CC BY
77
2012
Известия ТИНРО
Том 169
УДК 551.46.45(265.53)
И.А. Жигалов*
Тихоокеанский научно-исследовательский рыбохозяйственный центр, 690091, г. Владивосток, пер. Шевченко, 4
СЕЗОННАЯ И МЕЖГОДОВАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ГЕОСТРОФИЧЕСКИХ ТЕЧЕНИЙ В РАЙОНЕ ЗАПАДНОЙ КАМЧАТКИ
Анализируются результаты океанологических наблюдений, проведенных весной и летом ТИНРО-центром в Охотском море. Рассчитаны схемы геострофичес-кой циркуляции вод в районе западной Камчатки (от 153° до берега, между 51°30’ и 58°00’ с.ш.) в весенние и летние месяцы за период с 2001 по 2011 г. Построены средние карты течений в апреле и июле. Выявлены основные особенности сезонной и межгодовой изменчивости горизонтальных течений. Показано, что весной стрежень Западно-Камчатского течения (ЗКТ) ориентирован примерно вдоль 154° в.д. Справа от потока ЗКТ обычно формируется антиклоническое движение вод, у побережья п-ова Камчатка прослеживается Компенсационное течение южного направления. Летом на шельфе в основном наблюдается северный маловихревой перенос вод. Произведен расчет межгодовой изменчивости ЗКТ в апреле за период с 1995 по 2011 г. и сезонных изменений по средним многолетним данным. Показано, что расход ЗКТ испытывает значительные межгодовые и сезонные колебания. Отмечается тенденция снижения расходов от весны к зиме.
Ключевые слова: Охотское море, западная Камчатка, геострофические течения, Западно-Камчатское течение, изменчивость, расход вод.
Zhigalov I.A. Seasonal and year-to-year variability of geostrophic currents at West Kamchatka // Izv. TINRO. — 2012. — Vol. 169. — P. 94-99.
Results of oceanographic surveys in the Okhotsk Sea conducted by Pacific Fish. Res. Center (TINRO) in April and July of 2001-2011 are analyzed. Geostrophic circulation is calculated for each survey in the area between the coast of West Kamchatka and 153° E, from 51 o30’ to 58°00’ N. Mean schemes of geostrophic currents in spring and summer are drawn. In spring, the main stream of the West Kamchatka Current flows northward along 154o E, an anticyclonic gyre usually forms on the right of this stream, and the southward Compensation Current is traced nearby the coast. In summer, the whole shelf of Kamchatka is usually occupied by northward water transport without prominent eddies, though the southward current forms sometimes along the coast (in 2002, 2009, 2010). Geostrophic volume transport of the West Kamchatka Current decreases from spring (0.7 Sv on average) to summer. Year-to-year changes of this current volume transport in April are estimated for the period from 1995 to 2011. Its minimum value was registered in 1998 and the maximum one — in 2006.
Key words: Okhotsk Sea, West Kamchatka, geostrophic current, West Kamchatka Current, circulation variability, volume transport.
* Жигалов Игорь Анатольевич, кандидат географических наук, ведущий научный сотрудник, e-mail: zhigalov@tinro.ru.
Общие черты динамики вод Охотского моря в настоящее время изучены хорошо (Talley, Nagata, 1995). Основным элементом крупномасштабной циклонической циркуляции вод северной части моря является Западно-Камчатское течение (ЗКТ), которое инициируется затоком тихоокеанских вод через северные Курильские проливы и переносит на север трансформированные в северных Курильских проливах тихоокеанские воды. При распространении в Охотском море основной поток относительно теплых и соленых тихоокеанских вод при подходе к желобу Лебедя (примерно на параллели 54° с.ш.) разделяется на две ветви северо-западного (Срединная ветвь) и северного направления (Северная ветвь) (терминология В.И. Чернявского (1981)). Северная ветвь ЗКТ двигается в северном направлении (над материковым склоном) вдоль западного побережья п-ова Камчатка.
