глубоководной части моря, а низкие - в прибрежной части акватории, особенно вблизи устьев крупных рек. Но величины солености и площадь, ограниченная изогалинами с высокими значениями, претерпевают существенные изменения.

По зимним данным за 1966 - 1975 гг. в восточной части моря значительную область занимают воды с соленостью выше 18,5%о (рис. 6, а). Отметим, что здесь в конце 1960-х и начале 1970-х гг. отмечалось усиление циклонической завихренности напряжения трения ветра [28], что может являться причиной высоких значений солености за счет увеличения вертикальной скорости на нижней границе экмановского слоя и подъема соленых вод к поверхности. В 1986 - 1995 гг. соленость на поверхности не превышает величину 18,5%о (за исключением центра восточного циклонического круговорота) (рис. 6, в).

По летним данным 1966 - 1975 гг. область со значениями солености 18%о и более охватывает всю глубоководную часть моря (рис. 6, б). В 1986 -1995 гг. область, ограниченная изогалиной 18%о значительно уменьшилась, а воды с соленостью меньше 17,5%о распространяются вдоль юго-западного берега до прибосфорского района (рис. 6, г).

Р и с. 6. Распределение солености (%о) на поверхности моря в 1966 - 1975 гг. (а, б) и 1986 -1995 гг. (в, г) по данным за февраль - март (а, в) и июль - август (б, г) (области с соленостью выше 18%о затемнены)

Десятилетняя изменчивость температуры и солености в слое 50 -500 м. В пределах этого слоя на глубинах 50 - 200 м расположен постоянный пикноклин (часто называемый галоклином, так как основной вклад в изменения плотности в этом слое Черного моря вносит соленость). Максимальные вертикальные градиенты плотности в пикноклине находятся на глубинах 75 -100 м и составляют в среднем 0,025 кг-м-4 [2, 4, 26].

В верхнем слое моря и пикноклине наблюдаются противоположные тенденции в изменчивости солености. Если в верхнем слое моря соленость в ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2013, № 6 35

изучаемый период имела тенденцию к уменьшению, то в слое 75 - 500 м она увеличивалась (рис. 7). Смена знака трендов междесятилетней изменчивости солености происходит в верхней части пикноклина между горизонтами 50 и 75 м (рис. 7, табл. 2). Значимые на 95%-ном доверительном уровне положительные тренды получены для слоя 75 - 300 м (табл. 2). Отметим, что эти тренды обусловлены главным образом резким увеличением солености в 1966 - 1975 гг. во всем исследуемом слое 0 - 500 м. Под пикноклином после этого периода не наблюдается существенных ее изменений. Отмечается лишь небольшое увеличение солености к 1981 - 1990 гг. и последующее ее небольшое уменьшение.

50 м

75 м

Т, °С

8п

7.67.2-6.8^ 8п

7.87.6-7.4^

8.2п

100 м

8

7.8 8.72

200 м 8.64 8.56 8.82 300 м 8.8

8.78

8.88 500 м 8.87 8.86

01001001001001000 ю^о^мзооо^^ооо

11111111111

(О^ЧОЧО^^ООООО.О.О СЛСЛСЛСЛСЛСЛСЛСЛСЛСЛО

8, %о

18.72 18.64 18.56 18.48

20.22019.8

21.4 21.221.76 21.68

21.6 22.08

22

21.92-

01001001001001000 ^О^О^^ММФФООО

11111111111

(О^ЧОЧО^^ООООО.О.О СЛСЛСЛСЛСЛСЛСЛСЛСЛСЛО

Р и с. 7. Десятилетняя изменчивость средних температуры (°С) и солености (%о) на горизонтах 50, 75, 100, 200, 300 и 500 м по данным, осредненным за все сезоны (прямые линии - линейные тренды)

В многолетних изменениях температуры в слое 50 - 200 м прослеживается временной сдвиг в наступлении максимума при увеличении глубины.

