Межгодовая изменчивость термических условий Охотского моря Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

2002

Известия Тихоокеанского научно-исследовательского рыбохозяйственного центра

Том 130

Е.И.Устинова, Ю.Д.Сорокин, Г.В.Хен

МЕЖГОДОВАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ТЕРМИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ОХОТСКОГО МОРЯ

Межгодовую изменчивость термических условий можно оценить по нескольким информативным параметрам. Наиболее длиннорядной, относительно регулярной и однородной гидрометеорологической информацией, характеризующей тепловой режим дальневосточных морей, являются данные о ледяном покрове и температуре воздуха и воды на прибрежных гидрометеорологических станциях (ГМС). Ледовитость относится к климатически значимым физическим параметрам (Николаев и др., 1984; Плотников, 1990; Захаров и др., 1991). Интегральным показателем теплового режима субарктических морей, к которым относится и Охотское, может служить ледовитость, выраженная в процентах от общей площади моря. Более объективной характеристикой, корректно отражающей климатическую изменчивость, является не площадь ледяного покрова, а объем льда в море, но из-за отсутствия достаточно длинных и однородных рядов данных о толщине ледяного покрова определение объема затруднено, поэтому представляется целесообразным использовать более достоверные и репрезентативные данные о площади ледяного покрова.

В теплый период года для оценки состояния прибрежных вод можно использовать данные о температуре воды на прибрежных станциях. В открытых районах моря показателем термического состояния поверхностных вод может служить преобладание площадей, занятых положительными либо отрицательными аномалиями температуры воды на поверхности. Наиболее проблематично оценить межгодовые изменения на глубинах из-за острой нехватки информации. Однако для шельфа Охотского моря в слое 50-200 м можно привлечь относительно регулярные данные, полученные в экспедициях ТИНРО-центра.

Основным источником информации о площади ледяного покрова в 90-х гг. послужили ледовые карты, составляемые по спутниковым данным (начиная с 1992 г. работы ледовой авиаразведки были практически свернуты). Исходные данные с декадным разрешением по времени ос-реднялись до среднемесячных и среднезимних значений. Среднезимняя ледовитость рассчитывалась как средняя за январь-апрель, так как ледовые характеристики наиболее устойчивы в эти месяцы. Ледовитость в марте является максимальной среднемесячной ледовитостью в сезонном ходе ледовых процессов Охотского моря. Имеющийся в нашем распоряжении ряд максимальной за зиму ледовитости наиболее длителен - с зимнего периода 1928/29 г. по настоящее время. Данные о ледовитости по 1956 г. были опубликованы А.Н.Крындиным (1964).

Оценка термических условий в поверхностных слоях моря производилась по декадным картам аномалий температуры Японского метео-

рологического агентства. Каждый месяц за период с 1997 по 2000 г. был охарактеризован по преобладанию площадей положительных либо отрицательных аномалий температуры поверхности моря.

Дополнительно для анализа привлекались наиболее однородные и регулярные данные инструментальных измерений температуры воды на прибрежных ГМС, расположенных по периметру Охотского моря. Данные осреднялись до среднемесячных и среднесезонных значений, рассчитывались различные характеристики изменчивости, в том числе скорость весенне-летнего прогрева и осеннего охлаждения. Оценка аномалий температуры поверхности на станциях производилась относительно среднемноголетних значений, рассчитанных за период с 1980 по 2000 г.

По результатам гидрологических съемок ТИНРО-центра в 19962000 гг. на шельфе северо-западной части Охотского моря и на шельфе западной Камчатки были рассчитаны величины средних температур воды в слое 50-200 м в весенний период.

Проведен технический и критический контроль полученных временных рядов, исправлены ошибочные данные, осуществлена проверка полученных временных рядов на однородность. Данные по возможности приведены к регулярному и однородному виду, пропуски в рядах заполнены с помощью статистических методов.

При расчете статистических характеристик изменчивости использовался уровень статистической значимости не менее 95 %, как это обычно применяется в гидрометеорологии. Для расчета различных характеристик и статистических оценок изменчивости применялся пакет "Мезозавр" РАН и "Статистика", а также оригинальные программы, созданные одним их авторов статьи - Ю.Д.Сорокиным.