Сведения об изменчивости течений в западнокамчатском районе были получены в основном по результатам расчетов динамической топографии. Н.П. Пома-занова (1970) по результатам наблюдений, выполненных в июле-сентябре 1964 и 1965 гг., детализировала поверхностную циркуляцию вод и оценила ее изменчивость от месяца к месяцу в течение этого периода года. Также по результатам инструментальных измерений за май-октябрь (1949-1965 гг.) ею была получена характеристика постоянных течений в слое 0-10 м. И.В. Давыдов (1975), анализируя режим шельфовых вод п-ова Камчатка по данным исследований, проведенных в весенне-летний период 1961-1968 гг., показал, что особенности геостро-фических течений зависят от теплового состояния вод в разные годы. А.Л. Фи-гуркин (1997) отмечал, что основным отличительным признаком между течениями в различные годы (с 1983 по 1995 г.) являлось наличие либо отсутствие течения южного направления (Компенсационного течения) в прибрежной зоне между ЗКТ и п-овом Камчатка. При этом он связывал увеличение интенсивности Компенсационного течения с повышенной суровостью зимних условий и большей ледовитостью моря. И.А. Жигалов и А.Л. Фигуркин (Zhigalov, Figurkin, 1998) показали, что весной в период с 1984 по 1997 г. перенос вод ЗКТ на разрезе по 54° с.ш. был максимальным в 1984 г., причем его интенсивность была в три раза больше минимальной, отмечавшейся в 1993 г. Е.В. Самко с соавторами (2004) исследовали межгодовую изменчивость интенсивности ЗКТ и Компенсационного течения в весенний период 1983-2002 гг. и связали изменения с крупномасштабной перестройкой циркуляции воздуха над Охотским морем. По результатам диагностических расчетов В.А. Лучина (1987, 1998), ЗКТ было слабо выражено в августе и ноябре.
Цель настоящей работы — выявление особенностей пространственно-временной изменчивости горизонтальных геострофических течений западнокамчатского района и оценка межгодовых и сезонных вариаций расходов Западно-Камчатского и Компенсационного течений.
Материалы и методы
Анализируются результаты CTD-наблюдений, выполненных в экспедициях ТИНРО-центра в 1995-2011 гг. в восточной части Охотского моря (рис. 1, а), измерения температуры и солености производились от поверхности до дна (в апреле и июле 2003 и июле 2006 гг. наблюдения не проводились, в июле проводились только в районе, ограниченном изобатой 200 м).
Динамическим методом (Сомов, 1937; Зубов, 1947) были построены схемы поверхностных геострофических течений в районе западной Камчатки (5158° с.ш. 153° в.д — берег) по данным наблюдений, выполненных в различные годы (в период с 2001 по 2011 г.) в апреле (относительно 500 дбар) и июле (относительно 200 дбар). Средние месячные многолетние карты динамической
154° 156° 154° 156° 154° 155° 156° 157°
Рис. 1 Стандартная схема расположения океанологических станций и рельеф дна (а), средние карты динамической топографии и направления поверхностных течений в апреле (б) и июле (в) в 2002-2011 гг.
Fig. 1. Typical scheme of CTD stations (a), mean dynamic topography relative to 500 db and direction of geostrophic currents in April (б) and the same relative to 200 db in July (в) for 2002-2011
топографии для поверхности моря построены по данным за апрель 2002, 20042011 гг. и за июль 2001, 2002, 2004, 2005, 2007-2011 гг.
Расчет геострофических переносов вод в апреле в период с 1995 по 2011 г. был произведен на разрезе по 55° с.ш., расположенном в районе желоба Лебедя. К югу от этого района ЗКТ смещается в западном направлении (Чернявский, 1981), потому не всегда возможно точное определение положения западной границы этого течения (по данным океанологических наблюдений, проводимых ежегодно в апреле в экспедициях ТИНРО-центра).
Расчет расходов ЗКТ на разрезе по 54°30’ с.ш. в период с марта по декабрь был выполнен по месячным средним многолетним данным за 1950-2001 гг. При этом расчет переноса вод на разрезе производился динамическим методом относительно “нулевой” поверхности 500 дбар.
