CC BY
27
_Известия ТИНРО_
2005 Том 142
УСЛОВИЯ ОБИТАНИЯ ПРОМЫСЛОВЫХ ОБЪЕКТОВ
УДК 551.463.6:629.783(265.53, 265.546)
О.В.Шершнева, Г.В.Шевченко (СахНИРО, г. Южно-Сахалинск)
О ПРОГНОЗИРОВАНИИ ТЕРМИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ В САХАЛИНО-КУРИЛЬСКОМ РЕГИОНЕ ПО СПУТНИКОВЫМ ДАННЫМ
Проанализированы ряды средних за сезон (исключая зиму) значений температуры поверхности моря по спутниковым данным по набору одноградусных квадратов в акваториях, прилегающих к Сахалину и Курильским островам, за период 1982-2003 гг. Методами спектрально-временного и гармонического анализа определены основные циклические составляющие, которые использовались для описания межгодовых вариаций термических условий в различные сезоны. На основе вычисленных для каждого квадрата амплитуд и фаз нескольких наиболее значимых гармоник рассчитаны прогностические значения на 2004-2005 гг. Проведено сравнение аномалий температуры поверхности океана, полученных на основе спутниковых данных в южной части Татарского пролива, с аномалиями температуры воды в различных слоях по судовым съемкам на стандартном разрезе мыс Слепиковского — мыс Золотой.
Shershneva O.V., Shevchenko G.V. Forecast of thermal conditions in the Sakhalin and Kuril Regions on the base of satellite information // Izv. TINRO. — 2005. — Vol. 142. — P. 161-187.
Interannual variation of sea surface temperature (SST) in the waters adjacent to Sakhalin and Kuril Islands is analyzed on the base of satellite measurements; dominant cycles are determined for certain areas; ability of the SST forecasting with earliness of two years is shown. To estimate the depth of reliable SST forecasting, the SST variations are compared with temperature anomalies in different layers calculated from CTD profiles on the standard section Cape Slepikovsky — Cape Zolotoy in the Tartar Strait.
The satellite information was gathered for ten 1° x 1° squares selected in different parts of the Sakhalin and Kuril Regions from the data set of monthly mean SST obtained by SakhNIRO using TeraScan station (1997-2003) and Goddard Distributed Active Archive Center (GDAAC) (1982-1997). The data were grouped by seasons to spring (April, May, June), summer (July, August, September), and autumn (October, November, December) and then were analyzed by methods of spectral-time (wave-let) and harmonic analysis.
Depending on season, SST cyclic components had different periods because of significant change of oceanographic conditions from spring to autumn. Thus, the analysis and forecast of SST must be carried out for each season separately. Amplitudes and phases of the main three harmonics were determined for each 1° x 1° square, and these harmonics were used for SST forecasting. The most intensive and stable periodic interannual changes of the SST were observed in summer when the well-expressed cycle with period about 5.0-5.5 years was found in the most of selected points. Probably this cycle caused a high correlation between observed and predicted SST series that gives us a confidence of our SST forecast. In intermediate
seasons (in spring especially), SST variability was not stable, i.e. its oscillations had temporal changing. Their stochastic character didn't allow to produce a reliable forecast. Probably, mean SST is not a representative parameter for interannual variations in intermediate seasons, and there is necessary to find a new one, may be based on the rate of SST increasing and decreasing.
Comparison the SST anomalies with the anomalies in deeper layers showed a good compliance for the upper 100 meters water layer, in particularly for the eastern part of the standard section.
Проблема прогнозирования абиотических условий, в частности температуры морской воды, имеет особое значение для рыбохозяйственной отрасли, в первую очередь для прогнозирования состояния биологических ресурсов, а также ряда других вопросов, касающихся организации и проведения промысловых работ (Романов и др., 1997). Эта задача относительно акваторий, прилегающих к Сахалину и Курильской островной гряде (в дальнейшем называемых Саха-лино-Курильским регионом, или СКР), является одной из приоритетных для СахНИРО.
Исследование вариаций климата, выделение однонаправленных тенденций и циклических составляющих, обычно являющихся основой их прогнозирования, является сложной задачей, и пока в ее решении не наблюдается заметных успехов, несмотря на значительные усилия специалистов многих стран (Варламов и др., 1998; Minobe, Mantua, 1999; Minobe, 2000, 2002; Ponomarev et al., 2002). Это свидетельствует о сложности данной проблемы, что определяется прежде всего отсутствием устойчивых, хорошо выраженных циклов в вариациях температуры вод океанов и морей, а также атмосферного воздуха. Другая причина — недостаточная информационная база для подобных исследований. Наиболее продолжительные ряды данных, накопленные на береговых гидрометеорологических станциях, недостаточно репрезентативны из-за существенных различий между процессами, развивающимися в открытом море и в прибрежной зоне. К тому же в последние годы привлечение данных ГМС затруднено из-за чрезмерно высокой стоимости данных наблюдений Росгидромета.
Использование для указанных целей судовых измерений, из-за их нерегулярности во времени и пространстве, даже в случае выполнения повторяющихся съемок на стандартных океанологических разрезах, связано с определенными сложностями.
В связи с этим для прогнозирования термического режима представляется целесообразным использование спутниковых данных, обладающих рядом известных преимуществ перед данными экспедиционных наблюдений: регулярный характер и одновременный охват большого географического пространства. Недостатками таких данных являются сравнительно небольшая продолжительность накопленных рядов наблюдений, позволяющих выявить лишь короткопериодные циклы, а также отсутствие оснований для распространения полученных результатов на водные слои, расположенные ниже термоклина.
Наибольшие перспективы, как представляется, могут быть связаны с сочетанием анализа спутниковых и судовых измерений. С этой целью СахНИРО, с одной стороны, создает собственный архив данных о температуре поверхности океана (ТПО), накапливаемый при помощи установленной в институте в 1996 г. спутниковой системы TeraScan, а с другой — проводит повторяющиеся CTD-съемки на системе стандартных океанологических разрезов (Пищальник, Климов, 1991; Пищальник, Бобков, 2000).
Настоящая работа посвящена анализу межгодовых вариаций температуры поверхности океана в СКР на основе спутниковых данных, определению преобладающих циклов в различных частях исследуемого района для различных сезонов года и прогнозированию температурного режима с двухлетней заблагов-ременностью на основе комбинации нескольких основных гармоник. Предпри-
нята также попытка сравнить вариации ТПО в южной части Татарского пролива с аномалиями температуры воды в различных слоях по судовым съемкам на стандартном разрезе мыс Слепиковского — мыс Золотой (северная часть Японского моря), что позволяет оценить, до какой глубины могут быть экстраполированы прогностические расчеты ТПО.
Для анализа межгодовых вариаций ТПО использовали спутниковую информацию двух типов. К первому относится собственный архив СахНИРО — данные наблюдений, полученные при помощи спутниковой системы TeraScan (подробное описание базы данных приведено К.Л.Пузанковым, Г.В.Шевченко (2001)) — средние месячные значения температуры поверхности моря, осреднённые по квадратам 15' г 15' за период с апреля 1997 по декабрь 2003 г. Ко второму — среднемесячные значения температуры поверхности моря, осреднённые по одноградусным квадратам за период с января 1982 по июль 1997 г., распространяемые международным центром Goddard Distributed Active Archive Center (GDAAC).
В СахНИРО прогностические расчеты производятся для 30 одноградусных квадратов, выбранных в различных районах СКР, при этом для значений ТПО из базы данных СахНИРО, полученных станцией TeraScan, проведено осреднение по четырем 15-минутным квадратам на одноградусный (для согласования с данными GDAAC). В настоящей работе представлены результаты расчетов, выполненные для 10 отобранных полигонов наблюдений, расположенных в различных частях исследуемой акватории и отражающих особенности термических условий исследуемого района (Веселова, 1972). Выбор полигонов (рис. 1) был в достаточной мере свободным, единственным соображением было получить представление о характере межгодовых вариаций в различных частях изучаемого района.
