CC BY
65
Известия ТИНРО
2007 Том 148
УСЛОВИЯ ОБИТАНИЯ ПРОМЫСЛОВЫХ ОБЪЕКТОВ
УДК 551.46.07:629.783(265.54)
А.А. Никитин, Г.И. Юрасов (ТИНРО-центр, ТОИ ДВО РАН, г. Владивосток)
ПОВЕРХНОСТНЫЕ ТЕРМИЧЕСКИЕ ФРОНТЫ В ЯПОНСКОМ МОРЕ
На основе обработки дистанционных ИК- и ТВ-изображений искусственных спутников Земли серии NOAA за 1976-2003 гг. с привлечением данных ранее опубликованных литературных источников проведено выделение и выполнена классификация фронтов в пределах всего Японского моря. Схема поверхностных термических фронтов отличается от традиционных представлений. Выделенные основные элементы гидрологической структуры в Японском море достаточно устойчиво проявляются во все сезоны. На его акватории выделена система основного Субарктического фронта (САФ) с его 2 западными ветвями — северо-западной (СЗ) и юго-западной (ЮЗ) — и 2 северными — северо-восточной (СВ) и северной центральной (СЦ). Он наиболее отчетливо проявляется в конце зимы, когда четко прослеживается и его двухфронтальность. Весной основные признаки двухфронтальности САФ сохраняются, но постепенно к началу лета ослабевают. Летом САФ отчетливо выражен на глубинах ниже сезонного термоклина. Осенью фронты обнаруживаются отчетливо. Наибольшие градиенты температуры на северо-западной ветви САФ отмечаются в ноябре, на юго-западной ветви — в феврале, марте и мае. В связи с тем что САФ представляет обширную зону в Японском море, влияние его на все локальные фронты значительно и определяется его местоположением и мощностью. В среднемноголетнем плане рассмотрены элементы пространственного распределения фронтов, внутригодовая и межгодовая изменчивость их положения в пределах соответствующих фронтальных зон, что позволяет типизировать условия по индексам теплых и холодных лет. Можно достаточно уверенно утверждать, что отмечавшаяся в последние годы интенсивная адвекция вод субтропической структуры в северо-западную часть Японского моря будет сохраняться на относительно высоком уровне и в ближайшем будущем.
Nikitin A.A., Yurasov G.I. Surface thermal fronts in the Japan Sea // Izv. TINRO. — 2007. — Vol. 148. — P. 170-193.
Short history of the frontal zones studies in the Japan Sea is considered briefly, as preface: it began in 1930s by S. Uda, mainly for interests of coastal fishery, but since 1975 became more intense because of new methods of remote sensing.
The remote IR and TV images of the Japan Sea surface obtained from NOAA satellites in 1976-2003 are processed and analyzed. The main attention is given to the thermal fronts revealed in all seasons. New classification of the fronts is presented. The most prominent is Subarctic Front (SAF) with two western (Northwest and Southwest, westward from 40.5° N, 134.5° E) and two northern branches (Northeast and Northern Central, northward from 41.0о N, 139.0о E). Branching of SAF is supposedly caused by features of water circulation. The SAF has mainly zonal orientation in the central and western parts of the Sea and mainly meridional one — in its eastern and northern parts. Another 3 fronts (Tsushima Current Fronts) are revealed in the
southern part of the Sea, and some fronts are located in coastal areas (Primorye Front, West-Sakhalin Front, North-Korean Front).
The SAF and its branches are observed on IR images in all seasons, but become clearer in late winter and weaken in summer. However, the front is observed clearly even in summer in subsurface layer, as could be seen by the data of shipboard oceanographic measurements. The SAF has the highest spatial gradient of temperature in November (for the Northwest branch), and February—March and May (for the Southwest branch). Location and parameters of SAF make prominent influence upon other fronts.
Seasonal and interannual variability of the fronts location is considered, and typification of certain years onto warm and cold ones is presented on this basement. Recently, anomalously northern position of SAF is predominant that is obviously caused by intensive advection of subtropic waters into the northern Japan Sea. The "warm regime" of the Sea is assumed to remain in the nearest future.
Введение
В настоящее время устоявшейся терминологии по фронтальным образованиям в океанах и морях все еще не существует. Наиболее приемлемыми и признанными в научном плане терминами в области фронтальных характеристик являются определения, данные К.Н. Федоровым (1983). Следуя им, будем считать:
— фронтальной зоной такую область, в которой пространственные градиенты термохалинных характеристик повышены по сравнению с средними для всей рассматриваемой акватории;
— фронтальным разделом — поверхность внутри фронтальной зоны, характеризующуюся максимальным градиентом одного или нескольких параметров;
— фронтом — след пересечения фронтального раздела с любой выбранной поверхностью, в том числе и со свободной поверхностью океана.
Исходя из этого можно утверждать, что спутниковые измерения, данные которых используются в настоящей работе, позволяют исследовать именно термические фронты на поверхности моря.
История изучения фронтальных зон, разделов, фронтов непродолжительна. Только в начале 40-х гг. XX века были получены первые сведения об особых областях, связанных с термическими феноменами фронтологического плана. Пионерскими в изучении океанических фронтов являются работы японских ученых (Uda, 1934; Suda, 1936). Следует отметить, что необходимость изучения океанических фронтов диктовалась в первую очередь интересами прибрежного рыболовства, обеспечивающего потребность населения Японии в белковой пище. И в настоящее время одним из важных стимулов исследования фронтов остаются рыбопромысловые интересы.
Период изучения океанических фронтов четко разделяется на два этапа:
с 1934 по 1975 г. — судовые исследования с использованием стандартной или специальной измерительной техники, разработанной для глубоководного зондирования океана;
с 1975 г. по настоящее время — помимо судовых, дистанционные исследования, которые особенно эффективны именно в области изучения термических фронтов на поверхности океана.
На первом этапе исследований были получены данные о пространственно-временной структуре фронтальных зон и разделов, положении и природе океанических фронтов. Именно судовые данные позволили описать вертикальную структуру фронтов. Естественно, что этими методами сделать анализ мгновенного положения (состояния) и последовательного развития фронтов не удается. Тем не менее на основании данных квазисинхронных съемок несколькими судами, а также с привлечением для анализа все увеличивающегося объема данных многолетних измерений были получены первые обобщенные схемы положения главных океанических фронтов в морях и океанах (Булгаков, 1972). В пределах
Японского моря пионером таких исследований был Уда (Uda, 1934), который по данным океанографических съемок, выполненных японскими судами, выделил основной Полярный фронт, схема положения которого для зимы и лета приведена на рис. 1 (А), а в прибрежной зоне Приморья показан вторичный фронт, выделенный Суда (Suda, 1936).
130° 135° 140° 130° 135° 140°
Рис. 1. Схемы термических фронтов в Японском море: А — по Суда (Suda, 1936) зимой и летом; Б — по Ю.В. Истошину (1960) в различные годы; В — по Парк с соавторами (Park et al., 2004); 1-6 — система САФ в центральной части моря, 7-9 — дополнительные фронты вдоль континентального шельфа
Fig. 1. Development of performance about thermal fronts in the Japan Sea: А — on Suda (1936); Б — on Istoshin (Истошин, 1960); В — on Park with coauthors (2004); 16 — implex Subpolar front in central part epidemic deathes, 7-9 — additional fronts along continental shelves
Из отечественных исследований фронтов в Японском море периода судовых наблюдений можно отметить работу Ю.В. Истошина (1960), в которой по данным судовых съемок японских и российских судов определено положение нескольких фронтальных разделов (рис. 1, Б). Он в пределах основной фронтальной зоны Японского моря выделил два фронтальных раздела, северный и южный, положение которых мало меняется от года к году. В более поздних работах Ю.И. Зуенко (1995, 1998, 2000), где также отмечается наличие двух фронтов на поверхности моря, показано, что северный фронт в течение года перемещается на большие расстояния, почти достигая берегов Приморья, а южный менее подвижен. В динамике межгодовой изменчивости фронтов отмечена двухгодовая цикличность (Зуенко, 1998), а для северного фронта также имеет место существенная 10-летняя составляющая.
В дальнейшем, несмотря на выход в свет нескольких обобщающих монографий по физической океанографии Японского моря (Леонов, 1960; Основные черты ..., 1961; Гидрометеорология и гидрохимия морей, 2003), детальные исследования фронтов в Японском море по судовым измерениям не выполнялись. Вместе с тем в многочисленных публикациях по гидрологии вод Японского моря отдельные фрагменты исследования фронтов присутствуют. Так, Б.С. Дьяков (2002а, б) определил среднемноголетние параметры фронтального раздела на 132о в.д. В ряде публикаций исследованы фронты в прибрежных водах Японского моря по данным контактных измерений. Так, И.А. Гончаренко с соавторами (1993) исследовали локальный участок фронта в зал. Петра Великого, М.Г. Глаголева с соавторами (1957) выделили весной прибрежный фронт вдоль Сахалина и фронт, расположенный поперек Татарского пролива по 47о50' с.ш., и, наконец, по данным летней съемки всего моря, выполненной в 1999 г., приведено положение основного фронта на глубине 50 м (Talley et al., 2006).