Результаты и их обсуждение
Расчет геострофических течений в холодное (апрель) и теплое время (июль) был выполнен для каждого года, начиная с 2001 по 2011 (схемы не приводятся). В апреле 2002-2011 гг. схемы горизонтальной циркуляции вод на поверхности в районе западной Камчатки были подобными. 2001 г. был аномальным, в береговой зоне примерно 30 миль шириной (между 52 и 56° с.ш.) отмечалось хорошо выраженное течение южного направления (Компенсационное течение). В другие годы это течение плохо проявлялось на картах динамической топографии и маскировалось приливами, ветрами и перемешиванием. Движение вод на юг осуществлялось, по-видимому, по восточной периферии антициклонических круговоротов, вблизи берегов п-ова Камчатка. Формирование Компенсационного течения на шельфе западной Камчатки, вероятно, было связано с понижением динамического уровня прибрежных вод при повышении плотности за счет зимнего уменьшения температуры в слое вод от поверхности до дна. Ранее А.Л. Фигуркин
(1997) связывал существование Компенсационного течения с поступлением холодных и соленых вод из зал. Шелихова
Обычно стрежень Западно-Камчатского течения располагался над материковым склоном и был ориентирован преимущественно вдоль меридиана 154° в.д. В северной части района (56-58° с.ш.), к востоку от впадины ТИНРО, ежегодно формировался обширный циклон. В центральном районе (52-56° с.ш.), справа от основного потока вод ЗКТ на шельфе западной Камчатки, находилась обширная вихревая область с преобладанием антициклонического вращения вод. При этом устойчивый антициклон год от года располагался в районе 52-54° с.ш. Антициклон в районе 54-56° с.ш. был менее устойчив в межгодовом плане и отсутствовал в 2002 и 2010 гг. Иногда в районе (между 52 и 56° с.ш.) отмечалось чередование областей антициклонических и циклонических движений вод (например, весной 2004 и 2005 гг.). Вероятно, это происходило в результате образования циклонических меандров восточнее ЗКТ и их смещения к берегам п-ова Камчатка. В южной части района (к югу от 52° с.ш.) основной поток ЗКТ, в соответствии с рельефом дна, отклонялся к берегам п-ова Камчатка, меандрируя и образуя круговороты различного знака. Устойчивые динамические образования хорошо видны на средних картах динамической топографии, построенных для апреля за период с 2002 по 2011 г. (рис. 1, б).
Летом (июль) динамическое поле в 2001, 2004, 2005, 2007 гг. было маловихревым. При этом поверхностные течения на шельфе были в основном направлены на север. В эти годы у берегов формировалось хорошо выраженное северное течение, по-видимости, генетически не связанное с ЗКТ. Компенсационное течение в эти годы отсутствовало. В другие годы (2002, 2008-2010) на картах динамической топографии Компенсационное течение, напротив, выражено хорошо. В северной части района стрежень ЗКТ отклонялся на северо-восток, это отчетливо проявлялось в июле 2001, 2004, 2005, 2007, 2008 и 2011 гг. На рис. 1 (в) видно, что при сохранении генерального переноса вод в северном направлении в районе западной Камчатки основным отличием средней циркуляции вод в июле (в сравнении с апрелем) являлось отсутствие обширной области антициклони-ческого движения вод на шельфе.
Результаты расчетов геострофической циркуляции на разрезах по 55°00’ и 54°30’ с.ш. позволили оценить межгодовые и сезонные изменения течений. Разрез по 55° с.ш. пересекает основной поток ЗКТ, который двигается в северном направлении над желобом Лебедя. Обычно это одноструйное течение шириной 20-40 миль, которое распространяется от поверхности до придонных горизонтов. В среднем стрежень течения ориентирован примерно вдоль меридиана 154° в.д. Наибольшие скорости наблюдались на поверхности. Максимальные скорости (25 см/с) отмечались в 1997 г., минимальные (6 см/с) — в 1998 г. Год от года стрежень ЗКТ и его границы испытывали смещения в широтном направлении. В 1998 г. западная граница ЗКТ находилась в крайнем западном положении (152°45’ в.д.), а в 2009 г. — в крайнем восточном (154° в.д.). Справа от потока вод ЗКТ обычно обнаруживается течение южного направления (отсутствовало только в 1997 г.), которое переносит холодные и распресненные воды. Для примера рассмотрим вертикальное распределение меридиональной составляющей скоростей течений и температуры и солености на разрезе по 55° с.ш. в апреле 2011 г. (рис. 2). Ядро южного течения (Компенсационное течение) в период с 2002 по 2011 г. находилось на поверхности или в подповерхностном слое вод.
Геострофический перенос вод испытывал существенные межгодовые изменения от 0,34 Св (Св = 106 м3/с) в 1998 г. до 1,38 Св в 2006 г. Средний северный перенос вод ЗКТ за эти годы в апреле в период с 1995 по 2011 г. составил 0,71 Св (рис. 3, а), южный средний перенос вод (Компенсационное течение) — 0,21 Св. Максимальный южный перенос (1,3 Св) на разрезе отмечался в 2006 г.