Рис. 1. Схема исследуемой области. Указано положение отобранных квадратов, по которым производился анализ и расчет межгодовых вариаций ТПО, их номера даны в принятой в СахНИРО системе
Fig. 1. Scheme of studied area. Location of 1° г 1° squares that were used in analysis of interannual cycles is shown. The numbers of squares are given in Sa-khNIRO system
60 i
55-r
50ii
45 ,
= 12
14 8
2Я
2,
1.6*
135 140 145 150
155 160
Для оценки структуры межгодовых вариаций применялся метод спектрально-временного анализа (СВАН), разработанный для исследования сигналов, спектральные характеристики которых быстро изменяются во времени (Dzievonski et а1., 1969; Ландер и др., 1973), и являющийся разновидностью ставшего весьма популярным в последнее время при исследовании долгопериодных изменений климата wave-1et-анализа (МлпоЬе, 2000, 2002). Результаты расчета представляют
собой спектрально-временную диаграмму (СВАН-диаграмму), периоды гармоник (или обратные им величины — частоты) в задаваемом заранее диапазоне на СВАН-диаграммах отложены по вертикальной оси, время (соответственно периоду измерений) — по горизонтальной. Поле диаграммы представляет собой изменяющиеся во времени и по частотам значения спектральных амплитуд, что достигается путем вычисления преобразования Фурье по задаваемому набору частот, сглаживания в частотной области и вычисления обратного преобразования. В результате выполнения этой операции на каждой заданной частоте для каждого момента времени вычисляется значение амплитуды данной составляющей. Пятна тёмного цвета на диаграмме отвечают возникшим и затухшим колебаниям с некоторым периодом, наличие горизонтальных полос указывает на постоянно присутствующие колебания температуры с данным периодом.
За счет вычисления преобразования сразу по всему ряду данный метод обеспечивает более высокое разрешение в области низких частот, чем близкие по смыслу методы "текущего спектра", заключающиеся в вычислении спектральных характеристик по отрезкам с постоянным смещением по времени (Бялко, Гамбургцев, 2000). Данное обстоятельство имеет большое значение при исследовании вариаций климата, где ряды анализируемых данных обычно достаточно короткие, как и в нашем случае.
Для восстановления рядов ТПО и оценки прогнозных значений на два года вперёд был применён гармонический анализ. Суть анализа заключалась в подборе при заданном периоде Т. таких значений амплитуды A. и фазы ф., чтобы минимизировать сумму квадратов разностей
£ [Y. - A. cos (2nk/T. - ф.)]2 ^ min,
k j j j
где Yk — значения измеренного параметра, k — индекс, пробегающий значения от 1 до 22, по числу средних значений ТПО за определённый сезон для периода наблюдений 1982-2003 гг. Значения периодов T. варьировали от 18 до 300 мес, для прогноза отбирали те из них, на которых доля "объясненной" такой моделью дисперсии была наиболее значимой (обычно для дальнейших расчетов учитывались составляющие, дающие не менее 10 % общей дисперсии). В результате получены оценки амплитуд и фаз основных периодических составляющих для различных полигонов, в дальнейшем использовавшиеся для расчета значений ТПО для данного сезона — как для всего периода наблюдений, так и для прогноза с заблаговременностью 2 года. Таким образом, для каждой точки построены "теоретические кривые", которые являются суммой нескольких самых значимых гармоник (в большинстве случаев учитывались 3 циклические составляющие, которые позволяли объяснить от 57 до 96 % общей дисперсии вариаций ТПО в различные сезоны года). Для оценки соответствия расчетных и фактических рядов для каждой точки и каждого сезона рассчитывались коэффициенты корреляции и детерминации — последний определялся как отношение "объясненной дисперсии" к общей дисперсии (Колемаев, 1991).
Для сравнения спутниковых данных с данными судовых наблюдений на стандартном океанологическом разрезе мыс Слепиковского — мыс Золотой (СЗ), ориентированном приблизительно вдоль широты 47°20', использовали данные 10 CTD-съемок, выполненных в 1997-2003 гг. на НПС " Дмитрий Песков". Съемки в 1997 и 2000 гг. были выполнены по сокращенной программе, лишь в восточной части разреза на 7 станциях из 14. По этой причине, а также вследствие существенных различий океанологических условий акваторий, прилегающих к Сахалину и к материку, анализ полученных данных производили по отдельности, для восточной и западной частей разреза СЗ.
Аномалии температуры воды для различных слоев определяли относительно средних месячных значений, рассчитанных для момента проведения измерений по многолетним наблюдениям и имеющихся в базе данных "Атлас" (Пи-щальник, Бобков, 2000). Помимо средних значений, в этой базе рассчитывали
также среднеквадратические отклонения (а), которые в представлении о нормальном распределении вариаций измеряемого параметра относительно центра распределения дают статистическую оценку наблюдаемой аномалии.
Для сопоставления спутниковых данных и судовых наблюдений на разрезе СЗ были отобраны ряды ТПО в двух пересекающих его квадратах, соответственно его западной и восточной частям.
Характеристика основных циклов и прогнозирование ТПО в различные сезоны (весна, лето, осень)
Вариации средних значений ТПО для каждого сезона (вычисление соответствующих величин производилось по трем месяцам: весна — апрель, май и июнь; лето — июль, август и сентябрь, осень — октябрь, ноябрь и декабрь, причем вначале ряды, полученные данным способом для различных одноградусных квадратов, были подвергнуты спектрально-временному анализу) и СВАН-диаграммы исследуемых процессов в рассматриваемых точках представлены на рис. 2-19. При расчетах во всех случаях производилось нормирование на максимум в спектре, равном 1 °С, изолинии проведены через 2 дБ. Анализ изменений во времени спектральных амплитуд производили в диапазоне периодов от 2 (верхняя горизонтальная линия) до 20 лет (горизонтальная ось внизу рисунка), что позволило выделить преобладающие циклы для каждой из анализируемых точек СКР в разные сезоны года. Коэффициенты корреляции и детерминации, рассчитанные с целью статистической оценки соответствия построенных прогнозных и фактических рядов ТПО, приведены в табл. 1.
Рис. 2. Точка 16 — северные Курильские острова, квадрат с координатами 155° в.д. 50° с.ш. Графики фактических (1) и расчетных (2) значений ТПО в весенний
(а), летний (б) и осенний (в) сезоны по спутниковым данным (1982-2003 гг.)
Fig. 2. Point 16 — North Kuril Islands, square with longitude 155° E and latitude 50° N. Plots of observed (1) and predicted (2) SST values for spring (а), summer
(б) and autumn (в) from satellite data 1982-2003 are shown
1905 1990 1995 2000
Год
О. OS _|_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_r
1905 iggo 1995 2000
Год
1985 1990 1995 2000
Рис. 3. Точка 16 — северные Курильские острова, квадрат с координатами 155° в.д. 50° с.ш. СВАН-диаграммы межгодовых вариаций значений ТПО, средних за весенний (а), летний (б) и осенний (в) сезоны по спутниковым данным (1982-2003 гг.). Спектральные амплитуды нормированы на 1 °С, изолинии проведены через 2 дБ
Fig. 3. Point 16 — North Kuril Islands, square with longitude 155° E and latitude 50° N. Spectral-time diagrams of interannual SST changes in spring (a), summer (6) and autumn (в) from satellite data 1982-2003. Spectral maximum is normalized to the total maximum 1 °C, contour interval is 2 dB
Главное внимание при исследовании мы уделяли летнему сезону. Это связано прежде всего с тем обстоятельством, что летом вариации ТПО наиболее значительны и именно этот сезон отражает межгодовую изменчивость термических условий в море, обусловленную низкочастотной модуляцией годового хода, а также в наибольшей степени отвечает на традиционный вопрос — каким является тот или иной год, теплым или холодным. Тем не менее анализ изменчивости температуры в переходные сезоны также имеет важное значение как для понимания особенностей формирования океанологических условий в исследуемом районе, так и для оценки их влияния на некоторые виды гидробионтов на различных стадиях их жизненного цикла.
