CC BY
74
Вестник ДВО РАН. 2015. № 2
УДК 574
К.А. РОГАЧЕВ, Н.В. ШЛЫК
Исключительное опреснение прибрежных вод северо-западной части Охотского моря в 2013 г.
Паводок 2013 г. на Амуре стал самым крупным за период наблюдений на Дальнем Востоке начиная с 1966 г. Сумма осадков на станциях северо-западного побережья Охотского моря осенью 2012 — летом 2013 г. значительно превышала норму, а весной 2013 г. на северо-западном побережье Охотского моря превысила ее почти в три раза. На основе детальных океанографических съемок, выполненных в разные годы, мы установили значительное понижение солености и смену прибрежной циркуляции в северо-западной части Охотского моря как следствие паводка. Большой шантарский антициклонический вихрь диаметром около 75 км блокировал поступление соленой воды из северной части Охотского моря в зал. Академии. Понижение солености отразилось на биоте прибрежных вод. Изменение циркуляции вод привело к заметному понижению концентрации зоопланктона. Концентрация больших копепод (Calanus glacialis) понизилась на порядок.
Ключевые слова: паводок 2013 г., Охотское море, понижение солености, залив Академии, Шантарский архипелаг, зоопланктон, птероподы, Calanus glacialis.
Prominent freshening of coastal waters in the north-western Sea of Okhotsk in 2013. K.A. ROGACHEV, N.V. SHLYK (V.I. Il'ichev Pacific Oceanological Institute, FEB RAS, Vladivostok).
The Amur River flood was the most hazardous for the observation period in the Far East since 1966. Precipitation total at the stations of the north-west Okhotsk Sea in autumn 2012 — summer 2013 far exceeded the limit and in spring 2013 — exceeded the limit threefold in the north-west Okhotsk Sea. Big Shantar anticyclonic swirl about 75 km in diameter blocked the water entry from the north Okhotsk Sea to the Academia Gulf. Based on the detailed oceanographic surveys performed in different years we determined vast decrease in salinity and change of coastal circulation in the north-west of Okhotsk Sea as a result of a flood. Decrease in salinity impacted on biota of coastal waters. Change in water circulation resulted in significant reduction of zooplankton. Concentration of big copepods (Calanus glacialis) became one order less.
Key word: 2013 flood, Okhotsk Sea, reduction of salinity, Academy Gulf, Shantar archipelago, zooplankton, ptero-pods, large copepods, Calanus glacialis.
Введение
Паводок 2013 г. на Амуре стал самым крупным за весь период наблюдений [4]. На севере Хабаровского края осадки превысили норму в несколько раз. Поскольку в северо-западную часть Охотского моря стекают многочисленные реки, крупнейшими из которых являются Амур, Уда, Охота, Кухтуй, Иня и Тугур, следует ожидать изменений структуры его прибрежных вод. Сток рек формирует узкое прибрежное течение с водой низкой солености. Ширина течения около 40-50 км, а средняя скорость около 34 см/с. Течение прослеживается, по крайней мере, от п-ова Лисянского до Шантарского архипелага. Прибрежное течение переносит значительную часть речного стока многочисленных
* РОГАЧЕВ Константин Анатольевич - доктор географических наук, ведущий научный сотрудник, ШЛЫК Наталья Васильевна - кандидат географических наук, старший научный сотрудник (Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичёва ДВО РАН, Владивосток). *Е-таП: [email protected]
рек побережья и до сих пор не определенную часть стока Амура вдоль северного побережья Хабаровского края в УДскую губу, заливы Тугурский, Академии и Александры [6, 9] (рис. 1). Морские и спутниковые наблюдения указывают, что это течение, направленное на запад, содержит длинную цепь антициклонических вихрей. Сами вихри являются составной частью прибрежного течения. Один из таких вихрей хорошо выделяется в поле дрейфующего льда (рис. 2). Осадки, выпадающие на северном побережье Хабаровского края, определяют соленость вод Охотского прибрежного течения.
136 13В 140 142 144
136 138 140 142 144
Рис. 1. Район исследований и положение океанографических станций в заливе Академии, выполненных в 2003-2004 и 2013 г. А - большой шантарский антициклонический вихрь. Стрелками показаны Охотское и Шантарское прибрежные течения (ПТ). Схема поверхностной циркуляции основана на данных поверхностных буев [6]
Заливы северо-западной части Охотского моря начиная с XIX в. имели важное промысловое значение [2, 3, 13]. Шантарский архипелаг входит в район воспроизводства аяно-шантарской популяции краба. В Х1Х-ХХ вв. интерес к заливам был связан прежде всего с промыслом полярных китов, которых, скорее всего, привлекали скопления крупного зоопланктона [1, 3, 13, 14]. Однако механизмы формирования этих скоплений не изучены. До сих пор не исследованы распределение и состав зоопланктона, представляющего добычу для китов. В настоящее время полярный кит в Охотском море находится под угрозой исчезновения [10]. Изменение климата океана [7] может привести к смене условий их обитания и сделать этот регион неблагоприятным для их питания.
