CC BY
132
УДК 551.465; 528.88
К.О. Лебедева1, Т.А. Дячук1, В.А. Дубина 1,2
Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет,
690087, г. Владивосток, ул. Луговая, 52б Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН, 690041, Владивосток, ул. Балтийская, д. 43
ПОВЕРХНОСТНАЯ ЦИРКУЛЯЦИЯ ВОД ТАТАРСКОГО ПРОЛИВА ПО ДАННЫМ
СПУТНИКОВ СЕРИИ LANDSAT
Собран архив изображений Татарского пролива, полученных со спутников серии Landsat. Архив содержит более 200 изображений, принятых в различных погодных условиях в теплые сезоны года в 1982-2016 гг. В работе приводятся предварительные результаты совместного анализа спутниковых видимых и инфракрасных снимков и подспутниковых наблюдений. Выявлены разномасштабные особенности поверхностной циркуляции Татарского пролива.
Ключевые слова: Татарский пролив, поверхностные течения, мезомасштабные вихри, Западно-Сахалинское течение, спутники серии Landsat.
K.O. Lebedeva, T.A. Dyachuk, V.A. Dubina SURFACE CIRCULATION OF THE TATAR STRAIT ACCORDING TO DATA OF LANDSAT SATELLITES OBSERVATIONS
More than 900 Landsat images of the Tatar Strait acquired in 1982-2016 under different weather conditions during а warm season were collected. The results of analysis of satellite infrared and visible images and supplementary information are given in a paper. The surface manifestations of the current fronts, eddies of different sizes and other oceanic phenomena were revealed.
Key words: Tatar Strait, surface current, submesoscale eddies, West-Sakhalin current, Landsat satellites.
Введение
После ввода в эксплуатацию системы экспорта нефти в рамках проекта Сахалин-1 резко возросла антропогенная нагрузка на морские экосистемы Татарского пролива. Система включает в себя трубопровод протяжённостью 225 км, по которому нефть из скважин в Охотском море через Сахалин и Татарский пролив поступает на нефтяной терминал в посёлке Де-Кастри (https://www.sakhalin.info/news/39032). В 2014 г. грузооборот порта Де-Кастри составил 8,19 млн т, из которых на нефть приходится 7,95 млн т, при этом объёмы вывозимой сырой нефти продолжают расти (http://www.morvesti.ru/analitics/detail.php?ID=38708). Грузоперевозки в Татарском проливе осуществляются круглый год, в том числе зимой в тяжёлых ледовых условиях. Средняя толщина дрейфующего льда составляет 40 см и нередко достигает 60-80 см [1]. Для корректного расчёта экологических рисков и адекватного моделирования возможных аварийных ситуаций, а также разработки мероприятий по устранению их последствий, необходимо знать точные гидрометеорологические характеристики, в первую очередь, скорости и направления ветра и морских течений.
Изучение циркуляции в Татарском проливе началось с работ Леопольда Шренка в 60-х -70-х гг. XIX в. Но до сих пор картина течений в этом районе не до конца ясна. По мнению авторов [4], Татарский пролив является одним из немногих мест, в котором отмечаются наибольшие расхождения в схемах течения Японского моря у разных авторов. А на большинстве генеральных схем течений Татарский пролив вообще обрезан [1]. Одним из важнейших
вопросов, касающихся динамики вод пролива, является вопрос о присутствии в крайней северной акватории Японского моря мезомасштабных явлений и их вкладе в процессы перемешивания.
Целью настоящей работы являлось исследование разномасштабной вихревой динамики в Татарском проливе в тёплый период года на материалах съёмки спутников серии ЬапёБа!.
Объекты и методы исследования
Южной и северной границами Татарского пролива являются линии, которые соединяют соответственно мыс Белкина (45°49' К, 137°41' Е) с мысом Кузнецова (46°03' К, 141°55' Е) и мыс Южный (51°41' К, 141°06' Е) с мысом Тык (51°45' К, 141°41' Е) [2].
Несмотря на то, что в «самом общем случае» движение вод в Японском море «можно рассматривать как совокупность градиентных течений», обусловленных переносом через Корейский пролив, считается, что в Татарском проливе система течений в большей степени связана с ветром, чем с постоянными течениями [4]. При этом порядок скоростей дрейфовых течений составляет 0,3-0,4 уз, что заметно ниже приливных [4]. В работе [3] приведены максимальные и средние скорости течений в поверхностном слое Татарского пролива. В основу расчётов были положены сведения о течениях на 29 пунктах за полный приливной цикл 18,6 лет, рассчитанные по гармоническим постоянным за каждые сутки через 2 ч. По этим данным с учётом остаточных течений выбирались максимальные и рассчитывались средние скорости. За остаточные течения были приняты сведения о непериодических течениях при скорости ветра не более 5 м/с [3]. Максимальные скорости отмечены в проливе Невельского (3,6 уз) и на подходах к проливу Лаперуза (2,4 уз). Ещё одна область повышенных максимальных скоростей находится в районе мыса Сюркум (1,8 уз). На остальной акватории пролива максимальные скорости варьируют от 0,84 до 1,4 уз. Средние скорости течений в поверхностном слое на большей части акватории составляют 0,2-0,4 уз. Наибольшие средние скорости отмечаются на севере у входа в пролив Невельского (0,8-1,1 уз) и на подходах к проливу Лаперуза (0,8 уз) [3].
