CC BY
67
2009
Известия ТИНРО
Том 156
УДК 551.463.3+551.464.5(265.54)
Г.И. Юрасов*
Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН, 690041, г. Владивосток, ул. Балтийская, 43
ТЕРМОХАЛИННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, ФРОНТЫ,
ВОДНЫЕ МАССЫ И СТРУКТУРА ВОД ГЛУБОКОВОДНЫХ РАЙОНОВ ЯПОНСКОГО МОРЯ
На основе данных многолетних измерений температуры и солености за период 1925-1997 гг. проведен анализ водных масс глубоководной (с глубинами более 200 м) части Японского моря. По картам горизонтального распределения, широтным и меридиональным разрезам температуры и солености вод определены горизонтальные границы водных масс, совпадающие с фронтами, и вертикальные — по глубинам залегания сезонного и главного термохалоклинов. Проведена классификация водных масс и определены диапазоны изменчивости их термохалинных характеристик.
Ключевые слова: структура вод, водные массы, температура, соленость, фронт, термохалинные характеристики.
Yurasov G.I. Thermohaline parameters, fronts, water masses, and water structure in the deep-water areas of the Japan Sea // Izv. TINRO. — 2009. — Vol. 159. — P. 265-281.
Water structure is defined for the deep-water (> 200 m) part of the Japan Sea on the base of temperature and salinity measurements in 1925-1997. Classification of the water masses is presented. Spatial borders of water masses (fronts) and their vertical borders (seasonal and main thermohaloclines) are determined. Variance of temperature and salinity parameters for each water mass is estimated.
Kew words: water structure, water mass, water temperature, water salinity, oceanographic front, thermohaline parameters.
Введение
Исследование водных масс является одним из основных инструментов при изучении структуры и динамики вод океана. Понятие "водная масса", используемое океанологами со времен Б. Франклина, определяется некоторыми численными показателями, индексами, представляющими собой величины значений физических, химических и других характеристик, принимаемых в расчет. Традиционно классификация водных масс производится по двум основным термоха-линным характеристикам морской воды: температуре (Т) и солености (S) с использованием методов TS-анализа. Иногда для индикации вентиляции водных масс на промежуточных глубинах Японского моря (Miyazaki, 1952, 1953; Kajiura et al., 1958; Moriyasu, 1972) в качестве показателя дополнительно используется содержание растворенного кислорода.
* Юрасов Геннадий Иванович, кандидат географических наук, заведующий лабораторией, e-mail: [email protected].
Для выделения водных масс и определения их характеристик (диапазонов изменчивости температуры и солености, вертикальных и горизонтальных границ), а также термохалинной структуры вод в рамках классического подхода (Добровольский, 1961) необходимо выполнить анализ пространственно-временного распределения температуры и солености.
Цель настоящей работы — исследование термохалинной структуры, а также процессов и механизмов ее определяющих.
Материалы и методы
В данной работе на основании исторического (1925-1997 гг.) массива данных гидрологических измерений для глубоководных районов моря (с глубинами более 200 м) последовательно проводится анализ пространственно-временного положения фронтов (Юрасов и др., 2009), определяющих, как показано в авторских работах (Юрасов, Ростов, 1989; Yurasov, 1992), положение горизонтальных границ отдельных типов структуры вод. Далее производится анализ распределения температуры и солености на широтных и меридиональных разрезах и определяются вертикальные границы водных масс по глубинам залегания термоха-локлинов. На заключительном этапе оцениваются диапазоны изменчивости температуры и солености в пределах выделенных горизонтальных и вертикальных границ для отдельных водных масс. Завершение процедуры выделения водных масс позволяет перейти к характеристике типов структуры вод.
Для глубоководных районов (с глубинами более 200 м) проведен анализ пространственно-временного распределения температуры и солености, закономерности изменчивости которых на различных горизонтах определяются по среднемесячным данным и в целях исключения перегруженности графикой демонстрируются в виде карт распределения на отдельных горизонтах для характерных месяцев каждого из четырех сезонов года. Для зимнего сезона (16 декабря — 15 марта) за характерный месяц принят февраль; весеннего (16 марта — 15 июня) — май; летнего (16 июня — 15 сентября) — август; осеннего (16 сентября — 15 декабря) — ноябрь. Эти данные используются для выделения фронтальных зон, анализ которых выполнен в отдельном разделе. Такой подход дает возможность определить горизонтальные границы водных масс. Рассмотренные закономерности вертикальной изменчивости температуры и солености для выделенных месяцев, основанные на анализе широтных и меридиональных разрезов, позволяют завершить определение вертикальных границ и интервалов изменчивости температуры и солености для каждой из водных масс и перейти к характеристике термохалинной структуры вод глубоководных районов в целом. Для исключения перегруженности работы анализ водных масс и структуры вод выполняется только для двух экстремальных сезонов года: зимы (февраль) и лета (август).
Результаты и их обсуждение
Климатические характеристики фронтов по данным судовых измерений
Исследование зон фронтальных разделов в океане важно как для развития фундаментальных знаний о природе Мирового океана, так и для решения прикладных задач, связанных с освоением морских биологических ресурсов. Фронты, характеризующиеся повышенными горизонтальными градиентами термохалинных и гидрохимических параметров (Федоров, 1983), являются местами конвергенции морских течений и связанной с ними интенсификации вертикальной циркуляции вод, приводящей к вентиляции глубинных слоев моря. В то же время зоны фронтов по этим же причинам характеризуются повышенной биологической продуктивностью, обеспечивающей скопление здесь пищевых гидробионтов.