Aда•^^53•«'^6д•o4'£^•гaЬ6д.здf^.д8|6.a^.^г0%3.д7'Ь^.0Д'Ь^.г0f^.зл%д.дa■ьф.a^.лз■|3.3dЬ63.дтЬ6д.o4'Ь^.гaЬ6д.зД'|A.д8|E,.a^.лзe 0
100
200
300
40 0
500
Рис. 2. Вертикальное распределение меридиональной составляющей скоростей течений (см/с) (а), температуры (б) и солености (в) на разрезе по 55° с.ш. 14-15 апреля 2011 г. Заштрихованы области отрицательных значений температуры и потоки вод южного направления
Fig. 2. Poleward component of geostrophic velocity (cm/s) for dynamic heights relative to 500 db (a) and water temperature (б) and salinity (в) at the section along 55° N (April, 2011). Values of northward vectors are positive; southward (negative) values are shaded
20
40
20
40
0
Рис. 3. Межгодовая изменчивость переносов вод ЗКТ (относительно 500 дбар) на разрезе по 55° с.ш. в апреле (а) и внутригодовая — на разрезе по 54°30' с.ш. (б). Прямая линия — линейный тренд
Fig. 3. Year-to-year variations of geostrophic volume transport (Sv) in April calculated from dynamic heights relative to 500 db at the section across the West Kamchatka Current along 55° N (a; linear trend is shown) and seasonal variation of the same volume transport at the section along 54°30' N (б)
Разрез по 54°30' с.ш., как и разрез по 55°00' с.ш., пересекает основной поток ЗКТ над желобом Лебедя. Поэтому месячные средние многолетние данные на нем были использованы для расчета внутригодовых изменений переноса вод ЗКТ. Результаты расчетов ежемесячного геострофического расхода вод за период с марта по декабрь свидетельствуют об их существенной сезонной изменчивости. Максимальный перенос вод отмечался в марте (0,8 Св), минимальный (0,2 Св) — в ноябре. В период с марта по декабрь наблюдалась тенденция пони-
жения переноса вод ЗКТ (рис. 3, б). В теплое время года (май-июль) отмечалось относительное увеличение расходов. Это, по-видимому, было обусловлено тем, что за счет весеннего распреснения и летнего радиационного прогрева динамический уровень прибрежных вод шельфа повышался, а открытых вод оставался сравнительно низким.
Выводы
На основе расчетов динамической топографии были выявлены существенные внутригодовые и межгодовые изменения пространственной структуры и переносов вод в районе западной Камчатки. Показано, что весной стрежень Западно-Камчатского течения был ориентирован вдоль меридиана 154° с.ш., справа от ЗКТ на шельфе располагалась область антициклонических движений. Летом вих-реобразование было слабым. Средний перенос вод ЗКТ весной (апрель) за период с 1995 по 2011 г. составил 0,71 Св. От весны к зиме отмечалась тенденция снижения переносов вод ЗКТ.
Список литературы
Давыдов И.В. Режим вод западнокамчатского шельфа и некоторые особенности поведения и воспроизводства промысловых рыб // Изв. ТИНРО. — 1975. — Т. 97. — С. 63-81.
Зубов Н.Н. Динамическая океанология : монография. — Л. : Гидрометеоиздат, 1947. — 430 с.
Лучин В.А. Непериодические течения // Охотское море. Гидрометеорология и гидрохимия морей. Проект “Моря”. — Л. : Гидрометеоиздат, 1998. — Т. 9, вып. 1. — С. 233-256.
Лучин В.А. Циркуляция вод Охотского моря и особенности ее внутригодовой изменчивости по результатам диагностических расчетов // Тр. ДВНИИ. — 1987. — Вып. 36. — С. 3-13.
Помазанова Н.П. Поверхностные течения в северных и восточных промысловых районах Охотского моря в летние месяцы // Тр. ДВНИГМИ. — 1970. — Вып. 30. — С. 94-104.
Самко Е.В., Глебова С.Ю., Петрук В.М. Межгодовая изменчивость циркуляции вод Охотского моря у западного побережья Камчатки в весенний период // Метеорол. и гидрол. — 2004. — № 12. — С. 63-69.
Сомов М.М. Вычисление скоростей течения динамическим методом между гидрологическими станциями различной глубины // Метеорол. и гидрол. — 1937. — № 8. — С. 111-114.
Фигуркин А.Л. Циркуляция вод западнокамчатского шельфа // Комплекс. ис-след. экосист. Охотского моря. — М. : ВНИРО, 1997. — С. 25-29.
Чернявский В.И. Циркуляционные системы Охотского моря // Изв. ТИНРО. — 1981. — Т. 105. — С. 13-19.
Talley L.D., Nagata Y. The Okhotsk Sea and Oyashio Region // PICES Scientific. Rep. 2. — Sidney, Canada, 1995. — P. 227.
Zhigalov I.A., Figurkin A.L. Features of water dynamics in the northern part of the Okhotsk Sea in winter-spring 1995-1996 // Proc. the 4th Intern. Sci. Sympos. (UNESCO/ IOC/WESTPAC). — Okinawa, Japan, 1998. — P. 155-162.
Поступила в редакцию 25.01.12 г.
