CC BY
62
УДК 551.465; 528.88
Е.А. Пак1, Д.С. Хапов1, В.А. Дубина1,2
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
МЕЗОМАСШТАБНЫЕ АБИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ В ПРИБРЕЖНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ ЗАЛИВА ТЕРПЕНИЯ (ОХОТСКОЕ МОРЕ)
На основе спутниковых изображений высокого и среднего пространственного разрешения исследованы мезомасштабные явления в зал. Терпения. Обнаружена сложная структура течений, состоящая из плотноупакованных вихрей разного знака.
Ключевые слова: Японское море, побережье Приморья, поверхностные течения, Приморское течение, мезомасштабные вихри, внутренние волны, спутники серии Landsat, спектрорадиометр MODIS.
E.A. Pak, D.S. Hapov, V.A. Dubina
SUBMESOSCALE ABIOTIC FACTORS IN COASTAL MARINE ECOSYSTEMS OF THE TERPENIYA BAY (OKHOTSK SEA)
Submesoscale phenomena were studied based satellite high and moderate spatial resolution images. Complex structure of the currents consisting of close-packed different sign eddies structure was revealed.
Key words: Okhotsk Sea, Terpeniya Bay, surface current, submesoscale eddies, Landsat satellites, spec-troradiometr MODIS.
Введение
Зал. Терпения вдаётся в среднюю часть восточного берега острова между мысом Соймоно-ва, находящимся в 2,2 мили к северу от устья р. Нитуй, и мысом Терпения, расположенным в 72 милях к востоку-юго-востоку от мыса Соймонова [1]. Западный и восточный берега залива гористые, а северный берег низкий. С восточной стороны залив ограничен узким п-вом Терпения. В зал. Терпения впадает сравнительно крупная р. Поронай, возле устья которой оборудован порт Поронайск, и несколько менее значительных рек и речек [1].
В районе зал. Терпения расположен Поронайский заповедник. Общая площадь охранной зоны заповедника - 44,6 тыс. га, из них 17,3 тыс. га - морская акватория, которая удалена от берега на 500 м в зал. Терпения и на 1000 м - в Охотское море (http://www.zapovednik-65.ru/). Флора насчитывает 460 видов, из которых пять видов растений внесены в Красную книгу РФ и Сахалинской области. Животный мир насчитывает до 440 видов. Группа редких животных, внесенных в Красную книгу Сахалинской области, насчитывает 39 видов. В заповеднике встречаются 8 видов, включенных в Красную книгу МСОП (Международный союз охраны природы). Сахалинская кабарга, белоплечий орлан, дикуша и дальневосточный кроншнеп являются эндемиками Дальнего Востока России (http://www.zapoved.ru/).
В море у берегов п-ва Терпения можно встретить различные виды китов (кашалот, касатка) и дельфинов и большое количество тюленей, образующих лежбища на камнях и рифах вдоль побережья. На некоторых лежбищах концентрируется до 400 особей ластоногих (http://www.zapoved.ru/). На мысе Терпения находится самый крупный птичий базар острова.
Для эффективного решения задач, связанных с изучением, контролем и управлением прибрежными ресурсами зал. Терпения, необходимо знать пространственно-временную изменчивость абиотических факторов, в первую очередь, детальную картину течений. Мас-
штабы залива позволяют для решения этой задачи использовать спутниковые данные со средним (250 м) и высоким (15-60 м) пространственным разрешением.
Объекты и методы исследования
С 2009 г. открыт для бесплатного доступа архив изображений, полученных со спутников серии Landsat (http://glovis.usgs.gov/). Сенсоры, установленные на этих космических аппаратах, зондируют Землю в видимом и инфракрасном диапазонах длин волн и имеют пространственное разрешение в зависимости от рабочей длины волны от 15 до 120 м. Съёмки с двух спутников Landsat позволяют анализировать динамику прибрежных вод с временным периодом 8 сут. Инфракрасный канал (10,4-12,5 мкм) тематического картографа ETM+, установленного на спутнике Landsat-7, имеет уникальное пространственное разрешение - 60 м при ширине обзора 185 км. Бесплатные архивные измерения со спутников Landsat позволяют получать новые данные о термической структуре мезомасштабных явлений, наблюдающихся в приповерхностном слое прибрежных районов океана. Данные в архиве калиброванные, что при аккуратной атмосферной коррекции позволяет получать значения ТПО. Район исследования включал в себя акваторию Охотского моря от зал. Терпения до Тонино-Анивского полуострова. Эта часть моря перекрывается четырьмя общими для всех спутников Landsat фреймами Raw=26 и Raw=27 на соседних треках (Path=107 и Path=108). Орбиты спутников Landsat рассчитаны так, что два разных спутника пролетают по этим трекам с интервалом в сутки. Поскольку на широте зал. Терпения полосы захвата спутников Landsat частично перекрываются, появляется возможность при наличии маркеров на изображениях на суточном интервале времени рассчитать скорости переносов (течения, дрейф льда).
Для исследования также привлекались измерения в видимом и инфракрасном диапазонах электромагнитного спектра спектрорадиометров MODIS, установленных на спутниках Aqua и Terra (2002-2016 гг., пространственное разрешение 250 м в видимом и 1 км в ИК-диапазонах).
О течениях в зал. Терпения известно немного. Лоция информирует только о том, что скорость суммарного течения не превышает 0,4 уз [1]. На схемах течений Охотского моря в заливе и у юго-восточного берега Сахалина показан циклонический незамкнутый поток [2], в работе [3] в исследуемом районе добавлен антициклонический круговорот в зал. Терпения, а южнее (между мысом Терпения и Тонино-Анивским полуостровом) - циклонический. Результаты моделирования показывают, что течения в указанном районе имеют сезонные отличия. Зимой и весной Восточно-Сахалинское течение от мыса Терпения следует в направлении Тонино-Анивского полуострова, а летом одна из его ветвей огибает зал. Терпения против часовой стрелки.