36

ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2013, № 6

Видно, что на горизонте 50 м максимум температуры отмечается в 1961 -1970 гг. На горизонте 200 м он смещается к 1976 - 1985 гг. (рис. 7).

Уменьшение температуры на горизонте 100 м до значений ниже 8°С в 1950-е гг. и в период с середины 1980-х до середины 1990-х гг. демонстрирует увеличение толщины ХПС в эти десятилетия (рис. 7).

В отличие от солености отклик на изменчивость внешних факторов, действующих на поверхности, в десятилетней изменчивости температуры прослеживается до более глубоких горизонтов. Смена знака тренда с отрицательного (отмечаемого в ХПС) на положительный для температуры происходит с горизонта 100 м, ниже которого отмечается общая тенденция к ее повышению (рис. 7). Значимые на 95%-ном доверительном уровне положительные тренды получены для слоя моря 150 - 500 м. (табл. 2). На горизонте 500 м отмечается, как и у солености, резкое увеличение температуры в 1966 -1975 гг.

Т а б л и ц а 2

Характеристики линейных трендов десятилетней изменчивости температуры и солености в слое 50 - 500 м в период 1951 - 2008 гг.

Горизонт, м Температура, °С Соленость, %о

Среднее Коэффициенты линейных трендов, °C/10 лет Среднее Коэффициенты линейных трендов, %«/10 лет

50 7,399 -0,0970 18,595 -0,0174

75 7,678 -0,0300 19,329 0,0434

100 8,055 0,0182 20,008 0,0611

150 8,462 0,0282 20,863 0,0740

200 8,659 0,0168 21,322 0,0503

300 8,806 0,0069 21,711 0,0256

500 8,877 0,0027 22,014 0,0183

П р и м е ч а н и е. Жирным шрифтом выделены статистически значимые на 95%-ном доверительном уровне коэффициенты линейных трендов.

На рис. 8 приведены карты пространственного распределения температуры и солености для горизонта 200 м в 1961 - 1970, 1981 - 1990 и 2001 -2008 гг. Пространственное распределение температуры и солености на этом горизонте характеризуется более высокими их значениями в центре моря и низкими на периферии, что обусловлено циклоническим характером крупномасштабной циркуляции и куполообразным строением пикноклина. Такая структура полей сохраняется во все десятилетия. В междесятилетних изменениях поля температуры на горизонте 200 м можно отметить следующие особенности. Зона, ограниченная изотермой 8,7°С, в 1960-е гг. занимает неболь-

ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2013, № 6

37

шую область в западной части моря (рис. 8, а). К 1980-м гг. она увеличивается и охватывает всю глубоководную часть, причем появляются области с температурой выше 8,75°С. При этом среднее значение температуры по акватории увеличивается на 0,1°С (рис. 7). В первое десятилетие текущего столетия происходит небольшое уменьшение температуры. Область, ограниченная изотермой 8,7°С, уменьшается, а участки с температурой выше 8,75°С исчезают.

Р и с. 8. Распределение температуры (°С) (а, в, д) и солености (%о) (б, г, е) на горизонте 200 м в 1961 - 1970, 1981 - 1990 и 2001 - 2008 гг. по данным, осредненным за все сезоны (области с температурой выше 8,7°С и соленостью выше 21,4%о затемнены)

Похожие изменения отмечаются на горизонте 200 м и для солености. В 1960-е гг. область с соленостью более 21,3%о, находящаяся в западной части моря, имеет небольшие размеры (рис. 8, б). В 1980-е гг. изогалина 21,4%о охватывает всю глубоководную часть моря, а в западной части соленость повышается до 21,5%о (рис. 8, г). Среднее значение солености по акватории увеличивается на 0,25%о (рис. 7). В начале XXI столетия распределение солености в основном такое же, как и в 1980-е гг. (рис. 8, е).