Однако, несмотря на обилие опубликованных работ (см., напр., Гидрометеорология и гидрохимия ..., 2003) по гидрологическому режиму моря, целенаправ-
266
ленных исследований фронтов до настоящего времени не проводилось. Попыток построения схемы фронтов Японского моря по климатическим данным измерений температуры и солености, которая предпринята в настоящей работе, в обозримом историческом прошлом не делалось.
Как отмечается в одной из последних работ по термохалинной структуре и динамике вод Японского моря (Chu et al., 2001), на глубине фронт занимает то же положение, что и на поверхности, и сохраняется в течение всего года. Существует мнение, что при осреднении на климатических масштабах выделить временные изменения характеристик и положения фронтов невозможно. Для анализа изменчивости фронтов логично использовать данные спутниковых наблюдений, которые осуществляются на регулярной основе синхронно на всей акватории моря. Перспективность использования спутниковых данных подтверждается как в обобщающих работах, так и в конкретных исследованиях по Японскому морю (Isoda et al., 1991; Isoda, 1994; Danchenkov et al., 1997; Belkin, Cornillon, 2003; Park et al., 2004). Последние исследования показали, что на основе многолетних спутниковых наблюдений можно на достаточно высоком уровне выполнить качественные исследования изменчивости поверхностных термических фронтов (Никитин, 2006; Никитин, Юрасов, 2007) на различных временных масштабах.
Существующее мнение (Истошин, 1960) о том, что исследование фронтов можно производить только по данным синхронных судовых съемок района исследований, которым в нашем случае является все Японское море, уместно лишь в том случае, если ставится задача определить положение фронта на заданном промежутке времени. В случае такого подхода климатические фронты определялись бы путем нахождения их среднего положения по данным многократных синхронных съемок всей акватории моря, выполненных в различные сезоны и годы. Естественно, что такая ситуация хотя и является идеальной, но в силу известных причин не может быть реализована.
Вместе с тем наиболее устойчивые фронтальные образования (Полярный фронт, Прибрежный фронт), описанные еще в пионерских работах прошлого столетия (Suda, Hidaka, 1932; Uda, 1934), в Японском море, как отмечается во всех опубликованных работах по океанографии моря, имеют довольно устойчивое положение. Основной Субарктический фронт, который в предшествующий период исследования моря именовался Полярным либо в последнее время Субполярным (Chu et al., 2001; Park et al., 2004), представляет собой в Японском море участок глобального фронта с таким же названием, как и в северной части Тихого океана (Belkin, Cornillon, 2003). Так же как и в океане, он разделяет в море субтропические воды, поступающие из Восточно-Китайского моря через Корейский пролив, и субарктические воды северных районов моря. Учитывая вышеизложенное, можно полагать, что выделение климатических фронтов по средним многолетним данным судовых глубоководных наблюдений возможно.
Построенная по всем 133752 станциям карта среднегодового распределения температуры воды на поверхности моря (рис. 1, а) показывает присутствие в поле горизонтального распределения температуры зоны повышенных градиентов, характеризующейся сгущением изотерм, особенно заметной в центральной части моря вблизи 40о с.ш. В то время как по результатам расчетов средний градиент по среднегодовым значениям на акватории моря составляет 0,010— 0,020 °С/км, в этой зоне он увеличивается в 3-4 раза, до 0,035-0,040 °С/км. Следует полагать, что при более малых масштабах осреднения эта разность еще больше увеличится.
На горизонтах до 100 м (рис. 1, б) отмеченные для поверхности особенности пространственного распределения среднегодовой температуры сохраняются. Субарктический фронт на этих глубинах выражен более отчетливо. Фронтальный раздел по вертикали, по нашим исследованиям, прослеживается до горизонта 300 м, являющегося глубиной проникновения сезонных колебаний температу-
ры в Японском море (Юрасов, 1977). Более подробные сведения о фронтах могут быть получены при анализе карт горизонтального распределения температуры по сезонам и месяцам. Такой анализ проведен для характерных месяцев каждого из сезонов.
Рис. 1. Положение климатических термических и халинных фронтов: по среднегодовым температурам на горизонте 0 м (а) и 100 м (б); по среднемесячным температурам на горизонте 50 м в мае (в) и ноябре (г); по среднегодовым соленостям на горизонтах 0 м (д) и 100 м (е)
Fig. 1 Rule climatic thermal and haline of fronts: on average annual to temperatures on horizon 0 m (а) and 100 m (б); on average monthly to temperatures on horizon 50 m in May (в) and November (г); on average annua to salinity on horizons 0 m (д) and 100 m (e)
Хотя основные особенности распределения температуры на глубине 50 м для мая и ноября (рис. 1, в, г) в главных чертах совпадают со среднегодовыми картами для поверхности и глубины 100 м, но имеются различия, обусловленные сезонными вариациями гидрологических параметров, которые при среднегодовом осреднении затушевываются. Наиболее существенным из них является проявление в северо-западном районе моря в осенне-зимний период зоны повышенных градиентов (обозначена пунктиром на рис. 1, г), которая классифицировалась как Северо-Западный фронт (Danchenkov et al., 1997). Учитывая, что на удалении от побережья этот фронт сливается с Субарктическим, его следует рассматривать как ветвь последнего.
