CC BY
30
2010
Известия ТИНРО
Том 162
УДК 551.465.43(265.51)
С.П. Дудков*
Тихоокеанский научно-исследовательский рыбохозяйственный центр, 690091, г. Владивосток, пер. Шевченко, 4
МЕЖГОДОВЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО СООТНОШЕНИЯ ТИПОВ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТРАТИФИКАЦИЙ ВОД НА СЕВЕРО-ЗАПАДНОМ ШЕЛЬФЕ БЕРИНГОВА МОРЯ
ЛЕТОМ 2005-2008 ГГ.
По данным наблюдений за пространственным распределением температуры и солености в северо-западной части Берингова моря в летне-осенний период в 2005-2008 гг. проведена типизация вертикальных термохалинных структур вод исследуемого района, определены площади, занимаемые различными типами вертикальных структур, прослежено изменение их пространственного соотношения от года к году. Четыре типа вертикальной стратификации шельфовых вод северозападной части Берингова моря были присущи каждому из рассмотренных лет: двухслойная с теплым придонным слоем, двухслойная с холодным придонным слоем, трехслойная с холодным подповерхностным слоем и вертикальная структура с холодным соленым придонным слоем. Кроме того, в 2007 г. широкое распространение получила вертикальная структура с теплой интрузией. Сопоставление осредненных для каждого типа вертикальной стратификации T, S-кривых шельфовых вод с T, S-кривыми вод прилегающей сваловой области показало, что в формировании придонных вод в границах двухслойной вертикальной структуры с теплым придонным слоем и трехслойной структуры с холодным подповерхностным слоем основную роль играет поступление на шельф вод из глубоководной части моря. Происхождение придонных вод в пределах двухслойной структуры с холодным придонным слоем и структуры с соленым холодным придонным слоем связано с опусканием поверхностных вод, в первом случае за счет проникновения до дна осенне-зимней конвекции, усиленной антициклонической циркуляцией, во втором — из-за осолонения поверхностных вод на квазистационарных полыньях.
Ключевые слова: вертикальная стратификация, термохалинная структура, придонный слой, холодный подповерхностный слой.
Dudkov S.P. Interannual variability of spatial arrangement of the types of vertical thermohaline structure on the northwestern shelf of Bering Sea in summer-autumn, 2005-2008 // Izv. TINRO. — 2010. — Vol. 162. — P. 306-323.
Vertical profiles of temperature and salinity in the northwestern Bering Sea in summer-autumn of 2005-2008 are typified. The data are obtained with the sealogger CTD SBE-25. Four main types of thermohaline stratification are defined: i) two-layer structure with warm bottom layer; ii) two-layer structure with cold bottom layer; iii) three-layer structure with cold subsurface layer and warm bottom layer; iv) two-layer structure with cold bottom layer of heightened salinity. Besides, the type of structure with warm intrusion was observed in 2007. Mean profiles of temperature and salinity are calculated for each type. Nature of the warm intrusion at the sea bottom is determined by comparing the T, S-curves for the areas on shelf and continental slope:
* Дудков Сергей Петрович, ведущий инженер, e-mail: [email protected].
306
it is formed by warm water inflow from the deep-water sea that is slightly transformed in the case of two-layer structure with warm bottom layer and more transformed in the case of three-layer structure with warm bottom layer. On the contrary, the cold layers have local origin: they form by the process of winter convection, in particular the cold bottom layer of heightened salinity forms in the case of convection within areas of the sea ice formation. The water structure determines spatial distribution of water density at the sea bottom: the low density (25.8-26.2) was observed in areas occupied by the two-layer structure with cold bottom layer, and the high density (27.0-27.5) — in areas of the structure with cold bottom layer of heightened salinity. The types of structure with warm bottom layer occupied 73-85 % of the shelf. The zone of two-layer structure with cold bottom layer occupied usually 3-5 % of the shelf but expanded to 15 % in 2006. The area of the type with cold bottom layer of heightened salinity never exceeded 10 % of the shelf.
Key words: stratification, water structure, bottom layer, cold subsurface layer.
Введение
Типизации вертикальных термохалинных структур и выделению водных масс, слагающих эти структуры, уделено значительное внимание в работах, освещающих гидрологические условия Берингова моря.
