WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Козлова О.И. Характеристики холодного промежуточного слоя в центральной части Балтийского моря после зим различной суровости

Научная статья

 

Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       149        http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2010/010.pdf

Характеристики холодного промежуточного слоя в центральной части Балтийского моря после зим

различной суровости

Козлова О.И. fOlga may87@mail.ru)

Учреждение Российской академии наук институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН Атлантическое отделение

236022 г. Калининград, пр-т Мира, 1

1. Введение

Промежуточные слои различного происхождения формируются во многих крупных стратифицированных водоёмах, например, в Чёрном море, Тихом океане [2]. Холодный промежуточный слой (ХПС) Балтийского моря - это сезонное явление; он отчётливо выделяется по своей аномально низкой температуре на глубинах 40-60 м в тёплое время года в глубоководных районах моря [1]. Благодаря связи с Атлантическим океаном, глубинные воды Балтики в центральной части моря имеют в течение всего года температуру 7-8°С, поверхностные воды летом прогреваются до 19-22 °С, в то время как в промежуточном слое сохраняется температура 2-4°С [1]. При всей типичности формирования промежуточных слоев в крупных стратифицированных водоёмах Земли, ХПС Балтики уникален: ни в одном другом водоёме не обнаружено холодного промежуточного слоя, воды которого были бы не только холоднее самых холодных вод на поверхности в данном месте (в зимнее время), но ещё и имели температуру ниже температуры максимальной плотности (Tmd).

Целью данной работы является выяснение диапазона естественной изменчивости характеристик вод внутри ХПС в центральной части Готландского бассейна после зим 2004/2005 и 2005/2006 гг., которые заметно отличались по своей суровости. Далее сначала проводится анализ метеорологических условий в эти зимы, а затем рассматриваются данные вертикальных CTD-зондирований в центральной части моря в начале тёплого времени года - в мае, когда ХПС уже отчётливо выделяется.

2. Используемые данные

Характеристика относительной суровости зим 2004/2005 и 2005/2006 гг. проводилась на основании данных натурных измерений, представленных на сайте http://www.rp5.ru (опция Met. Office). Анализировались температура воздуха, воды на поверхности, средняя и максимальная скорости ветра для двух метеостанций: центральную часть Балтийского моря представляла станция Висбю (о.Готланд), прибрежную зону - станция Клайпеда.

Данные гидрофизических измерений в центральной части Готландской впадины в течение 2005-2006 гг. предоставлены сотрудниками Института исследований Балтийского моря


Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       150        http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2010/010.pdf

(IOW, Dr. R.Feistel). Эти данные были получены в рамках долгосрочного мониторинга IOW по программе COMBINE на сети станций MARNET (см. http://www.io-warnemuende.de). Положение пунктов метеоизмерений показаны на рис. 1.

Рис. 1. Центральная часть Балтийского моря (в основе карты - данные IOW по батиметрии Балтийского моря http://www.io-warnemuende.de). Посты метеонаблюдений Висбю и Клайпеда отмечены треугольными маркерами. Положение станции CTD-измерений в центре Готландского бассейна отмечено круглым маркером.

3.   Результаты

3.1 .Анализ метеоизмерений.

Сравнение температуры воздуха в открытых и прибрежных областях.

На рис. 2 приведены графики температуры воздуха по данным станций Висбю и Клайпеда с 1.09.2005 по 1.09.2006, которые позволяют охарактеризовать различие между


Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       151        http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2010/010.pdf

ними в разные сезоны. Исходными являлись данные измерений каждую неделю, которые затем были усреднены скользящим средним за 14 дней.


30

20

10

Т,С


1.09.05-1.09.06


Висбю Клайпеда


-20


/у

с5°     с5°

-F -F

*

nV

\

ov

ov &

&

^

-30

&    .^    .

&


I*       л"0       d0       c^

ov

ov

ov    ov


о*0

ov



Даты


Рис. 2. Температура воздуха (измерения каждые 4 часа, сглаженные скользящим средним за двухнедельный период) на станциях Висбю и Клайпеда с 1.09.05 по 1.09.06 (по данным сайта www.rp5.ru). Стрелкой указана дата зондирования 07.05.2006, представленного далее на рис.4.

Сравнение графиков температуры воздуха в прибрежной и открытой частях моря показывает вполне ожидаемую динамику. Изменения температуры происходят в целом синхронно, то есть обусловлены крупномасштабными причинами (прохождением циклонов и антициклонов). Размах колебаний температуры воздуха в течение года в открытой части моря меньше, в прибрежной - больше (по представленным данным - 35°С и 45°С, соответственно).

В тёплый период года в открытой части моря прохладнее, а в холодный период -теплее. Смена знака разности температур в рассматриваемый год происходила в третью неделю октября и четвёртую неделю февраля; таким образом, «тёплый» период (в смысле рассматриваемого физического процесса) длился 32 недели, а холодный - 20 недель. Средняя разность температуры воздуха за тёплый период года составила 0.3°С, за холодный - 0.6°С. Таким образом, разность температуры воздуха (в среднем) более заметна зимой. Абсолютные максимумы разности температуры воздуха море-берег составили -4/+12 (5 июня и 19 февраля, соответственно).


Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       152        http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2010/010.pdf

Сравнительная характеристика зим 2004/05 и 2005/06 гг.