В летний период в точке 16 (северные Курильские острова), как видно из представленной на рис. 3 (б) СВАН-диаграммы, наибольшей интенсивностью обладают два всплеска колебаний ТПО с периодом около 2,5 года. Отчетливо выделяется также чуть менее интенсивный, но достаточно устойчивый 5-летний цикл. Спектральные линии значительно меньшей интенсивности можно заметить на периодах около 8 и около 20 лет. Для восстановления вариаций температуры использовалась сумма трех циклических составляющих с перио-
Рис. 4. Точка 2 — средние Курильские острова, квадрат с координатами 150° в.д. 47° с.ш. Графики фактических (1) и расчетных (2) значений ТПО в весенний (а), летний (б) и осенний (в) сезоны по спутниковым данным (1982-2003 гг.)
Fig. 4. Point 2 — Middle Kuril Islands, square with longitude 150° E and latitude 47° N. Plots of observed (1) and predicted (2) SST values for spring (а), summer (б) and autumn (в) from satellite data 1982-2003 are shown
дами около 2,5; 5,0 и 21,0 года (см. рис. 2, б). Последняя составляющая является очень низкочастотной, ее период практически равен периоду наблюдений, и соответственно ее амплитуда и фаза не могут быть определены с достаточной надежностью. Высокочастотная компонента с периодом около 2,5 года проявлялась неравномерно, в начале и в конце периода наблюдений, поэтому в период с 1989 по 1996 г. наблюдаются заметные расхождения между фактическим и расчетным рядами ТПО. Коэффициенты корреляции (0,76) и детерминации (0,57) самые низкие среди всех рассматриваемых точек для данного сезона, что не позволяет рассчитывать на высокую надежность полученных прогностических оценок, согласно которым в 2004 г. ожидается отрицательная аномалия ТПО около 0,7 °С, а в 2005 г. вероятны значения несколько выше нормы (9,3 °С).
В весенний период в этой точке нет ярко выраженных циклов (см. рис. 3, а), а выделяющаяся составляющая с периодом около 3 лет недостаточно устойчива — у нее наблюдается некоторая девиация частоты. Можно также отметить максимум сравнительно небольшой интенсивности на периоде около 7-8 лет. При расчете параметров гармонических составляющих (см. рис. 2, а) были выделены циклы с периодами около 3, 7 и 20 лет, максимальная амплитуда у трехлетнего цикла чуть более 0,3 °С. При этом коэффициенты,
1965 1990 1995 2000
Год
1985 1990 1995 2000
Год
1985 1990 1995 2000
Год
Рис. 5. Точка 2 — средние Курильские острова, квадрат с координатами 150° в.д. 47° с.ш. СВАН-диаграммы межгодовых вариаций значений ТПО, средних за весенний (а), летний (б) и осенний (в) сезоны по спутниковым данным (1982-2003 гг.). Спектральные амплитуды нормированы на 1 °С, изолинии проведены через 2 дБ Fig. 5. Point 2 — Middle Kuril Islands , square with longitude 150° E and latitude 47° N. Spectral-time diagrams of interannual SST changes in spring (а), summer (б) and autumn (в) from satellite data 1982-2003. Spectral maximum is normalized to the total maximum 1 °C, contour interval is 2 dB
которые отражают степень соответствия фактической и прогностической кривой, достаточно высоки. Вероятно, такое противоречие между небольшими амплитудами гармоник и высокими значениями статистических показателей соответствия модели наблюдаемым вариациям связано с относительно малыми вариациями ТПО в районе северных Курильских островов в весенний период. По прогностическим оценкам и в 2004, и 2005 г. ожидаются значения ТПО, близкие к норме (3,6 °С).
В осенний период (см. рис. 3, в) выделяется достаточно устойчивый 8-летний цикл, несколько менее выражены колебания с периодами около 4 и 11 лет. Привлекают внимание также вариации с периодом около 2,5 года, которые обладают небольшой интенсивностью и не постоянны. Для восстановления вариаций ТПО (см. рис. 2, в) использовались три гармоники: с периодами около 8 лет (амплитуда этой составляющей самая большая — около 0,6 °С), а также с периодами 4 и 11 лет, амплитуды которых равны около 0,4 °С. Коэффициенты, отражающие качество модели, еще ниже, чем для летнего сезона. ТПО по прогностическим оценкам ожидается в 2004 г. близкой к норме, а в 2005 г. — на 1,0 °С выше нормы (5,9 °С).
Рис. 6. Точка 3 — южные Курильские острова, квадрат с координатами 147° в.д. 45° с.ш. Графики фактических (1) и расчетных (2) значений ТПО в весенний (а), летний (б) и осенний (в) сезоны по спутниковым данным (1982-2003 гг.)
Fig. 6. Point 3 — South Kuril Islands, square with longitude 147° E and latitude 45° N. Plots of observed (1) and predicted (2) SST values for spring (а), summer (б) and autumn (в) from satellite data 1982-2003 are shown
В точке 2 (средние Курильские острова) в летний период наиболее характерной чертой изменчивости ТПО является наличие хорошо выраженных и относительно устойчивых колебаний с периодом около 5 лет, также присутствуют два всплеска колебаний ТПО с периодом около 2,5-3,0 года (рис. 5, б). Нужно также отметить полосу у нижней границы диаграммы, что указывает на наличие колебаний с периодом около 20 лет — как уже отмечалось, характеристики этой гармоники сложно оценить надежно при имеющемся ряде наблюдений. Для восстановления вариаций ТПО были включены составляющие с периодами около 5 лет (амплитуда около 1,0 °С), 21 года (0,8 °С) и 2 лет (0,6 °С) (см. рис. 4, б). Коэффициенты корреляции и детерминации достаточно высокие, что указывает на высокую эффективность предложенной модели и позволяет надеяться на оправдываемость сделанных прогностических оценок, согласно которым в 2004 г. ожидается ТПО, близкая к норме, а в 2005 г. — положительная аномалия порядка 0,5 °С.
Весной наблюдаются слабой интенсивности, с заметной девиацией частоты, колебания с периодом около 5 лет и резкий всплеск с периодом 2,5 года в начале интервала наблюдений. Заметны также несколько более слабые, но устойчивые колебания с периодом около 11 и 20 лет (рис. 5, а). В модель закладывались гармоники с периодами около 18,0 (амплитуда 0,4 °С), 5,0 (0,3 °С), а
Рис. 7. Точка 3 — южные Курильские острова, квадрат с координатами 147° в.д. 45° с.ш. СВАН-диаграммы межгодовых вариаций значений ТПО, средних за весенний (а), летний (б) и осенний (в) сезоны по спутниковым данным (1982-2003 гг.). Спектральные амплитуды нормированы на 1 °С, изолинии проведены через 2 дБ Fig. 7. Point 3 — South Kuril Islands, square with longitude 147° E and latitude 45° N. Spectral-time diagrams of interannual SST changes in spring (a), summer (б) and autumn (в) from satellite data 1982-2003. Spectral maximum is normalized to the total maximum 1 °C, contour interval is 2 dB
2000
также 2,5 и 11,0 года с несколько меньшими амплитудами (рис. 4, а). Значения коэффициентов корреляции и детерминации невысоки. ТПО по прогностическим оценкам и в 2004, и в 2005 г. близка к норме.
Осенью выделяются устойчивый 8-летний цикл, а также изменявшиеся во времени более слабые в начале и конце периода измерений, но более интенсивные в середине интервала 4-летние колебания (см. рис. 5, в). Заметна полоса в области низких частот, вблизи нижней границы диаграммы. Соответственно в модели использовались гармоники с периодами около 8, 4 и 18 лет (см. рис. 4, в). Коэффициенты корреляции и детерминации высокие, что позволяет рассчитывать на надежность сделанного прогноза, согласно которому значения ТПО в 2004 и в 2005 гг. ожидаются близкими к норме.
В точке 3 (южные Курильские острова) в летний период также ярко выражены устойчивые колебания ТПО с периодом 5 лет (рис. 7, б), присутствуют два всплеска колебаний ТПО с периодом около 2,5-3,0 года в начале и в конце рассматриваемого временного ряда. В модели (см. рис. 6, б) использовались 3 гармоники с периодами 5 лет (амплитуда 1,5 °С), 3 года и
Рис. 8. Точка 21 — юго-западная часть Охотского моря, квадрат с координатами 145° в.д. 45° с.ш. Графики фактических (1) и расчетных (2) значений ТПО в весенний (а), летний (б) и осенний (в) сезоны по спутниковым данным (1982-2003 гг.)