В процессе этих исследований появились и новые названия выделенному Полярному фронту — субполярный и субарктический (Danchenkov et al., 1997;
Шунтов, 2001; Park et al., 2004). Мы будем придерживаться названия субарктический фронт (САФ) Японского моря, так как он, по мнению ряда исследователей (Belkin, Cornillon, 2003), генетически является западным продолжением субарктического фронта северо-западной части Тихого океана (Булгаков, 1972).
Рост количества работ по исследованию фронтов в последнее время, начиная с 80-х гг. XX века, в значительной степени стимулирован совершенствованием методов дистанционных измерений теплового поля океана с самолетов и искусственных спутников Земли (ИСЗ). Без преувеличения можно сказать, что эти методы изучения океана особенно эффективны именно в области исследования фронтов. Анализ тепловых контрастов на ИК-изображениях, полученных со спутников с помощью радиометра высокого разрешения, позволяет даже при отсутствии высокой точности измерений радиационной температуры поверхности океана наблюдать за положением термических фронтов, их возникновением, обострением, перемещением и разрушением, получать статистические и другие сведения об их изменчивости, наблюдать за образованием меандров на фронтах, их отделением и формированием вихрей в океане. Уже первые из полученных спутниковых снимков поверхности моря показали, что сведения об океанических фронтах и их динамике, основанные на судовых данных, значительно упрощены. На примере Японского моря это можно продемонстрировать путем сравнения приведенных схем положения фронтов (рис. 1) с одной из карт температуры воды на поверхности моря, построенной по результатам дешифрирования спутниковых измерений (рис. 2). Мы видим, что на спутниковой карте по сгущению изотерм выделяется значительное число фронтов, расположенных в пределах всей акватории моря, в отличие от интегральных схем (см. рис. 1, А), построенных по данным судовых измерений.
Рис. 2. Карта распределения температуры воды на поверхности Японского моря, построенная по спутниковым ИК-изображениям за 8 мая 1994 г.
Fig. 2. Map of distribution of a bucket temperatures recovered on the satellite IR images for May, 8, 1994
Применение данных спутниковых измерений для исследования фронтов в Японском море до настоящего времени не получило широкого развития, хотя ряд работ этого направления следует отметить. В 1978 г. впервые по данным ИСЗ показан зонально ориентированный САФ в Японском море (Legeсkis, 1978). Спутниковые данные использовались для иллюстрации изменчивости Цусимского течения (Huh, 1982; Kim, Legeсkis, 1986). Кубота (Kubota, 1990) исследовал изменчивость положения САФ, обусловленную донной топографией. Важность САФ в развитии зимней субдукции и конвекции была показана в работах зарубежных исследователей (Lee et al., 2002; Та11еу et al., 2003).
Российские исследования (Жабин, Юрасов, 1987; Жабин, 1992; Жабин и др., 1992), основанные на ограниченном объеме спутниковых данных, позволили дать качественные оценки поверхностных термических фронтов, выделить фронтальные зоны Цусимского и Приморского течений, фронты апвеллинга у южного Приморья, прибрежный стоковый фронт в районе зал. Петра Великого.
Целенаправленные исследования зоны САФ выполнены японскими учеными (Isoda et al., 1991; Isoda, 1994), которые отметили сложную структуру фронта с повышенной изменчивостью его характеристик в западной части моря по сравнению с восточной, установили разделение фронта к западу от возвышенности Ямато на две ветви, по 42 и 39о с.ш., проследили сезонную изменчивость положения и интенсивности САФ.
Наиболее детальные данные о пространственно-временной изменчивости фронтов были получены также с использованием спутниковой информации высокого разрешения. Так, Белкин и Корниллон (Belkin, Cornillon, 2003) для марта представили схему поверхностных фронтов в Японском море, которая построена по спутниковым данным за 1985-1996 гг. На схеме отчетливо выражен САФ, который генерально простирается вдоль 40о с.ш. евро-азиатского материка от п-ова Корея до Японских островов. У Сангарского пролива фронт резко поворачивает на север. Авторы отмечают, что другие фронты по сравнению с ним изучены относительно плохо, за исключением шельфового фронта в Корейском проливе (Lee et al., 1984; Huh and Shim, 1987). На приведенной схеме (Belkin, Cornillon, 2003) также представлены: шельфово-склоновый фронт вдоль побережья Приморья; Цусимский фронт, который можно выделить в южной части моря, а также фронт в Татарском проливе. В более поздней работе (Park et al., 2004) по данным спутниковых измерений 1990-1995 гг. также выполнено исследование фронтов Японского моря. В пределах моря выделено 8 фронтов (см. рис. 1, В): пять в системе САФ, включая четыре ветви (по две в западной и восточной части моря) и участок вдоль 40о с.ш. между точками бифуркации (западной — с координатами 40,0о с.ш. 132,3о в.д. и восточной — у Сангарского пролива) и три прибрежных фронта — у побережья п-ова Корея, Приморья и о. Сахалин. Авторами рассмотрены вопросы сезонной изменчивости фронтов, проиллюстрированы схемы положения фронтов зимой, весной, летом и осенью, приведены гистограммы максимального развития САФ и прибрежного фронта у южного побережья п-ова Корея.
Автоматизированные методы обработки данных ИСЗ (Saunders and Kriebel, 1988; Cayula and Cornillon, 1992; Ullman, Cornillon, 2000; Belkin, Cornillon, 2003; Park et al., 2004) позволили получить интегральные характеристики фронтов, а именно: оценить ширину фронтальной зоны за рассматриваемые в работах интервалы наблюдений.
Таким образом, выполненные до настоящего времени исследования фронтов в Японском море позволили по данным судовых наблюдений определить только среднее положение основного САФ Японского моря. По данным отдельных океанографических съемок обнаружен ряд фронтальных разделов в различных районах моря, но их генезис не изучен. Современный этап спутниковых исследований фронтов со всей очевидностью установил факт одновременного присутствия на поверхности моря многочисленных термических фронтов и их значительную
динамичность, трудно укладывающуюся в рамки систематизации и последующей классификации. В направлении анализа ограниченных объемов спутниковой информации получены первые качественные материалы о положении фронтов в пределах отдельных месяцев и сезонов (Belkin, Cornillon, 2003; Park et al., 2004), а также сделаны предварительные оценки пространственной изменчивости отдельных фронтов (Isoda et al., 1991; Isoda, 1994).
Вместе с тем в настоящее время существует настоятельная необходимость более детального исследования фронтов в Японском море, как для совершенствования фундаментальных знаний о природе Мирового океана, так и с целью практического использования ресурсного потенциала вод бассейна Японского моря.
Естественно, что это направление исследований должно базироваться на освоении имеющихся данных и на доступной исключительно большой по объему спутниковой информации, систематизированной и обработанной по целевой методике. В данной работе предпринимается попытка обобщения данных всего периода спутниковых наблюдений с использованием методики обработки, позволяющей оценить динамику изменения фронтов внутригодового и межгодового масштабов.
Использованные материалы и методы обработки
В настоящее время в лаборатории космических методов исследования океана ТИНРО-центра в основном используются данные спутниковых наблюдений, сформированные в базу на магнитных носителях. В нее включены данные ИАПУ ДВО РАН (г. Владивосток) и ДВ РЦПОД (г. Хабаровск). Кроме этого, в эту базу данных поступает информация из Японского метеорологического агентства и Японского рыболовного агентства (г. Токио). Эту информацию можно просматривать и редактировать в любом графическом редакторе (ACDSee, Fotofinish, FotoEditor, FotoShop).
Основные положения методики обработки спутниковых снимков представлены в работе Н.В. Булатова (1984). Методика исследования фронтов основана на визуальном дешифрировании ИК-, ТВ-изображений, совместном анализе спутниковых и судовых данных и на синоптическом анализе результатов дешифрирования. Методика дешифрирования базируется на известных физических закономерностях собственного теплового и отраженного морской поверхностью солнечного или искусственного излучения и особенностях его регистрации на соответствующих изображениях.
Обнаружение гидрологических (термических) фронтов на ИК-снимках становится возможным, когда изучаемый район не закрыт облачностью, а термический контраст поперек фронта превышает порог чувствительности аппаратуры (для ИК-снимков 1-2 °С). Такие условия чаще всего возникают в марте—мае и в сентябре—октябре и реже в декабре—январе и июле—августе. Океанологическое дешифрирование любого космического снимка начинается с определения границ района, не закрытого облачностью. Эта задача решается на основе метеорологического дешифрирования снимков, методика которого хорошо разработана в спутниковой метеорологии (Сонечкин, 1972; Герман, 1975; Инструкция по использованию ..., 1981; Руководство по использованию ..., 1982).
