CC BY
85
ИХТИОЛОГИЯ. ЭКОЛОГИЯ
УДК 551.467; 528.88
12 12 2 В.А. Дубина , В.В. Плотников , Н.М. Вакульская
1Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет,
690087, г. Владивосток, ул. Луговая, 52б
Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН,
690041, г. Владивосток, ул. Балтийская, 43
ДРЕЙФ ЛЬДА В ОХОТСКОМ МОРЕ ПО СПУТНИКОВЫМ ДАННЫМ
На основе измерений спектрорадиометров MODIS со спутников Terra и Aqua исследованы особенности дрейфа льда в Охотском море. Рассмотрена пространственная неоднородность дрейфа в районах углеводородных месторождений на Магаданском и Сахалинском шельфах.
Ключевые слова: Охотское море, дрейф льда, спектрорадиометр MODIS.
V.A. Dubina, V.V. Plotnikov, N.M. Vakulskaya SEA ICE DRIFT IN THE OKHOTSK SEA ACCORDING TO SATELLITE DATA
Sea ice drift features in the Okhotsk Sea were investigated based on measurements of the spe^roradiometers MODIS from Terra and Aqua satellites. Spatial heterogeneity of sea ice drift around hy-drocarbonic fields on the Sakhalin and Magadan shelfs is revealed.
Key words: Okhotsk Sea, Sea ice drift, spectroradiometer MODIS.
Введение
Формирование, нарастание и разрушение льда сопровождаются процессами, которые играют важную роль в морских экосистемах. В присутствии ледяного покрова резко снижается тепло- и газообмен между океаном и атмосферой. Несмотря на то, что резко сокращается приток солнечной энергии в фотический слой, подо льдом продолжается фотосинтез, и в зимнее время наблюдается вспышка цветения фитопланктона. В процессе льдообразования происходит выделение рассола, в результате чего формируются глубинные воды с повышенным содержанием кислорода. Плавучий лёд Охотского моря используется несколькими видами тюленей в качестве субстрата для рождения приплода. В присутствии льда резко повышаются экологические риски, связанные с добычей и транспортировкой нефтяных углеводородов.
В связи с вышесказанным становится очевидным значительная роль ледяного покрова при решении различных задач теоретической и прикладной экологий. Особенно важно знать характеристики и пространственно-временную изменчивость дрейфа льда.
Основным инструментом для расчёта дрейфа морского льда являются спутниковые изображения одной и той же акватории, полученные с некоторым временным сдвигом. С 1999 г. для этих целей используют измерения, полученные спектрорадиометром MODIS со спутника Terra, а после запуска в 2002 г. спутника Aqua с таким же прибором на борту появилась возможность оценивать дрейф не только на суточном интервале, но и на промежутке 100-200 мин.
В настоящей работе приводятся результаты исследования динамики ледяного покрова Охотского моря, основанного на измерениях спектрорадиометров MODIS с привлечением радиолокационных данных, полученных со спутников ERS-1, ERS-2, Envisat, Sentinel-1A, и обширного архива изображений спутников серии Landsat (1986-2016 гг.).
Объекты и методы исследований
Характеристики дрейфа льда в Охотском море определялись с использованием численных расчётов и информации о дрейфе затёртых во льдах судах, а также напрямую измерялись с применением волномера-перспектометра, аэрофотосъёмки, спутниковых наблюдений, береговых радиолокационных станций (РЛС), автономных буёв ARGOS (см. ссылки в работе [1]). Больше всего информации по дрейфу льда относится к северо-восточному шельфу о. Сахалин. Наиболее представительными являются измерения по спутниковым изображениям за период 1985-1992 гг. [2, 3] и по трём РЛС (суммарные измерения охватывают период 1985-1996 гг.) [2, 4, 5].
В данной работе для анализа динамики ледовой обстановки использовались изображения в истинном цвете спектрорадиометров MODIS (разрешение 250 м) со спутников Terra и Aqua и радиометров спутников Landsat-7 и Landsat-8 (разрешение 30 м). Изображения в истинном цвете по измерениям MODIS создавались комбинацией 1-го (длина волны X = 0,645 мкм, разрешение 250 м), 4-го (X = 0,555 мкм, разрешение 500 м) и 3-го (X = 0,469 мкм, разрешение 500 м) спектральных каналов. Для данных ETM+ Landsat-7 и OLI Landsat-8 используются соответственно 1-3 и 2-4 каналы (http://glovis.usgs.gov/).
Скорость и направление дрейфа льда рассчитывались методом маркеров по двум изображениям MODIS на временном интервале 105 мин и одни сутки, а также по частично перекрывающимся сценам спутников Landsat-7 и Landsat-8, полученных через сутки.