Fig. 8. Point 21 — southwestern part of the Okhotsk Sea, square with longitude 145° E and latitude 45° N. Plots of observed (1) and predicted (2) SST values for spring (а), summer (б) and autumn (в) from satellite data 1982-2003 are shown
20 лет. Коэффициенты соответствия фактической и прогностической кривой высокие. Значения ТПО по прогностическим оценкам в 2004 и 2005 гг. будут близкими к норме.
Весной на СВАН-диаграмме (см. рис. 7, а) наблюдаются слабой интенсивности колебания с периодом около 5,0 года и всплеск чуть большей интенсивности с периодом 2,5-3,0 года. Для расчёта гармонических составляющих (см. рис. 6, а) выбраны циклы с периодами 3, 5 и 11 лет. Амплитуды колебаний в этих циклах невысоки (меньше 0,5 °С). Коэффициент детерминации (0,59) самый низкий в весенний сезон для всех точек, что не позволяет рассчитывать на высокую надёжность прогностических результатов, по которым в 2004 г. значения ТПО будут ниже нормы, а в 2005 г. — близкими к норме.
Осенью выделяются устойчивый цикл с периодом 4,5 года (см. рис. 7, в) и с меньшей интенсивностью циклические 20-летние вариации, кроме того, более слабые максимумы на периодах 8 и 11 лет. Для восстановления вариаций ТПО (см. рис. 6, в) использовались гармонические составляющие с периодами около 4,5, 8,0 и 20,0 года. Амплитуда основной циклической составляющей достаточно велика — более 1 °С. Оценки коэффициентов корреляции и детерминации весьма высокие (соответственно 0,96 и 0,91). Значения ТПО
Рис. 9. Точка 21 — юго-западная часть Охотского моря, квадрат с координатами 145° в.д. 45° с.ш. СВАН-диаграммы межгодовых вариаций значений ТПО, средних за весенний (а), летний (б) и осенний (в) сезоны по спутниковым данным (1982-2003 гг.). Спектральные амплитуды нормированы на 1 °С, изолинии проведены через 2 дБ
Fig. 9. Point 21 — southwestern part of the Okhotsk Sea , square with longitude 145° E and latitude 45° N. Spectral-time diagrams of interannual SST changes in spring (a), summer (б) and autumn (в) from satellite data 1982-2003. Spectral maximum is normalized to the total maximum 1 °C, contour interval is 2 dB
0.32
0.20
1990 1995
Год
2000
0.50 0.32 0.2Û 0.1 3
0,50
1985 1990 1995 2000
Год
1 985
1990 1995
Год
2000
1 985
по прогностическим оценкам в 2004 г. будут близкими к норме, а в 2005 г. — несколько ниже нормы.
В зал. А нива (точка 15) летом, как видно на СВАН-диаграмме (рис. 11, б), выделяется хорошо выраженный устойчивый 5-летний цикл. Можно также отметить два всплеска: в начале и в конце рассматриваемого временного ряда — с периодом 2 года, а также менее интенсивные, но достаточно устойчивые колебания с периодами 11 и 20 лет. Для восстановления вариаций температуры использовалась сумма трёх составляющих с периодами 5 (с амплитудой колебаний 1,2 °С), 11 (0,5 °С) и 20 (0,7 °С) лет (см. рис. 10, б). Коэффициенты корреляции и детерминации высокие, что свидетельствует о надёжности прогностических результатов: в 2004-2005 гг. значения ТПО ожидаются близкими к норме.
Весной проявляются сразу несколько циклов с одинаковой интенсивностью — 2, 3, 5-летние (см. рис. 11, а), — можно также отметить полосу у нижней границы диаграммы, что указывает на наличие колебаний с периодом около 20 лет. В модели (см. рис. 10, а) были использованы три составляющие с периодами 3, 5 и 20 лет (амплитуды этих колебаний невелики и
Рис. 10. Точка 15 — зал. Анива, квадрат с координатами 143° в.д. 46° с.ш. Графики фактических (1) и расчетных (2) значений ТПО в весенний (а), летний (б) и осенний (в) сезоны по спутниковым данным (1982-2003 гг.)
Fig. 10. Point 15 — Aniva Bay , square with longitude 143° E and latitude 46° N. Plots of observed (1) and predicted (2) SST values for spring (a), summer (б) and autumn (в) from satellite data 1982-2003 are shown
примерно одинаковы, около 0,5 °С). Коэффициент детерминации невысокий (0,6), что свидетельствует о ненадёжности результатов прогнозирования, согласно которым ТПО в 2004 г. ожидается ниже нормы (на 1,0 °С), в 2005 г. — близкая к норме (7,3 °С).
В осенний период, как видно на СВАН-диаграмме, ярко выражены устойчивые колебания с периодом 4,5 и 20,0 года (см. рис. 11, в). Для расчёта гармонических составляющих были выбраны периоды 4,5, 14,0 и 20,0 года (см. рис. 10, в) (амплитуды примерно равны — около 1 °С). Коэффициент детерминации самый низкий в осеннем сезоне (0,37). По прогностическим оценкам в 2004 г. ожидается ТПО, близкая к норме, в 2005 г. — несколько ниже нормы.
В южной части Татарского пролива (точка 14), в зоне влияния Цусимского течения, в летний период, как и во многих других рассматриваемых точках, наибольшей интенсивностью обладают вариации с периодом 5,0 года, можно также отметить более слабые с периодами 2,0-2,5 и 4,0 года (рис. 13, б). Для построения модели (см. рис. 12, б) использовались гармоники с периодами 2 (амплитуда 0,4 °С), 5 (0,8 °С) и 8 (0,3 °С) лет. Коэффициент корреляции равен 0,81, коэффициент детерминации — 0,65. ТПО ожидается
Рис. 11. Точка 15 — зал. Ани-ва, квадрат с координатами 143° в.д. 46° с.ш. СВАН-диаграммы межгодовых вариаций значений ТПО, средних за весенний (а), летний (б) и осенний (в) сезоны по спутниковым данным (1982-2003 гг.). Спектральные амплитуды нормированы на 1 °С, изолинии проведены через 2 дБ
Fig. 11. Point 15 — Aniva Bay, square with longitude 143° E and latitude 46° N. Spectral-time diagrams of interannual SST changes in spring (а), summer (б) and autumn (в) from satellite data 1982-2003. Spectral maximum is normalized to the total maximum 1 °C, contour interval is 2 dB
0,50
19S5 1990 1995 2000
Год
0,52
0,20
0.20
i ses
1990 1995
Год
2000
б
0,50
1 985
1990 1995
Год
2000
по результатам прогнозирования в 2004 г. в пределах нормы, в 2005 г. — выше нормы.
В весенний период можно выделить изменяющиеся во времени колебания с периодами 2-3 года, а также достаточно устойчивый цикл несколько меньшей интенсивности с периодом около 12 лет (см. рис. 13, а). Для восстановления вариаций ТПО (см. рис. 12, а) использовались три гармонические составляющие с периодами 2, 6 и 12 лет, амплитуды которых относительно невелики. Коэффициенты, отражающие соответствие фактической и прогностической кривых, высокие. Согласно прогностическим оценкам, в 2004-2005 гг. ожидаются значения ТПО, близкие к норме.
В осенний период на СВАН-диаграмме (см. рис. 13, в) можно выделить колебания ТПО с периодом 4 года и более слабые, но достаточно устойчивые колебания с периодами 8 и 11 лет. При построении модели были включены гармоники с периодами 4 (0,5 °С), 8 (0,4 °С) и 15 (0,7 °С) лет (см. рис. 12, в). Коэффициенты корреляции и детерминации высокие, значения ТПО в 20042005 гг. ожидаются близкими к норме (8,7 °С).
Рис. 12. Точка 14 — юго-западный шельф Сахалина, квадрат с координатами 141° в.д. 48° с.ш. Графики фактических (1) и расчетных (2) значений ТПО в весенний (а), летний (б) и осенний (в) сезоны по спутниковым данным (1982-2003 гг.)