B.C. Арсеньев (1967) при рассмотрении вопроса формирования водных масс Анадырского залива и прилегающей к нему мелководной части Берингова моря выделил пять T, S-кривых, характеризующих особенности структуры вод Анадырского залива. При этом он акцентировал внимание на том, что для большей части района в летний период характерна двухслойная структура вод, а происхождение вод центральной и частично восточной частей Анадырского залива связывал с поступлением вод глубоководной части Берингова моря. Такеноути и Отани (Takenouty, Ohtani, 1974) по характеру летних и зимних профилей температуры и солености с учетом ледовых условий классифицировали на континентальном шельфе Берингова моря 7 типов водных масс, одна из которых (беринговоморская водная масса) также связана с поступлением на северо-западный шельф вод глубоководной части Берингова моря. Л.К. Коучмен с соавторами (1979) зарождение одной из трех водных масс, выделенных ими в Беринговом проливе, и названной анадырской, также связывают с глубоководной частью Берингова моря, откуда эта вода поступает сначала в залив, а затем достигает и Берингова пролива. Факт присутствия вод глубоководной части Берингова моря на северо-западном шельфе подтвержден и более поздними исследованиями. Г.В. Хен (1999) по данным 4 съемок в 1995 г. выделил в придонном слое водную массу из открытой части Берингова моря, названную им по аналогии с терминологией Коучмена водной массой Анадырского залива. А.В. Верхунов (1995) по результатам наблюдений в июне 1990 г. в Анадырском заливе выделил на основе анализа профилей температуры и солености 4 типа вертикальной стратификации. Слагающие эти типы водные массы были определены с использованием T, S-диаграмм рассеяния для поверхности, подповерхностного и придонного слоев. Один из типов этих водных масс, присутствующий во всех элементах трехслойной вертикальной стратификации, подходит под описание анадырской водной массы по Коучмену, на что сам автор обращает внимание. Учитывая то, что наличие вод из глубоководной части Берингова моря признается во всех рассмотренных выше исследованиях, поступление вод глубоководной части Берингова моря на северо-западный шельф является неоспоримым фактом. Помимо вод, поступающих из глубоководной части моря, в вертикальных структурах северо-западного шельфа существуют и водные массы местного происхождения. Одним из примеров такой водной массы являются выделенные С.В. Гладышевым и Г.В. Хеном (1999) придонные осолоненные воды, формирующиеся зимой в полынье зал. Креста и в полыньях небольших бухт на его восточном побережье. Л.К. Коучмен с соавторами (1979) в Беринговом проливе выделяют водную массу беринговоморского шельфа. Ее происхождение они связывают со
значительной трансформацией вод глубоководной части Берингова моря за счет перемешивания с менее солеными и холодными водами в северной части шельфа.
Если в рассмотренных выше работах сами вертикальные структуры северо-западного шельфа Берингова моря представлены достаточно полно, то межгодовая изменчивость пространственного соотношения этих структур не освещена. Поэтому цель данной работы, наряду с районированием северо-западного беринговоморского шельфа по типам вертикальной стратификации вод в 2005-2008 гг., — проследить межгодовые изменения пространственного соотношения этих типов. При определении водных масс элементов вертикальных структур особое внимание было уделено водам придонного слоя.
Материалы и методы
Работа проведена по данным экспедиций НИС ТИНРО-центра в Беринговом море летом — в начале осени 2005-2008 гг. (табл. 1).
Таблица 1
Сроки выполнения съемок и охваченная исследованиями площадь на северо-западном шельфе Берингова моря в 2005-2008 гг.
Table 1
Areas and terms of oceanographic surveys on the shelf of northwestern Bering Sea in summer-autumn of 2005-2008
Год 2005 2006 2007 2008
Сроки 7.08-8.10 6.08-23.09 14.07-16.09 16.07-25.08
Площадь, тыс. км2 127,7 94,3 106,0 139,5
Площадь охваченного исследованиями в 2005-2008 гг. северо-западного беринговоморского шельфа изменялась от 94,3 тыс. км2 в 2006 г. до 139,5 тыс. км2 в 2008 г. Наиболее частой и равномерной сетка станций была в 2005 и 2008 гг. при расстоянии между станциями около 20 миль. В 2006 и 2007 гг.
Рис. 1. Схема гидрологических станций на северо-западном шельфе Берингова моря в 2005-2008 гг.
Fig. 1. Scheme of oceanographic surveys on the shelf of northwestern Bering Sea in summer-autumn of 2005-2008
Сбор данных осуществлялся СТД-зондами SBE-25. Типизация вертикальных структур проводилась по виду вертикальных профилей температуры и солености, построенных с дискретностью 1 м. После того как вертикальные структуры были подразделены, значения термохалинных параметров на станциях, отнесенных к одной и той же структуре, осреднялись. По осредненным значениям температуры и солености строились T, S-кривые, по которым и проводилось сопоставление вертикальных структур. Оперирование средними значениями в данном случае представляется возможным, так как предварительное разделение на типы стратификаций позволяет предположить, что в пределах каждой вертикальной структуры термохалинные параметры принадлежат одной генеральной совокупности. Судя по количеству станций, по которым проводилось осреднение температуры и солености в каждой вертикальной структуре, наиболее устойчивыми средние значения являются для двухслойной структуры с теплым придонным слоем и для трехслойной структуры с холодным подповерхностным слоем (ХПС) (табл. 2).
Таблица 2
Число станций, по которым проводилось осреднение термохалинных параметров
вертикальной структуры
Table 2
Number of stations used for averaging of the temperature and salinity profiles
Структура
Двухслойная Двухслойная С соленым
Год с теплым Трехслойная с холодным холодным Глубоко-
придонным с ХПС придонным придонным водная
слоем слоем слоем
2005 81 8 6 14 12
2006 21 18 7 5 3
2007 26 13 10 1 6
2008 41 53 5 10 53
Динамическая топография рассчитывалась относительно поверхности 500 дбар.