В полях горизонтального распределения солености, приведенных в справочном пособии (Гидрометеорология и гидрохимия ..., 2003), в прибрежных районах, особенно в северо-западной части моря, в пределах толщи вод от поверхности до глубины 50 м выделяется область сгущения изолиний солености, характерная для зон халинных фронтов. Как и в случае с температурой, для подтверждения климатической природы халинного фронта построим среднегодовое поле солености на поверхности и на глубине 100 м (рис. 1, д, е). На поверхности (по нашим данным и на глубинах до 50 м) в прибрежных районах северо-западной и юго-восточной частей моря наблюдается отчетливое сгущение изохалин на фоне слабоградиентного поля солености в центральных районах моря. Отмеченный фронт совпадает с изохалиной 33,6 %%. В области сгущения изохалин на расстояниях 20-30 миль перепад солености составляет от 0,2 до 0,8 %%. На глубинах 100 м и более отмеченной для верхних горизонтов особенности в распределении солености в прибрежных районах не наблюдается. В то же время в центральных районах моря отмечаются повышенные градиенты солености в интервале значений 34,1-34,15 %%. Изолиния 34,1 %% практически повторяет очертания климатического термического фронта. Следует отметить, что положение халинных фронтов тесным образом связано с динамикой приповерхностного слоя вод. В северо-западной части моря они являются границей прибрежных холодных вод Приморского и Северо-Корейского течений, а в юго-восточной части — прибрежной ветви теплого Цусимского течения.
На рис. 1 показаны линии среднегодового положения термических (рис. 1, а-г) и халинных (рис. 1, д ,е) фронтов Японского моря, построенных по данным базы многолетних океанографических наблюдений. Линии термических фронтов проведены по оси максимальных величин модуля градиента температуры G = -,¡(dt/Эх)2 + (dt/dy)2. (Для примера карты горизонтального распределения модуля градиента на поверхности представлены на рис. 2).
Сравнение рис. 1 со схемами фронтов, построенными по данным отдельных квазисинхронных съемок (Истошин, 1960; Talley et al., 2006), показывает, что конфигурация климатических фронтов хотя и имеет более сглаженную форму, в общем близка по очертанию к ранее построенным. Вместе с тем выделение ха-линных фронтов, отражающих влияние материкового стока, в прибрежных районах сделано впервые. В северо-западной части моря халинный фронт совпадает с прибрежным фронтом, выделенным ранее (Suda, Hidaka, 1932). Он разделяет водные массы прибрежных районов и глубоководных областей моря. В глубоководной зоне моря основной Субарктический фронт является границей между субарктическим и субтропическим типами структуры вод.
Термохалинные характеристики вод
Предложенная методика построения среднемесячных полей (Гонтов, Юра-сов, 1985) на первом этапе своей реализации позволяет определить глубину проникновения сезонных колебаний температуры и солености. Выполненный по этой методике анализ данных многолетних океанографических измерений показал, что сезонные колебания температуры в Японском море не распространяются глубже 300 м, а по отношению к солености эта глубина составляет 200 м.
Рис. 2. Карты распределения модуля градиента температуры на поверхности
Fig. 2. Cards of distribution of the module of a gradient of temperature on a surface
На рис. 3 представлены карты распределения температуры и солености на обозначенных глубинах. Как показывает карта горизонтального распределения на горизонте 300 м, температура (рис. 3, а, б) в пределах моря изменяется в диапазоне от 0,3 до 2,0 °С. Закономерности её распределения, как и на поверхности, состоят в следующем: наиболее низкие температуры отмечаются в северозападной части моря, а наиболее высокие — в юго-восточной. Примечательной особенностью этого распределения является локальная область вихревого типа с повышенными температурами (1,25-1,75 оС) у побережья Корейского полуострова, центр которой находится в координатах 37,5о с.ш. 130,5о в.д. Карты распределения солености на горизонте 200 м (рис. 3, в, г) показывают, что в пределах моря на этой глубине соленость изменяется от 34,02 до 34,14 %о. При этом максимальные значения солености наблюдаются в юго-восточной части моря, а минимальные — в северо-западной. Уже на горизонте 300 м (табл. 1) диапазон изменчивости солености несуществен (0,04 % ), т.е. незначительно превышает точность ее измерений в рассматриваемый период выполнения большинства анализируемых наблюдений.
На горизонтах ниже 500 м диапазоны изменения температуры и солености (табл. 1) с увеличением глубины уменьшаются, и поэтому для моря в целом могут быть приняты их фиксированные значения на горизонтах в глубинных (глубже 500 м) слоях. Исходя из вышеизложенного вполне корректно сделать заключение о том, что выраженная изменчивость термохалинных характеристик происходит в пределах приповерхностного слоя вод, несколько превышающего глубину порога проливов, соединяющих Японское море с соседними водными бассейнами. Поэтому более подробно рассмотрим закономерности горизонтального распределения температуры и солености в пределах проявления их сезонной изменчивости.
При рассмотрении карт распределения температуры на поверхности Японского моря (рис. 4) можно отметить, что в течение всего года наиболее высокие температуры наблюдаются в юго-восточной части моря, а наиболее низкие — в северо-западной. Это обусловлено двумя причинами: во-первых, поступлением в течение всего года субтропических вод из Восточно-Китайского моря через Корейский пролив и их распространением в южной и восточной части моря вплоть до побережья о. Сахалин, во-вторых, значительной протяженностью моря в ме-
Рис. 3. Распределение температуры на горизонте 300 м в августе (а) и феврале (б) и солености на глубине 200 м в августе (в) и феврале (г)
Fig. 3. Distribution of temperature on horizon 300 m in A ugust (а) and F ebruary (б) and salinity on depth 200 m in August (в) and February (г)
Таблица 1
Изменчивость температуры и солености в глубоководных слоях
Table 1
Variability of temperature and sаlinity in deep-water layers
ридиональном направлении от 35 до 52° с.ш., что обеспечивает существенное охлаждение поступающих субтропических вод по мере их движения в северном направлении и формирования вод субарктической разновидности. При муссон-ном характере климата северные районы моря под действием сильных холодных муссонных ветров с материка в зимний
сезон подвергаются значительному охлаждению вплоть до образования льда в Татарском проливе и зал. Петра Великого. Вместе с тем в этот период увеличивается и область распространения субарктических вод, что можно проследить по конфигурации изотермы 2 оС в феврале. Область контакта субарктических и субтропических вод на рис. 4 отмечена сгущением изотерм, характерным для зоны фронта.