Fig. 12. Point 14 — southwestern Sakhalin shelf, square with longitude 141° E and latitude 48° N. Plots of observed (1) and predicted ( 2 ) SST values for spring (а), summer (б) and autumn (в) from satellite data 1982-2003 are shown
В районе северо-восточного побережья Сахалина (точка 24) в летний период на СВАН-диаграмме также наблюдается устойчивый 5-летний цикл колебаний и довольно устойчивый, но с меньшей интенсивностью, 12-летний (рис. 17, б). В модель были включены три гармонические составляющие с периодами 5 (амплитуда 1,0 °С), 8 (0,5 °С) и 13 (0,9 °С) лет (см. рис. 16, б). Коэффициенты соответствия фактической и прогностической кривых высокие. По прогностическим оценкам, ТПО в 2004 г. ожидается близкой к норме, в 2005 г. — выше нормы (10,5 °С).
В весенний период присутствуют с высокой интенсивностью длиннопери-одные (12, 20 лет) и менее интенсивные короткопериодные (2, 4 года) циклы (см. рис. 17, а). Для восстановления вариаций ТПО (см. рис. 16, а) были использованы три гармонические составляющие с периодами 4 (амплитуда 0,7 °С), 12 (1,4 °С) и 20 (2,0 °С) лет. Коэффициенты и корреляции, и детерминации высокие (соответственно 0,95 и 0,9). Значения ТПО ожидаются в 2004 г. близкими к норме, в 2005 г. — ниже нормы.
В осенний период в этой точке выделяются два всплеска колебаний ТПО с периодом около 3,5 года (в начале и в конце рассматриваемого нами временного ряда) (см. рис. 17, в), а также полоса в области низких частот. В
1985 1990 1995 2000
Год
т о.оа -
0.05 _
1985 1990 1995 2000
Год
1985 1990 1995 2000
Год
Рис. 13. Точка 14 — юго-западный шельф Сахалина, квадрат с координатами 141° в.д. 48° с.ш. СВАН-диаграммы межгодовых вариаций значений ТПО, средних за весенний (а), летний (б) и осенний (в) сезоны по спутниковым данным (1982-2003 гг.). Спектральные амплитуды нормированы на 1 °С, изолинии проведены через 2 дБ
Fig. 13. Point 14 — southwestern Sakhalin shelf , square with longitude 141° E and latitude 48° N. Spectral-time diagrams of interannual SST changes in spring (а), summer (б) and autumn (в) from satellite data 1982-2003. Spectral maximum is normalized to the total maximum 1 °C, contour interval is 2 dB
модель были включены гармоники с периодами 3, 6 и 18 лет (амплитуды колебаний — около 0,5 °С) (см. рис. 16, в). Коэффициент детерминации невысокий, что свидетельствует о недостаточной надёжности модели. По прогностическим оценкам, ТПО в 2004 г. ожидается немного ниже нормы, в 2005 г. — чуть выше нормы.
Подводя итоги проведенного анализа, можно сделать следующие выводы.
Выделяемые в вариациях ТПО в различных районах СКР циклические составляющие существенно отличаются в различные сезоны года. По этой причине прогнозирование термических условий необходимо проводить посе-зонно, расчеты на основе среднегодовых значений могут привести к значительным ошибкам.
В летний период почти во всех выбранных точках СКР наибольшей интенсивностью обладают циклические вариации температуры поверхности воды с периодом около 5 лет, которые обеспечивают определенную надежность прогноза в силу своего устойчивого характера.
В весенний период более всего выделяются высокочастотные вариации с периодами 2-3 года и сравнительно низкочастотные с периодами около 20 лет.
Рис. 14. Точка 12 — север Татарского пролива, квадрат с координатами 141° в.д. 51° с.ш. Графики фактических (1) и расчетных (2) значений ТПО в весенний (а), летний (б) и осенний (в)сезоны по спутниковым данным (1982-2003 гг.)
Fig. 14. Point 12 — northern part of the Tartar Strait , square with longitude 141° E and latitude 51° N. Plots of observed (1) and predicted (2) SST values for spring (a), summer (б) and autumn (в) from satellite data 1982-2003 are shown
Короткопериодные вариации имеют неустойчивый характер, хаотично появляются и исчезают, поэтому плохо поддаются прогнозу. Параметры колебаний ТПО с периодами около 20 лет мы не можем оценить с необходимой точностью вследствие недостаточной длины анализируемых рядов (22 года). В связи с этим прогнозирование в весенний период затруднено и полученные оценки недостаточно надёжны.
В осенний период в большинстве рассматриваемых точек наибольшей интенсивностью обладают устойчивые вариации с периодом около 4,5-5,0 года (северные, южные и центральные Курильские острова, заливы Анива и Терпения), что свидетельствует о возможности прогнозирования в этих районах. Но в некоторых районах СКР прогнозирование в осенний период — достаточно сложная задача, в частности на северо-восточном побережье Сахалина, где наблюдаются только неустойчивые циклы с периодом около 3 лет.
Вероятно, среднее за сезон значение температуры воды не является удовлетворительной характеристикой для переходных процессов, в особенности весной. Скорее всего, необходимо найти иной показатель, отражающий интенсивность возрастания или понижения ТПО, однако его выбор не является простым, и данный вопрос требует специального исследования.
а
0.50
0.32
0.20
ra
I—
О Œ
Рис. 15. Точка 12 — север Татарского пролива,квадрат с координатами 141° в.д. 51° с.ш. СВАН-диаграммы межгодовых вариаций значений ТПО, средних за весенний (а), летний (б) и осенний (в) сезоны по спутниковым данным (1982-2003 гг.). Спектральные амплитуды нормированы на 1 °С, изолинии проведены через 2 дБ Fig. 15. Point 12 — northern part of the Tartar Strait , square with longitude 141° E and latitude 51° N. Spectral-time diagrams of interannual SST changes in spring (а), summer (б) and autumn (в) from satellite data 19822003. Spectral maximum is normalized to the total maximum 1 °C, contour interval is 2 dB
1990 1995
Год
2000
0,32
0.20
1 965
б
0.50
1 985
1990 1995
Год
2000
0.05
В
0.50
1 985
1990 1995
Год
2000
0.32 0.20 0.1 3 -Q.OB
Таблица 1
Коэффициенты корреляции (k) и детерминации (d), рассчитанные по полигонам и для каждого сезона
Table 1
Coefficients of correlation (k) and determination (d) calculated for each sq uare for different seasons
Номер Лето Весна Осень
полигона k d k d k d
2 0,85 0,72 0,77 0,59 0,90 0,80
3 0,89 0,79 0,75 0,56 0,96 0,91
8 0,84 0,70 0,82 0,66 0,89 0,76
12 0,81 0,64 0,89 0,79 0,91 0,82
14 0,81 0,65 0,90 0,81 0,88 0,76
15 0,89 0,76 0,81 0,64 0,86 0,37
16 0,76 0,57 0,84 0,70 0,72 0,47
20 0,84 0,71 0,80 0,64 0,86 0,73
21 0,83 0,62 0,84 0,70 0,92 0,85
24 0,85 0,70 0,95 0,90 0,82 0,66
Рис. 16. Точка 24 — северо-восточный шельф Сахалина, квадрат с координатами 144° в.д. 52° с.ш. Графики фактических (1) и расчетных (2) значений ТПО в весенний (а), летний (б) и осенний (в) сезоны по спутниковым данным (1982-2003 гг.)
Fig. 16. Point 24 — northeastern Sakhalin shelf , square with longitude 144° E and latitude 52° N. Plots of observed (1) and predicted (2) SST values for spring (а), summer (б) and autumn (в) from satellite data 1982-2003 are shown
Сопоставление спутниковых и судовых наблюдений на стандартном океанологическом разрезе мыс Слепиковского — мыс Золотой
Для характеристики сезонной изменчивости океанологических условий в южной части Татарского пролива использовались осредненные за многолетний период для каждого месяца значения температуры, рассчитанные по результатам измерений на стандартном океанологическом разрезе СЗ, имеющиеся в базе океанографических данных СахНИРО (Пищальник, Бобков, 2000). Расчеты производились для температуры воды для каждой из 14 станций разреза и для каждого стандартного горизонта.