Вместе с тем океанография этого региона до сих пор не изучена. Спутниковые данные указывают на сложную динамику вод (рис. 2). В настоящее время нет данных о течениях в заливах архипелага. Детальные океанографические работы были проведены ТОИ только в 2004 и 2013 гг. в зал. Академии. При этом наши наблюдения 2013 г. являются единственными, выполненными в период экстремальных осадков на Дальнем Востоке [4]. Цель настоящей работы - определить океанографические условия, которые привели
Рис. 2. Распределение льда в зал. Академии 7 июля 2013 г. по данным радиометра MODIS. Между островами Б. Шантар и Меньшикова виден шантарский антициклонический вихрь, показанный на рис. 1
к значительному падению концентрации крупного зоопланктона в прибрежных водах северо-западной части Охотского моря в 2013 г.
Особенностью региона являются сильные полусуточные приливные течения и связанные с ними вихри разного масштаба [8, 10] (рис. 2). В заливах происходит накопление и разрушение дрейфующего льда до середины июля [11, 12]. Поскольку дрейфующий лед остается в заливах архипелага до середины лета, они являются самым холодным местом Охотского моря.
Приливные течения в зал. Академии исследовались нами ранее на основе прямых наблюдений на двух заякоренных станциях [14]. Однако пространственная изменчивость этих течений до сих пор не ясна. В заливе наблюдаются приливы амплитудой около 3 м и приливные течения амплитудой около 50 см/с, которые приводят к сильному перемешиванию вблизи мысов, однако его степень заметно слабеет к вершине залива. Они также являются основным механизмом, вызывающим разрушение и таяние льда в этой части моря [11, 15]. В свою очередь, тающий лед понижает соленость верхнего слоя моря.
Главным источником вод низкой солености в теплое время года является речной сток. Поэтому на течения в заливах оказывает влияние гравитационная циркуляция. Действительно, океанографические наблюдения, выполненные в летнее время, показали сильную стратификацию и струйное течение вод низкой солености, связанные с речным стоком [9]. Накопление пресной воды ведет к формированию антициклонического вихря во внутренней области залива. Вихри другой природы постоянно присутствуют у мысов.
Мы рассматриваем океанографические условия (циркуляцию вод и распределение солености), для того чтобы показать значительное опреснение прибрежных вод в результате экстремальных осадков, последствия которого в Охотском море до сих пор не исследовались. Мы также сравниваем состав планктонных обловов, выполненных нами в разные годы.
Данные
Спутниковые и метеорологические данные. Метеорологические данные предоставлены мировым центром данных (www.meteo.ru; www.rp5.ru). При выборе данных
основным критерием были общая продолжительность и непрерывность наблюдений. Ряды данных об осадках содержат информацию с 1966 г. После 1966 г. изменений в методиках измерений и обработки не происходило, поэтому ряды сумм осадков можно считать однородными. За норму приняты рассчитанные средние многолетние месячные суммы осадков за период с 1966 по 2012 г.
Данные радиометра MODIS с разрешением 250 м (спутники AQUA, TERRA), предоставленные Центром регионального спутникового мониторинга окружающей среды ДВО РАН, использованы для определения дрейфа льда. Для определения течений по спутниковым данным были выбраны крупные льдины, которые хорошо различимы длительное время. Для временного ряда изображений дрейфующего льда построены векторы перемещений льдин и рассчитаны скорости их дрейфа.
Прямые океанографические наблюдения. Материалы наблюдений собраны в экспедициях ТОИ ДВО РАН, выполненных в 2004 и 2013 гг. на лодке «Меркьюри» и НИС «Луговое». Положение станций показано на рис. 1. Для измерения течений использованы четыре буя в Ульбанском заливе и зал. Академии, которые мы выставляли в разные годы. Измерения течений были выполнены электромагнитными инструментами S4 Interocean и Infinity JFM. По этим данным рассчитаны приливные гармоники и среднее течение. Детальные наблюдения за термохалинной структурой вод выполнены зондом Seabird 19. Для сбора планктона применяли сеть Sea-Gear диаметром 50 см с размером ячеи 200 мкм. Вместе с сетью использовали измеритель потока Hydro-Bios для определения объема фильтрования. После этого рассчитывали плотность распределения зоопланктона. Это первые детальные обловы в регионе с использованием измерителя потока. Всего выполнено более 200 станций с отбором планктонных проб на разных горизонтах, 200 зондирований СТД, три суточные станции и четыре постановки заякоренных буев с измерителями течений и уровня моря. Список видов зоопланктона приведен в работе [14].