Результаты и их обсуждение
Критерии определения типа стратификации
В исследованиях, касающихся вопроса стратификации вод северо-западного шельфа Берингова моря (Арсеньев, 1967; Верхунов, 1995; Зуенко, 1995), основными типами представляются двухслойная вертикальная структура и трехслойная структура с ХПС. Исходя из этого положения, проводилась типизация вертикальных структур и в данной работе. К двухслойному типу стратификации первоначально были отнесены только те вертикальные структуры, в которых между верхним и придонным квазиоднородными слоями вертикальный ход темо-халинных параметров был монотонным. В подавляющем большинстве случаев вертикальной изотермии поверхностного слоя соответствует гомогенный характер в вертикальном распределении солености, поэтому поверхностный слой считался однородным, если вертикальный градиент температуры по абсолютной величине не превышал 0,1 оС/м. Для придонного слоя за критерий его однородности принималось условие, при котором градиент условной плотности по абсолютной величине не превышал 0,05 у.е. на метр. В дальнейшем представилось целесообразным подразделить выделенную таким образом двухслойную стратификацию на вертикальную структуру с теплым придонным слоем и структуру с холодным придонным слоем.
При наличии между поверхностным и придонным слоями хорошо выраженного минимума температуры стратификация определялась как трехслойная с ХПС.
Если температура ядра ХПС не выходила за нижний предел придонной температуры для двухслойной структуры с теплым придонным слоем, то такая стратификация относилась к этой двухслойной структуре (рис. 2). Если придонная температура для стратификации с локальным минимумом температуры не выходила за верхний предел придонной температуры для двухслойной структуры с холодным придонным слоем, то такие структуры были отнесены к соответствующей двухслойной структуре (рис. 3). Большее совпадение Т, S-кривых вертикальных структур, ХПС которых удовлетворяет приведенным выше условиям, с Т, S-кривыми двухслойных структур по сравнению с Т, S-кривыми трехслойной структуры с ХПС делает обоснованным такой подход.
Т, °С Соленость, е.п.с.
отнесенного к трехслойной структуре с ХПС (2). Прямыми линиями обозначены пределы придонной температуры двухслойной структуры с теплым придонным слоем
Fig. 2. Typical samples of temperature profiles and T, S-curves: 1 — two-layer structure with warm bottom layer; 2 — three-layer structure with cold subsurface layer and warm bottom layer. Limits of bottom water temperature for (1) are shown with straight lines
Если под термоклином в ходе монотонного изменения термохалинных параметров наблюдался термо-галоклин, то такая стратификация относилась к вертикальной структуре с холодным соленым придонным слоем. Если под локальным минимумом температуры был локальный максимум, то такая стратификация определялась по аналогии с терминологией А.В. Верхунова (1995) как вертикальная структура с теплой интрузией.
Выделенные типы вертикальных термохалинных структур
Из всех типов вертикальных структур, выделенных в рассматриваемые годы, 4 типа были присущи каждому из этих лет:
— двухслойная структура с теплым придонным слоем;
— трехслойная структура с холодным подповерхностным слоем;
— двухслойная структура с холодным придонным слоем;
— структура с соленым холодным придонным слоем.
Т, °С Соленость, е.п.с.
ры, отнесенного к трехслойной структуре с ХПС (2). Прямыми линиями обозначены пределы придонной температуры двухслойной структуры с холодным придонным слоем
Fig. 3. Typical samples of temperature profiles and T, S-curves: 1 — two-layer structure with cold bottom layer; 2 — three-layer structure with cold subsurface layer and warm bottom layer. Limits of bottom water temperature for (1) are shown with straight lines
Водам северо-западного беринговоморского шельфа, как и основной массе вод Берингова моря, свойственна субарктическая структура. Поэтому разнообразие вертикальных структур шельфовых вод можно рассматривать как модификации субарктической структуры, обусловленные такими факторами, как мелко-водность, материковый сток, осолонение при льдообразовании на квазистационарных полыньях и др. В пределах границ съемок, выполненных в 2005-2008 гг., собственно субарктическая структура с наличием таких основных ее элементов, как холодный подповерхностный слой и теплый промежуточный слой, представлена на станциях, выполненных на свале. С учетом этого и исходя из положения о поступлении на шельф вод глубоководной части моря, резонно предположить наличие этих вод в шельфовых вертикальных структурах.
Двухслойная структура с теплым придонным слоем. Сопоставление ос-редненных T, S-кривых вертикальной структуры сваловых вод с T, S-кривыми шельфовой двухслойной вертикальной структуры с теплым придонным слоем показывает тождественность T, S-индексов в пределах ядра холодного подповерхностного слоя глубоководной части моря с T, S-индексами придонных вод шель-фовой двухслойной вертикальной структуры в 2006-2008 гг. и небольшое различие соответствующих индексов в 2005 г. (рис. 4).