Главной особенностью временного хода ледовитости Охотского моря в 90-х гг. XX столетия явилось достижение экстремально низкого значения среднезимней ледовитости в 1996 г. (рис. 1) и экстремально низкого значения максимальной за зимний сезон ледовитости (в марте) в 1994 г. В 1995 и 1997 гг. значения максимальной за зиму ледовитости были хотя и немного выше, чем в 1994 г., но ниже, чем во все остальные годы, начиная с зимы 1928/29 г. (рис. 2). В многолетнем плане, как видно на рис. 2, период с зимы 1993/94 г. по зиму 1996/97 г. был наиболее длительным малоледовитым с экстремально низкими величинами как максимальной за зиму, так и среднезимней ледовитости. После малоледовитого периода произошло довольно резкое повышение общей ледовитос-ти моря. С ледового сезона 1997/98 г. по ледовый сезон 1999/2000 г. среднезимняя ледовитость находилась на уровне чуть выше среднемно-голетней (см. рис. 1). Максимальная за зиму ледовитость была выше среднемноголетней в марте 1998 и 2000 гг. и около среднемноголетней - в марте 1999 г. Наибольшие межгодовые изменения в ходе ледовито-сти произошли с 1996/97 до 1997/98 г. Так, среднезимняя ледовитость повысилась на 22,2 %, а максимальная за зиму - на 32,8 %. Подобные резкие изменения ледовитости отмечались только один раз за весь период наблюдений - с 1983 до 1984 г., но уже в сторону понижения ледовитости. Отметим также, что и в малоледовитый период (см. Хен, 1997), и в период наступившего за ним повышения ледовитости Охотского моря в 1998-2000 гг. отмечалось нарушение принципа противофазности в колебаниях среднезимней ледовитости Охотского и Берингова морей: ледовитость в морях в эти годы в межгодовом плане изменялась син-фазно. Это, по-видимому, связано с наличием общих крупномасштабных причин изменений ледового режима последних лет.

Рис. 1. Ход средней зимней ледо-витости Охотского моря с 1990 г. Пунктирной линией показана средняя многолетняя ле-довитость за период 19571999 гг.

Fig. 1. Average winter ice covered area of the Sea of Okhotsk since 1990. By a dashed line an average long-term value for the period 1957-1999 is shown

1990

1992

1994

1996

1998

2000

Рис. 2. Ледо-витость Охотского моря в марте и ее среднемноголетнее значение(пунктир) Fig. 2. Ice covered area of the Sea of Okhotsk in March and its average long-term value (dotted line)

Если рассмотреть изменчивость ледовитости с меньшим осреднением, используя ежедекадные данные, можно отметить, что максимум ледовитости за рассматриваемые годы отмечался в III декаде марта 2000 г. и составил 86,6 % общей площади моря. В табл. 1 приведены сведения о времени наступления максимума ледовитости в ледовом сезоне за последние 5 лет. Самое раннее наступление максимума наблюдалось в теплом и малоледовитом 1997 г. - во II декаде февраля. Вообще же самое раннее за весь ряд наблюдений наступление максимума ледовитости отмечалось в 1994 г. - в I декаде февраля. В многолетнем плане наиболее часто максимальная ледовитость отмечается во II декаде марта.

Таблица 1

Время наступления максимальной ледовитости Охотского моря в период с 1996 по 2000 г.

Table 1

Period of the maximal values of ice covered area of the Sea of Okhotsk

in 1996-2000

Годы 1996 1997 1998 1999 2000

Время наступления III декада II декада I декада III декада III декада

максимальной марта февраля марта марта марта

ледовитости

Своеобразие развития ледяного покрова в ледовый сезон 1999/2000 г. проявилось и в том, что в начале зимы (декабрь-январь) ледовитость была низкой (рис. 3). До III декады января она была даже ниже, чем в малоледовитом 1997 г. Но уже в I декаде февраля общая площадь ледяного покрова стала выше, чем во все годы последнего десятилетия. Как следует из проведенного С.Ю.Глебовой анализа синоптической обстановки над Охотским морем, резкая перестройка на "холодный" тип в приземном барическом поле наблюдалась в III декаде января. Значительное развитие ледяного покрова произошло с отставанием всего в одну декаду.

Рис. 3. Внутригодовой ход ледовитос-ти Охотского моря в период роста ледовито-сти (1998/99 и 1999/2000 гг.) и в малоледовитые зимы (1994/95 и 1995/96 гг.), а также максимальные, минимальные и сред-немноголетние (± с.к.о.) значения ледови-тости за 19572000 гг.

Fig. 3. Winter ice covered area of the Sea of Okhotsk in 1998/99 and 1999/2000 (period of ice coverage growth) and in 1994/95 and 1995/96 (lowered ice coverage) in comparing with mean long-term (± standard deviations) and extreme low and high values for the period 1957-2000

Несмотря на максимально высокую за последние годы ледовитость в марте 2000 г., сокращение ледяного покрова произошло высокими темпами и уже в первой декаде апреля ледовитость была ниже, чем в 1998 и 1999 гг. (73,0 % против 77,5 % в 1998 г. и 76,6 % в 1999 г.). В III декаде апреля ледовитость уменьшилась почти вдвое по сравнению с III декадой марта (до 48,5 %). Это соответствует сложившейся синоптической обстановке - раннему началу весеннего режима (по данным С.Ю.Глебовой).