Соотношение внутригодовой и десятилетней изменчивости. В верхнем слое моря 0 - 50 м доминирующим видом временной изменчивости является сезонный цикл [4, 26]. На поверхности моря размах годового хода температуры (разница между максимальным и минимальным значениями) по

38

ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2013, № 6

многолетним данным в среднем составляет 17°С, что значительно превосходит размах десятилетних колебаний, составляющий в изучаемый период от 1°С зимой до 2°С летом. Размах внутригодового хода солености на поверхности имеет величину около 0,6%о, а десятилетние изменения составляют не более 0,2%о. С глубиной амплитуда сезонного хода уменьшается. Размах десятилетних колебаний температуры и солености начинает превосходить внутригодовой ход с горизонта 75 м. Так, например, на горизонте 120 м для температуры он составляет 0,3°С, что превосходит сезонные изменения в этом слое почти в 3 раза, а для солености составляет 0,4%о, в то время как размах сезонного хода на этом горизонте равен 0,15%о.

Выводы

В результате анализа полей температуры и солености, восстановленных по данным за десятилетние периоды для февраля - марта и июля - августа с середины прошлого столетия по настоящее время в слое 0 - 500 м, получены количественные оценки десятилетних изменений средних по горизонтам значений температуры и солености и отмечены следующие тенденции их изменчивости.

В верхнем слое моря 0 - 50 м в долговременней изменчивости термоха-линных характеристик присутствуют низкочастотные квазипериодические колебания с периодом 60 - 70 лет для температуры и 20 - 30 лет для солености. Размах колебаний осредненных за десятилетия величин ТИМ достигает 1°С в зимние месяцы и 2°С - в летние. В изменчивости солености в верхнем слое наблюдается отрицательный тренд (-0,04%о/10 лет), согласующийся с положительным трендом в балансе пресных вод Черного моря.

С увеличением глубины влияние внешних факторов, действующих на поверхности моря и обусловливающих изменчивость термохалинных полей в его верхнем слое, ослабевает, а характер десятилетней изменчивости температуры и солености изменяется. В слое 75 - 300 м в изменчивости солености и в слое 150 - 500 м в изменчивости температуры получены значимые положительные тренды (в среднем 0,05%о/10 лет и 0,02°C/10 лет соответственно).

Таким образом, тенденции десятилетней изменчивости температуры и солености в верхнем слое моря и пикноклине различны. Это говорит о том, что определяющую роль в долговременной изменчивости термохалинных характеристик в разных слоях моря играют различные факторы. Анализ причин всех полученных изменений выходит за рамки настоящей статьи. Но можно отметить, что характер долговременной изменчивости температуры и солености определяется совокупностью многих внешних факторов, действующих на поверхности и боковых границах моря, таких как потоки тепла, осадки, испарение, ветер, сток рек, водообмен через проливы и других. Ио-этому необходимо не только изучить воздействие каждого внешнего фактора на изменчивость температуры и солености, но и провести комплексный анализ влияния всей совокупности факторов, включая стратификацию пикнок-лина и интенсивность вертикального обмена между слоями.

ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2013, № 6

39

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Блатов А.С., Косарев А.Н., Тужилкин В.С. Изменчивость гидрологической структуры вод Черного моря и ее связь с внешними факторами // Водные ресурсы. - 1980. - № 6. -С. 71 - 82.

2. Блатов А.С., Булгаков Н.П., Иванов В.А. и др. Изменчивость гидрофизических полей Черного моря. - Л.: Гидрометеоиздат, 1984. - 239 с.

3. Murray J.W., Top Z., Ozsoy E. Hydrographic properties and ventilation of the Black Sea // Deep-Sea Res. - 1991. - 38, part A, suppl. 2. - P. S663 - S689.

4. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Т. IV. Черное море. Вып. 1. Гидрометеорологические условия / Под ред. А.И. Симонова и Э.И. Альтмана. - Л.: Гидрометеоиздат, 1991. - 430 с.

