CC BY
38
ихтиология. экология
УДК 551.465; 528.88
1 1 12 P.C. Бессонов , А.Р. Галаутдинова , В.А. Дубина '
Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет,
690087, г. Владивосток, ул. Луговая, 526 Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН, 690041, г. Владивосток, ул. Балтийская, 43
ОСОБЕННОСТИ ДИНАМИКИ ВОД У ВОСТОЧНОГО ПОБЕРЕЖЬЯ ПРИМОРЬЯ
Создан архив спутниковых изображений северо-западной части Японского моря. На основе совместного анализа спутниковых видимых и инфракрасных снимков и подспутниковых наблюдений исследованы особенности динамики вод у восточного побережья Приморья.
Ключевые слова: Японское море, побережье Приморья, поверхностные течения, Приморское течение, мезомасштабные вихри, внутренние волны, спутники серии Landsat, спектрорадиометр MODIS.
R.S. Bessonov, A.R. Galautdinova, V.A. Dubina FEATURES OF THE WATER DYNAMICS NEAR EASTERN PRIMORYE COAST
Archive of the satellite images of the northwest part Japan/East Sea is created. Features of the water dynamics near eastern Primorye coast are revealed on base of the joint analysis satellite visible and infrared images and supplementary information.
Key words: Japan/East Sea, Primorye coast, surface current, submesoscale eddies, internal waves, Landsat satellites, spectroradiometr MODIS.
Введение
Побережье Приморского края севернее мыса Поворотного содержит значительный потенциал марикультуры. Расчёты специалистов ИБМ ДВО РАН, основанные на экологически безопасной марикультурной стратегии развития, т.е. с учётом необходимой ротации участков и коэффициента использования акватории, показывают, что на северном шельфе Приморья можно разместить в свободных от заповедников и портах местах более 2000 км2 плантаций (http://pacificinfo.ru/data/cdrom/11/html/8_4_3_5.html). Расчётная урожайность этих морских угодий составляет 346 тыс. т в год. Развитие объектов марикультуры с точки зрения рационального природопользования диктует необходимость создания среды обитания, в которой объёмы биологической продукции увеличиваются при сохранении условий среды обитания. Оценка и снижение возможных экологических рисков основаны на знании абиотических факторов, определяющих состояние и функционирование морских экосистем. Пространственно-временная изменчивость лимитирующих факторов среды в значительной степени определяется трёхмерным полем течений, от которых зависит интенсивность горизонтального и вертикального перемешивания, перенос тепла, биогенных элементов, растворённого кислорода и пр. Цель работы заключалась в исследовании по спутниковым данным разномасштабных особенностей динамики вод над шельфом и материковым склоном Приморья, на участке побережья, примерно, от зал. Ольги до мыса Сосунова.
Объекты и методы исследования
Район исследования находится иод влиянием холодного Приморского течения [1]. Течение следует вдоль кромки шельфа на расстоянии 10-15 миль от берега и имеет максимум скорости на горизонте около 100 м (ниже слоя скачка плотности, расположенного на глубине 25-50 м) [2]. Из-за муссонов скорость течения возрастает зимой и ослабевает летом. Максимальные скорости на поверхности - 0,5-0,65 м/с - наблюдались у мыса Поворотного и на траверзе зал. Владимира в октябре-ноябре. Летом и осенью на поверхности Приморское течение может вообще не наблюдаться [2]. Результаты наблюдений свидетельствуют о том, что летом (май-сентябрь) на участке шельфа к северу от мыса Поворотного до 46 °с.ш. могут развиваться поверхностные течения с северной составляющей, направленные в сторону Татарского пролива. Скорости течений достигают 0,1-0,2 м/с на горизонте 25 м. Напротив, зимой (октябрь-апрель) на всём отмеченном участке шельфа наблюдается чётко выраженный перенос вод на юг вдоль берега Приморья со скоростью 0,1-0,2 м/с [2].
Несмотря на то, что Приморское течение является наряду с Цусимским одним из наиболее устойчивых элементов циркуляции Японского моря, ещё в 1950 г. было установлено, что горизонтальная структура этого потока имеет турбулентный характер [2]. Между основным потоком и берегом обнаружены большие и малые вихри, преимущественно антициклоны. На инфракрасных (ПК) спутниковых изображениях в отдельные годы у побережья Приморья с августа по октябрь наблюдается цепочка взаимосвязанных антициклонических образований синоптического масштаба [3]. В цепочке отмечено от двух до семи вихрей диаметром 30-80 км, вплотную прижатых к берегу и друг другу. Центры антициклонов находятся между изобатами 200-300 м. Наблюдались ситуации, когда вихри «расходились», отходя от береговой черты на расстояние около 10 км. Вихри существуют от нескольких суток до двух месяцев, смещаясь на юго-запад со скоростью 0,1-0,2 м/с [3].