Горизонт, м Т . , °С min' Т , оС max Smin, %0 S , %о max
300 0,30 2,00 34,04 34,08
400 0,20 0,80 34,03 34,06
500 0,20 0,50 34,04 34,06
600 0,20 0,40 34,05 34,07
800 0,18 0,30 34,05 34,07
1000 0,17 0,21 34,05 34,07
1500 0,14 0,17 34,05 34,07
2000 0,14 0,17 34,05 34,07
2500 0,15 0,17 34,06 34,07
3000 0,22 0,24 34,06 34,07
I I ^-1-1-1-
130 135 140 1 30 IS 140
Рис. 4. Распределение температуры на поверхности в феврале (а), мае (б), августе (в) и ноябре (г)
Fig. 4. Distribution of temperature on a surface in February (a), May (б), August (в) and November (г)
Средний модуль горизонтального градиента температуры для моря в целом изменяется в пределах от 0,011 (в августе) до 0,017 °С/милю (в ноябре). А в зоне фронта градиент значительно больше и достигает на отдельных участках 0,2 °С/милю (Никитин, Юрасов, 2007). В зоне фронта, расположенной к западу от 134° в.д. и к югу от 40° с.ш., формируется крупномасштабный антициклонический меандр. А к северу от 40° с.ш. и к востоку от 136° в.д. при взаимодействии вод Цусимского течения и крупномасштабного циклонического круговорота в районе Японской котловины (Яричин, 1980) формируется второй крупномасштабный антициклонический меандр.
Контур южного меандра зимой совпадает с изотермой 5 °С, а северного — с изотермой 3 °С. В остальное время года термический маркер меандров увеличивается на 1 °С. В осенне-зимний период в северо-западной части моря в направлении СЗ-ЮВ от побережья материка (41-43° с.ш.) прослеживается дополнительный фронтальный раздел, который пересекается с основным фронтом на 134° в.д. (Danchеnkov et al., 1997; Никитин, Юрасов, 2007).
В водах, расположенных к северу от фронта, на горизонте 50 м горизонтальные градиенты температур малы. В период с ноября по май минимальные значения температуры в этой части моря наблюдаются в прибрежных районах и в северной части Татарского пролива. Увеличение температуры происходит в
направлении фронта. Но в период с июля по сентябрь, в связи с более быстрым повышением температуры прибрежных вод из-за особенностей теплового режима на мелководье (Зуенко, Юрасов, 1995), минимальные значения температуры приурочены уже к глубоководной части северного сектора моря.
На горизонтах 100 и 150 м на фоне закономерного уменьшения температуры и диапазона ее изменчивости отмеченные для горизонта 50 м общие закономерности пространственного распределения температуры сохраняются. На глубинах 200 и 300 м, расположенных уже ниже порога проливов, фронт в поле горизонтального распределения температуры все еще выделяется и может быть оконтурен положением изотерм 2 °С (на 200 м) и 1 °С (на 300 м). Примечательной особенностью термического поля на этих глубинах является мезомасштаб-ное вихревое образование с центром на 37,5° с.ш. 130,5° в.д., характеризующееся повышенным фоном температуры по отношению к окружающим водам. Это образование выделяется в поле температур и соленостей до глубины 500 м. Вместе с тем на этих глубинах наиболее низкие температуры наблюдаются в области северной глубоководной котловины моря, что свидетельствует о более интенсивной конвекции, развивающейся здесь.
На всей акватории моря, за исключением северных районов Татарского пролива (Зуенко, 1992) и локальной области к югу от зал. Петра Великого (Исто-шин, 1960), в течение всего года вертикальное распределение температуры характеризуется ее закономерным уменьшением с увеличением глубины. В северной части Татарского пролива в летний сезон в отдельные годы проявляется экстремум в распределении температуры (Зуенко, 1988), связанный с формированием на подповерхностных глубинах холодного промежуточного слоя. Механизм образования этого слоя сходен с тем, что проявляется особенно ярко в северных районах Тихого океана, Охотского и Берингова морей и связан с осенне-зимней конвекцией.
На вертикальных профилях температуры в Японском море отмечаются на фоне ее монотонного убывания с глубиной интервалы глубин, где температура резко изменяется, так называемые термоклины. Обычно большую часть года термоклинов два: верхний, сезонный, и нижний, основной или главный. Выше сезонного термоклина располагается верхний квазиоднородный слой, толщина которого существенно изменяется в течение годового цикла.
Из карт, представленных на рис. 5, видно, что в течение года наблюдаются два типа пространственного распределения солености на поверхности. Первый тип распределения солености существует в период с января по июнь и характеризуется тем, что её максимальные значения встречаются в южных и восточных частях моря. Второй тип распределения, который выделяется с июля по декабрь, характеризуется максимальными значениями солености в центральной части моря. С приближением к побережью значения соленостей уменьшаются, и на незначительном удалении от берега (30-60 миль) в течение всего года отмечается область сгущения изохалин, т.е. формируется халинный фронт, характеризующийся повышенными горизонтальными градиентами солености. Расчеты показывают, что средний горизонтальный градиент солености, как частное от деления перепада солености к перепаду широт, выраженному в милях, по всей акватории моря очень мал и составляет всего 0,0008 %о / милю. А в зоне прибрежного халинного фронта он увеличивается до 0,01 %/милю, более чем на порядок превышая среднее значение.
В августе на акватории Японского моря наблюдается годовой минимум солености поверхностных вод. Он в основном связан с максимальным выпадением атмосферных осадков, которые вызываются большой повторяемостью южных циклонов и тайфунов, а также притоком слабосоленых вод из Восточно-Китайского моря. Даже в глубоководной части моря значения солености в этом месяце не превышают 33,8 %%. Низкая соленость в Корейском проливе (менее 33 %%)
273
свидетельствует о низкой солености входящих в море тихоокеанских вод. В августе в глубоководной части моря в поле солености пространственные градиенты самые незначительные.