5. Еремеев В.Н., Ефимов В.В., Суворов А.М. и др. Аномальная климатическая тенденция изменения температуры Черного моря // Доп. НАН Украши. - 2001. - № 11. - С. 91 - 96.

6. Tsimplis M.N., Josey S.A., Rixen M. et al. On forcing of sea level in the Black Sea // J. Geophys. Res. - 2004. - 109, C08015. - doi: 10.1029/2003JC002185.

7. Полонский А.Б., Ловенкова Е.А. Тренд температуры и солености деятельного слоя в Черном море во второй половине ХХ века и его возможные причины // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. - 2004. - 40, № 6. - С. 832 - 841.

8. Белокопытов В.Н., Шокурова И.Г. Оценки междесятилетней изменчивости температуры и солености в Черном море в период 1951 - 1995 гг. // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. - Севастополь: МГИ НАН Украины, 2005. - Вып. 12. - С. 12 - 21.

9. Полонский А.Б., Ловенкова Е.А. Долговременные тенденции в изменчивости характеристик пикноклина Черного моря // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. - 2006. - 42, № 3. - С. 419 - 430.

10. GinzburgA.I., KostianoyA.G., SheremetN.A. Sea surface temperature variability // The Black Sea Enviroment / The Handbook of Environmental Chemistry. - Berlin, Heidelberg: Springer

- Verlag, 2008. - 5, part Q. - P. 255 - 275. - doi: 10.1007/698_5_067.

11. Kara A.B., Barron C.N., Wallcraft A.J. et al. Interannual variability of sea surface height over the Black Sea: relation to climatic patterns // Earth Interactions. - 2008. - 12, paper № 10. -P. 1 - 11. - doi: 10.1175/2008EI259.1.

12. Belokopytov V. Long-term variability of cold intermediate layer renewal conditions in the Black Sea // NATO ASI ser.: Ecosystem Modeling as a Management Tool for the Black Sea / Eds. L. Ivanov, T. Oguz. - Dordrecht: Kluwer Academic Publisher, 1998. - 2/47. - P. 47 - 52.

13. Полонский А.Б., Шокурова И.Г. Долгопериодная изменчивость температуры пикноклина в Черном море в ХХ и начале XXI вв. // Доп. НАН Украши. - 2011. - № 9. - С. 103 - 110.

14. Oguz T., Dippner J. W., Kaymaz Z. Climatic regulation of the Black Sea hydro-meteorological and ecological properties at interannual-to-decadal time scales // J. Mar. Syst. - 2006. - 60, iss. 3 - 4. - P. 235 - 254.

15. Развитие морских наук и технологий в Морском гидрофизическом институте за 75 лет / Под общ. ред. В.Н. Еремеева. - Севастополь: МГИ НАН Украины, 2004. - 704 с.

16. Ратнер Ю.Б., Толстошеев А.П., Холод А.Л. и др. Создание базы данных мониторинга Черного моря с использованием дрейфующих поверхностных буев // Морской гидрофизический журнал. - 2009. - № 3. - С. 50 - 67.

17. http://www.usgodae.org/argo/argo.html.

18. http://poet.jpl.nasa.gov/.

19. Гандин Л.С. Объективный анализ метеорологических полей. - Л.: Гидрометеоиздат, 1963. - 287 с.

20. Полонский А.Б., Шокурова И.Г. Статистическая структура крупномасштабных полей температуры и солености в Черном море // Морской гидрофизический журнал. - 2008.

- № 1. - С. 51 - 65.

40

ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн, 2013, № 6

21. Nardelli B.B., Colella S., Santoleri R. et al. A re-analysis of Black Sea surface temperature // J. Mar. Sys. - 2010. - 79, iss. 1 - 2. - P. 50 - 64.