В Татарском проливе к северу от 48° с.ш. общая циркуляция вод является преимущественно циклонической. Западное звено циркуляции выражено более чётко по сравнению с восточной, которая сформирована отдельными струями Цусимского течения [4]. Поток в Татарском проливе, направленный вдоль материка на юг, авторы работы [4] предложили называть течением Шренка. Это течение отличается по гидрофизическим характеристикам от вод Приморского течения и Амурского лимана. Приморское течение следует вдоль кромки шельфа на расстоянии 10-15 миль от берега и имеет максимум скорости на горизонте около 100 м (ниже слоя скачка 25-50 м). А течение Шренка наблюдается в 30-мильной прибрежной зоне с максимумом скорости на поверхности. Многие исследователи выделяют в Татарском проливе Западно-Сахалинское (Сахалинское) течение, которое следует на юг вдоль побережья юго-западной оконечности о. Сахалин.
Все вышеперечисленные особенности поверхностной циркуляции вод Татарского пролива получены из анализа инструментальных наблюдений. Наиболее эффективным методом исследования прибрежных районов океана является совместное использование контактных измерений и данных дистанционного спутникового зондирования. Зондирование Земли из космоса с высоким пространственным разрешением уже более 30 лет применяется для исследования и мониторинга прибрежной зоны. Первой программой по изучению Земли из космоса стала программа спутников серии ЬапёБа! Геологической службы США. Архив изображений, полученных с этих спутников, с 2009 г. открыт для бесплатного доступа (http://glovis.usgs.gov/). Данные спутники предназначены в основном для мониторинга суши, но изображения, полученные с них, захватывают практически всю прибрежную область Мирового океана.
14ft*l£ 1*1'Е 1Ж№ 1«*Е 142" К
1-WE 14 ГЕ 142'Ё L40*Ei 1414; [«'6
Инфракрасное (а) и видимое (б) изображения со спутника Landsat-5 за 25 сентября 2005 г. Цифровые
обозначения на ИК-изображении поясняются в тексте Infrared (a) and visible (б) Landsat-5 images obtained on 25 September. Numbers indications
are explained in text
Территорию Татарского пролива покрывают 12 стандартных фреймов Landsat. В архиве находятся данные с октября 1982 г. по октябрь 2016 г. За это время было сделано 12788 снимков пролива, из которых 960 снимков с облачностью 0 %, а 2219 снимков с облачностью от 90 до 100%. Данные в архиве представляют собой измерения на 4 каналах радиометра MSS со спутников Landsat-4 и Landsat-5 (пространственное разрешение 80 м), на 7 каналах тематического картографа TM со спутника Landsat-5 (разрешение 30 м в видимом и ближнем инфракрасном (ИК) и 120 м в тепловом ИК-диапазонах), на 8 каналах усовершенствованного
картографа ETM+ со спутника Landsat-7 (разрешение 15, 30 и 60 м) и измерения на 11 каналах с двух сенсоров спутника Landsat-8. Данные последнего спутника поступают с 2013 г. и имеют разрешение 15, 30 и 100 метров на пиксель. В исследовании использовались снимки, принятые в тепловом ИК-диапазоне (10,4-12,5 мкм), и изображения в истинных цветах (RGB), полученные комбинированием измерений на соответствующих каналах, в тёплый период года (в отсутствии ледяного покрова). Изображения Landsat анализировались совместно с другими видами информации. Привлекались все доступные гидрометеорологические наблюдения, карты течений, построенные по спутниковым альтиметрическим данным, видимые и ИК-изображения радиометров AVHRR со спутников серии NOAA и спектрорадиомет-ров MODIS со спутников Terra и Aqua.
Результаты и их обсуждение
На спутниковых изображениях Татарского пролива контрасты наблюдаются и в поле температуры поверхности, и в цвете воды. Последние связаны главным образом с речным стоком как рек, впадающих в пролив, так и со стоком р. Амур. Амурские воды поступают в крайнюю северную часть пролива во время ветровых нагонов в Сахалинском заливе, которые возникают при прохождении циклонов через север Охотского моря. Распреснённые воды перемещаются вдоль обоих берегов пролива на юг, чаще всего и южнее всего вдоль побережья Сахалина. Течение Шренка на спутниковых изображениях в отсутствие ледяного покрова плохо выражено. Наблюдались ситуации, когда прибрежный поток у западной границы пролива совершал циклонический поворот в районе 45-50° с.ш. Течение вдоль Сахалина наблюдается значительно чаще и не только вдоль его самой юго-западной оконечности, но и почти на всём протяжении от пролива Невельского до мыса Крильон. Лучше всего этот поток отмечается в сентябре-октябре в поле температуры поверхности моря. Циркуляция в проливе имеет выраженный вихревой характер. Крупные синоптические антициклоны (диаметром 50-80 м) проникают с цусимскими водами в южную часть пролива. Границы прибрежных течений в большинстве случаев имеют волнистую форму с горизонтальным масштабом меандров 5-10 км. Мезомасштабные вихри с холодными ядрами регулярно встречаются на всей акватории Татарского пролива.