Результаты и их обсуждение
На рис. 1 показано комбинированное изображение, синтезированное из трёх видимых и одного теплового ИК-каналов спектрорадиометра MODIS, полученного со спутника Aqua 28 марта 2012 г. Изображение в естественных цветах, на котором виден ледяной покров и облачность, скомбинировано с инфракрасным каналом в псевдоцветах, который отражает поле температуры поверхности воды, не закрытой льдом. Стрелки, наложенные на изображение, показывают векторы генерального дрейфа льда за период с 25 по 29 марта 2012 г. Этот рисунок отражает общую схему дрейфа льда в Охотском море при слабых ветрах и/или ветрах северных и северо-западных направлений. Как видно из рис. 1, лёд из северных и западных районов моря смещается к восточному побережью о. Сахалин и далее в основной массе движется на юг, где затягивается в сложную вихревую циркуляцию Южно-Курильской котловины. Скорость дрейфа при слабых ветрах (3-4 м/с на всех прибрежных станциях) в среднем составляет 0,05-0,20 м/с. Непродолжительные нарушения зимнего муссона могут существенно менять направление дрейфа.
На рис. 2 приведено изображение в истинном цвете, полученное комбинацией измерений спектрорадиометра MODIS за 12 января 2006 г., на которое нанесены векторы смещения ледяных полей за последующие трое суток. Всего для этого района зимой 2006 г. были построены 8 карт трёхсуточных смещений льда. Максимальная скорость была зарегистрирована 6-7 февраля в 50 км к востоку от зал. Пильтун и составила 53,8 км/сут (0,60 м/с). Рис. 2 отражает типичную картину дрейфа зимой 2006 г. Некоторые отличия заключались только в вариациях направления перемещения льда на северо-восточном шельфе Сахалина в пределах 60° (от 120 до 180°).
По данным за январь-май 2015 г. был рассчитан дрейф льда южнее - в районе Венин-ского и Киринского углеводородных месторождений. Среднесуточная скорость дрейфа льда
не превышала 0,15 м/с, а максимальная суточная скорость 13-14 января составила 0,45 м/с. Наблюдались всевозможные направления дрейфа льда, но максимальную повторяемость имели направления южных румбов. При слабом ветре переменных румбов направление дрейфа было неоднородным по пространству [6].
Той же зимой был оценён дрейф льда на Магаданском шельфе. На рис. 3 и 4 представлены векторы дрейфа льда соответственно на западном и восточном участках Магаданского
135°Е 140°Е 145°Е 150°Е 155°Е
14ГЕ 145°Е 150°Е
Рис. 1. Дрейф льда в Охотском море 25-29 марта 2012 г. по измерениям спектрорадиометра MODIS. Векторы дрейфа наложены на изображение, скомбинированное из видимых и теплового ИК-каналов.
Показана изобата 200 м
Fig. 1. Sea ice drift in the Okhotsk Sea based on spectroradiometer MODIS data. Drift vectors are superimposed on image combined from visible and IR-channals. Izobath 200 m are shown
Рис. 2. Изображение в истинном цвете, полученное комбинацией измерений спектрорадиометра MODIS за 12 января 2006 г., на которое нанесены векторы смещения ледяных полей
за последующие трое суток (км) Fig. 2. True color image combined from MODIS channel obtained on 12 January 2006. Arrows shows sea
ice drift for the next 3 days (km)
150°E 152°E
. ' !•■^¿ЖЬ „dfc* '
148°Е 150°Е 152°Е
Рис. 3. Изображение в истинном цвете, полученное комбинацией измерений спектрорадиометра MODIS со спутника Aqua 5 апреля в 02:45 Гр., на которое нанесены векторы смещения ледяных
полей (км, восточная часть шельфа) Fig. 3. True color image combined from MODIS channel obtained on 5 April 2015 at 02:45 UTC. Arrows
shows sea ice drift (km, eastern shelf)
Ъ 142°Е 144°Е 146°Е 148°Е
^ t '_^__^x^'P-'-W *у jet, ^никди
142°Е 144°Е 14б°Е
Рис. 4. Изображение в истинном цвете, полученное комбинацией измерений спектрорадиометра MODIS со спутника Aqua 5 апреля в 02:45 Гр., на которое нанесены векторы смещения ледяных
полей (км, западная часть шельфа) Fig. 4. True color image combined from MODIS channel obtained on 5 April 2015 at 02:45 UTC. Arrows
shows sea ice drift (km, western shelf)
шельфа, рассчитанные в апреле 2015 г. Средняя суточная скорость в январе-апреле составила 0,10 м/с. Максимальная суточная скорость 0,55 м/с была зарегистрирована 27-28 марта в 200 км к юго-юго-западу от Охотска. Максимальное результирующее смещение ледового маркера за 10 сут было зарегистрировано в юго-восточной части Магаданского шельфа - 53 км на юг (см. рис. 3). Минимальное перемещение отмечено в западной части шельфа, где плавучий лёд через 10 сут оказался на 13 км западнее первоначального положения (рис. 4).