Вместе со снимками желательно анализировать синоптические карты погоды за ближайшие к получению снимков сроки (1-5 дней). Это позволяет определить наличие или отсутствие облачности или тумана непосредственно по данным метеонаблюдений, а также косвенно оценить возможность их образования при определенной барической ситуации. На снимках, полученных в режиме автоматической передачи изображения со спутников серии NOAA, выделяются от 4 до 8 градаций изображения водной поверхности. Гидрологические (термичес-
кие) фронты отображаются на ИК-снимках как линии или зоны быстрого, скачкообразного изменения яркости тона изображения (нужно подчеркнуть, что термин "фронт" здесь употребляется в самом общем значении как резко выраженная граница между теплыми и холодными водами). Независимо от общей величины перепада (контраста) яркости они могут быть четкими, когда тон изображения изменяется резко, слабо размытыми, когда можно заметить начало и конец изменения тона, и сильно размытыми, диффузными, когда яркость изображения меняется постепенно и существование гидрологического фронта сомнительно. На снимках хорошего качества фронты могут быть обнаружены с перепадом температуры 1 °С и менее. На снимках плохого качества выделяются только наиболее мощные гидрологические фронты с перепадом температуры не менее 3-5 °С. В ряде случаев изображение поверхности океана имеет сложный рисунок, образованный слабыми полутонами, который различным дешифровщикам представляется по-разному. В этих случаях, если нет подтверждающих данных, а этот рисунок не повторяется на других снимках, нужно отказаться от лишней его детализации и выделить только наиболее значительные контрасты яркости изображения (Булатов, 1984).
После того как термические фронты выделены на ИК-снимках, их положение перенесится на карту определенной проекции (лучше всего на Меркаторс-кую и прямоугольную). Одновременно уточняется географическая привязка изображения по видимым на снимке береговым ориентирам (мысы, острова и т.д.). Для изучения крупных фронтальных вихрей типа "рингов" допустимо осреднение за 5-10 дней (Булатов, 1984).
Результаты дешифрирования снимков могут быть представлены в двух видах: в виде карт термических фронтов, где различными линиями обозначены фронты с различными контрастами и градиентами температуры воды, либо в виде изотерм, проведенных в соответствии с очертаниями теплых и холодных областей на ИК-снимках. Последние карты дают наиболее полную информацию о термическом поле поверхностного слоя океана (Voorhis е! а1., 1976; Нелепо и др., 1983; Федоров, 1983).
Процедура обработки заключается в последовательном выполнении следующих этапов:
— дешифрирование спутниковых изображений и построение карт фронто-логического анализа по каждому из принятых снимков;
— систематизация дешифрированных снимков по годам и месяцам;
— построение среднемесячных карт положения фронтов и вихрей;
— построение среднесезонных карт для каждого года;
— построение среднегодовых карт за весь период наблюдений;
— определение среднего многолетнего положения каждого из выделенных фронтов за весь период наблюдений и построение обобщенной схемы.
Полученные в результате применения этой методики данные позволяют исследовать динамику фронтов во всех заданных временных масштабах.
В предлагаемой работе анализировались спутниковые инфракрасные и телевизионные изображения Японского моря за 1975-2002 гг. (табл. 1). По данным дешифрирования спутниковых наблюдений построено около 1000 карт фрон-тологического анализа.
Прежде всего совмещение всех дешифрированных карт на одну позволяет оценить пространственный масштаб колебаний фронтов (фронтальные зоны), а также построить их обобщенную схему. Анализ динамики выделенных фронтов проводится на среднемноголетнем фоне в связи с небольшой насыщенностью данными спутниковых наблюдений на отдельных временных интервалах (день, месяц, сезон). Вместе с тем анализ месячной, сезонной и годовой изменчивости на среднемноголетнем уровне позволяет оценить ее на перечисленных временных интервалах.
Таблица 1
Обеспеченность спутниковыми данными
Table 1
Security satellite data
Кол-во карт по месяцам
Год Январь Февраль Март Апрель Май Июнь Июль Август Сентябрь Октябрь Ноябрь Декабрь Всего
1975 2 2 3 1 8
1976 1 3 3 3 10
1977 1 4 2 1 8
1978 4 4 2 10
1979 1 3 1 3 2 1 2 1 14
1980 1 2 1 1 1 1 1 6 1 2 17
1981 1 7 2 10 8 3 5 5 1 3 45
1982 2 2 12 13 5 3 2 1 3 2 45
1983 1 4 3 2 5 1 16
1984 4 6 10 10 6 3 2 8 1 50
1985 8 5 11 5 3 1 3 8 5 2 51
1986 5 5 13 4 11 3 1 10 5 1 6 64
1987 2 3 12 14 8 4 1 4 11 4 4 67
1988 2 1 12 5 9 3 1 5 5 4 47
1989 1 1 2 5 2 2 2 15
1990 9 8 3 5 8 33
1991 3 5 4 10 9 2 1 2 5 41
1992 6 3 9 9 6 11 3 1 5 6 5 6 70
1993 5 10 15 16 7 1 1 3 6 6 5 2 77
1994 2 4 7 6 6 2 1 1 4 3 1 37
1995 3 6 4 7 4 5 2 1 3 2 2 39
1996 3 4 7 10 6 2 1 1 2 3 1 1 41
1997 1 2 1 1 6 6 1 18
1998 1 11 12 3 9 1 1 1 2 41
1999 5 2 7 1 1 1 1 4 22
2000 1 1 3 2 3 2 3 15
2001 2 2 1 1 6 2 14
2002 2 6 8
Всего 55 88 158 172 118 50 16 13 57 97 58 41 923
Методически построение среднемноголетних полей в различных временных масштабах состоит в следующем. Каждая из построенных карт фронтологическо-го анализа с выделенными термическими фронтами наносится на координатную сетку. Линии выделенных фронтов разбиваются на отдельные участки точками пересечения их с координатной сеткой, и эти координаты фиксируются. В последующем среднее арифметическое осреднение координат точек отдельных фронтов за определенные временные интервалы (месяц, сезон, год, весь период) позволяет построить обобщенную схему и исследовать динамику фронтов в соответствующих масштабах изменчивости.
В настоящей работе методика визуализации позволила на основании всех спутниковых данных построить обобщенную схему фронтов Японского моря, на которой представлены как постоянно регистрируемые, так и существующие значительные периоды времени фронты, выделяемые в зонах, где градиенты температуры повышенны и превышают 0,03 °С/км (Park et al., 2004). Построенная предложенным методом обобщенная схема фронтов Японского моря за весь рассматриваемый в работе период наблюдений приведена на рис. 3. В пределах акватории моря существует система основного САФ с его 2 западными ветвями — северо-западной (СЗ) и юго-западной (ЮЗ) — и 2 северными — северовосточной (СВ) и северной центральной (СЦ). Точки бифуркации САФ находятся на западе — 40,5о с.ш. 134,5о в.д., а на востоке в координатах 41,0о с.ш. 139,0о в.д. Географически САФ ориентирован в центральной и западной части
моря преимущественно по широте, а в восточной — по долготе. Система фронтов САФ разделяет море на два сектора: теплый субтропический и холодный субарктический. Следует отметить, что наиболее заметно это разделение в центральной части моря, между точками бифуркации, а уже за каждой из этих точек САФ разделяется на две ветви, что связано с особенностями циркуляции вод в этих районах. Так, существование межфронтальной зоны между северозападным и юго-западным фронтами связано с квазиустойчивыми теплыми крупномасштабными вихрями у восточного побережья п-ова Корея (Park et al., 2004). Две ветви САФ в северной части моря ассоциируются с ветвлением здесь теплого Цусимского течения (Onishi, Ohtani, 1997).
Рис. 3. Обобщенная схема поверхностных термических фронтов в Японском море: САФ — субарктический фронт; СЗ — северо-западная ветвь САФ; ЮЗ — юго-западная ветвь САФ; СЦ — северная центральная ветвь САФ; СВ — се-
веро-восточная ветвь САФ; ФЦТ — фронты Цусимского течения (Ю-1 — южный фронт 1, 2 ЦТ — 2-я ветвь Цусимского течения, Ю-2 — южный фронт 2); ПФ — приморский фронт; СФ — сахалинский фронт; ТФ — фронт Татарского пролива; СКФ — северокорейский фронт; ЗФ — западный фронт; I-VI — теплые меандры, 1-26 — точки, указывающие, где проводились измерения
Fig. 3. The generalized schema of superficial thermal fronts in the Japan Sea: САФ — Subarctic front (SAF); СЗ — northwest branch SAF; ЮЗ — southwest branch SAF; СЦ — north center branch SAF; СВ — northeast branch SAF; ФУТ — fronts Tsushima Current (Ю-1 — south branch-1, 2ЦТ — 2 Tsushima current, Ю-2 — south branch-2); ПФ — Primorye front; СФ — Sakhalin front; ТФ — front of the Tatar Strait; СКФ — North-Korean front; ЗФ — western front; I-VI — теплые меандры, 1-26 points indicating where were carried out measurements
Остальные фронты, выделенные на обобщенной схеме, связаны с системой течений Японского моря. Разветвление Цусимского течения под влиянием рельефа дна в южной части моря обусловливает формирование системы трех отдельных фронтов (ФЦТ): южный первый (Ю-1), расположенный примерно по 36о20' с.ш., южный второй (Ю-2) — северо-восточней п-ова Ното, и фронт 2-й ветви Цусимского течения (2ЦТ), находящейся между 36,5 и 40,0о с.ш. 132 и
134о в.д. Холодные течения Шренка и Приморское определяют положение прибрежного приморского фронта (ПФ). Фронт в Татарском проливе (ТФ) отмечался в предыдущих схемах (Глаголева и др., 1957) и связан с северной границей распространения вод Цусимского течения. Сахалинский фронт (СФ) обязан своим происхождением Западно-Сахалинскому течению (Юрасов, Яричин, 1991); северокорейский фронт (СКФ) связан с холодным течением аналогичного названия, а западный фронт (ЗФ) обусловлен стационарным вихрем, образованным в Восточно-Корейском заливе.