Если в 2006-2008 гг. T, S-индексы осредненной T, S-кривой уже с 30-50 м совпадают с T, S-индексами осредненной кривой вод глубоководной части, расположенных в границах холодного подповерхностного слоя, то в 2005 г. средняя соленость этой двухслойной структуры на горизонтах 30-50 м была на 0,10,2 е.п.с. меньше, чем в последующие годы. Объяснить это можно тем, что, по оценке геострофической составляющей динамики вод в 2005 г., основная часть Наваринского течения в районе 63030' с.ш. заворачивала на восток и поступление вод глубоководной части в Анадырский залив было ослаблено (рис. 5).
311
2005
2006
и
о
H'
32
4 /1
V1 (
30? I?0
30
/» 1
1 /\
/ 1 / \ /
5 0 50
1р0
10 О
о
j СЧ 1 ' tv j
33
2007
34
32 33 34
Соленость, е.п.с.
32 33 34
Соленость, е.п.с.
Рис. 4. Сопоставление T, S-кривых вод глубоководной части (сплошная линия) с T, S-кривыми шельфовых вод двухслойной вертикальной структуры с теплым придонным слоем (пунктир). Здесь и далее цифры на линиях — глубины, м
Fig. 4. Comparison of T, S-curves for the deep-water sea (solid line) and the shelf two-layer structure with warm bottom layer (dotted line)
8
6
4
2
0
В целом можно сделать вывод, что в границах двухслойной шельфовой структуры с теплым придонным слоем придонные воды чаще представлены практическими нетрансформированными поступающими на шельф водами глубоководной части моря.
В 2005 г. в прибрежной части олюторско-наваринского шельфа и в при-сваловой области проявились две модификации данной структуры (рис. 6). На бровке шельфа в юго-восточной части съемки на изобатах 170-175 м проявился теплый соленый придонный слой толщиной 4-9 м, образование которого связано с выходом в присваловую область шельфа вод глубоководной части, расположенных в пределах главного термоклина. В прибрежной
65
61 65-
Скорость течения, см/с
- 5
— 15 —30
65
64
-63
-62
Рис. 5. Динамическая топография 0/500 и соответствующая ей геострофическая циркуляция в северо-западной части Берингова моря летом 2005-2008 гг.
Fig. 5. Dynamic topography 0/500 and surface geostrophic flows over the northwestern shelf of Bering Sea in summer-autumn of 2005-2008
185
175
185
части олюторско-наваринского шельфа придонный слой был теплее более чем на 2 0С с более низкой (на 0,5-1,0 е.п.с) соленостью.
Рис. 6. Осредненные T, S-кривые двухслойной структуры с теплым придонным слоем и ее модификаций: А — прибрежной; В — присваловой
Fig. 6. Averaged T, S-curves for the two-layer structure with warm bottom layer and for its modifications: A — modification of inner shelf; B — modification of outer shelf
32 33 Соленость, е.п.с.
Трехслойная структура с холодным подповерхностным слоем. Из сравнения осредненных Т, S-кривыx сваловых вод с осредненными Т, S-кривыми вод шельфовой вертикальной структуры с холодным подповерхностным слоем видно,
что Т, S-индексы придонного слоя этой шельфовой структуры лежат между Т, S-индексами ядра ХПС вод глубоководной части и Т, S-индексами ядра ХПС шель-фовых вод (рис. 7). Это обстоятельство позволяет предположить, что придонные воды трехслойной шельфовой вертикальной структуры представляют собой продукт перемешивания вод, лежащих в пределах холодного подповерхностного слоя этой структуры, с наползающими на шельф водами из сваловой области.
2005 2006
Рис. 7. Сопоставление T, S-кривых вод глубоководной части (сплошная линия) с T, S-кривыми шельфовых вод трехслойной вертикальной структуры с холодным подповерхностным слоем (пунктир)
Fig. 7. Comparison of T, S-curves for the deep-water sea (solid line) and the shelf three-layer structure with cold subsurface layer and warm bottom layer (dotted line)
Двухслойная структура с холодным придонным слоем. Шельфовая двухслойная вертикальная структура с холодным придонным слоем может рассматриваться как результат проникновения до дна осенне-зимней конвекции. Местоположение этой структуры приурочено к внешней части Анадырского залива и прилегающего шельфа, где динамика вод характеризуется антициклоническим
типом циркуляции (Арсеньев, 1967). Антициклоническая циркуляция во внешней части Анадырского залива и прилегающего шельфа прослеживается и на представленных выше схемах геострофических течений. При сравнении осред-ненных Т, S-кривыx этой структуры с Т, S-кривыми трехслойной вертикальной структуры с ХПС видно, что придонные воды двухслойной структуры всегда на 0,5-1,0 0С холоднее, чем воды в ядре ХПС трехслойной структуры (рис. 8). Скорее всего, это связано с тем, что придонные воды двухслойной структуры подвержены меньшей трансформации, чем шельфовые воды в пределах холодного подповерхностного слоя, испытывающие отепляющий эффект как сверху от прогретых поверхностных вод, так и снизу от теплых придонных вод. В отличие от структур, рассмотренных выше, воды придонного слоя этой структуры сформированы исключительно в пределах шельфа.