Для исследования динамики вод у восточного побережья Приморья был сформирован архив, состоящий из результатов измерений в видимом и инфракрасном диапазонах электромагнитного спектра радиометров AVHRR спутников серии NOAA (1990-2016 гг., пространственное разрешение 1,1 км), спектрорадиометров MODIS, установленных на спутниках Aqua и Terra (2002-2016 г.г., пространственное разрешение 250 м в видимом и 1 км в ПК-диапазонах, тематических картографов TM и ETM+, установленных на спутниках Landsat-5, Landsat-7 (1986-2015 гг., разрешение 15, 30 и 60 м), а также приборов видимого (OLI) и ПК (ТГО^)-диапазонов, установленных на спутнике Landsat-8. Данные с последнего спутника поступают с 2013 г. и имеют разрешение 15, 30 и 100 метров на пиксель. В анализе использовались три смежных фрейма спутников серии Landsat, внешние границы которых показаны на рис. 1 белым прямоугольником.
Съёмки с двух спутников Landsat позволяют анализировать динамику прибрежных вод с временным периодом 8 сут. Ширина полосы обзора спектрорадиометра MODIS превышает 2300 км, что позволяют каждый день получать с разницей во времени примерно в 100 или 200 мин два изображения в истинных цветах с пространственным разрешением 250 х 250 м, целиком захватывающих район исследования. При наличии дрейфующего льда, контрастов цветности или температуры поверхности моря (ТПО) пара изображений позволяет методом маркеров восстановить скорости поверхностных течений.
Результаты и их обсуждение
Чаще всего на спутниковых изображениях у побережья Приморья наблюдается прибрежное течение, которое ошибочно принимают за Приморское. Как было отмечено выше, Приморское течение следует на расстоянии 20-30 км от берега, максимум его скорости находится на глубине примерно 100 м. На ПК-изображениях это течение иногда проявляется в виде слабой температурной аномалии, вытянутой вдоль материкового склона у восточного
берега Приморья или вдоль границы зал. Петра Великого (рис. 1). А вплотную к берегу наблюдаются распреснённые речным стоком прибрежные воды, создающие градиент плотности, который становится причиной формирования плотностного течения, направленного на юг со скоростью ~0,1 м/с [4]. Воды этого течения шириной 10-20 км при слабых и умеренных ветрах и при теплом типе термической структуры вод северо-западной части Японского моря доходят до зал. Петра Великого [5]. Чаще всего прибрежное течение наблюдается в поле температуры воды в зависимости от сезона то более тёплым, то более холодным по сравнению с водами открытого моря. После интенсивных дождей его хорошо видно в видимом диапазоне. На рис. 1 приведено видимое изображение спектрорадиометра MODIS, полученное со спутника Terra 20 сентября 2012 г. На изображении виден ливневой сток рек Приморского края после выхода 17-18 сентября тайфуна Sanba, в результате чего за сутки выпало более 100 мм осадков. Сток всех рек направлен вдоль берега на юг в полосе примерно 15-30 км. Если у побережья Приморья находится цепочка взаимосвязанных антициклонических вихрей, то речной сток затягивается в их циркуляции и приобретает причудливые очертания, как, например, на изображениях MODIS и Landsat за соответственно 6 и 7 сентября 2002 г. (не показаны).
132't Ш'К 1Ж№
132*Ё 134'Е 1JC*K L.'lffc
Рис. 1. Видимое изображение спектрорадиометра MODIS, полученное со спутника Terra 20 сентября 2012 г. Белый прямоугольник показывает внешние границы смежных фреймов спутников серии
Landsat, которые использовались в исследовании Fig. 1. Visible image of spectroradiometer MODIS received from Terra satellite on 20 September 2012.
White rectangle shows external borders of adjacent Landsat frames used in investigation
На рис. 2 показано инфракрасное изображение, принятое со спутника Landsat-8 28 августа 2013 г. В видимом диапазоне наблюдался только сток р. Кема, направленный вдоль берега на юго-запад. На ИК-изображении хорошо прослеживается более холодное, чем воды открытой части моря, прибрежное течение шириной 10-15 км. На границе потока, вероятно, существует бароклинная неустойчивость, в результате которой возникают меандры и спи-
ральные циклонические вихри Е диаметром 7-8 км. В северной части района, где более тёплые трансформированные субтропические воды затягиваются вдоль прибрежного течения, образовался более крупный циклонический вихрь С, в котором наблюдается подъём холодных глубинных вод. На юге изображение захватило два спиральных антициклонических вихря А с горизонтальными размерами 50 и 100 км.