г) Л
¿у ^ СГХ jf)
\ - —
130
135
140
Рис. 5. Распределение солености на поверхности в феврале (а), мае (б), августе (в) и ноябре (г)
Fig. 5. Distribution salinity on a surface in February (a), May (6), August (в) and November (г)
Годовой минимум солености воды на горизонте 50 м отмечается в ноябре, когда в южной части моря ее значения не превышают 33,8-34,0 %%. Это связано с адвекцией распресненных субтропических вод, низкая соленость которых (не более 33,8 %) формируется обильными атмосферными осадками летнего периода на акваториях, расположенных к югу от Японского моря. В мористых районах северной части моря в этот период соленость на горизонте 50 м понижается до 33,7 %%, что связано с интенсификацией обменных процессов в слое 0-50 м. Ниже глубины 50 м прибрежный халинный фронт не проявляется.
На горизонте 100 м в течение всего года сохраняются отмеченные ранее особенности крупномасштабного распределения солености. Поле солености к северу от Субарктического фронта не претерпевает в течение года существенных изменений. В этом регионе моря минимальные значения солености всегда выделяются вблизи берегов. Более значимы сезонные колебания солености в южной части моря. Максимальные величины солености здесь (около 34,5 %) проявляются в Корейском проливе в мае, а минимальные (около 34,2 %%) — в ноябре, что в основном связано с режимом атмосферных осадков (их минимум
274
отмечается зимой), а также с процессами конвекции. Внутригодовая изменчивость солености в Корейском проливе и крайней южной части моря зависит и от адвекции вод, поэтому максимум солености смещается здесь на май, а не выделяется зимой, когда выпадает минимальное количество осадков.
На горизонте 200 м и глубже сезонные изменения солености становятся недостоверными, так как их величина становится сравнимой с точностью определения солености на большинстве океанографических станций, использованных в данном исследовании.
Хотя по акватории моря соленость вод изменяется в ограниченном диапазоне значений, обычно не превышающем 1 %%, но вертикальный профиль солености, как правило, имеет несколько экстремумов. Главным и наиболее выраженным из них является максимум солёности, наблюдаемый в теплый период года в юго-восточной части моря и связанный с адвекцией тихоокеанских вод через Корейский пролив. Ядра этих вод повышенной солености (до 34,6 %%) проявляются в диапазоне глубин 50-200 м. Второй экстремум на климатическом масштабе осреднения в юго-западной части моря выявляется как промежуточный минимум солености с ядром на глубинах от 50 до 500 м. Он выражен в течение всего года и в дальнейшем классифицируется нами как отдельная водная масса пониженной солености. Более слабые экстремумы, которые удалось выявить в период использования высокоточных методов измерений в виде чередующейся последовательности слоев повышенной/пониженной и пониженной/повышенной солености на уровне разностей от 0,01 до 0,10 %%, отмечаются на промежуточных горизонтах от 100 м до дна. Анализ данных зондовых измерений, выполненных в последние десятилетия на основе слабых экстремумов солености, позволил классифицировать новые промежуточные водные массы повышенной и пониженной солености в слое вод от 100 до 600 м (Жабин и др., 2003; Таранова, Жабин, 2004; Жабин, Таранова, 2006).
Водные массы и типы структуры вод
В работе использована система классификации основных водных масс, которая хотя пока и не представлена в полном виде в литературе, но широко используется в океанологической практике. Для глубоководных районов Японского моря обычно выделяются поверхностные, промежуточные, глубинные и донные водные массы. Мы не будем пытаться нарушить эту традицию, но проведем классификацию на качественных данных, более корректно.
Выделение водных масс в настоящей работе для глубоководной части моря производится только для центральных месяцев экстремальных сезонов года (для зимы — февраль, а для лета — август). Используя фронты как горизонтальные границы водных масс, по горизонтальному распределению температуры и солености строго определяем интервал их изменчивости на отдельных горизонтах. Верхняя граница поверхностной водной массы, естественно, находится на поверхности (горизонт 0 м), а нижняя определяется как нижняя граница верхнего (сезонного) термохалоклина. Промежуточная водная масса простирается по вертикали от нижней границы верхнего термохалоклина до глубины деятельного слоя, которая, в свою очередь, является верхней границей глубинной водной массы. Нижнюю границу глубинных вод определим глубиной минимума температуры (in situ), приуроченной к горизонтам 1500-2000 м. Придонная водная масса располагается на глубинах больше 2000 м. Следуя такому подходу, по термическим признакам в пределах акватории моря выделим четыре водных массы в деятельном слое моря: поверхностная субарктическая (ПСА), промежуточная субарктическая (ПрСА); поверхностная субтропическая (ПСТ), промежуточная субтропическая (ПрСТ). Ниже деятельного слоя выделены две водные массы, распространенные на всей акватории моря: глубинная водная масса (ГВМ) и
придонная водная масса, которые в совокупности исторически называются "собственными водами Японского моря".
Кроме обозначенных водных масс, с учетом выраженных на климатическом масштабе экстремумов в вертикальном распределении солености в южной части моря можно выделить еще две отдельные водные массы: промежуточную водную массу пониженной солености (ПрНС), которая формируется в юго-западной части моря и проявляется в течение всего года, и промежуточную водную массу повышенной солености (ПрВС), проявляющуюся только в теплый период года в южной части моря.