Таким образом, в ледовый сезон 1999/2000 г. наблюдалось резкое нарастание площади ледяного покрова от января к февралю и ее резкое сокращение в апреле. В малоледовитые годы ход ежедекадных отклонений ледовитости от среднемноголетних значений был более плавным (рис. 3).

Аномалии температуры воды на поверхности Охотского моря в 1997-2000 гг., по данным Японского метеорологического агентства, характеризовались следующими особенностями. Отношение преобладающих по площади положительных аномалий к преобладающим отрицательным за 12 мес внутри года в 1997 г. было 11/1, 1998 г. - 6/6, 1999 и 2000 гг. - 5/7. В 1997 г. в течение всего года (за исключением декабря) преобладали положительные аномалии, этот год можно считать самым теплым из рассматриваемого ряда лет. С 1998 г. наметилась тенденция к похолоданию поверхностного слоя моря, а в течение 1999 и 2000 гг. преобладали отрицательные аномалии. В три последних года, характеризующихся значениями ледовитости выше среднемноголетней, отмечается преобладание отрицательных аномалий температуры на поверхности во время активного разрушения ледяного покрова - в апреле и мае. Необходимо отметить, что период с августа по сентябрь все последние 4 года характеризовался преобладанием положительных аномалий в поверхностных слоях. Возможно, такое распределение аномалий служит отражением общей закономерности климатической изменчивости: по мнению многих исследователей, климатические изменения вначале происходят зимой и завершаются летом.

По данным прибрежных гидрометеорологических станций, вторая половина 90-х гг. в Охотском море характеризуется следующими особенностями термического режима прибрежных вод. На большинстве станций материкового побережья в 1996 и 1997 гг. отмечались положительные аномалии температуры воды на поверхности в теплый период года, причем максимальные положительные аномалии за последние 20 лет наблюдались на станциях Ушки, Охотск и Улья в 1996 г., на станциях Тайгонос и Аян в 1997 г. На станциях западного и северо-западного побережья весной и в начале лета 2000 г. температура воды на поверхности была ниже нормы. Аномально теплым был август 2000 г. Так, именно в августе в Аяне наблюдалась максимально высокая температура за последние 20 лет. В сентябре здесь аномалия ТПО была такая же, как в теплые 1996 и 1997 гг., а уже в октябре температура стала меньше, чем в теплые годы. Начиная с октября (а в Охотске и Улье - с сентября) аномалии температуры воды на поверхности в прибрежных районах западной и северо-западной части моря стали отрицательными.

В 1996-1998 гг. увеличились межгодовые изменения скоростей весенне-летнего прогрева прибрежных вод. Наиболее быстрый прогрев вод отмечался в начале лета 2000 г. Наиболее быстрое осеннее охлаждение на большинстве станций наблюдалось также в 2000 г. На станциях западного побережья моря быстрое осеннее охлаждение отмечается все последние три года с повышенной ледовитостью.

Межгодовой ход температуры воды на прибрежных гидрометеорологических станциях Камчатки, Курильских островов, восточного и юго-восточного побережья Сахалина был иным, чем на западном и северозападном побережье. Так, в теплый период года (июнь-октябрь) на сахалинских станциях Комрво, мыс Терпения и Стародубское минимальная за последние годы температура отмечалась в 1996 г., а на станциях Курильск и Южно-Курильск - в 1998 г. Однако на юго-западной Камчатке (станция Озерная) в 1998 г. температура воды, наоборот, была максимальной за 90-е гг. На станциях, расположенных на побережье юго-западной Камчатки, Курильских островах, восточном и юго-восточном побережье Сахалина, весной 2000 г. наблюдались небольшие по абсолютной величине отрицательные аномалии, а в летний период (в июне-

августе) преобладали положительные аномалии температуры. Максимальные положительные аномалии отмечались в июле на станциях Курильск (2,0 °С), Южно-Курильск (2,7 °С) (рис. 4), в августе-сентябре на станции Стародубское (2,4 °С) (рис. 5). В октябре на большинстве станций знак аномалии сменился на противоположный.