Следует отметить, что предложенная обобщенная схема фронтов не противоречит рассмотренной ранее (Belkin, Cornillon, 2003; Park et al., 2004), а дополняет ее. Вместе с тем наша методика обработки спутниковых данных позволяет проследить динамику пространственной изменчивости фронтов как во внутриго-довом, так и в межгодовом плане.
Многолетняя изменчивость фронтов
Субарктический фронт. В процессе дешифрирования снимков были получены среднегодовые положения вышеперечисленных фронтов. На совмещенной карте среднегодовые позиции каждого из выделенных фронтов образуют в горизонтальном плане значительную по размерам область акватории Японского моря, которую можно назвать поверхностной фронтальной зоной.
Как видно из приведенной обобщенной схемы (рис. 3), осредненные положения фронтов не являются прямыми линиями: на них отчетливо выделяются участки выпуклостей и вогнутостей, которые в океанологии квалифицируются как теплые и холодные меандры, характеризующие основные направления адвекции теплых и холодных вод. На рис. 3 в зоне САФ указаны теплые меандры, по которым субтропические воды распространяются в направлении юг—север (I-III) и восток—запад (IV-VI). Следует отметить, что в области меандров образуются антициклонические вихри (Федоров, 1983), которые в последующем объединяются в цепочки (Danchenkov et al., 1997), перенося из южных районов теплые воды в холодную северо-западную зону моря. Оставляя вопросы, связанные с вихрями в Японском море, для рассмотрения в будущем, перейдем к иллюстрации межгодовой изменчивости положения поверхностных фронтов на акватории моря. Для этих целей на каждом из фронтов были выбраны реперные точки 1-26 (рис. 3). Изменение положения этих точек по широте и долготе позволяет оценить интенсивность переноса теплых и холодных вод. Межгодовые миграции фронтов количественно могут быть выражены в отклонениях их среднегодовых положений от среднемноголетнего, а общий размах среднегодовых колебаний можно рассматривать как межгодовую изменчивость фронтальных зон соответствующих фронтов.
Рассмотрим динамику среднемноголетнего положения ветвей САФ на участке между 130 и 139° в.д. (точки 1-5). На рис. 4 видно, что в точке 1 экстремально северное положение СЗ-фронт занимал в 1979-1980 гг., а южное — в 1978 г. Точки 2 и 5, находящиеся на 132о в.д., были выбраны для анализа по той причине, что помимо спутниковых наблюдений на этом меридиане имеются судовые данные, которые могут быть использованы как дополнительные материалы для уточнения положения фронта. В точке 2 экстремально северное положение СЗ-фронт занимал в 1978, 1979, 1999 и 2001 гг., а южное — в 1977, 1980, 1981, 1983, 1984, 1985 и 1989 (почти все 1980-е гг.). Анализируя динамику ЮЗ-фронта в точке 5, можно отметить, что экстремально северное положение он занимал в 1978, 1979, 1988, 1992, 1995 и 2000 гг., а южное — в 1977, 1980, 1984, 1987, 1989, 1990, 1991, 1993 и 1996 гг.
Экстремально северное положение САФ в районе банки Ямато (точка 3) занимал в 1985, а южное — в 1979 и 1995 гг. Периоды наиболее слабого развития центрального меандра отмечены в начале 1980-х и середине 1990-х гг., а с
середины 1980-х до середины 1990-х он был сильно развит. Исключение составляли 1988, 1989 и 1995 гг. Кстати, следует отметить, что на этом участке фронта пространственно-временная изменчивость наименьшая (рис. 4).
с.ш.
1
Рис. 4. Межгодовая изменчивость положения северо-западной и юго-западной ветвей субарктического фронта в точках 1—5 в период с
Fig. 4. Interannual variability of a rule northwest and southwest branches of the Subarctic front in points 1-5 in the period with 1976 on 2003
1976 no 2003 r.
39-1-1-.---,-,-,-,-,--,-,-,-,---,
1975 197; 1979 19S1 1963 1985 1987 19В9 <9В' 1993 1995 '997 Г 999 2001 Ж>3
На восточном участке (точка 4) САФ занимал экстремально северное положение в 1978, 1988 и 1993 гг., южное — в 1977, 1984 гг. Для этого участка фронта характерны два периода: один — с 1976 по 1987 г. — с южным положением (холодный тип), а другой — с 1988 по 1997 г. — с северным (теплый тип). В изменении положения фронта прослеживаются 2-3 и 5-летние циклы.
Рассмотрим I меандр (западный). Анализ межгодовой динамики СЗ-фронта показал, что в 1980-1991 гг. он занимал южное положение, а в 1978, 1979 и 1992-2002 гг. — северное. При этом во втором случае отмечено (Danchenkov et al., 1997; Nikitin, Dyakov, 2001) интенсивное поступление тепла посредством вихревых образований к северу от 40о с.ш. Можно отметить, что при северном положении САФ (теплые годы), особенно в зимне-весенний период, наблюдается хорошо развитая вихревая структура. Эти термодинамические особенности, наблюдаемые в Японском море, хорошо согласуются с атмосферными процессами, происходящими над дальневосточными морями (Shatilina et al., 1998). Например, ход аномалий геопотенциала Н500 ясно свидетельствует, что с 1989 г. начинается новый период в изменении атмосферной циркуляции над Дальним Востоком, связанный с усилением юго-западного переноса воздушных масс как у Земли, так и в средней тропосфере. Эти изменения в атмосфере начались с роста давления в начале 1990-х гг. Примерно в эти же годы в Японском море в зимне-весенний период наблюдались вихревые дорожки по 131 и 134° в.д. (Shatilina et al., 1998). Для этих лет можно отметить, что адвекция субтропических вод в западном и центральном меандрах происходила синхронно, хотя в отдельные годы отклонения северо-западной ветви от среднемноголетнего положения на участках двух меандров могут быть противоположными.
Наименьшая ширина межфронтальной зоны на 132-м меридиане между СЗ-и ЮЗ-фронтами, которую можно оценить по расстоянию между точками 2 и 5, наблюдалась в 1981, 1985, 1988, 1992 и 2000 гг., а наибольшая — в 1978, 1979, 1982, 1984, 1986, 1987, 1993, 1996 и 1999 гг.
Для северо-западной ветви САФ на участке меандра I характерны колебания с частотой около 3-4, 5-6 лет. Но значительные колебания СЗ-фронта связаны с 2-3-летними циклами, особенно проявляющимися начиная с 1990 г. В спектрах изменчивости положения меандров I и II отмечены мощные низкочастотные колебания с периодом 7-10 лет, которые и обусловили смещение СЗ-фронта на север во второй половине 1980-х гг. и в последние годы (Зуенко, 2000). Нами также была обнаружена положительная тенденция в изменчивости смещения СЗ- и ЮЗ-фронтов на север с 1990-х до 2002 г. (рис. 4). Данные спутниковой информации за 2002-2005 гг. показывают, что эта тенденция сохраняется и в настоящее время. Смещение САФ на север на участке меандра I может указывать на постепенное усиление адвекции субтропических вод на север, осуществляющейся через систему вихревых дорожек (Danchenkov е! а1., 1997; Никитин и др., 2002; Никитин, 2006). Эти особенности были использованы для выполнения типизации гидрологических условий по типу "теплых" и "холодных" лет (Никитин, Харченко, 2002).
Изменчивость САФ в меридиональном направлении в северной части Японского моря (к северу от 40° с.ш.) проявляется его колебаниями в точках 6, 7, 8, 9 и 24 (рис. 5). На 41о с.ш. (точка 6) он экстремально приближался к побережью Японии в 1978 г., а удалялся от него в 1995 и 1997 гг. В этом районе отмечается поворот (изгиб) САФ на север (см. рис. 3). Эта особенность, наблюдаемая на спутниковых ИК-изображениях, обусловлена неоднородностями рельефа дна. Достаточно обширный шельф, выдвинутый в западном направлении, резкий свал глубин и наличие о. Осима определяют основные особенности циркуляции и термохалинной структуры этого района. На протяжении всего периода наблюдений в этой точке прослеживается тенденция отклонения САФ от побережья Японии в сторону открытого моря. Экстремально западное положение СЦ-фрон-та на 43о с.ш. (точка 7) занимала в 1979 и 1981 гг., а восточное — в 1984 г. Можно отметить общую тенденцию движения СЦ на запад, к берегам Приморья начиная с 1985 г. Экстремально восточное положение СЦ-фронта на 45о с.ш. (точка 24) отмечено в 1980, 1987, 1991 и 1995 гг., а экстремально западное — в 1982 г. Можно отметить, что на протяжении 1977-1995 гг. на этом участке наблюдалось смещение фронта на восток, но с 1996 г. прослеживается обратная тенденция.