Результаты и их обсуждение
На видимых и ИК-изображениях спектрорадиометра MODIS часто повторяются ситуации, когда обе ветви Восточно-Сахалинского течения южнее мыса Терпения образуют антициклонический вихрь, по которому воды этого течения поступают в зал. Терпения. Граница между ветвями течения имеет волнистый характер с длиной волны примерно 20 км [4], и эти неоднородности сохраняются в антициклоне. На рис. 1 приведено ИК-изображение, полученное со спутника Landsat-7 30 августа 2015 г. Более теплая вода на снимке выглядит светлее. На рис. 1 видна целая система плотноупакованных вихрей разного знака с размерами от 5 до 25 км. В районе мыса Терпения и о. Тюлений наблюдается область холодной воды. Очевидной связи вихревой системы в зал. Терпения с Восточно-Сахалинским течением на момент снимка не наблюдается.
На рис. 2 показано ИК-изображение, принятое со спутника Landsat-5 13 сентября 1994 г. Снимок зарегистрировал систему циклонических вихрей размерами 10-40 км и стримеров (струй) шириной 1-10 км. Вихри к востоку от п-ва Терпения холодные, а в заливе - тёплые.
По характеру распределения температурных контрастов можно сделать предположение, что воды прибрежной ветви Восточно-Сахалинского течения проникают в залив, вовлекая с юга более тёплые водные массы.
На рис. 3 представлены видимое (рис. 3, а) и инфракрасное (рис. 3, б) изображения со спутника Ьапёва^8, полученные 15 сентября 2015 г. В поле цвета моря видно, что стоковые линзы всех рек имеют циклоническую завихренность (рис. 3, а). Самый большой циклон (диаметром около 15 км) образуется водами р. Поронай. Температурные контрасты значительны только на самом юго-западе исследуемого района, а на остальной акватории наблюдается почти однородная по температуре водная масса (рис. 3, б). Но даже в этих условиях на изображении хорошо различима сложная вихревая структура течений.
В южной части исследуемого района на видимом изображении наблюдаются несколько пакетов нелинейных гравитационных внутренних волн с максимальным расстоянием между первыми двумя солитонами 1 км. Внутренние волны смещаются по направлению на северо-запад. Следует отметить, что в самом зал. Терпения внутренние волны пока не зарегистрированы, что совсем не типично для охотоморского шельфа о. Сахалин.
Выводы
Анализ спутниковых изображений ЬапёБа^ принятых в сентябре-августе, выявил в зал. Терпения и прилегающего к нему района юго-восточного шельфа Сахалина сложную вихревую динамику поверхностных течений, которая представляет собой плотно упакованную систему вихрей разного масштаба и знака. Большинство вихрей имеют диаметры порядка 10 км. Такие горизонтальные размеры характерны для океанических явлений, которые выделяют в отдельный класс. В отечественной литературе их называют «мезомас-штабными», а в англоязычной - «суб-мезомасштабными». Мезомасштаб-ные процессы играют ключевую роль в вертикальном перемешивании верхнего квазиоднородного слоя и являются «механизмом» обмена энергией между явлениями синоптических масштабов и мелкомасштабной турбулентностью. Зарегистрированная вихревая структура течений в зал. Терпения может играть важную роль в устойчивости прибрежных экосистем, поэтому требует дальнейшего изучения.
143°Е 144°Е 145°Е
143°Е 144°Е 145°Е
Рис. 1. Инфракрасное изображение со спутника Landsat-7, принятое за 30 августа 2015 г. Fig. 1. Infrared Landsat-7 image obtained on 30 August 2013
143°Е 144°Е 145°Е
143°Е 144°Е 145°Е
Рис. 2. Инфракрасное изображение, полученное со спутника Landsat-5 13 сентября 1994 г. Fig. 2. Infrared Landsat-5 image acquired on 13 September 2013
143°Е 144°Е 143°Е 144°Е
143°Е 144°Е Е 143°Е 144°Е Е
а б
Рис. 3. Видимое (а) и инфракрасное (б) изображения, полученные со спутника
Landsat-8 15 сентября 2015 г.
Fig. 3. Visible (a) and infrared (b) Landsat-8 images received on 15 September 2015
Список литературы
1. Лоция Охотского моря. Выпуск 1. Южная часть моря / ГУНиО МО СССР, 1984. - 336 с.
2. Гидрометеорология и гидрохимия морей. Т. IX. Охотское море. Вып. 1. Гидрометеорологические условия / под ред. Б.Х. Глуховского, Н.П. Гоптарева, Ф.С. Терзиева. - СПб.: Гидрометеоиздат, 2003. - 398 с.
3. Гидрометеорология и гидрохимия морей. Т. IX. Охотское море. Вып. 2. Гидрохимические условия и океанологические основы формирования биологической продуктивности / под ред. Ф.С. Терзиева, Б.М. Затучной, Д.Е. Гершановича. - СПб.: Гидрометеоиздат, 1993. - 168 с.
4. Дубина, В.А. Течения Охотского моря по спутниковым данным и результатам численного моделирования / В.А. Дубина, П.А. Файман, И.А. Жабин, В.И. Пономарёв, Ю.А. Кузлякина // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. -2012. - Т. 9, № 1. - С. 206-212.
Сведения об авторах: Пак Евгений Аликович, студент 3-го курса по направлению экология и природопользование, e-mail: [email protected];
Хапов Денис Сергеевич, студент 3-го курса по направлению экология и природопользование, e-mail: [email protected] ;
Дубина Вячеслав Анатольевич, кандидат географических наук, доцент, e-mail: [email protected].