Результаты и обсуждение
Осадки и сток пресной воды на побережье Хабаровского края в 2013 г Речная сеть северного побережья Хабаровского края густая и сложная. Вместе с крупными реками побережья Охотского моря (Амур, Уда, Тугур, Охота, Кухтуй, Ульбея, Иня, Кава, Тауй) сток пресной воды формируют многочисленные мелкие реки. Внутригодовое распределение стока рек неравномерно. Например, площадь водосбора р. Уда составляет более 55 300 км2, ее наибольший расход - более 7220 м3/с. Весеннее половодье продолжается в среднем 42 дня, с конца апреля до начала июня. Площадь водосбора р. Амур в 30 раз, а среднегодовой сток в 20 раз больше, чем у р. Уда.
В теплую часть года в море стекает основная масса воды. Особенности рельефа и мерзлота, разные объемы осадков, а также резкие изменения температуры воздуха весной обусловливают неравномерность стока. В зимний период над Охотским морем наблюдаются сильные и продолжительные снегопады. Наиболее интенсивный рост высоты снежного покрова начинается с октября, а максимума она достигает в апреле. В апреле 2012 и 2013 г. в Аяне сумма осадков достигала экстремальных значений (127-130 мм). В Чумикане сумма осадков в апреле и августе 2013 г. также была экстремальной (195 и 344 мм соответственно). На северо-западном побережье Охотского моря снежный покров тает в первой половине мая. Интенсивность весеннего половодья определяется запасом снега к его началу и интенсивностью таяния. Пик половодья наблюдается в конце мая. Паводок начинается сразу после половодья в конце июня. В июне отмечаются наибольшие значения стока [5]. Совпадение срока таяния снега и продолжительных дождей является причиной наводнений. При продолжительных дождях средней интенсивности на реках региона формируется значительный расход. Однако для понижения солености в море имеет значение прежде всего интенсивность стока в море. Поток пресной воды может быть
Рис. 3. Сумма осадков на станциях Аян и Чумикан в северо-западной части Охотского моря в 2013 г. в сравнении со средним многолетним значением (ср. мн.). Положение метеостанций показано на рис. 1
интенсивным при значительном наклоне рельфа, как это имеет место на северном побережье Хабаровского края.
В зимний период, с декабря 2012 по февраль 2013 г., на станциях Удское, Чумикан, Бурукан, им. Полины Осипенко и в Николаевске-на-Амуре сумма выпавших осадков была в 1,4-2,5 раза больше нормы (рис. 3). При этом в октябре 2012 г. общая сумма осадков превышала норму в 2 раза, а на станции Аян - в 3,8 раза (выпало 349 мм при норме 93 мм), на станции Большой Шантар в - 3,5 раза (242 мм при норме 68). Тем самым северо-западное побережье Охотского моря было переувлажнено уже осенью 2012 г. Весной 2013 г. (март-май) норма осадков здесь была превышена в 1,5-2,6 раза (рис. 3). Наибольшие суммы осадков наблюдались на станциях Чумикан (381 мм при норме 115), Аян (304 при норме 159), Удское (241 при норме 131), Бурукан (211 при норме 113) и в Николаевске-на-Амуре (258 при норме 124). Летом (июнь-август) превышение нормы наблюдалось на всех станциях северо-западного побережья Охотского моря.
Спутниковые наблюдения указывают на антициклоническую циркуляцию вод вокруг о-ва Б. Шантар и островов архипелага. Серия последовательных спутниковых изображений с 26 июня по 7 июля 2013 г. позволила определить траектории отдельных льдин и рассчитать скорость их дрейфа. У западного побережья Удской губы большие льдины в течение всего периода наблюдений медленно смещались на юго-запад вдоль побережья, а к западу от о-ва Сахарная Голова и о-ва Феклистова - в противоположном направлении, на северо-восток. К северу от о-ва Б. Шантар дрейф льда был направлен вдоль северного побережья острова на восток вдоль изобат. При этом их скорость была гораздо выше, чем скорость дрейфа льда у западного побережья Удской губы и восточного побережья о-ва Б. Шантар. Этот поток представлял собой узкое струйное течение шириной у северного побережья около 20 км. Максимальная скорость потока (средняя за сутки) на северо-восточном шельфе о-ва Б. Шантар и на северо-западном шельфе о-ва Феклистова составила около 40 см/с. К востоку от о-ва Б. Шантар поток был направлен на юг в зал. Академии. Однако большой антициклонический вихрь между островами Б. Шантар и Меньшикова (рис. 2) блокировал поток вод из северной части Охотского моря в зал. Академии.