Рис. 5. Межгодовая изменчивость положения субарктического фронта в точках 6, 7, 8, 9, 24 в период с 1977 по 1997 г.
Fig. 5. Interannual variability of a rule of the Subarctic front in points 6, 7, 8, 9, 24 in the period with 1977 on 1997
Таким образом, на протяжении 1977-1997 гг. наблюдалась тенденция к смещению САФ в сторону материка, особенно на участках 43-47° с.ш., что указывает на увеличение притока субтропических вод в направлении побережья
181
Приморья. Это сказалось и на положении ПФ в эти годы, особенно на участках, прилегающих к среднему Приморью и мысу Золотому. Фронт в этих районах очень близко подходил к побережью Приморья. На 45° с.ш. на протяжении 19771995 гг. прослеживалась обратная тенденция в движении САФ, вызванная ослаблением притока субтропических вод к материку, а ПФ отходил от материка.
Фронты Цусимского течения. Экстремально северное и южное положение фронтов Ю-1 и Ю-2 определялось по точкам 13, 14 и 15, а 2Ц-фронта — по точке 10 (рис. 6). Экстремально северное положение 2Ц-фронта фиксировалось в 1982, 1985, 1990 и 1996 гг., а экстремально южное — в 1993 г. В южной части моря северное положение фронт Ю-1 (точка 13) занимал в 1980, 1986, 1990, 1994 и 1996 гг., а южное — в 1979, 1981, 1987 и 1993 гг. В восточной части он (точка 14) северное положение занимал в 1980, 1985, 1993 и 1996 гг., а южное — в 1979, 1984, 1987, 1989 гг. Далее на северо-восток на долготе мыса Ното (точка 15) северное положение фронт Ю-2 занимал в 1982, 1991, 1996 гг., а южное — в 1979, 1983, 1988, 1993 и 1995 гг. В некоторые годы (например, 1979 г.) можно отметить синхронное смещение фронтов на север.
1977 1979 1981 1983 1935 1987 1939 199! 1993 1995 1097
Можно отметить, что на протяжении исследуемого периода в динамике Ю-1 (точка 14) прослеживалась тенденция движения фронта на север. В движении фронта Ю-2 (точка 15) наблюдалась противоположная картина. Таким образом, в течение этого периода отмечена интенсивная адвекция Цусимского течения в области второй ветви и ослабление ее в юго-восточной части моря, но при этом в юго-западной части (точка 13) она оставалась без изменения.
Западный и северокорейский фронты. Особенностью рельефа дна Корейского залива является небольшая глубоководная котловина с глубинами более 2000 м, расположенная между заливом и подводным плато. Корейский залив является зоной контакта двух водных структур — холодной субарктической и теплой субтропической, между которыми наблюдается зона значительных пространственных градиентов температуры поверхности моря (ТПМ) воды (Uda, 1934). Положение и мощность ЗФ определяется интенсивностью Восточно- и Северо-Корейского течений. Отмечается значительная межгодовая изменчивость ЗФ, которая зависит от положения и интенсивности синоптического вихря в Восточно-Корейском заливе (Park et al., 2004). Экстремально северное положение ЗФ занимал в 1979, 1985, 1988, 1997 гг., а южное — в 1977, 1980, 1986, 1991 и 1995 гг. (рис. 7, точка 11). Можно проследить 2-3 и 6-7-летнюю изменчивость этого фронта.
изменчивость положения фронтов Цусимского течения в точках 10, 13, 14, 15 в период с 1977 по 1997 г.
Рис. 6. Межгодовая
variability of a rule of fronts Tsushima of current in
points 10, 13, 14, 15 in the period with 1977 on 1997
Fig. 6. Interannual
По сообщению Ю.И. Зуенко (1998), впервые о наблюдениях устойчивого фронта на шельфе провинции Северный Хамген (КНДР) стало известно в 1990 г. из устного сообщения Ли Зе-Уня. Несколько позднее о наблюдении этого фронта сообщалось в другой работе (Danchenkov е! а1., 1997). Этот фронт (СКФ) наименее изучен. В настоящее время недостаточно информации для определенных суждений о его природе и местоположении, и вместе с тем можно отметить значительную межгодовую изменчивость СКФ. На рис. 7 (точка 12) видно, что ближе всего к побережью СКФ располагался в 1982 г., а наиболее удален от берега был в 1987 и 1994 гг. Наблюдаются колебания СКФ с периодом около 23 и 4-6 лет.
Рис. 7. Межгодовая изменчивость положения западного и северокорейского фронтов в точках 11 и 12 в период с 1977 по 1997 г.
Fig. 7. Interannual variability of a rule of Western and North-Korean fronts in points 11 and 12 in the period with 1977 on 1997
Фронт Приморского течения. Как показано на рис. 8, ПФ в районе зал. Ольги наиболее удалялся от побережья в 1987, 1989 и 1991 гг., а ближе всего был расположен в 1992, 1993 и 2002 гг. В районе р. Кема он был расположен наиболее близко от берега в 1980, 1984, 1988, 1989, 1992, 1993, 1995 и 1997 гг., а далее всего — в 1978, 1985 и 1987 гг. В районе мыса Золотого наиболее близко к берегу фронт был в 1980, 1986, 1989, 1993, 1995 и 1997 гг., а наиболее удален — в 1987, 1996 гг. В целом можно сказать, что с середины 1980-х до 1990-х гг. характерно удаленное (восточное) положение ПФ, а с 1990-х гг. он располагался гораздо ближе к побережью. С 1990 по 2000 г. прослеживается общая тенденция движения фронта в сторону материка, особенно на участках среднего Приморья. Это хорошо согласуется с адвекцией субтропических вод из восточной части Японского моря в район среднего Приморья и прослеживается по динамике СЦ-ветви, имеющей тенденцию движения в сторону материка (см. рис. 5).
Для ПФ характерны колебания с периодом, близким к 2, 3-4, 5-7 и 9 годам. Такие колебания, особенно с периодом 7-10 лет, вызванные климато-океанологическими факторами, были также выявлены и в многолетней динамике запасов ламинарии в зоне Приморского течения (Крупнова, 2002).
Анализ аномалий температуры воды и положения ПФ в районе мыса Золотого показал, что чем ниже температура воды на гидрометеостанциях, тем ближе фронт расположен к побережью (Никитин и др., 2004), и чем дальше он от побережья, тем меньше его градиенты температуры воды.
3 -I-i-1-1-1-1 •-1-1-1-1-1-1-1
1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1ВЭ1 1993 1985 1 997 1999 2001 2003
Рис. 8. Межгодовая изменчивость положения фронта Приморского течения в районе зал. Ольги (18), р. Кема (20) и мыса Золотого (22) в период с 1977 по 2003 г.
Fig. 8. Interannual variability of a rule of front of Primorye current in area of Olga Bay (18), river Kema (20) and Cape Zolotoy (22) in the period with 1977 on 2003
Сахалинский фронт. Не располагая достаточным количеством данных по СФ, отметим только, что он занимал наиболее удаленное положение от побережья в 1990 и 1994 гг., а наименьшее расстояние от побережья до фронта отмечалось в 1988, 1993 и 1996 гг.
Внутригодовая изменчивость фронтов
Сезонная изменчивость фронтов
В соответствии с обобщающими работами по термике Японского моря (Ис-тошин, 1960; Леонов, 1960; Основные черты ..., 1961; Юрасов, 1977; Гидрометеорология ..., 2003) сезоны определены следующим образом: зима — декабрь— февраль; весна — март—май; лето — июнь—август; осень — сентябрь—ноябрь. Используя среднемесячные положения фронтов как исходные и проведя их объединение и осреднение по сезонам, получим среднесезонные схемы положения фронтов (рис. 9). На рис. 9 видно, что распределение поверхностных фронтов в пределах акватории моря существенно изменяется в течение года (Никитин, Дьяков, 1998). Можно отметить сложное движение северо-западной ветви САФ на север на протяжении весны и лета и на юг осенью и зимой. Зимой и весной в северной части моря наблюдается однородное распределение ТПМ, термические контрасты наблюдаются только в зоне влияния Цусимского течения. Летом на фоне общего увеличения ТПМ формируются фронты, связанные с локальным разрушением термоклина и выходом холодных вод на поверхность (Жабин, 1992). Осенью существуют фронты как летнего, так и зимнего типа. Амплитуда колебания фронта от сезона к сезону может достигать 110-148 км. Наибольшие сезонные отклонения СЗ-фронта приходятся в основном на зиму и лето и составляют 56-110 км. Для центрального меандра наибольшие отклонения приходятся на весну и зиму и составляют примерно 46 км, а для восточного — наблюдаются летом и составляют 28 км. Значительное смещение САФ отмечается и в северной части, особенно между 43 и 45° с.ш. Здесь колебания фронта от сезона к сезону могут достигать 74-92 км.