2005 2006
Рис. 8. Сопоставление T, S-кривых двухслойной структуры с холодным придонным слоем (сплошная линия) с T, S-кривыми шельфовых вод трехслойной вертикальной структуры с холодным подповерхностным слоем (пунктир)
Fig. 8. Comparison of T, S-curves for the two-layer structure with cold bottom layer (solid line) and the three-layer structure with cold subsurface layer and warm bottom layer (dotted line)
Вертикальная структура с соленым холодным придонным слоем. На севере Анадырского залива была выделена вертикальная структура с соленым придонным слоем (рис. 9). Близкие к точке замерзания значения температуры придонного слоя этой структуры, наряду с высокой соленостью, указывают на то, что своим происхождением воды придонного слоя обязаны процессам осоло-нения вод при льдообразовании в полыньях. По характеру вертикального распределения термохалинных характеристик между сезонным термоклином и придонным слоем проявились две основные модификации этой структуры. В первом случае между сезонным термоклином и придонным слоем наличествует однородная водная масса с такими же Т, S-индексами, что и Т, S-индексы придонных вод двухслойной структуры с теплым придонным слоем, из чего можно заключить, что в данной модификации этот элемент вертикальной стратификации представлен поступающими на шельф мало трансформированными водами глубоководной части моря. В другом случае от нижней границы термоклина до верхней границы придонного слоя температура монотонно падает, уходя в отрицательные значения, а соленость монотонно возрастает.
В 2007 г. из-за редкой сетки станций на севере Анадырского залива данная структура была выявлена лишь на одной станции.
Рис. 9. Осредненные T, S-кривые шель-фовой структуры с соленым холодным придонным слоем
Fig. 9. Averaged T, S-curve for the structure with cold bottom layer of heightened salinity
30 31 32 33 Соленость, e.n.c.
Как следует из изложенного выше, водные массы придонного слоя для каждого из 4 типов стратификации имеют различное происхождение и подразделяются:
— на практически нетрансформированные водные массы из глубоководной части для двухслойной структуры с теплым придонным слоем;
— воды из глубоководной части, трансформированные за счет перемешивания с шельфовыми водами для трехслойной структуры с ХПС;
— придонные воды, образованные за счет опускания охлажденных поверхностных шельфовых вод в результате осенне-зимней конвекции для двухслойной структуры с холодным придонным слоем;
— придонные воды, образованные за счет опускания поверхностных вод, осолоненных на квазистационарных полыньях.
Разделение придонных вод по этим признакам согласуется и с горизонтальным распределением придонной плотности (рис. 10). Сравнительно низкие, 25,826,2 у.е., значения придонной плотности на шельфе, прилегающем к Анадырскому заливу, соотносятся с областью распространения двухслойной структуры с
холодным придонным слоем, происхождение которого связано с опусканием поверхностных менее соленых, а следовательно, и менее плотных вод в период осенне-зимней конвекции. Самые высокие значения придонной плотности, 27,027,5 у.е., исключая сваловую область, приурочены к ареалу распространения структуры с соленым холодным придонным слоем. Здесь высокая плотность придонных вод также согласуется с предположением об их происхождении, в результате опускания поверхностных вод, уплотнившихся за счет осолонения при льдообразовании на квазистационарных полыньях. Придонные воды с плотностью 26,2-26,5 у.е. в центральной части Анадырского залива и на выходе из него соотносятся с областью распространения двухслойной структуры с теплым придонным слоем и трехслойной структуры с ХПС.
Рис. 10. Распределение придонной плотности в северо-западной части Берингова моря летом-осенью 2005-2008 гг.
Fig. 10. Spatial distribution of water density at the sea bottom on the shelf of northwestern Bering Sea in summer-autumn of 2005-2008
Структура с теплой интрузией. В 2007 г. значительную площадь южной части Анадырского залива и прилегающего шельфа занимала вертикальная структура, характеризующаяся чередованием теплых и холодных слоев (рис. 11, а). На единичных станциях эта стратификация отмечалась и в другие годы, но в 2007 г. она получила наибольшее распространение.
Ввиду того что слагаемые элементы этой вертикальной структуры, находясь на разных глубинах, при осреднении вертикальных профилей нивелируются, более наглядно эта структура представляется на T, S-кривых для характерных станций. При схожести форм этих T, S-кривых с хорошо выраженным холодным подповерхностным слоем и расположенной под ним теплой интрузией абсолютные значения термохалинных характеристик, как ядер ХПС и теплой интрузии, так и термохалинных индексов придонного слоя, значительно различаются.