22. Плотников Е.В., Ратнер Ю.Б. Сопоставление температуры поверхности Черного моря, полученной по данным ИСЗ NOAA, с измерениями дрифтеров в 2005 - 2006 годах // Системы контроля окружающей среды. - Севастополь: МГИ НАН Украины, 2007. -С. 115 - 118.

23. Rixen M., Beckers J.-M., Levitus S. et al. The Western Mediterranean deep water: a proxy for climate change // Geophys. Res. Lett. - 2005. - 32, L12608. - doi:10.1029/2005GL022702.

24. Ильин Ю.П., Репетин Л.И. Вековые изменения температуры воздуха в Черноморском регионе и их сезонные особенности // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. - Севастополь: МГИ НАН Украины, 2006. - Вып. 14. - С. 433 - 448.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

25. Tuzhilkin V.S. Thermochaline structure of the sea // The Black Sea Enviroment / The Handbook of Environmental Chemistry. - Berlin, Heidelberg: Springer - Verlag, 2008. - 5, part Q. - P. 217 - 253. - doi: 10.1007/698_5_077.

26. ИвановВ.А., Белокопытов В.Н. Океанография Черного моря. - Севастополь: МГИ НАН Украины, 2011. - 209 с.

27. Ilyin Y.P. Observed long-term changes in the Black Sea physical system and their possible environmental impacts // Climate Forcing and its Impacts on the Black Sea Marine Biota. -CIESM Workshop Monogr. - 2009. - №. 39. - P. 35 - 43.

28. Полонский А.Б., Шокурова И.Г. Многолетняя изменчивость завихренности касательного напряжения трения ветра над Черным морем по данным реанализа // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. - Севастополь: МГИ НАН Украины, 2011. - Вып. 24. - С. 182 - 189.

Морской гидрофизический институт НАН Украины, Материал поступил

Севастополь в редакцию 04.04.12

E-mail: apol@alpha.mhi.iuf.net После доработки 31.05.12

АНОТАЦ1Я За даними контактних та супутникових вимiрювань з середини минулого столптя до тепершнього часу побудовано усереднеш за десятирiчнi перюди поля температури та соло-носл на стандартних горизонтах в Чорному морi в шарi 0 - 500 м та описано характеристики !х просторово-часово! мшливостг У верхньому шарi моря 0 - 50 м мiждесятилiтня мшлишсть температури являе собою низькочастотт коливання, розмах яких на поверхш моря досягае 1 °С в зимовi мюящ та 2°С - у лгтт. Ц коливання синфазт з коливаннями температури повггря, перюд яких складае 60 - 70 рокв. У мшливоста солоност у верхньому шарi присутня негативна тенденщя, яка становить -0,04%о/10 рокв, на тт яко! видшяються коливання з перюдом 20 - 30 роюв та розмахом до 0,2%о. В обласл ткноклину температура й солошсть ростуть зi швидюстю до 0,02°С/10 рокв та 0,05%о/10 рокв вщповщно.

Ключовi слова: Чорне море, температура, солошсть, десятирiчна мшливють.

ABSTRACT Decadal temperature and salinity fields at standard levels (0 - 500 m layer) in the Black Sea are constructed using in-situ data and satellite measurements obtained from the 50ies (XX century) up to now. The characteristics of their spatial and temporal variability are described. In the upper sea layer (0 - 50 m) the decadal temperature variability is characterized by low-frequency quasi-periodic oscillations whose amplitudes on the sea surface reach 1°C in winter and 2°C - in summer. These oscillations are synphased with air temperature oscillations whose period is 60 - 70 years. Variability of salinity in the upper layer shows a negative trend (-0.04%o/10 yr) against whose background the oscillations with a period 20 - 30 years and an amplitude 0.2%o are distinguished. In the pycnocline both temperature and salinity grow with a rate up to 0.02°C/10 yr and 0.05%o/10 yr, respectively.

Keywords: Black Sea, temperature, salinity, decadal variability. ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2013, № 6 41

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.