Для сравнения океанологических условий по данным очередной океанологической съемки расчет средних многолетних значений температуры и солености производился также со скользящим временным окном, равным 1 мес, что позволило определить значения "норм" для каждых суток. Помимо средних значений, были также определены величины а, что позволяет оценивать статистическую значимость наблюдаемых аномалий в обычном предположении о соответствии отклонений от средних многолетних значений нормальному закону.
а
0,50
0,32 -
g
| 0.20 -■3
о га
т Q.0S -
Q.0S
б
0.50
0,32
о
g 0.20
га" {5
ь о га
т о.ое
0.05
1985 1990 1995 2000
Год
В
0.50
0,32 -
д о
I 0.20 -
■3
о га
т o.os -
о.оз
Рис. 17. Точка 24 — северо-восточный шельф Сахалина, квадрат с координатами 144° в.д. 52° с.ш. СВАН-диаграммы межгодовых вариаций значений ТПО, средних за весенний (а), летний (б) и осенний (в) сезоны по спутниковым данным (1982-2003 гг.). Спектральные амплитуды нормированы на 1 °С, изолинии проведены через 2 дБ
Fig. 17. Point 24 — northeastern Sakhalin shelf , square with longitude 144° E and latitude 52° N. Spectral-time diagrams of interannual SST changes in spring (а), summer (б) and autumn (в) from satellite data 1982-2003. Spectral maximum is normalized to the total maximum 1 °C, contour interval is 2 dB
1985 1990 1995 2000
Год
1985 1990 1995 2000
Год
Исследование вариаций температуры воды было проведено по материалам 9 океанологических съемок, выполненных СахНИРО в период 1997-2003 гг. Определение аномалий и их сравнение с величиной а производилось для различных слоев до глубины 200 м. Результаты расчетов приведены в табл. 2 для станций 1-7 в западной части разреза СЗ и в табл. 3 — для восточной, примыкающей к Сахалину его части (станции 8-14).
Для сравнения характера аномалий температуры воды по спутниковым и судовым измерениям были выбраны данные ТПО в двух квадратах 1° х 1°, охватывающих стандартный океанографический разрез СЗ: один у юго-западного побережья Сахалина (координаты центра 47,5° с.ш. 141,5° в.д.), другой — ближе к приморскому побережью (47,5° с.ш. 140,5° в.д.). Для них из базы спутниковых данных СахНИРО, полученных с помощью станции TeгaScan, были выбраны ряды средних месячных значений ТПО (1997-2003 гг.). На основе полученных рядов были рассчитаны средние значения и а по каждому месяцу, в котором производились съемки в 1997 и 2000-2003 гг. Результаты сравнения приведены в табл. 2 и 3 в виде аномалий ТПО (SST) и для различных слоев по результатам судовых измерений. Случаев, когда знаки аномалий ТПО
Рис. 18. Точка 8 — зал. Терпения, квадрат с координатами 144° в.д. 48° с.ш. Графики фактических (1) и расчетных (2) значений ТПО в весенний (а), летний (б) и осенний (в) сезоны по спутниковым данным (1982-2003 гг.)
Fig. 18. Point 8 — Terpenia Bay, square with longitude 144° E and latitude 48° N. Plots of observed (1) and predicted (2) SST values for spring (а), summer (б) and autumn (в) from satellite data 1982-2003 are shown
и температуры воды в поверхностном слое совпадали, в западной части разреза 4 из 6 рассмотренных, в восточной — 7 из 9.
Рассмотрим распределение температуры морской воды по результатам съемки, выполненной в июне 1997 г. (табл. 3). Аномалии температуры воды (измерения производились лишь в восточной части разреза) незначительные, в верхних слоях отрицательные, с глубиной они меняют знак, возрастая по величине, однако даже в слое 100-200 м они не превышают величины а. По спутниковым данным аномалии температуры воды также незначительные, хотя и положительные. Это различие связано с тем, что используемые при анализе спутниковые данные имеют среднемесячное усреднение, в то время как во второй декаде июня 1997 г., когда проводилась съемка, по спутниковым данным также наблюдалась отрицательная аномалия ТПО (-0,46 °С). Положительные аномалии на глубине могут быть связаны с процессами, протекавшими в предыдущий период и характеризовавшимися положительными аномалиями в третьей декаде мая (+0,71 °С) и первой декаде июня (+0,32 °С) по спутниковым данным. Тем не менее если рассматривать полученные оценки как близость ситуации к норме, то можно констатировать идентичность температурных условий по спутниковым и судовым наблюдениям.
1 985
1 990
Год
1 995
2000
1 985
1 990
Год
1 995
2000
0.20 -
Ь 0.13-
1 985
1 990
Год
1 995
2000
Рис. 19. Точка 8 — зал. Терпения, квадрат с координатами 144° в.д. 48° с.ш. СВАН-диаграммы межгодовых вариаций значений ТПО, средних за весенний (а), летний (б) и осенний (в) сезоны по спутниковым данным (1982-2003 гг.). Спектральные амплитуды нормированы на 1 °С, изолинии проведены через 2 дБ
Fig. 19. Point 8 — Terpenia Bay, square with longitude 144° E and latitude 48° N. Spectral-time diagrams of interannual SST changes in spring (а), summer (б) and autumn (в) from satellite data 1982-2003. Spectral maximum is normalized to the total maximum 1 °C, contour interval is 2 dB
В 2000 г. было выполнено две океанологических съемки, одна в третьей декаде июня, вторая — в середине сентября (восточная часть разреза). В июне наблюдались значительные положительные аномалии температуры воды как по судовым, так и по спутниковым данным. Наиболее статистически значимые отклонения от нормы наблюдались в подповерхностном слое (50-100 м), где величина аномалии составляла около 1,6а, что указывает на явную необычность океанологических условий в начале летнего сезона 2000 г. Аномалия ТПО была еще более значима и составляла около 2а. Аномалия температуры воды превышала а во всем 200-метровом слое, т.е. в данном случае наблюдалось хорошее соответствие между судовыми и спутниковыми данными. Отметим, однако, что в поверхностном слое 0-20 м и величина аномалии, и ее статистическая значимость уменьшались по сравнению с более глубокими слоями.
В сентябре температура воды в поверхностном слое была на 1,8 °С выше нормы, наблюдаемая аномалия превышала величину среднеквадратического отклонения для данного месяца. С возрастанием глубины величина аномалии плавно уменьшалась, как и ее статистическая значимость — в нижних слоях (100200 м) она составляла менее 0,5а. По спутниковым данным наблюдалась более
выраженная положительная аномалия, температура поверхности моря была почти на 2,9 °С выше нормы, что составляло более 1,5а. Можно считать, что в данном случае характер отклонений от нормы температуры воды по дистанционным измерениям согласуется с данными океанологической съемки в верхнем 100-метровом слое. Такие температуры в верхнем слое осенью и значительные положительные аномалии летом по спутниковым и судовым данным характеризуют 2000 г. как необычайно теплый.