Скорости, рассчитанные на временном интервале 110 мин, примерно в 2 раза превышали среднесуточные на севере Охотского моря и в районе Киринского месторождения. В первом случае максимальные скорости наблюдались при северо-западных ветрах в марте, а абсолютный максимум - 12 марта в 100 км к югу от зал. Шельтинга (в районе скважин «Хмитев-ская-2» и «Дукчинская-2»), где скорости достигали 0,70-0,75 м/с. На восточном шельфе Сахалина максимум в 1,0 м/с был зарегистрирован 22 мая в 2,5 км от берега в районе Набиль-ского залива.
Выводы
При слабых ветрах и/или ветрах северных и северо-западных направлений лёд из северных и западных районов Охотского моря смещается к восточному побережью о. Сахалин и далее, в основной массе движется на юг, где затягивается в сложную вихревую циркуляцию Южно-Курильской котловины. Скорость дрейфа при слабых ветрах в среднем составляет 0,05-0,20 м/с. Непродолжительные нарушения зимнего муссона могут существенно менять направление дрейфа во всех районах моря. Средние скорости дрейфа, рассчитанного на интервале 105-110 мин, превышали в два-три раза скорости, рассчитанные на суточном проме-
жутке времени. Этот факт объясняется, вероятнее всего, тем, что время зондирования с по-лярноорбитальных спутников попадало в цикл суточного прилива. Дрейф льда определяется суммарным действием напряжения ветра, течений и силой Кориолиса. Результаты наблюдений за дрейфом в Арктике показывают, что при увеличении периода времени, за который рассчитывается смещение льда, увеличивается роль течений в суммарном дрейфе, а скорость ветрового дрейфа уменьшается [7]. Максимальная суточная скорость дрейфа на Магаданском шельфе превышает таковые вокруг Сахалина, но на промежутке 10 сут в этом районе она составила только 0,06 м/с. По данным буев ARGOS, скорость смещения льда вдоль восточного берега Сахалина оценивается в 0,25-0,35 м/с [2]. Данный факт объясняется тем, что на восточном шельфе Сахалина ветровой дрейф совпадает с Восточно-Сахалинским течением.
Работа частично поддержана грантом ДВО РАН 15-I-1-038 «Дальний Восток».
Список литературы
1. Богдановский, А. А. Параметрическая модель дрейфа льда для условий восточного шельфа Сахалина / А.А. Богдановский, С.И. Рыбалко, И.А. Аршинов // Сб. статей РЭА. -2009. - № 1. - С. 198-211.
2. Астафьев, В.Н. Торосы и стамухи Охотского моря / В.Н. Астафьев, Г.А. Сурков, П. А. Трусков. П. А. - СПб.: Прогресс-Погода, 1997. - 197 с.
3. Калинин, Э.Н. Исследования дрейфа льда северо-восточного шельфа о. Сахалин: ав-тореф. дис. / Калинин Э.Н. - Владивосток, 1999. - 26 с.
4. Тамбовский, В.С. Морфометрия и динамика льдов на акватории северо-восточного шельфа о. Сахалин / В.С. Тамбовский, В.Ф. Путов, Г.В. Шевченко, Е.А. Тихончук // Охрана природы, мониторинг и обустройство сахалинского шельфа. - Южно-Сахалинск, 2001. - С. 123-142.
5. Тихончук, Е.А. Деформации ледяного покрова у северо-восточного побережья острова Сахалин, обусловленные приливами / Е.А. Тихончук, Г.В. Шевченко, Е.Н. Морозов // Динамические процессы на шельфе Сахалина и Курильских островов: сб. статей / Отв. ред. Г.В. Шевченко. - Южно-Сахалинск: Институт морской геологии и геофизики Сахалинского научного центра ДВО РАН, 2001. - 215 с.
6. Дубина, В.А. Пространственная изменчивость дрейфа льда на северо-восточном шельфе острова Сахалин / В.А. Дубина, В.В. Плотников, Н.М. Вакульская // Изв. ТИНРО. -2015. - Т. 183. - С. 227-235.
7. Ковшов, В.А. Постоянные разряжения ледяного покрова в открытых районах Охотского моря / В. А. Ковшов, Ю.Н. Синюрин // Метеорология и гидрология. - 1982. - № 11. - С. 76-81.
Сведения об авторах: Дубина Вячеслав Анатольевич, кандидат географических наук, старший научный сотрудник, доцент, e-mail: [email protected];
Плотников Владимир Викторович, профессор, доктор географических наук, профессор, заведующий лабораторией, e-mail: [email protected];
Вакульская Надежда Михайловна, научный сотрудник, e-mail: [email protected].