Для анализа вертикального распределения температуры и солености используем вертикальные разрезы поля температур по широте и долготе для двух экстремальных сезонов — зимы и лета. Расстояние между последующими разрезами выберем равным 3 °С как по широте, так и по долготе, что, по нашему мнению, позволяет получить довольно детальную информацию для выяснения пространственных закономерностей вертикального строения поля температур. Большей детализации можно добиться при использовании совокупности разрезов с полуградусным интервалом, с которым производилось осреднение многолетних данных.
Вертикальные разрезы, используемые в анализе, построены для характерных месяцев зимнего и летнего сезонов, соответственно для февраля и августа. Построение зональных разрезов температуры и солености выполнено для 48°, 45, 42, 39, 36° с.ш; а меридиональных — для 130°, 133, 136 и 139° в.д. На каждом из этих разрезов (табл. 2, 3) определены глубины залегания отдельных водных масс и диапазоны изменчивости температуры и солености для каждой выделенной водной массы.
Результаты исследований водных масс и типов структуры вод представлены в виде двух таблиц. В табл. 4 перечислены выделенные водные массы и указаны преобладающие механизмы, ответственные за их формирование. В табл. 5 приведены характеристики отдельных водных масс и типов структур вод для характерных месяцев зимнего и летнего сезонов года.
Более детальная классификация водных масс Японского моря по данным измерений высокоточными приборами, выполненная по результатам отдельных экспедиций или на небольшом по времени многолетнем интервале, опубликованная в ряде работ последнего 20-летнего периода (Та11еу е! а1., 2006), в рамках наших обобщений не проявляется, что обусловлено относительно невысокой интенсивностью и нерегулярностью процессов, формирующих экстремумы солености на различных глубинах, дающих основания к выделению все новых и новых водных масс. Возможно, что масштабы существования этих водных масс будут определены тогда, когда измерения новыми зондирующими комплексами, которые по оценкам в настоящее время составляют около 3 % от общего числа наблюдений, обобщенных в данной работе, будут определять основу общего массива данных по Японскому морю.
Заключение
Данные многолетних гидрологических измерений в Японском море позволили в настоящей работе исследовать климатические характеристики водных масс. Анализ данных пространственно-временного распределения гидрологических характеристик на горизонтах и разрезах дал возможность адекватно определить характеристики водных масс глубоководных районов Японского моря без привлечения традиционных методов Т^-анализа. В пределах акватории глубоководной части Японского моря выделено два типа вертикальной структуры вод — субарктическая и субтропическая. Всего на климатическом масштабе в пределах обозначенных типов структуры вод обозначено 6 основных водных масс: повер-
Характеристики водных масс по данным разрезов для августа
Table 2
Characteristic of water masses on the data of sections for August
Разрез Показатель ПСА ПрСА пет ПрВС ПрНС ПрСТ
48° с.ш. Глубина, м Температура, °С Соленость, %о 0-60 4,0-16,0 32,8-33,8 60-500 0,4-4,0 33,8-34,1 Нет Нет Нет Нет
45° с.ш. Глубина, м Температура, °С Соленость, %о 0-40 8,0-18,0 33,0-33,8 40-500 0,4-8,0 33,8-34,1 0-60 14,0-19,0 33,8-34,0 40-200 1,5-14,0 34,0-34,1 200-500 0,4-1,5 34,07-34,10
42° с.ш. Глубина, м Температура, °С Соленость, %о 0-50 6-20 32,9-34,0 50-500 0,4-6,0 34,0-34,07 0-80 10-23 33,80-34,05 80-220 2-10 34,05-34,25 220-500 0,4-2,0 34,05-34,07
39° с.ш. Глубина, м Температура, °С Соленость, %о 0-50 8-16 33,0-33,8 50-500 0,4-8,0 33,80-34,07 0-40 16-22 33,3-34,1 40-250 2-16 34,1-34,3 250-500 0,4-2,0 34,07-34,10
36° с.ш. Глубина, м Температура, °С Соленость, %о 0-40 18-21 33,0-34,0 40-500 0,5-18,0 34,0-34,1 0-40 20-25 33,5-34,0 40-250 4-20 34,0-34,3 250-500 0,4-4,0
139° в.д. Глубина, м Температура, °С Соленость, %о 0-40 10-14 32,9-33,9 40-500 0,4-10,0 33,9-34,1 0-40 16-22 33,7-34,1 40-260 3-16 34,1-34,3 260-500 0,4-3,0 34,10-34,07
136° в.д. Глубина, м Температура, °С Соленость, %о 0-60 6-17 33,0-33,9 60-500 0,4-6,0 34,05-34,07 0-50 14-24 33,1-34,1 50-300 1,5-14,0 34,1-34,4 300-500 0,4-1,5 34,10-34,07
133° в.д. Глубина, м Температура, °С Соленость, %о 0-40 12-18 32,9-33,9 40-500 0,4-12,0 33,90-34,07 0-40 16-24 33,1-34,0 40-300 1-16 34,0-34,35 250-500 0,5-1,0 34,07-34,10
130° в.д. Глубина, м Температура, °С Соленость, %о 0-50 8-18 32,8-33,8 50-500 0,4-8,0 33,80-34,05 0-50 12-20 33,0-34,0 50-300 1-12 34,0-34,3 300-500 0,4-1,0 34,0-34,06
Характеристика водных масс по данным разрезов для февраля
Table 3
Characteristic of water masses on the data of sections for February
Разрез Показатель ПСА ПрСА пет ПрВС ПрНС ПрСТ