Таблица 2
Аномалии температуры воды по слоям на разрезе СЗ (станции 1-7) по отношению к средним многолетним значениям для дня проведения съемки
(Пищальник, Бобков, 2000), оС
Table 2
Water temperature anomalies for different layers in the western part of Cape Slepikovsky — Cape Zolotoy standard section (stations 1-7) relative to multiyear average for the day of CTD-surveying according (by: Пищальник, Бобков, 2000), оС
Дата (станции) SST 0-20 0-30 0-50 Слой, м 0- 0100 200 20100 30100 50100 100200
06.04.2001 (станции 3-7) -1,02 0,65 -1,15 1,21 -1,20 1,21 -1,26 1,18 -1,24 1,02 -1,13 0,81 -1,25 0,97 -1,25 0,94 -1,21 0,86 -1,00 0,54
19.06.2001 -0,58 -1,59 -1,39 -1,68 -1,88 -1,57 -1,95 -2,10 -2,09 -1,13
(станции 1-7) 0,47 1,64 1,72 1,63 1,32 1,03 1,23 1,13 0,98 0,61
26.04.2002 (станции 1-7) +0,59 0,65 -0,81 0,92 -0,76 0,91 -0,71 0,88 -0,25 0,81 -0,19 0,79 -0,01 0,78 -0,37 0,83 +0,17 0,60 -0,15 0,74
26.05.2002 (станции 1-7) + 1,98 0,92 + 1,58 1,06 +0,89 1,11 +0,40 1,17 +0,14 1,15 +0,24 1,14 +0,50 1,09 +0,45 1,13 +0,41 0,71 +0,42 0,96
14.11.2002 (станции 1-7) -0,40 0,68 +0,45 1,43 +0,42 1,48 +0,61 1,57 + 1,76 1,41 + 1,98 1,38 +2,43 1,24 + 1,49 1,41 +0,99 0,73 + 1,28 1,13
25.04.2003 (станции 1-7) +0,60 0,65 +0,65 0,89 +0,64 0,89 +0,59 0,87 +0,54 0,82 +0,52 0,8 +0,5 0,79 +0,49 0,77 +0,49 0,57 +0,52 0,72
01.11.2003 (станции 1-7) +0,74 0,68 +2,09 1,68 + 1,81 1,78 + 1,21 1,90 +0,74 1,61 +0,55 1,23 +0,38 1,59 +0,24 1,53 +0,23 1,30 +0,20 0,55
Примечание. Над чертой — аномалии температуры воды, под чертой — величины среднеквадратических отклонений.
В 2001 г. было выполнено две океанологических съёмки: в первой половине апреля и во второй половине июня. По результатам съёмки в апреле 2001 г. отмечена значительная отрицательная аномалия (близкая к а) в верхнем слое как в западной (станции 3-7, вблизи берега измерения не были проведены из-за наличия льдов), так и в восточной частях разреза. С глубиной величина аномалии и в особенности её статистическая значимость возрастали, превышая в западной части разреза величину 2а. Вероятно, такой дефицит тепла практически во всей водной толще был связан со слабым развитием Цусимского течения весной 2001 г.
ТПО по спутниковым данным также характеризовалась отрицательной аномалией, близкой к а. Следовательно, как по западной, так и по восточной частям разреза оценки термических условий, полученные разными методами, совпадают.
Во второй половине июня 2001 г. аномалии температуры воды в восточной части разреза (станции 8-14) были отрицательными и незначительными по величине. С глубиной величина отрицательной аномалии плавно возрастала, однако даже в слое 100-200 м не превышала 0,5а. Аномалии ТПО были также отрицательными и малыми по величине, здесь тоже наблюдалось соответствие между оценками по спутниковым и судовым данным.
Таблица 3
Аномалии температуры воды по слоям на разрезе СЗ (станции 8-14) по отношению к средним многолетним значениям для дня проведения съемки
(Пищальник, Бобков, 2000), оС
Table 3
Water temperature anomalies for different layers in the eastern part of Cape Slepikovsky — Cape Zolotoy standard section (stations 8-14) relative to multiyear average for the day of CTD-surveying according (by: Пищальник, Бобков, 2000), оС
Дата ТПО 0-20 0-30 0-50 Слой, 0100 м 0200 20100 30100 50100 100200
16.06. 1997 +0,18 0,77 -0,09 1,76 -0,04 1,83 -0,06 1,81 +0,26 1,51 +0,39 1,14 +0,34 1,44 +0,39 1,37 +0,58 1,20 +0,53 0,75
21.06. 2000 + 1,54 0,77 + 1,26 1,79 + 1,59 1,86 + 1,78 1,83 + 1,85 1,52 + 1,35 1,15 + 1,99 1,45 + 1,96 1,37 + 1,91 1,20 +0,81 0,76
14.09. 2000 +2,91 1,79 + 1,80 1,75 + 1,67 2,14 + 1,81 2,24 + 1,77 1,90 + 1,15 1,44 + 1,76 1,94 + 1,81 1,80 + 1,72 1,56 +0,49 0,94
06.04. 2001 -1,29 1,16 -1,35 1,54 -1,46 1,4 -1,58 1,40 -1,54 1,20 -1,19 0,91 -1,59 1,11 -1,57 1,08 -1,50 1,00 -0,82 0,61
19.06. 2001 -0,02 0,77 -0,12 1,78 -0,16 1,85 -0,41 1,81 -0,33 1,50 -0,33 1,14 -0,38 1,43 -0,40 1,35 -0,24 1,18 -0,32 0,75
26.04. 2002 + 1,41 1,16 + 1,41 1,23 + 1,44 1,21 + 1,41 1,16 + 1,16 1,00 + 1,11 0,98 + 1,00 0,93 + 1,21 1,05 +0,34 0,66 +0,79 0,86
26.05. 2002 +2,46 1,67 +3,83 1,37 +2,96 1,42 +2,27 1,49 + 1,18 1,42 + 1,18 1,41 + 1,16 1,33 + 1,72 1,41 +0,59 0,81 + 1,17 1,12
14.11. 2002 +0,17 1,26 + 1,14 1,48 + 1,09 1,51 + 1,04 1,62 +0,51 1,58 +0,44 1,58 +0,23 1,50 +0,64 1,56 -0,04 0,82 +0,30 1,19
25.04. 2003 -0,28 1,16 -0,13 1,25 -0,1 1,23 -0,12 1,18 -0,21 1,07 -0,23 1,02 -0,25 1,0 -0,29 0,95 -0,1 0,66 -0,16 0,87
01.11. 2003 -0,71 1,26 + 1,81 1,87 + 1,63 2,00 + 1,03 2,24 +0,15 2,11 -0,16 1,53 -0,27 2,17 -0,49 2,15 -0,75 1,97 -0,48 0,92
Примечание. Над чертой — аномалии температуры воды, под чертой — величины среднеквадратических отклонений.
Иная ситуация наблюдалась в западной части Татарского пролива (станции 1-7). Здесь отрицательные аномалии были более значительными, в верхних слоях близки к а, а с глубиной их статистическая значимость возрастала. ТПО также характеризовалась отрицательной аномалией, превышающей а. Таким образом, здесь, как и в восточной части разреза СЗ, результаты оценок измерений совпадают. Интересно отметить, что и ранее, в мае, в обоих квадратах наблюдались значительные отрицательные аномалии ТПО.
Рассмотрим распределение температуры морской воды по результатам трех океанологических съемок, выполненных в апреле, мае и ноябре 2002 г.
В апреле в западной части разреза (см. табл. 2), примыкающей к берегу Приморья, в поверхностном слое отмечены значимые, близкие к а, отрицательные аномалии температуры воды. Величина и статистическая значимость аномалий убывают с глубиной. По спутниковым данным в этой части разреза наблюдаются заметные, хотя и не превосходящие а, положительные аномалии ТПО. Данное расхождение, хотя и менее выраженное, сохраняется и для значений ТПО по данным за последнюю декаду апреля 2002 г.
В восточной (см. табл. 3), присахалинской, части разреза отмечены значимые, около 1,4 °С, положительные аномалии температуры воды в верхнем 50-метровом слое, и чуть меньшие по величине, но статистически значимые во всем деятельном слое. В этой части разреза наблюдаются такие же значимые поло-
жительные аномалии ТПО, также составляющие около 1,4 "С, что свидетельствует о соответствии, в отличие от западной части разреза, оценок термических условий на основе судовых и спутниковых наблюдений.
В мае в западной части разреза (см. табл. 2) в тонком поверхностном слое 0-20 м отмечена значимая, около 1,5 "С, а по спутниковым данным почти 2,0 "С, положительная аномалия температуры, которая с глубиной быстро уменьшается. В восточной части (см. табл. 3) во всем деятельном слое наблюдается положительная аномалия более 1 "С, в то время как в верхнем 30-метровом слое — положительная аномалия около 3 "С, что превышает величину 2а, т.е. с точки зрения статистики это является исключительным, экстраординарным событием, что подтверждают и спутниковые данные (положительная аномалия в верхнем слое почти 2,5 "С и превышает величину 1,5а). Здесь также налицо совпадение — оба метода измерений диагностируют необычайно высокие значения температуры воды в Татарском проливе, хотя в дальнейшем бурная весна сменилась холодным и дождливым летом.