А при сопоставлении Т, S-кривыx этой вертикальной структуры с Т, S-кривыми первых трех вертикальных структур, рассмотренных выше, видно, что придонные воды в ее пределах могут иметь различное происхождение.
Рис. 11. Варианты шельфовой вертикальной структуры с теплой интрузией в 2007 г. (а), сопоставление T, S-кривой этой структуры (сплошная линия) с T, S-кривой двухслойной шельфовой вертикальной структуры с теплым придонным слоем (б), с T, S-кривой трехслойной шельфовой вертикальной структуры с ХПС (в) и с T, S-кривой двухслойной шельфовой вертикальной структуры с холодным придонным слоем (г)
Fig. 11. Cases of the structure with warm intrusion observed in 2007 (a); comparison of its averaged T, S-curve with T, S-curve for the two-layer structure with warm bottom layer (б), with T, S-curve for the three-layer structure with cold subsurface layer and warm bottom layer (в), and with T, S-curve for the two-layer structure with cold bottom layer (г)
Так, T, S-индексы придонного слоя самого теплого варианта вертикальной структуры с теплой интрузией близки к T, S-индексам придонного слоя в пределах двухслойной вертикальной структуры с теплым придонным слоем (рис. 11,
б). Следовательно, этот вариант придонных вод в пределах вертикальной структуры с теплой интрузией, как и придонные воды в пределах сравниваемой структуры, представляет собой мало трансформированные воды глубоководной части. Аналогично придонные воды промежуточного варианта структуры с теплой интрузией ввиду совпадения Т, S-индексов этих придонных вод с Т, S-индексами придонных вод трехслойной шельфовой структуры с ХПС (рис. 11, в) представляют собой воды глубоководной части моря, трансформированные в той или иной степени за счет перемешивания. Придонные же воды самого холодного варианта структуры с теплой интрузией, как и придонные воды двухслойной структуры с холодным придонным слоем, имеют местное происхождение (рис. 11, г).
Холодный подповерхностный слой вертикальной структуры с теплой интрузией, как и ХПС трехслойной шельфовой вертикальной структуры, представляет собой продукт осенне-зимней конвекции. Образование слоя теплой интрузии может быть связано с заглублением поверхностных вод, выносимых из Анадырского залива. В 2007 г. вынос вод из залива был наиболее интенсивным (см. рис. 5). Причем наряду с Анадырским течением, стрежень которого в 2007 г. был отжат от берега, вынос вод из залива отмечался и в восточной его части. В областях, где Анадырское течение и южный поток в восточной части залива встречаются с Наваринским течением, должно наблюдаться нисходящее движение вод. Сравнительно высокая условная плотность поверхностных вод в центральной части залива (рис. 12), более чем на 1 у.е. превышающая условную плотность поверхностных вод на прилегающем шельфе и сравнимая с плотностью вод на глубине залегания холодного подповерхностного слоя, в принципе позволяет поверхностным водам, выносимым из Анадырского залива, поднырнуть под ХПС шельфовых вод.
(Б) летом 2007
Fig. 12. Spatial distribution of water density at the sea surface density (A) and at the depth of the minimal temperature (Б) in summer 2007
В 2008 г. у западного побережья Анадырского залива на глубинах не более 20 м была выделена вертикальная структура мелководья (рис. 13). У юго-восточной оконечности Чукотского полуострова отмечалась однородная вертикальная стратификация. Значения температуры 1,5-2,5 0С и солености 32,95-33,14 е.п.с. соответствуют T, S-индексам придонных вод двухслойной структуры с теплым придонным слоем, поэтому можно предположить, что у юго-восточного побережья Чукотского полуострова наблюдается выход к поверхности вод придонного слоя.
Рис. 13. T, S-кривые структуры мелководья (1) и однородной структуры (2) в 2008 г.
Fig. 13. T, S-curves for the shallows (1) and homogeneous (2) types of water structure in 2008
2
\
О ( о [
v> Ю Ю
rv 1 1 ! cv . 1,1 / rvi I
32 33
34
Соленость, е.п.с.
Из схемы пространственного распределения вертикальных структур в различные £¡11111 IIIгоды видно, что площадь под двухслойной
структурой с теплым придонным слоем составляла не менее трети от охваченного исследованиями северо-западного шельфа Берингова моря (рис. 14). Площадь под трехслойной структурой с ХПС в 2006, 2008 гг. составляла половину исследуемого района, а в 2005 г. эта структура занимала всего 6 %. Процентное соотношение площадей под различными типами стратификации в рассматриваемые годы и характеристики элементов вертикальных структур представлены в табл. 3. За оценку термохалинных параметров и морфометрических характеристик элементов вертикальных структур приняты средние значения соответствующих элементов плюс-минус среднее квадратическое отклонение.