130°
135"
140°
Рис. 9. Положение фронтов в различные сезоны
Fig. 9. A rule of fronts in various seasons
Месячная изменчивость фронтов
Анализ среднемесячных данных о положении фронтов на многолетнем масштабе осреднения показывает более детальные изменения во внутригодовом плане.
Субарктический фронт. На рис. 10 показана среднемесячная многолетняя изменчивость положения реперных точек западной и центральной части САФ. Следует отметить незначительность отклонения положения САФ в точке 3, расположенной в районе возвышенности Ямато. Остальные фронты испытывают значительные (до 2о по широте) колебания, причем максимально северное их положение приурочено к июлю—сентябрю, а максимально южное — к декабрю—марту. Наибольшего размаха (точка 2) изменчивость достигает на СЗ-фрон-те, с сентября по октябрь происходит его скачкообразное смещение на юг сразу на два градуса по широте, что связано со сменой муссона с летнего на зимний. Этим же фактором объясняется закономерное смещение всех фронтов западного сектора моря на север с апреля по июль. Привлекает внимание факт почти полного совпадения характера изменчивости СЗ-фронта в точке 1 и ЮЗ-фронта в точке 5. Если оценивать изменчивость ширины межфронтальной зоны по относительному расстоянию между точками 2 и 5, расположенными на 132о в.д., то следует отметить, что она заметно увеличивается с марта по май. Наибольшая ширина межфронтальной зоны определена в апреле—мае и августе—сентябре и может достигать 222 км, а наименьшая — приходится на декабрь и март и составляет 110-148 км. И это связано главным образом с отклонением СЗ-фрон-
та к северу, в то время когда ЮЗ-фронт почти не меняет своего положения (точка 5), только в мае начинает свое движение к северу, т.е. СЗ-фронт раньше, чем ЮЗ реагирует на увеличивающуюся адвекцию вод с юга, эффект запаздывания может достигать 1,0—1,5 мес.
за,5 i-1-1-|-1-1-1-1-1-1-1-1
1 ? з 4 5 в 7 в у ю 11 12
Месяцы
Рис. 10. Внутригодовая изменчивость положения субарктического фронта в точках 1—5 в период 19762002 гг.
Fig. 10. Within-year variability of a rule of the Subarctic front in 1-5 points in the period 1976-2002
В северной части моря САФ занимал наиболее западное положение (точки 6, 7, 8, 9 и 24) в июле—августе (рис. 11). Дополнительно еще один пик, отмеченный в апреле, прослеживается практически на всех участках САФ (на всех точках). Возможно, отклонения САФ в.д. в сторону материка в апреле и
июле—августе связаны с усилением влияния западного отрога тихоокеанского максимума давления атмосферы. В эти же периоды (апрель и июль) наибольшая ширина межфронтальной зоны (расстояние между точками 7 и 9) может достигать 240-278 км,
Рис. 11. Внутригодовая изменчивость положения субарктического фронта в точках 6, 7, 8, 9, 24 в период с 1977 по 1997 г.
Fig. 11. Within-year variability of a rule of the Subarctic front in 6, 7, 8, 9, 24 in the period with 1977 on 1997
а наименьшая ширина составлять 56 км в декабре.
Месяцы
Анализ внутригодовых колебаний САФ в северо-западной и северной частях Японского моря позволил выделить циклы с периодом, близким к 2-3 и 79 мес. По нашему мнению, во внутригодовом цикле колебания с периодом 2-
3 мес играют наиболее существенную роль в сезонном ходе положения САФ в северо-западной части и, возможно, являются основными циклами.
Фронты Цусимского течения (рис. 12). Наиболее северное положение (точки 13, 14) Ю-1 занимал в апреле и августе—сентябре, а Ю-2 (точка 15) — в апреле, июне и октябре (рис. 12). Можно отметить, что в апреле наблюдается синхронное смещение Ю-1 и Ю-2 к северу, что объясняется действием муссона. Отметим, что в юго-западной части моря Ю-1 начинает двигаться на север раньше, чем Ю-2, однако в августе—сентябре он вновь отходит на юг, а Ю-2 продолжает двигаться на север вплоть до октября, и только с ноября начинается движение в обратном порядке.
Рис. 12. Внутригодовая изменчивость положения фронтов Цусимского течения в точках 10, 13, 14, 15 в период с 1977 по 1997 г.
Fig. 12. Within-year variability of a rule of fronts Tsushima of current in points 10, 13, 14, 15 in the period with 1977 on 1997
Западный и северокорейский фронты. СКФ занимал экстремально близкое к побережью положение в мае, а удаленное — в декабре (рис. 13). На ЗФ отмечается два пика: один в апреле, а другой в сентябре—октябре. Южное положение он занимал в январе и в июне—июле. Таким образом, наи- 411 с.ш. меньшее расстояние между фронтами наблюдалось в декабре и составляло 12 км, а наибольшее расстояние — в январе, мае—июне и составляло 140-150 км.
40,8-
4U.6-
40,4 -
Рис. 13. Внутригодовая изменчивость положения западного (точка 11) и северокорейского (точка 12) фронтов в период с 1977 по 1997 г.
Fig. 13. Within-year variability of a rule of Western and North-Korean fronts in points 11 and 12 in the period with 1977 on 1997
40,2-
39,8-
39,6-
39,4-
39,2-
V
12
T-1-1
10 11 12 Месяцы
Приморский фронт. В июле и августе ПФ очень близко подходит к побережью Приморья на всей его протяженности, и это характерно для всего побережья (рис. 14). Практически в эти же сроки наблюдается максимальное смещение северной центральной ветви САФ в сторону материка (см. рис. 5).
37.5 37 36.5 36
Фронт часто повторяет очертания кромки шельфа. К югу от 450 с.ш. наблюдаются только отдельные очаги холодных вод, часто отделенные друг от друга теплыми участками. Иногда вблизи очагов холода обнаруживаются холодные полосы, вытянутые вдоль кромки шельфа. Обычно основные черты летнего типа распределения ТПМ сохраняются до начала октября. В сентябре и начале октября вблизи мыса Поворотного регистрируются случаи образования холодных вод (пятен) у побережья. Форма и размеры холодного пятна в течение суток значительно изменяются.
У берегов южного Приморья иногда четко прослеживается процесс даун-веллинга, граница которого совпадает с фронтальной зоной на поверхности моря и проходит по изобате 40-50 м (Nikitin et al., 2005). Возможно, сложившаяся гидрологическая ситуация в зал. Петра Великого являлась следствием аномально раннего установившегося летнего муссона повышенной интенсивности.
Рис. 14. Внутригодовая изменчивость положения фронта Приморского течения в районе зал. Ольги (18), р. Кема (20) и мыса Золотого (22) в период 1977-2003 гг.
Fig. 14. Within-year variability of a rule of front of Primorye current in area of Olga Bay (18), river Kema (20) and Cape Zolotoy (22) in the period 1977-2003
Осенью (сентябрь) площадь холодных вод у побережья материка начинает увеличиваться. Но в Татарском проливе ТПМ может быть выше, чем в районах, расположенных южнее. Обширная область холодных вод формируется между 43-45° с.ш., где в летнее время наблюдаются только отдельные очаги холода. Положение термических фронтов на границах этих областей значительно изменяется по мере усиления охлаждения и конвекции. В конце ноября — декабре в этой части моря заканчивается формирование зимнего типа вертикальной структуры. В целом в осенний период существует тенденция к продвижению фронтов в сторону открытого моря.
На основе анализа ИК-изображений у северо-западного побережья Японского моря можно выделить три района, которые различаются по типу распределения и характеру сезонной изменчивости ТПМ. Условными границами районов в переходной зоне от шельфа Татарского пролива к глубоководной котловине являются 45о30' и 48о00' с.ш.
Все побережье северного Приморья по характеру термических условий можно разделить на 3 участка: мыс Поворотный — зал. Ольги; зал. Ольги — мыс Белкина (р. Кема); мыс Белкина (р. Кема) — мыс Золотой. Выделенные районы различаются особенностями рельефа дна. В районе 43о с.ш. направление береговой линии резко меняется, и это должно оказывать влияние на прибрежные ветровые течения. Очевидно, что характер рельефа дна непосредственно влияет
г
7
Ч 10 11 12
Месяцы
на физические процессы, протекающие в этом районе, и играет существенную роль в развитии такого процесса, как апвеллинг.
Сахалинский фронт. Динамика внутригодовой изменчивости СФ представлена по результатам отдельных снимков. В августе—сентябре он наиболее отдален от берега, но в течение последующих месяцев начинает приближаться к побережью, занимая положение наиболее близкое к берегу в январе. А с апреля по июль фронт занимает стабильное северное положение.
Татарский фронт. Несмотря на скудность данных по внутригодовой изменчивости, все же можно отметить некоторые особенности в его положении по отдельным снимкам. Так, в августе ТФ занимает южное положение, в декабре — северное и в остальное время промежуточное.