Прямые наблюдения были выполнены в 2003-2004 и 2013 гг. Все инструменты на 4 буях в зал. Академии показали сильные полусуточные приливные течения. Приливные эллипсы М2 для буев в центральной части залива сильно поляризованы, с главной осью, направленной в залив. Средний поток в верхнем слое был направлен в залив (на юг) со средней скоростью около 4 см/с в восточной (глубокой) части залива. Средний поток у западного берега залива был направлен из залива на северо-запад со скоростью около 7 см/с. Тем самым в зал. Академии наблюдается антициклоническая циркуляция, интенсивность которой меняется во времени. Циркуляция в заливе является частью антициклонической циркуляции архипелага.
—'-----------1-----J 136" 137" 138' 139'
31) И 30
Соленость, %>
Рис. 4. Профили солености для станций в зал. Академии в 2003-2004 и 2013 гг., указывающие на сильное опреснение
Структура вод. Первая детальная съемка была выполнена в 2004 г. В вершине зал. Академии летом наблюдалась высокая (значительно выше, чем в окружающих водах) стратификация, вызванная потоком воды низкой солености в верхнем слое. В северную часть залива поступала холодная и соленая вода из северной части Охотского моря.
Антициклонический вихрь во внутренней области залива имел глубину около 7 м, а соленость верхнего слоя около 27-29 епс. Резкий слой скачка отделял эту воду от холодной (~1-4 °С) и соленой (~32 епс) воды нижнего слоя. В случае формирования антициклонического вихря перенос пресной воды вдоль берега может быть сильно ослаблен, что ведет к накоплению пресной воды в вихре и усилению стратификации.
В 2013 г. наблюдения в южной части зал. Академии за распределением солености показали сильное опреснение по сравнению с 2004 г. (рис. 4). Соленость в верхнем 5-метровом слое составляла менее 20 епс (в 2004 г. - 28), максимальные значения солености у дна немного превышали 27 епс (в 2004 г. - 31) (рис. 4). Температура у дна была менее 1 °С, поэтому условная плотность составляла только 21 кг/м3, тогда как в конце июля 2004 г. она превышала 25.
Концентрация зоопланктона. Основной вклад в биомассу планктона в зал. Академии вносят арктические виды зоопланктона. В августе 2004 г. это были большие копеподы (Calanus glacialis) и птероподы одного вида (Limacina helicina). Доля моллюсков Limacina helicina достигала 0,94 на ст. 38 (концентрация 2073 мг/м3) и около 0,59 на ст. 3. Доля Cala-nus glacialis составила около 0,67 на севере залива и была очень низкой на юге.
Высокая концентрация птеропод Limacina helicina и копепод Calanus glacialis обнаружена в заливе в 2004 г. в месте поступления холодных и соленых шельфовых вод Охотского моря. В южной части залива в верхнем слое воды, имеющем низкую соленость, наблюдались скопления мелких копепод (Pseudocalanus spp.).
Птероподы - это пелагические моллюски, создающие тонкую раковину. Limacina helicina - единственная птеропода с раковиной в арктических водах. Тонкая раковина служит балластом, позволяющим совершать быстрые и большие вертикальные миграции. Причина предпочтения ими высокой солености при низкой температуре может быть связана с отрицательной плавучестью раковины (все индивидуумы тонут во втянутом состоянии). При понижении солености и плотности воды энергетические затраты на удержание в верхнем слое становятся значительными. В 2013 г. оптимальные для пте-ропод значения солености и температуры отмечались только в северной части залива, поскольку соленость в заливе была сильно понижена. Концентрация больших копепод
j• 131.5 гм" 1315 139" 139£* 1ЭГЕ 137.УЕ 136 Е 136.5 Е 139 Е 139.5 Е
Рис. 5. Распределение крупных копепод в зал. Академии в 2004 и 2013 гг. В левом нижнем углу указан масштаб -300 инд./м3
Са1апш glacialis в 2013 г. понизилась на порядок по сравнению с 2004 г. (рис. 5). Например, в 2004 г. на ст. 3 она составляла 615 мг/м3 (292 инд./м3), в то время как в 2013 г. характерные значения концентрации были намного меньше: 56 мг/м3 (25 инд./м3) и 0,46 мг/м3 (0,2 инд./м3) (рис. 5).