64
62
60
64
62
60
60L
175
180
175
170
175
180
175
170
Рис. 14. Районирование по типам вертикальной стратификации в летний период в 2005-2008 гг.: 1 — трехслойная структура с ХПС; 2 — двухслойная структура с теплым придонным слоем; 3 — двухслойная структура с холодным придонным слоем; 4 — структура с соленым холодным придонным слоем; 5_7 — структура с теплой интрузией; 5_8 — структура мелководья; 6_8 — однородная структура
Fig. 14. Zoning by types of vertical stratification in summer of 2005-2008: 1 — three-layer structure with cold subsurface layer and warm bottom layer; 2 — two-layer structure with warm bottom layer; 3 — two-layer structure with cold bottom layer; 4 — structure with cold bottom layer of heightened salinity; 5_7 — type with warm intrusion; 5_8 — shallow type; 6_8 — homogeneous type
8
В границах двухслойной вертикальной структуры с теплым придонным слоем, формирующимся за счет поступления почти нетрансфор-мированных вод глубоководной части, средняя толщина придонного слоя была наибольшей — 37-47 м. В границах трехслойной вертикальной структуры с ХПС, где поступающие из глубоководной части воды, формирующие придонный слой этой структуры, трансформируются за счет перемешивания, средняя толщина придонного слоя несколько меньше — 13-31 м. В границах вертикальных структур, где воды придонного слоя имеют местное происхождение, средняя толщина придонного слоя имеет наименьшие значения — 13-23 м для двухслойной вертикальной структуры с холодным придонным слоем и 4-9 м для структуры с холодным соленым придонным слоем (2007 г. для последней структуры не учитывается,
то а
К
ч о то
н
-О то Н
ОО
о о см I
ю о о
см
Ч О
к
си С
=к к к н си
ч
к о
то са
о —
К
к
си Ю
ТО Л
ч
си
а
к н о
то у
=к о к =3 то с то
ГО
о
си са си о
н *
н
о
X
3 К Л
4
то *
К н
си са
х *
К н о к
си
н «
то то X
ОО
о о см I
ю о
О
см
то си
сл Ы>
'и
си
м
=к
о
ч
о
=к
3
к
к
о
ч
к
с
Л
н
*
н
о
=к
о
к
Л
ч
то
X
к
н
си
са О
3 С
н К X
си
си
ч
СП
си
3
К
са
о
К
о
О
=к
3 к
4 о
о к
ч о . к
ГО
то
ш *
= к к к
X си
м
Л
н о о к
си
ч о
о
ф то С Л
си
н
н ° то
то к
3
к к к
X си
м
Л
н о о к
си
ч о
о
си ^ С Л
си
н
н ° то
то
к ,
к ^
^ 3
[- к
Л
н о о к
си
ч о
о
си ^ С Л
си
н
о
н
н ° то
к ч о
К и
Ч О
Д 2
а <и
^ то ^ х
» 2 о та
к
то то
к
ч
то н
«
к
н
си н о
т
оооо +1 +1 +1 +1 сооооот
см" со см" см" сосососо
0~ 0~ <Э 0~ +1 +1 +1 +1 отг- отю
о-+1 со
—1 о о см см см см
ОО ОО ю см сосоо
см см см см см
+1 +1 +1 +1 +1 +1 +1
о от
со см см со со
о ОО ю ю СО со со СМ —1 см 66±6 от +1 ОО +1
см со со см 1—1 —1 СМ
+1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1
см см от т—( см см О СОСО ю
ОО ю ю со СО ЮСО
оооо +1 +1 +1 +1 —'^Осо
см" см" см" см" сосососо
ЮГ-СОСО
0~ 0~ 0~ о" +1 +1 +1 +1 СО^СМ со
О О I I
I I
ООСО^ +1 +1 44 +1
О?«
44 2о
о +1 о +1 со<-< со
2 °°
то см ю 6 ю
+1 +1 +1 +1
к 2 ОО ОО см
а
СОГ-ООСО
оооо +1 +1 +1 +1 —<СМ—'СМ
сосососо сосососо
ООСОСООТ 0~ 0~ 0~ 0~ +1 +1 +1 +1 СМЮСМ-^
сэ о" о" о" +1 +1 +1 +1 —'СМС0 1~-~ о"о" +1 +1 сэ оо 33"7 сз +1
см" см" см" см" сосососо со со со со со
юг—сосо с^ ^^ ^
о" о" о" о" +1 +1 +1 +1 1~-Осо^ сэсэ +1 +1 его со -0.8 +1
о" ^ 1111 т т т
+1 +1 ОО ¿3 ю ^ см ^
со см ю со от от —1 см со 80
оооо О ООО 0
+1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1
ОО со ОО ОО со ОО с^ с^
см" ОО
со со со со со со со со со со со со см см
со^^со
+1 +1 +1 +1 ^
О^ оо~ ОТ~
ю со +1 +1 СО
1~-СМ —' о^ ЬСОЮ
ю 6 7 8 ю 6 78 ю 678 ю 678
0 0 0 0 0 0 00 0 000 0 000
0 0 0 0 0 0 00 0 000 0 000
см см см см см см см см см смсмсм см СМСМ см
о о +1 +1 с- о
—I смсо со +1 +1 +1 +1 —'ОТСМО СМ—
со
& 4 с о
^ОО _ СО +1 +1 2 +1 ^от со
см(~- со 0~ со о +1 +1 о +1
с- со ОО от~
от
СМСМ СО +1 +1 ОО +1
& 4 с о
так как представлен одной станцией). Таким образом, вертикальные шельфовые структуры, в которых происхождение вод придонного слоя связано с их поступлением из глубоководной части моря, имеют в совокупности не только наибольшее площадное распространение, но и наибольшую толщину придонного слоя.