Количественные характеристики фронтов
Рассмотрим характеристики термических фронтов в Японском море (табл. 2), полученные с недельных факсимильных карт Японского метеорологического агентства и спутниковых карт поверхности температуры с 1999 по 2003 г. В указанных точках 1-26 на пересечении фронта снимались градиенты поверхностной температуры. Затем все полученные данные были введены в табл. 2, из данных которой видно, что наибольшие градиенты температуры воды на САФ отмечаются зимой и осенью между 134°30' и 139°00' в.д. На СЗ-фронте увеличение градиентов температуры воды наблюдается только осенью, а на ЮЗ — зимой и весной. Обострение СЦФ происходит весной, летом и осенью, ПФ — летом и осенью. СКФ наиболее ярко проявляется весной и в период максимального прогрева поверхности моря.
Таблица 2
Характеристики поверхностных термических фронтов в Японском море
Table 2
The characteristics of superficial thermal fronts in the Japan Sea
Название Начало Конец Градиент, °С/милю
фронта фронта фронта Зима Весна Лето Осень
Субарктический фронт (САФ) 40,6 с.ш. 134,5 в.д. 41,0 с.ш. 139,0 в.д. 0,16-0,23 0,10-0,16 0,13 0,10-0,23
Северная центральная ветвь (СЦ) 41,0 с.ш. 139,0 в.д. 48,0 с.ш. 141,0 в.д. 0,02-0,03 0,03-0,15 0,06-0,10 0,06-0,10
Северо-восточная ветвь (СВ) 41,0 с.ш. 139,0 в.д. 46,0 с.ш. 141,3 в.д. 0,05 0,05 0,05 0,06
Северо-западная ветвь (СЗ) 42,0 с.ш. 130,0 в.д. 40,6 с.ш. 134,5 в.д. 0,05-0,06 0,06-0,11 0,10 0,11-0,20
Западный фронт (ЗФ) 39,0 с.ш. 128,0 в.д. 38,5 с.ш. 129,5 в.д. 0,10-0,13 0,06-0,16 0,05 0,13
Юго-западная ветвь (ЮЗ) 37,0 с.ш. 129,5 в.д. 40,6 с.ш. 134,5 в.д. 0,10-0,16 0,10-0,13 0,10 0,06-0,13
О 1- s Р 3 & Южный фронт (Ю-1) 36,0 с.ш. 130,0 в.д. 37,0 с.ш. 135,0 в.д. 0,06 0,04 0,03 0,04
§ £ а ьч Щ 2-я ветвь Цусимского течения (2ЦТ) 37,5 с.ш. 132,5 в.д. 40,0 с.ш. 134,5 в.д. 0,03-0,06 0,06-0,10 0,10 0,30-0,06
н " 2 н а © Южный фронт (Ю-2) 38,0 с.ш. 136,0 в.д. 39,8 с.ш. 139,0 в.д. 0,05 0,04 0,03 0,05
Татарский фронт (ТФ) 48,0 с.ш. 140,0 в.д. 48,4 с.ш. 141,8 в.д. 0,06
Сахалинский фронт (СФ) 46,0 с.ш. 141,7 в.д. 48,0 с.ш. 141,7 в.д. 0,13 0,10-0,11 0,10
Приморский фронт (ПФ) 42,7 с.ш. 132,0 в.д. 48,0 с.ш. 140,0 в.д. 0,06 0,03-0,06 0,06-0,10 0,03-0,10
Северокорейский фронт (СКФ) 40,0 с.ш. 128,0 в.д. 42,3 с.ш. 130,7 в.д. 0,03-0,06 0,06-0,10 0,08 0,01-0,03
Заключение
Спутниковая информация адекватно отображает основные элементы гидрологической структуры и позволяет получать качественную и количественную информацию о пространственно-временной изменчивости фронтов. Анализ спутниковых изображений показывает, что выделенные основные элементы гидрологической структуры достаточно устойчиво проявляются во все сезоны.
В результате исследований с использованием большого количества спутниковых данных нами составлена обобщенная схема положения поверхностных термических фронтов Японского моря и рассмотрена их межгодовая и внутриго-довая изменчивость.
Распределение поверхностных фронтов в Японском море существенно изменяется в течение года. В основном они имеют адвективное происхождение и достаточно хорошо совпадают с положением изотерм (см. рис. 3). Зимой положение этих фронтов (как правило, западное и южное) и температура на поверхности моря меняется мало. Термические контрасты сохраняются только в зоне влияния Восточно-Корейского и Цусимского течений. Весной и летом с усилением Цусимского течения происходит продвижение фронтов к северу и повышение соответствующих сезонных температур. Летом на фоне общего увеличения ТПМ формируются прибрежные фронты, связанные с локальным разрушением термоклина и выходом холодных вод на поверхность. Осенью происходит обратный процесс, фронты медленно смещаются на юг. Наибольшие градиенты температуры воды на САФ отмечаются зимой и осенью между 134°30' и 139°00' в.д. Увеличение градиентов температуры на СЗ-фронте наблюдается только осенью, а на ЮЗ — зимой и весной. Вместе с тем наибольшие значения отмечаются на ЮЗ-фронте. Обострение СЦФ наблюдается весной, летом и осенью, а ПФ — летом и осенью. СКФ наиболее ярко проявляется весной и в период максимального прогрева поверхности моря. Максимальное смещение фронтов на север происходит в сентябре, а максимальные температуры на фронтах наблюдаются в августе. Наиболее южное положение СЗ- и ЮЗ-фронты занимают в январе—феврале, а низкие температуры на них сохраняются в течение января—апреля.
В связи с тем что САФ занимает обширную зону в Японском море, влияние его на все локальные фронты значительно и определяется его местоположением и мощностью.
Классификация фронтов проведена нами в пределах всего Японского моря. В пределах акватории моря существует система основного САФ с его 2 западными ветвями — северо-западной и юго-западной — и 2 северными — северовосточной и северной центральной. Точки бифуркации САФ находятся на западе — 40,5о с.ш. 134,5о в.д., а на востоке в координатах 41,0о с.ш. 139,0о в.д. Географически САФ ориентирован в центральной и западной части моря преимущественно по широте, а в восточной по долготе. Система фронтов САФ разделяет море на два сектора, теплый субтропический и холодный субарктический. Следует отметить, что наиболее заметно это разделение в центральной части моря, между точками бифуркации, а уже за каждой из этих точек САФ разделяется на две ветви, что связано с особенностями циркуляции вод в этих районах. Фронтальная зона САФ по данным всего периода наблюдений изменяется от 60 до 160 км, в то время как межфронтальная зона между западными ветвями фронта значительно больше — 220 км, а между северными — 240 км. Остальные фронты связаны с системой основных течений Японского моря. Три фронта выделены в зоне Цусимского течения. В прибрежных районах выделяются фронты Приморского, Западно-Сахалинского, Северо-Корейского течений.
Для северо-западной части моря по взаимному положению СЗ- и ЮЗ-фронтов можно выполнить типизацию гидрологических условий по номенклатуре "теплых" и "холодных" лет.
Можно достаточно уверенно утверждать, что отмечавшаяся в последние годы интенсивная адвекция вод субтропической структуры в северо-западную часть Японского моря будет сохраняться на относительно высоком уровне и в ближайшем будущем.
Литература
Булатов Н.В. Рекомендации по использованию спутниковых ИК-изображений в океанологических исследованиях: Препр. — Владивосток: ТИНРО, 1984. — 44 с.
Булгаков Н.П. Субарктический фронт в северо-западной части Тихого океана. — Владивосток: АН СССР, 1972. — 153 с.
Герман М.А. Спутниковая метеорология. — Л.: Гидрометеоиздат, 1975. — 367 с.
Гидрометеорология и гидрохимия морей. Т. 8: Японское море, вып. 1: Гидрометеорологические условия. — СПб: Гидрометеоиздат, 2003. — 400 с.
Глаголева М.Г., Саускан Е.М., Тютнев Я.А. Метод прогноза температуры воды у юго-западного побережья о. Сахалин // Тр. ЦИП. — 1957. — Вып. 57. — С. 98-131.
Гончаренко И.А., Федеряков В.С., Лазарюк А.Ю., Пономарев В.И. Изучение термических процессов по спутниковым данным высокого разрешения AVHRR на примере прибрежного апвеллинга // Исследования Земли из космоса. — 1993. — № 2. — C. 97-107.
Дьяков Б.С. Изменчивость параметров Полярного фронта в вертикальной термической структуре вод западной части Японского моря // Изв. ТИНРО. — 2002а. — Т. 131. — С. 108-119.
Дьяков Б.С. Исследование Полярного фронта Японского моря в зимнее время // Изв. ТИНРО. — 2002б. — Т. 131. — С. 96-107.
Жабин И.А. Структура и эволюция фронтальных зон в прибрежных районах северо-западной части Тихого океана: Дис. ... канд. геогр. наук. — Владивосток, 1992. — 171 с.
Жабин И.А., Зуенко Ю.И., Демина Т.В. Поверхностные термические фронты в северной части Японского моря: природа, изменчивость, влияние на рыбный промысел // Океанологические основы биологической продуктивности северо-западной части Тихого океана. — Владивосток, 1992. — С. 157-167.