45° с.ш. Глубина, м Температура, °С Соленость, %о 0-150 1,0-2,0 33,9-34,0 150-500 0,5-1,0 34,0-34,06 0-200 1,5-3,6 33,8-34,1 Нет Нет 200-500 0,4-1,5 34,05-34,10
42° с.ш. Глубина, м Температура, °С Соленость, %о 0-500 0,4-1,0 33,95-34,05 150-500 0,4-0,5 34,05-34,07 0-150 3,0-8,0 34,0-34,05 150-500 0,4-3,0 34,05-34,07
39° с.ш. Глубина, м Температура, °С Соленость, %о 0-120 2,0-4,0 34,0-34,02 120-500 0,4-2,0 34,02-34,07 0-150 3,0-9,0 34,05-34,07 100-200 1,0-2,0 34,02-34,05 150-500 0,5-3,0 34,05-34,07
36° с.ш. Глубина, м Температура, °С Соленость, %о Нет Нет 0-200 4,0-14,0 34,1-34,3 Нет 200-500 0,5-4,0 34,10-34,07
139° в.д. Глубина, м Температура, °С Соленость, %о 0-200 1,5-2,5 33,70-34,03 200-50 0,5-1,5 34,0-34,06 0-100 6,0-9,0 34,0-34,07 100-250 3,0-6,0 34,07-34,12 150-400 0,5-2,0 34,05-34,07 250-500 0,5-1,5 34,07
136° в.д. Глубина, м Температура, °С Соленость, %о о-зоо 1,0-2,0 33,90-34,07 300-500 0,4-1,0 34,07 0-80 3,0-11,0 34,0-34,15 80-200 2,0-4,0 34,15-34,17 Нет 200-500 0,4-3,0 34,10-34,07
133° в.д. Глубина, м Температура, °С Соленость, %о 0-200 0,5-1,5 33,90-34,05 200-500 0,3-0,5 34,05-34,07 0-100 4,0-11,0 34,40-34,10 Нет 100-250 0,5-1,5 34,03-34,05 100-500 0,4-4,0 34,20-34,07
130° в.д. Глубина, м Температура, °С Соленость, %о 0-200 1,0-4,0 33,95-34,0 200-500 0,5-1,0 34,0-34,05 0-80 4,0-13,0 34,50-34,05 0-200 1,0-4,0 34,05-34,03 80-500 0,4-4,0 34,20-34,07
Характеристики водных масс и механизмы их формирования
Table 4
Characteristic of water masses and mechanisms of their formation
Название Аббревиатура Механизм формирования Основные особенности
Поверхностная субарктическая ПСА Взаимодействие с атмосферой Пониженные соленость и температура
Поверхностная субтропическая ПСТ Адвекция и взаимодействие с атмосферой Повышенная температура
Промежуточная субарктическая ПрСА Перемешивание в деятельном слое Пониженные температура и соленость
Промежуточная субтропическая ПрСТ Перемешивание в деятельном слое Повышенные соленость и температура
Глубинная ГВМ Конвекция и вертикальное перемешивание Незначительная изменчивость температуры и солености
Донная ДВМ Глубоководная и склоновая конвекция и др. Постоянные температура и соленость
Промежуточная повышенной солености ПрВС Адвекция, пресноводный баланс Повышенная соленость на промежуточных глубинах
Промежуточная пониженной солености ПрНС Субдукция на фронте, стационарные вихри Пониженная соленость на промежуточных глубинах
Таблица 5
Характеристика структур вод и водных масс глубоководных районов Японского моря
Table 5
Characteristic of structures of waters and water masses of deep-water areas
of the Japan Sea
Структура вод Водная масса Глубина залегания, м Температура, °С Соленость, /00
Субарктическая ПСА 0-50 0-200 10,0-21,0 1,0-4,0 32,9-34,0 33,80-34,06
ПрСА 50-500 200-500 0,5-10,0 0,4-1,0 33,80-34,06 33,02-34,06
ГВМ 500-2000 500-2000 0,14-0,80 0,14-0,80 34,04-34,07 34,04-34,07
ДВМ 2000-дно 2000-дно 0,14-0,28 0,14-0,28 34,06-34,07 34,06-34,07
Субтропическая ПСТ 250-500 250-500 0,4-5,0 0,4-3,0 34,02-34,06 34,06-34,06
ПрСТ 200-500 100-500 0,8-10,0 0,8-6,0 34,05-34,10 34,0-34,1
ПрВС 50-250 Отсутствует 12,0-12,0 Отсутствует 34,0-34,3 Отсутствует
ПрНС 250-00 100-250 1,0-1,8 0,5-2,0 34,0-34,07 34,02-34,07
ГВМ 500-2000 500-2000 0,14-0,80 0,14-0,80 34,04-34,07 34,04-34,07
ДВМ 2000-дно 2000-дно 0,14-0,28 0,14-0,28 34,06-34,07 34,06-34,07
Примечание. Первая строка — август, вторая — февраль.
хностная субарктическая, поверхностная субтропическая, промежуточная субарктическая, промежуточная субтропическая, глубинная и донная. Промежуточная субтропическая водная масса в свою очередь имеет две модификации — промежуточную массу пониженной солености и промежуточную водную массу повышенной солености, проявляющуюся только в теплый период года.
Впервые анализ климатических характеристик фронтов в Японском море был выполнен на основе годового осреднения многолетних океанографических судовых наблюдений и обобщения спутниковых карт. На фоне пространственного распределения температуры на поверхности и на стандартных горизонтах в пределах глубин деятельного слоя моря удалось установить среднемноголетнее (климатическое) положение Субарктического фронта, разделяющего субарктические воды северных районов моря и субтропические воды, поступающие через Корейский пролив из Восточно-Китайского моря.
По этим же среднегодовым данным видно, что в прибрежных районах Японского моря на фоне пониженных соленостей, обусловленных материковым стоком, в пределах поверхностного слоя вод до глубины 50 м формируется халинный климатический фронт, который тесно связан с прибрежными течениями.
Список литературы
Гидрометеорология и гидрохимия морей. Т. 8: Японское море, вып. 1: Гидрометеорологические условия. — СПб. : Гидрометеоиздат, 2003. — 400 с.