На рисунке показано инфракрасное (рисунок, а) и RGB (рисунок, б) изображения Татарского пролива, полученные 25 сентября 2005 г. со спутника Landsat-5. Как видно из рисунка, поле температуры поверхности моря (рисунок, а) значительно более неоднородно, чем изображение поверхности в видимом диапазоне (рисунок, б). Более тёплые воды на снимке более светлые.
На юге исследуемого района в области проникающих в пролив тёплых вод Цусимского течения наблюдается антициклонический синоптический вихрь 1 эллиптической формы со средним диаметром примерно 64 км. На границе этого антициклона отмечаются мезомасштабные присоединённые циклонические образования 2 диаметром около 10 км.
Мезомасштабный циклонический вихрь с холодным ядром 3 диаметром 6,5 км наблюдается также в северной части пролива на широте 50,8° с.ш. Между этим вихрем и побережьем о. Сахалин на изображении расположено темное пятно 4 (низкая температура воды), которое, скорее всего, связано с циклоническим вращением вод в этой части пролива. Его размер составляет примерно 35 км. Эта температурная аномалия регулярно наблюдается в северной части Татарского пролива между изобатами 50 и 10 м на ИК-изображениях, полученных различными сенсорами.
Мезомасштабные вихри указанного масштаба регулярно регистрируются на ИК-изображениях, принятых со спутников серии Landsat, и почти не различимы на изображениях, полученных спектрорадиометрами MODIS и радиометрами AVHRR. Узкая прибрежная полоса холодной воды 5 возле Сахалина связана, вероятно, с Западно-Сахалинским течением, кото-
рое направлено на юг и отмечается на спутниковых ИК-изображениях чаще всего в сентябре-октябре. 25 сентября 2005 г. пояс холодных вод распространялся примерно от 50,5° с.ш. на юг до 48° с.ш., постепенно увеличиваясь по ширине до 22 км (рисунок, а).
Как видно из рисунка, большинство особенностей поверхностной циркуляции в Татарском проливе наблюдаются в поле температуры поверхности воды и плохо различимы (или вообще не видны) в поле цвета (мутности) воды. На видимом изображении в северной части пролива на изобате 50 м восточнее облаков наблюдается слабоконтрастный спиральный мезо-масштабный вихрь диметром примерно 10 км. Несовпадение контрастов температуры и цвета -довольно типичная ситуация при анализе спутниковых изображений Татарского пролива.
Заключение
Создан архив изображений Татарского пролива, полученных со спутников серии Landsat. Архив содержит более 200 изображений, принятых в различных погодных условиях в теплые сезоны года в 1982-2016 гг. В работе приводятся предварительные результаты совместного анализа спутниковых видимых и инфракрасных снимков и подспутниковых наблюдений. Контрасты температуры и цвета морской воды на изображениях Татарского пролива часто не совпадают, что не характерно для Японского моря. И на видимых и на ИК-изображениях выявлена мезомасштабная вихревая структура поверхностных течений в проливе. Циклонические спиральные вихри с горизонтальными размерами 5-10 км встречаются на всей акватории пролива. Мезомасштабные явления играют ключевую роль в процессах перемешивания верхнего квазиоднородного слоя прибрежных вод Мирового океана, поэтому наличие вихревых структур в Татарском проливе должно учитываться при расчёте экологических рисков и адекватного моделирования возможных аварийных ситуаций, а также при планировании мероприятий по устранению их последствий.
Список литературы
1. Гидрометеорология и гидрохимия морей. Т."УШ. Японское море. Вып.1. Гидрометеорологические условия / под ред. А.С. Васильева, Ф.С. Терзиева, А.Н. Косарева. - СПб.: Гидрометеоиздат, 2003. - 398 с.
2. Лоция Татарского пролива, Амурского лимана и пролива Лаперуза. - СПб.: Гл. упр. навигации и океанографии МО РФ, 2003. - 436 с.
3. Супранович, Т.И. Максимальные и средние скорости течений в поверхностном слое Татарского пролива / Тр. ДВНИГМИ / Т.И. Супранович. - Л: Гидрометеоиздат, 1989. -Вып. 39. - С. 34-36.
4. Юрасов, Г.И. Течения Японского моря / Г.И. Юрасов, В.Г. Яричин. - Владивосток: Изд. ДВО АН СССР, 1991. - 174 с.
Сведения об авторах: Лебедева Ксения Олеговна, студентка 4-го курса по направлению «Экология и природопользование»;
Дячук Татьяна Александровна, студентка 3-го курса по направлению «Экология и природопользование», e-mail: [email protected];
Дубина Вячеслав Анатольевич, кандидат географических наук, доцент, e-mail: [email protected].
