CC BY
14Физическая модель вентиляции вод Японского моря.
Юрасов Г.И. (mailto:pacific@online.marine.su)
Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильчева ДВО РАН
Аннотация
Приведена физическая модель процесса обновления глубинных и придонных вод Японского моря, основным механизмом которой является образование и увеличение в осенне-зимний сезон вертикальной циркуляционной ячейки, динамика которой определяется ветровым воздействием, конвекцией и компенсационным течением на фоне понижения температуры с апвеллингом.
Уникальность Японского моря состоит в том, что при незначительной глубине проливов (130 м) глубинные воды (максимальная глубина моря составляет 3670 м) достаточно хорошо насыщены кислородом, а их термохалинные индексы с глубины [5] до дна незначительно изменяются (от 0,1 - 1,0° С в слое 300 м - дно), что говорит о высокой степени их вентиляции.
Первые попытки объяснения этого феномена [2, 4, 12] основывались на утверждении о возникновении глубоководной (до дна) конвекции вдоль всего северозападного побережья Японского моря. В этом случае обновление глубинных и придонных вод происходило бы ежегодно, и, следовательно, придонный слой ежегодно бы увеличивал свою толщину.
Однако контроль за границами распространения однородного придонного слоя [7] показал уменьшение его толщины, что указывает на отсутствие поступления новых порций поверхностных вод. По оценкам [9] существенного обновления придонных вод глубоководных котловин не происходило, начиная с 40-х годов XX века. С этих же пор ослабилась вентиляция и глубинных (промежуточных) вод, о чем говорит уменьшение содержания в них кислорода [8].
Исходя из этого, следует заключить, что механизм вентиляции глубинных слоев Японского моря не такой, как был предложен изначально. Попытки выявить этот механизм предпринимались в различных направлениях [10] связанных с локальными явлениями. В перечень этих работ входит и исследование [11], в котором приведена гипотетическая схема вертикальной циркуляции, вызванной муссонны-ми ветрами с западного побережья Японского моря.
Попытаемся построить физическую модель вертикальной циркуляции, приводящей к вентиляции глубинных вод Японского моря. Рассмотрим область, включающую залив Петра Великого и прилегающую к нему часть открытой акватории.
Начиная с сентября, по февраль, здесь господствуют северные и северозападные ветры. В начале этого периода (в сентябре) в пределах толщи вод залива формируются два слоя скачка: первый - сезонный термоклин на глубине 40 м; второй [1] - на глубине 70 м, образование которого связано с адвекцией из прилежащих районов открытого моря.
Сильные муссонные ветры, дующие с берега и создающие наклон уровенной поверхности в сторону открытого моря, вызывают компенсационные (реверсив
ные) течения противоположного ветру направления в глубинном слое прилегающей части моря [3]. Эпюра скорости течений (рис. 1а) может быть представлена в виде [11].
Исходя из рис. 1а, в верхнем 70 - метровом слое имеют место дрейфовые течения, а в слое 70 - 3500 м - компенсационные. Считая, что кромка шельфа расположена на глубине 200 м, воды открытого моря, имеющие соленость более 340/00, начиная с сентября по февраль, в слое 70 м - дно, поступают на акваторию шельфа залива Петра Великого. На глубинах более 200 м поток вод в сторону берега под влиянием берегового склона приобретает вертикальную составляющую скорости и
Рис. 1. Схема вентиляции глубинных вод Японского моря: а) вертикальный профиль скорости течений; б) изменение со временем вертикальной циркуляционной ячейки. Условные обозначения: V - скорость течения; Дп - сгонное изменение уровня моря;
ЗПВ - Залив Петра Великого
в результате апвеллинга распространяется на шельф, достигая поверхности моря в момент разрушения сезонного термоклина конвекцией, достигающей в это время глубины 70 м. Здесь в это время формируется термохалинный фронт, препятствующий проникновению поднимающихся с глубины вод и приводящий к их всплытию на поверхность моря. Начиная с этого, момента (конец ноября - начало
декабря), воды глубинных слоев поступают непосредственно к поверхности, где их температура понижается (плотность увеличивается), а также происходит насыщение их кислородом. Под действием ветров северо-западного направления эти воды выносятся за пределы шельфа и в результате конвекции (т.к. поверхностные воды имеют отрицательную плавучесть по отношению к подстилающему слою вод) погружаются на глубины, соответствующие их плотности.
гр U С» U
Такой процесс носит циклический характер, а область образовавшейся вертикальной циркуляционной ячейки непрерывно увеличивается по мере понижения температуры, охватывая все большие и большие глубины. Схема этого процесса может быть представлена в динамике на примере какого-нибудь разреза в плоскости ветра (рис. 1б).
По результатам мониторинга залива Петра Великого эта физическая модель полностью подтверждается и позволяет объяснить механизм вентиляции глубинных слоев Японского моря. По предварительной оценке глубинная конвекция, достигающая дна, может произойти только в случае, когда температура воды на поверхности в районе котловины при солености поверхностных вод 34.10/00 (равной солености у дна) понижается до -0.50С, т.к. в этом случае плотность этих вод превышает at =27.35 у.е.п равной плотности придонных вод.
В заключении следует отметить, что механизм, связанный с образованием вертикальных конвекционных ячеек позволяет объяснить многие гидрологические особенности [б].
Список литературы
1. Бирюлин Г.М., Бирюлина М.Т., Микулич Л.В., Якунин Л.П. Летние модификации вод залива Петра Великого // Труды ДВНИГМИ, Владивосток, 1970. Вып.20. с. 28б-293.
2. Булгаков Н.П. Конвекция в океане // М.: Наука, 1975. с. 232.
3. Дмитриенко И.А., Хьюлеманн Й.А., Кириллов С.А., Березовская С.Л., Кассенс Х. Роль баротропных изменений уровня моря в формировании режима течений на шельфе восточной части моря Лаптевых // Докл. АН. 2001. Т. 377. № 1. с. 101107.
4. Леонов А.К. Японское море // Региональная океанография р. 1. Л.:, Гидрометео-издат, 19б0. с. 291-4б3.
5. Юрасов Г.И. Сезонная изменчивость температуры вод Японского моря // Исследование океанографических полей Индийского и Тихого океанов. Владивосток, 1977. с. б2-б9.
6. Юрасов Г.И., Яричин В.Г. Течения Японского моря // Владивосток. 1991. с. 15б-1б5.
7. Gamo T., Hirobe Y. Abbisal circulation in the Japan Sea // J. Oceanogr. Soc. Jop. 1983. Vol. 39. P. 220-230.
8. Chen C., Bychkov A.S., Wang S., Pavlova G.Y. An anoxic Sea of Japan by year 2200? // Marine Chemistry. 1999. Vol. б7. P. 249-2б5.
9. Riser S., Warner M., Yurasov G. Circulation and Mixing of Water Masses of Tatar Strait and the Northwestern Region of the Japan sea // J. of Oceanography. 1999. Vol. 55. P. 133-156.
10.Ryabov O.A. On bottom water origin of the Japan sea // Proc. CREAMS'94 Simp., Fukuoka, 1994. P. 91-94.
11.Sugimura T., Tanaka S., Hatakeyma Y. Surface temperature and current vector in the Sea of Japan from NOAA - 7 AVHRR data // Proc. Remote Sensing shelf sea hydrology. 1984. Vol. 38. P/ 133-147. 12. Uda M. On the origin of the deep water masses in the seas adjacent of Japan. // J. Limnol. Soc. Japan. 1938. Vol. 8. P. 195-204.