Стародубское

Л

А

Рис. 4. Межгодовой ход аномалий температуры воды на гидрометеорологических станциях Охотского моря в июле

Fig. 4. Anomalies of water temperature at the hydrometeorological stations of the Sea of Okhotsk in July

Таким образом, прибрежные воды Охотского моря на фоне последних лет в 2000 г. характеризовались преобладанием отрицательных аномалий в весенний период и в конце года и преобладанием положительных аномалий в летний период, особенно значительных в юго-вос-

49

точной части моря. Такое распределение аномалий внутри года вполне соответствует особенностям развития синоптических ситуаций в 2000 г. (Глебова, Хен, наст. сб.), изложенным выше. По сравнению с поверхностью всего моря прибрежные районы стали холоднее раньше, уже в октябре, вследствие их мелководности и более быстрого отклика на атмосферное воздействие.

л\ А / 1 Комрво

)80 Ш 199 'Дм 99р 20 \ \ год

Старо дубское

Рис. 5. Межгодовой ход аномалий температуры воды на гидрометеорологических станциях Охотского моря в августе

Fig. 5. Anomalies of water temperature at the hydrometeorological stations of the Sea of Okhotsk in August

По данным гидрологических съемок, на шельфе западной Камчатки в апреле средняя температура воды в слое 50-200 м за последние пять лет была максимальной (1,13 °С) в теплом и малоледовитом 1997 г.

50

Средняя 1996 1997 1998 1999 2000

0,06 0,40 1,13 0,01 -0,25 -0,28

(табл. 2). Затем произошло ее снижение до отрицательных значений с минимумом в 2000 г. (минус 0,28 °С). Эти изменения соответствуют межгодовому ходу ледовитости в марте и апреле.

Аномально холодные

1лблиЦа 2 условия в 2000 г. в слое

Средняя температура воды в слое 50-200 м Сл пАЛ ,■

^ / - v оП 50-200 м наблюдались и

в апреле на шельфе западной Камчатки, оС „

Table 2 в других районах Охотс-

Mean water temperature of 50-200 m layer кого моря. Причем законо-in April on the shelf of the Western Kamchatka, оС мерности межг°д°вого

хода полностью соответствовали таковым в водах западной Камчатки. На шельфе северо-западной части Охотского моря средняя температура воды в слое 50-200 м в мае-июне отрицательна во все годы (табл. 3), ее максимум отмечается также в 1997 г. (минус 0,12 °С), а минимум - в 2000 г. (минус 0,98 °С).

Как и на западной Кам-Таблица 3 чатке, в северо-западной час-Средняя температура воды ти моря самые высокие зна-

в слое 50-200 м в мае-июне на шельффе чения температуры были в северо-западной части Охотского м^ря^ eC аномально теплом 1997 г., а

, , , f СЛ олл самые низкие - в 2000 г. В

Mean water temperature of 50-200 m

layer in May-June on the continental shelf том и другом районе, несмот-of the northwestern Sea of Okhotsk, оС ря на близость величин в последние два года, явно просматривается общая тенденция на понижение температуры в течение последних 4 лет.

Таким образом, весной 2000 г. на шельфе Охотского моря в слое 50200 м в целом были аномально низкие значения температуры воды, связанные с особенностями атмосферных процессов в холодное полугодие.

Из данных приведенных выше табл. 2 и 3 видно, что в 1998 г. произошла смена теплых типов лет на холодные. В течение последних трех лет, относящихся к холодным, температура воды постепенно понижается, т.е. наблюдается углубление процесса похолодания.

Литература

Глебова С.Ю., Хен Г.В. Особенности синоптической обстановки над Охотским морем в 1997 и 2000 гг. // Наст. сб.

Захаров В.Ф., Макштас А.П., Романов A.A., Савченко В.Г. Морской лед как объект климатических исследований // Проблемы Арктики и Антарктики. - 1991. - № 66. - С. 250-263.

Крындин А.Н. Сезонные и межгодовые изменения ледовитости и положения кромки льда на дальневосточных морях в связи с особенностями атмосферной циркуляции // Тр. ГОИНа. - 1964. - Вып. 71. - С. 5-83.

Николаев Ю.В., Макштас А.П., Иванов Б.В. Физические процессы в прикромочных зонах дрейфующих льдов // Метеорол. и гидрол. - 1984. -№ 11. - С. 73-80.

Плотников В.В. Сезонная и межгодовая изменчивость ледовитости дальневосточных морей // Тр. ДВНИГМИ. - 1990. - Вып. 40. - С. 65-75.

Хен Г.В. Основные закономерности многолетних изменений ледового покрова Охотского и Берингова морей // Комплексные исследования экосистемы Охотского моря. - М.: ВНИРО, 1997. - С. 64-67

Поступила в редакцию 26.11.01 г.

1996 1997 1998 1999 2000

-0,45 -0,12 -0,72 -0,94 -0,98