Гонтов Д.П., Юрасов Г.И. Методика построения среднемесячных полей гидрофизических характеристик // Океанологические исследования в Тихом океане. — Владивосток : ДВНЦ АН СССР, 1985. — С. 117-125.
Добровольский А.Д. Об определении водных масс // Океанол. — 1961. — Т. 1, вып. 1. — С. 58-69.
Жабин И.А., Таранова С.Н. Межгодовая изменчивость скорости формирования промежуточных вод в Японском море // Метеорол. и гидрол. — 2006. — № 11. — С. 42-49.
Жабин И.А., Таранова С.Н., Талли Л.Д. Промежуточные воды повышенной солености в северной части Японского моря // Метеорол. и гидрол. — 2003. — № 4. — С. 63-72.
Зуенко Ю.И. Холодный подповерхностный слой в Японском море / ТИНРО. — Владивосток, 1992. — 7 с. — Деп. во ВНИЭРХ, № 1195 рх92.
Зуенко Ю.И. Элементы структуры вод северо-западной части Японского моря // Изв. ТИНРО. — 1988. — Т. 123. — С. 262-289.
Зуенко Ю.И., Юрасов Г.И. Водные массы северо-западной части Японского моря // Метеорол. и гидрол. — 1995. — № 8. — С. 50-57.
Истошин Ю.В. Температура воды Японского моря и возможность ее прогноза // Тр. океанограф. комиссии. Т. 7: Морские гидрометеорологические прогнозы и расчеты. — М. : АН СССР, 1960. — С. 52-97.
Никитин А.А. Основные черты пространственного распределения поверхностных термических фронтов в водах Японского моря и их изменчивость // Исследования Земли из космоса. — 2006. — № 5. — С. 49-62.
Никитин А.А., Юрасов Г.И. Поверхностные термические фронты в Японском море // Изв. ТИНРО. — 2007. — Т. 148. — С. 170-193.
Таранова С.Н., Жабин И.А. Оценка влияния климатических факторов на трансформацию водных масс в Японском море // Метеорол. и гидрол. — 2004. — № 7. — С. 79-86.
Федоров К.Н. Физическая природа и структура океанических фронтов : монография. — Л. : Гидрометеоиздат, 1983. — 296 с.
Юрасов Г.И. Сезонная изменчивость температуры вод Японского моря // Исследования океанологических полей Индийского и Тихого океанов. — Владивосток, 1977. — С. 62-69.
Юрасов Г.И., Ванин Н.С., Никитин А.А. Характеристики фронтов в Японском море по судовым и спутниковым данным // Метеорол. и гидрол. — 2009. — № 3. — С. 48-60.
Юрасов Г.И., Ростов И.Д. Аномальные особенности меандрирования и строения Субарктического фронта // ДАН. — 1989. — Т. 308, № 2. — С. 472-476.
Яричин В.Г. С остояние изученности циркуляции вод Японского моря // Тр. ДВНИГ-МИ. — 1980. — Вып. 80. — С. 46-61.
Belkin I., Cornillon P. SST fronts of the Pacific coastal and marginal seas // Sci. Journal Pacific Oceanography. — 2003. — Vol. 1, № 2. — P. 90-113.
Chu P.C., Lan J., Fan C. Japan Sea Thermohaline Structure and Circulation. Part 1: Climatology // J. Phys. Oceanogr. — 2001. — Vol. 31. — P. 244-271.
Danchenkov M., Nikitin A., Volkov Yu., Goncharenro I. Surface thermal fronts of Japan Sea // Proc. CREAMS97 Sympos. — Fukuoka, Japan, 1997. — P. 75-79.
Isoda Y. Interannual SST variations to the north and south of the Polar front in the Japan Sea // Society franco-japanees oceanography. — 1994. — Vol. 32. — P. 285-294.
Isoda Y., Siatoh S., Mihara M. SST structure of the Polar front in the Japan Sea // Oceanography Asian Marginal Seas. Elsilver Oceanogr. Ser. 54. — Amsterdam, 1991. — P. 103-112.
Kajiura K., Tsuchiya V., Hidaka K. The analyses of the oceanographical condinions in the Japan Sea // Report Develop. Fish. Res. In Tsushima warm current. — Tokio : Fish. Agency, 1958. — Vol. 1. — P. 158-170.
Miyazaki M. On the winter masses of the Japan Sea // Bull. Hokk. Reg. Fish. Res. Lab. — 1953. — № 7. — P. 25-38.
Miyazaki M. The heat budget in the Japan Sea // B ull. Hokk. Reg. F ish. Res. Lab. — 1952. — Vol. 4. — P. 1-45.
Moriyasu S. The Tsushima Current // Kuroshio. Its. Phys. Aspects. — Tokyo : Tokyo Univ. Press, 1972. — P. 353-370.
Park K., Chung J., Kim K. Sea surface temperature fronts in East (Japan) sea and temporal variations // Geophysical Research letters. — 2004. — Vol. 31, L07304, doi: 10.1029/2004GL 019424.
Suda K., Hidaka K. The results of the oceanographical observation on board R. M. S."Synpu Maru" in the southern of the Japan Sea during the summer of 1929. Part 1 // J. Oceanogr. — 1932. — Vol. 3, № 2. — P. 291-375.
Talley L., Min D., Lobanov V. et al. Japan/East sea water masses and their relation to the sea's circulation // Oceanography. — 2006. — Vol. 19, № 3. — P. 32-49.
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.
Yurasov G.I. Hydrological fronts of the northeast Pacific ocean autumn seasonal // Oceanic and antropogenic controls of life in the Pacific ocean. — Gamburg : GeoJournal Library, 1992. — P. 117-128.
Поступила в редакцию 18.12.08 г.