fJS'K 13i*K UTE 13S*E
¡3S-K 136*K 13ТО£ 1ЛГЕ
Рис. 2. Инфракрасное изображение со спутника Landsat-8 за 28 августа 2013 г. Буквенные
обозначения поясняются в тексте Fig. 2. Infrared Landsat-8 image obtained on 28 August 2013. Lettering are explained in text
Интересной особенностью динамики вод у восточного побережья Приморья являются внутренние гравитационные волны (ВВ). На видимых изображениях спутников Landsat поверхностные проявления ВВ в районе исследования регистрируются с мая по ноябрь. Они перемещаются в основном к берегу - перпендикулярно шельфу, в южных и северных направлениях. На рис. 3 представлен фрагмент видимого изображения со спутника Landsat-8 за 28 августа 2013 г. На рисунке видны пакеты внутренних волн, смещающихся к берегу (W1 и W2) и вдоль шельфа на северо-восток (W3). Расстояние между солитонами в пакете W1 составляет примерно 5 км, а ширина их гребней - порядка 250 м. Волны в пакете W3 сильно нелинейны: расстояние между лидирующими солитонами примерно 500 м, а между хвостовыми - 100 м.
135°10'Е 13S°20'E 1Э5°30'Е 135°40'Е
135'10'К 135®20'Е 135'30'Е 135'40'Е
Рис. 3. Фрагмент видимого изображения со спутника Landsat-8 за 28 августа 2013 г. Показаны поверхностные проявления разномасштабных внутренних волн Fig. 3. Fragment of the visible Landsat-8 image acquired on 28 August 2013. Surface manifestations of the
different-scale internal waves are shown
Заключение
На основе созданного архива спутниковых изображений высокого и среднего пространственного разрешения исследованы особенности динамики вод у восточного побережья Приморского края. Проведённый анализ свидетельствует о том, что на этом участке японо-морского шельфа существуют процессы и механизмы, которые определяют перенос энергии и вещества вдоль шельфа, к берегу, от берега и по сложным вихревым траекториям. Поскольку в прибрежных водах Северного Приморья в настоящее время развивается транспортировка сырой нефти и нефтепродуктов, при возникновении чрезвычайных ситуаций и планировании мероприятий по ликвидации нефтяных разливов необходимо учитывать возможное влияние мезомасштабных процессов.
В процессе строительства и развития объектов марикультуры на шельфе Приморья необходимо принимать во внимание существование здесь интенсивных внутренних волн. Внутренняя волна генерирует поле вертикальных и горизонтальных течений, скорости которых превышают скорости фоновых потоков. ВВ вызывают вертикальные смещения пикнок-лина на десятки метров. При этом происходит разнонаправленный вертикальный транспорт растворённого органического вещества, фито- и зоопланктона, происходят колебания толщины фотического слоя. При выходе на мелководье внутренние волны разрушаются, что приводит к интенсивному вертикальному перемешиванию, которое способствует подъёму биогенных элементов со дна в слой фотосинтеза.
Список литературы
1. Гидрометеорология и гидрохимия морей. T.VIII. Японское море. Вып.1. Гидрометеорологические условия / под ред. A.C. Васильева, Ф.С. Терзиева, А.Н. Косарева. - СПб.: Гид-рометеоиздат, 2003. - 398 с.
2. Юрасов, Г.И. Течения Японского моря / Г.П. Юрасов, В.Г. Яричин. - Владивосток: Изд-во ДВО АН СССР, 1991. - 174 с.
3. Пономарев, В.П. Синоптическая вихревая динамика над северо-западным материковым склоном и шельфом Японского моря (моделирование и результаты дистанционных наблюдений) / В.П. Пономарев, П.А. Файман, В.А. Дубина, С.Ю. Ладыченко, В.Б. Лобанов // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. - 2011. - Т. 8, № 2. - С.100-104.
4. Боуден К. Физическая океанография прибрежных вод / К. Боуден. - М.: Мир, 1988. -324 с.
5. Дубина В.А., Митник Л.М., Катин И.О. Особенности циркуляции вод залива Петра Великого на основе спутниковых мультисенсорных данных / В.А. Дубина, Л.М. Митник, И.О. Катин // Современное состояние и тенденции изменения природной среды залива Петра Великого Японского моря / гл. ред. В. А. Акуличев. - М.: ГЕОС, 2008. - С. 82-96.
Сведения об авторах: Бессонов Роман Сергеевич, студент 3-го курса по направлению экология и природопользование, e-mail:@mail.ru;
Галаутдинова Анна Рафиковна, студентка 3-го курса по направлению экология и природопользование, e-mail: [email protected];
Дубина Вячеслав Анатольевич, кандидат географических наук, доцент, e-mail: [email protected].