Жабин И.А., Юрасов Г.И. Поверхностные термические фронты Японского и Охотского морей / ТОИ ДВО РАН. — Владивосток, 1987. — 15 с. — Деп. в ВИНИТИ 20.03.87, № 1956-В-87.
Зуенко Ю.И. Структура вод и водные массы Дальневосточных морей: Дис. ... канд. геогр. наук. — Владивосток, 1995. — 122 с.
Зуенко Ю.И. Элементы структуры вод северо-западной части Японского моря // Изв. ТИНРО. — 1998. — Т. 123. — С. 262-290.
Зуенко Ю.И. Межгодовые изменения положения полярного фронта в северо-западной части Японского моря // Изв. ТИНРО. — 2000. — Т. 127. — С. 37-49.
Инструкция по использованию спутниковой информации для гидрометеорологического обеспечения. — М.: Гл. упр-е навигации и океанографии МО СССР, 1981. — 167 с.
Истошин Ю.В. Температура воды Японского моря и возможность ее прогноза // Тр. океанографической комиссии АН СССР. — 1960. — Т. 7. — C. 52-97.
Крупнова Т.Н. Причины сокращения запасов ламинарии японской в Приморье, разработка методов прогнозирования, перспективы воспроизводства: Мат-лы Всерос. конф. "Пути решения проблем изучения, освоения и сохранения биоресурсов Мирового океана в свете Морской доктрины Российской Федерации на период до 2020 года". — М.: ВНИРО, 2002. — С. 201-204.
Леонов А.К. Японское море // Региональная океанография. — Л.: Гидрометеоиз-дат, 1960. — С. 291-463.
Нелепо Б.А., Терехин Ю.В., Коснырев В.К., Хмыров Б.Е. Спутниковая гидрофизика. — М.: Наука, 1983. — 253 с.
Никитин А.А. Основные черты пространственного распределения поверхностных термических фронтов в водах Японского моря и их изменчивость // Исследование Земли из космоса. — 2006. — № 6. — С. 49-62.
Никитин А.А., Дьяков Б.С. Структура фронтов и вихрей в западной части Японского моря // Изв. ТИНРО. — 1998. — Т. 124. — С. 714-733.
Никитин A.A., Лобанов В.Б., Данченков М.А. Возможные пути переноса субтропических вод в район Дальневосточного морского заповедника // Изв. ТИНРО. — 2002. — Т. 131. — С. 41-53.
Никитин A.A., Матвеев В.И., Крупнова Т.Н. Фронт приморского течения, особенности и некоторые элементы его изменчивости в 1979-2003 гг. по спутниковым данным // Изучение глобальных изменений на Дальнем Востоке: Тез. докл. раб. со-вещ. — Владивосток, 2004. — C. 61-63.
Никитин A.A., Харченко А.М. Типизация термических структур в Японском море и некоторые элементы их изменчивости // Изв. ТИНРО. — 2002. — Т. 131. — С. 22-40.
Основные черты геологии и гидрологии Японского моря. — М.: АН СССР, 1961. — 218 с.
Руководство по использованию спутниковых данных в анализе и прогнозе погоды. — Л.: Гидрометеоиздат, 1982. — 300 с.
Сонечкин Д.М. Метеорологическое дешифрирование космических снимков Земли (количественные методы). — Л.: Гидрометеоиздат, 1972. — 129 с.
Федоров К.Н. Физическая природа и структура океанических фронтов. — Л.: Гидрометеоиздат, 1983. — 296 с.
Шунтов В.П. Биология дальневосточных морей. — Владивосток: ТИНРО-центр, 2001. — Т. 1. — 579 с.
Юрасов Г.И. Сезонная изменчивость температуры воды Японского моря // Исследование океанологических полей Тихого и Индийского океанов. — Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1977. — С. 62-69.
Юрасов Г.И., Яричин В.Г. Течения Японского моря. — Владивосток: РАН ДВО, 1991. — 190 с.
Belkin I., Cornillon P. SST fronts of the Pacific coastal and marginal seas // Scientific Journal. Pacific Oceanography. — 2003. — Vol. 1, № 2. — Р. 90-113.
Cayula J.-F., Cornillon P.S. Edge detection algorithm for SST images // J. Almos. Oceanic Tech. — 1992. — Vol. 9(1). — P. 67-80.
Danchenkov M.A., Lobanov V.B., Nikitin A.A. Mesoscale eddies in the Japan Sea, their role in circulation and heat transport // Proc. CREAMS'97 Intern. Sympos. — Fukuoka, Japan, 1997. — Р. 81-84.
Danchenkov M.A., Nikitin A.A., Volkov Yu.N., Goncharenko I.A. Surface thermal fronts of the Japan Sea // Proc. CREAMS'97 Intern. Sympos. — Fukuoka, Japan, 1997. — Р. 75-80.
Huh O.K. Spring season flow of the Tsushima Current and its separation from the Kuroshio: Satellite evidence // J. Geophys. Res. — 1982. — № 37. — P. 9687-9693.
Huh O.K. and Shim T. Satellite observations of surface temperatures and flow patterns, Sea of Japan and East China Sea, late March 1979 // Remote Sensing Envir. — 1987. — Vol. 22. — P. 379-393.
Isoda Y. Interannual SST variations to the north and south of the polar front in the Japan Sea // La Mer. — 1994. — Vol. 32(4). — Р. 285-294.
Isoda Y.S., Saitoh S. and Mihara M. SST structure of the polar front in the Japan Sea // Oceanography of Asian Marginal Seas, Elsevier Oceanogr. Ser. 54. — Amsterdam, 1991. — Р. 103-112.
Kim K., Legeckis R. Branching of the Tsushima Current in 1981-1983 // Progr. Oceanogr. — 1986. — Vol. 17, № 3-4. — P. 265-276.
Kubota M. Variability of the polar front in the Japan Sea // Sora Umi. — 1990. — № 12. — P. 35-44.
Lee C.M., Jons B.H., Brink K.H. et al. Evidens of wintertime subduction at the subpolar front of the Japan Sea // East Sea. Eos. Trans. AGU. — 2002. — Vol. 83(4).
Lee J.C., Na J.Y., Chang S.-D. Thermohaline structure of the shelf front in the Korea Streit in early winter // J. Oceanogr. Soc. Korea. — 1984. — Vol. 19(1). — P. 56-67.
Legeckis R. A survey of worldwide sea surface temperature fronts detected by environmental satellites // J. Geophys. Res. — 1978. — № 83. — P. 4501-4522.
Nikitin A.A., Dyakov B.S. Spatial structures of fronts and eddies of the Japan Sea in the 90-s by satellite data // Proc. CREAMS'2000 Intern. Sympos. Oceanography of the Japan Sea. — Vladivostok: Dalnauka, 2001. — P. 260-263.
Nikitin A.A., Novikov Yu.V., Petruk V.M. Monitoring of Peter the Great Bay (Japan/East Sea) on IK-images and hydrological data in April—May of 2005 // North
Pacific Marine Science Organization Fourteenth annual Meetinge: Program abstracts. — Vladivostok, 2005. — P. 151-152.
Onishi M., Ohtani K. Volume transport of the Tsushima warm Current, west Tsug-aru Strait bifurcation area // J. Oceanography. — 1997. — № 53. — P. 27-34.
Park Kyung-Ae, Chung Jong Yul and Kim Kuh. Sea surface temperature fronts in the East (Japan) Sea and temporal variations // Geoph. Res. Let. — 2004. — Vol. 31.
Saunders R.W. and Kriebel K.T. An inproved method for detecting clear sky and cloudy radiances from AVHRR data // Int. J. Remote Sens. — 1988. — № 9. — P. 123-150.
Shatilina T.A., Nikitin A.A., Dyakov B.S. The anomalous water warming in the north-western parth of the Japan Sea in the 90-s and variations of atmospheric circulation over the Far East // Proc. 4th Pacific Ocean Remote Sensing Conference. — Qingdao, China, 1998. — P. 547-549.
Suda K. On the dissipation of energy in the density current // Geophysical Magazine. — 1936. — Vol. 10, № 2. — P. 24-32.
Talley L., Lobanov V., Ponomarev V. et al. Deep convection and brine rejection in the Japan Sea // Geoph. Res. Let. — 2003. — Vol. 30(4).
Talley L.D., Min D.-H., Lobanov V.B. et al. Japan Sea water masses and their relationship to the sea's circulation // Oceanography. — 2006. — Vol. 12, № 3. — P. 33-49.
Uda M. Hydrographical studies based on simultaneous oceanographical surveys made in Japan Sea and in its adjacent waters during May and June 1932 // Records of oceano-graphic works in Japan. — 1934. — Vol. 6, № 1. — P. 19-107.
Ullman D.S., Cornillon P.S. Evalution of front detection methods for satellite-drived SST data using in situ observations // J. Almos. Oceanic Tech. — 2000. — Vol. 17(12). — P. 1667-1675.
Voorhis A., Schroeder E.H., Letma A. The influence of deep mesoscale eddiese on sea surface temperature in the North Atlantic subtropical convergence // J. Phys. Ocean-ogr. — 1976. — Vol. 6, № 6. — P. 953-961.
Поступила в редакцию 28.12.06 г.