В ноябре 2002 г. температура в поверхностном слое была выше обычного, особенно у берегов Сахалина, где положительная аномалия достигала значений 1 "С и более, что, однако, не превышало а. По спутниковым данным в верхнем слое была незначительная положительная аномалия. Аномалии температуры воды понижались до слоя 30-100 м, далее аномалия была незначительная отрицательная, на что, возможно, повлиял значительный дефицит тепла летом 2002 г.
В западной части разреза по судовым данным аномалии положительные, их величина и статистическая значимость заметно увеличиваются с глубиной, в то же время по спутниковым данным в поверхностном слое аномалия незначительная, но отрицательная. Различие в знаке аномалий не выглядит принципиальным, так как в поверхностном слое ситуация скорее близка к норме, важно отметить другое — в данном случае обнаружились заметные расхождения в океанологических процессах на различных глубинах. Впрочем, нельзя ожидать полной их идентичности, тем более в районе с такой сложной динамикой, как Татарский пролив.
В 2003 г. на стандартном разрезе СЗ были проведены 2 съемки — в апреле и в ноябре. Весной распределение температуры в восточной части разреза сходно с условиями "нормальных лет", в различных слоях аномалии температуры незначительны, такая же картина определена и по спутниковым данным. В западной части разреза и в поверхностном слое, и по спутниковым измерениям аномалии положительные и имеют существенную величину, близкую к а; с глубиной их величина и значимость плавно понижаются.
Осенью в западной части разреза аномалии в поверхностном слое и по спутниковым данным положительные и превышают а, с глубиной их величина и значимость быстро убывают, и глубже 50 м ситуация близка к норме. В восточной части аномалии по данным судовых измерений в верхнем слое положительные и почти достигают а, на глубине более 50 м аномалии уже незначительные. По спутниковым данным аномалия в ноябре 2003 г. отрицательная. По существу, это единственное серьезное расхождение между оценками термических условий по различным способам измерения для присахалинской части разреза СЗ. Наблюдаемое отличие связано с тем, что съёмка проводилась в первой декаде ноября, когда и по спутниковым данным наблюдалась положительная аномалия, в отличие от отрицательной при расчете по полному месяцу. Подобные расхождения, возможно, обусловленные изменениями синоптических условий, могут существенно влиять на оценку ситуации по результатам океанологической съемки, отражающей ситуацию на день проведения измерений.
Проведенный анализ выявил два весьма важных момента. Во-первых, в южной части Татарского пролива в верхнем слое температура воды испытывает зна-
чительные межгодовые колебания: как по судовым, так и по спутниковым данным наблюдались отклонения, превышающие величину а по многолетним наблюдениям и даже ее удвоенное значение.
Во-вторых, показано, что в целом наблюдается неплохое соответствие между оценками термического режима в районе стандартного океанологического разреза СЗ в Татарском проливе по спутниковым данным и в верхнем 50-метровом слое (несколько в меньшей степени это можно отнести к слою 0-100 м) по судовым съемкам, причем это соответствие лучше проявляется в восточной, присахалинской, части разреза. Это означает, что выделенные циклы и сделанные по измерениям ТПО прогностические оценки термических условий в данном районе можно относить не только к самой поверхности моря, но и с некоторыми оговорками на весь 100-метровый верхний слой. Аналогичный анализ по другим стандартным разрезам позволит оценить глубину распространения полученных оценок и в других частях СКР.
В результате применения методов спектрально-временного и гармонического анализа данных спутниковых наблюдений за температурой поверхности моря СКР, а также сопоставления материалов судовых и дистанционных измерений, можно сделать несколько важных выводов.
Циклические составляющие в вариациях ТПО в разные сезоны года имеют различные периоды, что указывает на существенные изменения характера океанологических процессов в СКР от весны к осени, поэтому задачи анализа и прогноза термического режима необходимо решать для каждого сезона отдельно.
Наиболее интенсивны и относительно устойчивы межгодовые вариации ТПО летом (прежде всего благодаря наличию хорошо выраженного 5-летнего цикла на большей части акватории СКР), что отражается в высоких показателях соответствия фактических и расчетных рядов и позволяет рассчитывать на надежность полученных прогностических оценок.
В переходные сезоны, в особенности весной, на значительной части СКР преобладают неустойчивые, изменяющиеся во времени колебания с периодом 23 года, что не позволяет рассчитывать на надежность полученных прогностических оценок. Вероятно, средняя за сезон температура воды не является в данном случае удовлетворительным параметром, и необходимо найти иную характеристику, отражающую скорость изменения ТПО, в качестве индикатора весенних и осенних условий.
Оценки аномалий ТПО по спутниковым данным и температуры воды в различных слоях по измерениям на стандартном океанологическом разрезе СЗ в южной части Татарского пролива показывают достаточно высокую степень соответствия характеристик термического режима на поверхности и в верхнем 100-метровом слое.
Авторы статьи выражают свою благодарность Ж.Р.Цхай (СахНИРО), подготовившей по нашей просьбе программное обеспечение, которое было использовано для построения СВАН-диаграмм.
Литература
Бялко A.B., Гамбургцев А.Г. Статистика погоды // Природа. — 2000. — № 12. — С. 6-13.
Варламов С.М., Ким Е.С., Хан Е.Х. Современные изменения температуры в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке // Метеорол. и гидрол. — 1998. — № 1. — С. 19-28.
Веселова Л.Е. Пространственное распределение температуры поверхности воды Охотского моря // Тр. ДВНИГМИ. — 1972. — Вып. 37. — С. 13-28.
Колемаев В.А. Теория вероятностей и математическая статистика. — М.: Высш. шк., 1991. — 400 с.
Ландер А.В., Левшин А.Л., Писаренко В.Ф. и др. О спектрально-временном анализе колебаний // Вычислительные и статистические методы интерпретации сейсмологических данных. — М., 1973. — С. 3-27. (Вычислительная сейсмология, вып. 6.)
Пищальник В.М., Бобков А.О. Океанографический атлас шельфовой зоны острова Сахалин. Ч. I. — Южно-Сахалинск: СахГУ, 2000. — 108 с.
Пищальник В.М., Климов С.М. Каталог глубоководных наблюдений, выполненных в шельфовой зоне острова Сахалин за период 1948-1987 гг. — Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН, 1991. — 166 с.
Пузанков К.Л., Шевченко Г.В. Сезонные колебания температуры поверхности Охотского моря по спутниковым наблюдениям 1997-1998 гг. // Динамические процессы на шельфе Сахалина и Курильских островов. — Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН, 2001. — С. 94-110.
Романов А.А., Родин А.В., Мишкин В.М. Концепция отраслевой службы спутникового научно-производственного мониторинга промысловых районов Мирового океана // Дистанционные методы в задачах информационной поддержки отраслевой научно-производственной деятельности. — М.: ВНИРО, 1997. — С. 7-32.
Dzievonski A., Bloch S., Landisman M. The method of spectral-time analysis of seismological information // Bull. Seism. Soc. Am. — 1969. — Vol. 59. — P. 427-444.
Minobe S. Interannual to interdecadal changes in the Bering Sea and concurrent 1998/99 changes over the North Pacific // Progress in Oceanology. — 2002. — Vol. 55, № 1-2. — P. 65-76.
Minobe S. Spatio-temporal structure of the pentadecadal variability over the North Pacific // Progress in Oceanography. — 2000. — № 47. — С. 381-408.
Minobe S., Mantua N. Interdecadal modulation of interannual atmospheric and ocean variability // Progress in Oceanology. — 1999. — Vol. 43, № 2-4. — P. 163-192.
Ponomarev V.I., Kaplunenko D.D., Ustinova E.I. Climate change in the Northwest Pacific Margin and mid-latitude Asia // Reports of the International Workshop on Global Change Studies in the Far East. — Vladivostok: Dalnauka, 2002. — Vol. 2. — P. 6-33.
Поступила в редакцию 13.07.04 г.