Заключение
В 2013 г. в прибрежных водах северо-западной части Охотского моря наблюдалась низкая соленость, что явилось результатом экстремальных осадков в регионе осенью 2012 г., зимой, весной и летом 2013 г. В этот период сумма осадков на северном побережье Хабаровского края значительно превышала норму, а сток Амура был рекордным. Паводок 2013 г. на Амуре стал самым сильным за весь период наблюдений на Дальнем Востоке. Одновременно со значительным понижением солености в прибрежных водах мы обнаружили уменьшение концентрации доминирующих видов зоопланктона - моллюсков Limacina helicina и больших копепод Са1апи glacialis. Концентрация больших копепод понизилась на порядок.
Мы полагаем, что океанографический фронт, разделяющий прибрежные воды низкой солености и соленые воды Охотского моря, был смещен к северу, а большой шантарский антициклонический вихрь блокировал поступление соленых вод из северной части Охотского моря в зал. Академии. Смена циркуляции прибрежных вод привела к существенному уменьшению концентрации крупного зоопланктона в заливе.
Понижение солености Охотского моря может быть результатом изменения климата океана [7]. Для того чтобы понять механизмы воздействия изменения климата на структуру прибрежных вод и экосистемы Охотского моря, нужны новые океанографические наблюдения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Дорошенко Н.В. Гладкие киты Охотского моря // Изв. ТИНРО. 1996. Т. 121. С. 14-25.
2. Канзепарова А.Н., Кульбачный С.Е. Оценка численности кеты и горбуши рек побережья Охотского моря в 2008 г. // Бюл. реализации концепции дальневосточной бассейновой программы изучения тихоокеанских лососей. № 3 / ред. В.П. Шунтов. Владивосток: ТИНРО-Центр, 2008. С. 110-114.
3. Линдгольм О.В. Китовый промысел // Русское судоходство. СПб., 1888. С. 11-28.
4. Махинов А.Н., Ким В.И., Воронов Б.А. Наводнение в бассейне Амура 2013 года: причины и последствия // Вестн. ДВО РАН. 2014. № 2. С. 5-14.
5. Ресурсы поверхностных вод СССР. Т. 19 / ред. В.В. Куприянов. Л.: Гидрометеоиздат, 1969. 284 с.
6. Рогачев К.А., Шлык Н.В. Антициклоническая циркуляция вод Амура в Сахалинском заливе по спутниковым и морским наблюдениям // Исслед. Земли из космоса. 2011. № 6. С. 73-79.
7. Рогачев К.А., Шлык Н.В. Изменение характеристик халоклина и рост температуры в Камчатском течении и Ойясио // Океанология. 2009. Т. 49, № 6. С. 814-819.
8. Рогачев К.А. Спутниковые наблюдения регулярных вихрей в заливах Шантарского архипелага // Исслед. Земли из космоса. 2012. № 1. С. 54-60.
9. Рогачев К.А., Шлык Н.В. Струйное течение Шантарского архипелага по спутниковым данным // Исслед. Земли из космоса. 2014. № 5. С. 68-75.
10. Ivashchenko Yu., Clapham P. Bowhead whales Balaena mysticetus in the Okhotsk Sea // Mammal Rev. 2010. Vol. 40, N 1. P. 65-89.
11. Kimura N., Wakatsuchi M. Increase and decrease of sea ice are in the Sea of Okhotsk: Ice production in coastal polynyas and dynamic thickening in convergence zones // J. Geophys. Res. 2004. Vol. 109. C09S03, doi: 10.1029/2003JC001901.
12. Kimura N., Wakatsuchi M. Relationship between sea-ice motion and geostrophic wind in the Northern Hemisphere // Geophys. Res. Lett. 2000. Vol. 27. P. 3735-3738.
13. Lindholm O. Whales and how tides and currents in the Okhotsk Sea affect them // J. with News from the Far East of Russia. 1863. P. 42-43. - http://escholarship.org/uc/item/8j93s3pv#page-1 (дата обращения: 28.01.2015).
14. Rogachev K.A., Carmack E.C., Foreman M.G.G. Bowhead whales feed on plankton concentrated by estuarine and tidal currents in Academy Bay, Sea of Okhotsk // Continental Shelf Res. 2008. Vol. 28. P. 1811-1826.
15. Rogachev K.A., Carmack. E.C., Salomatin A.S. Strong tidal mixing and ventilation of cold intermediate water at Kashevarov Bank, Sea of Okhotsk // J. Oceanography. 2000. Vol. 56, N 4. P. 439-447.