Для оценки межгодового изменения соотношения вертикальных структур были определены площади под различными типами в пределах границ съемки, выполненной в Анадырском заливе и на прилегающем шельфе в 2006 г. (рис. 15). Выбор основан на том, что этот полигон является пересечением всех съемок, выполненных в 2005-2008 гг. Его площадь составляет 87,1 тыс. км2.
Рис. 15. Пересечения съемок, выполненных в 2005-2008 гг.
Fig. 15. Intersections of the surveys conducted in 2005-2008
Двухслойная структура с теплым придонным слоем была наиболее распространена в 2005 г. (табл. 4). Занимаемая ею площадь составила 83 % выбранного полигона. Минимальное распространение она получила в 2008 г. — 18 %. Трехслойная вертикальная структура с ХПС наибольшее распространение получила в 2008 г. — 75 % выбранного полигона, минимальное — в 2005 г. — 8 %. Двухслойная структура с холодным придонным слоем в 2006 г. занимала 15 % выбранного полигона, а в остальные года — 3-5 %. Площадь под структурой с холодным соленым слоем за все годы не превышала 10 % полигона.
Таблица 4
Площади под различными типами вертикальных структур в границах пересечения съемок, выполненных в 2005-2008 гг., %
Table 4
Portions occupied by certain types of water structure within the area of intersection surveyed in all years of the period 2005-2008, %
Структура 2005 2006 2007 2008
Трехслойная с ХПС 8 47 21 75
Двухслойная с теплым придонным слоем 83 29 53 18
Двухслойная с холодным придонным слоем 3 15 5 4
С холодным соленым придонным слоем 6 9 < 1 3
С теплой интрузией — — 20 —
Выводы
В летний период для северо-западного беринговоморского шельфа характерны 4 основных типа вертикальной термохалинной стратификации: двухслойная с теплым придонным слоем, трехслойная с холодным подповерхностным слоем, двухслойная с холодным придонным слоем, структура с холодным соленым придонным слоем.
Придонные воды в границах распространения двухслойной стратификации с теплым придонным слоем представляют собой практически нетрансформиро-ванные воды, поступающие из глубоководной части моря.
1 76 1 78 180 182 184 186
Придонные воды в границах распространения трехслойной стратификации с холодным подповерхностным слоем представляют собой трансформированные за счет перемешивания воды, поступающие с глубоководной части моря.
Придонные воды в границах распространения двухслойной стратификации с холодным придонным слоем, образованным в результате осенне-зимней конвекции, являются чисто шельфовым продуктом и занимают 4-14 % северо-западного беринговоморского шельфа.
Уменьшение или увеличение площади распространения двухслойной вертикальной стратификации с теплым придонным слоем происходит за счет противофазного изменения площади под трехслойной стратификацией с холодным подповерхностным слоем. Cуммаpная площадь под этими структурами в различные годы составила 73-85 % северо-западного беринговоморского шельфа, а средняя толщина придонного слоя этих структур в основном превышает среднюю толщину придонного слоя структур, придонные воды которых имеют местное происхождение.
Список литepaтypы
Apceньeв B.C. Течения и водные массы Берингова моря ; монография. — М. ; Наука, 19б7. — 135 с.
Bepxyнoв A.B. Роль гидролого-гидрохимических процессов на шельфе Берингова моря в формирование биопродуктивности // Комплексные исследования экосистемы Берингова моря. — M. i ВНИРО, 1995. — C. 52-78.
Глaдышeв C.B., Xeн T.B. Трансформация придонных осолоненных вод Анадырского залива летом-осенью 1995 г. // Метеорол. и гидрол. — 1999. — № б.
Зyeнкo Ю.И. ^руктура вод и водные массы шельфа дальневосточных морей i дис. ... канд. геогр. наук. — Владивосток, 1995.
Koyчмeн Л.К., Oгopд К., Тpип Р.Б. Берингов пролив i монография. — Л. i Гидрометеоиздат, 1979. — 199 с.
Xeн r.B. Пространственно-временная характеристика вод Анадырского залива и прилегающей области шельфа в летне-осенний период // Изв. ТИНРО. — 1999. — Т. 12б. — C. 587-602.
Takenouty A.Y., Ohtani K. Currents and water masses in the Bering Sea : a review of Japanese work // Oceanography of the Bering Sea. — Ancoridge i Institute of Marine Science University of Alaska, 1974. — P. 39-57.
Поступила в редакцию 2.06.10 г.