Сравнение температуры воздуха в течение указанных зим по данным измерений на станции Клайпеда показали следующее (рис. 3).

Зима 2004/2005 г. была относительно мягкой, со средней температурой воздуха в Клайпеде за период 01.12.2004-01.03.2005 +0.25°С, с плавным похолоданием и потеплением, начавшимся с 1 марта. Сумма отрицательных температур за зиму составила в Висбю - -149.4°С, в Клайпеде - -245.2°С.

Зима 2005/2006 г. была гораздо более холодной - со средней температурой воздуха в Клайпеде за период 01.12.2005-01.03.2006 -2.97°С, с минимальной за рассматриваемые годы температурой воздуха -22.1°С (20 января), возвратными морозами в марте и интенсивным потеплением, начавшимся относительно поздно - с 8 марта. Сумма отрицательных температур при этом над морской акваторией отличалась от предыдущего года незначительно и составила в Висбю -152°С; при этом в Клайпеде она составила -338.9°С, что отличается от «мягкой» зимы 2004/2005 почти на 100°С. Длительность морозного периода в холодном, 2005/2006 году, составила 101 день (против 89 дней в 2004/2005).


30

и    20

о

а

rzо.

О)

с S

О)

•10

-20

-30


Даты


•У        .,-:<'        .-.Г-f-oS          о^        .Й>            .*°         ^           ,tS

tf     -:y

ffSSSS*s*s*s


Рис.  3. Температура воздуха в Клайпеде за период  1.09.04-1.09.06 (по данным сайта http://www.rp5.ru (Met Office). Стрелками показано время календарной зимы.

Помимо низких температур, холодная зима 2005/06 гг. характеризовалась повышенной активностью атмосферных процессов, включая несколько сильных штормов (см. Таблицу 1). Так, среднемесячная скорость ветра в январе и феврале 2005/06 гг. оказалась в 1.6 и 1.7 раза выше, чем в соответствующие периоды 2004/05 гг. В частности,


Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       153        http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2010/010.pdf

например, 20-21 января 2006 г. при штормовом ветре до 18 м/с минимальная температура воздуха составила -21°С [5].

Таблица 1. Среднемесячные значения температуры воздуха, температуры воды на поверхности, среднемесячного и максимального в течение рассматриваемого периода значения скорости ветра по данным метеопоста в Клайпеде за зимние месяцы (декабрь-январь-февраль) 2004/05 и 2005/06 гг.

года

Т воздуха,

°С

Т воды,

°С

Ср. скорость ветра, м/с

Макс, скорое ть ветра, м/с

декабрь/январь/февраль 2004/05

2.4/0.9/-3.2

5.7/3.4/1.3

4.9/5.1/4.4

9.8/10.0/11.9

декабрь/январь/февраль 2005/06

0.2/-5.5/-3.9

5.1/3.2/0.1

4.2/8.2/7.6

10.0/15.2/13.5

Таким образом, и по температуре воздуха, и по характеристикам ветра зима 2005/06 гг. оказалась значительно суровее, чем предыдущая.

3.2.  Сравнение характеристик ХПС в центральной части Готландского бассейна после зим 2004/05 и 2005/06 гг.

Холодный промежуточный слой отчётливо выделяется на вертикальных профилях температуры в тёплое время года, когда верхние слои воды прогреваются солнцем. В то же время, поскольку, предположительно [3], он формируется в феврале-марте, и последующие события (шторма, внутренние волны) могут заметно влиять на его характеристики, для анализа были выбраны наиболее ранние профили тёплого периода -относящиеся к началу мая 2005 и 2006 г. (см. рис. 4).

Прежде чем приступить к анализу конкретных характеристик ХПС, необходимо его чётко определить. Хотя визуально (рис. 4) это сделать нетрудно, формальный критерий до сих пор не принят [3] В целях данного исследования, примем следующий формальный критерий [4]: будем считать холодным промежуточным слоем область между уровнями максимального градиента температуры воды по вертикали при её падении и при росте (рис.6), т.е. между термоклинном и анти-термоклином (аналогично [2], Чёрное море). Тогда, согласно этому критерию, в мае 2005 г. ХПС находился между горизонтами 22.5 и 67.5 м (толщина 45 м), а в 2006 г. - между 23.5 и 49.5 м (толщина 26 м). Характеристики вод, находящихся между этими горизонтами, приведены в Таблице 2.


Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       154        http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2010/010.pdf


1       I      J      4      1      4      I      1      1      10     LI     U     LI

1

и

U тпл

200^

Л

М

/

А

)

\     \

1             1

\

1

\      \

\       \

\                1

\       \

.

|

ш

М

г, с

su

.

;;;

it

'ы

ПА

ш

lid


1        ;        I       4       1       4       >       ¦      1      И     II      II     и

1

Г1-

"ма

-п

/"Г

МЯл

2006

X

. V

L

У

-------- т,с

---------- S.piu

N

.... ns*)


Рис. 4. Вертикальные профили температуры воды, солёности и условной плотности в Готланд ском бассейне в мае 2005 и 2006 гг. (по данным IOW, http:www.io-warnemuende. de).


Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       155        http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2010/010.pdf


¦0 8     О)      06     0S    -04     О]     0J     01      О      01     0}     01     04

15 мая 2005

ХПС

чг

,n.>      J

Wh          Л

«п

iso В

110


.-1 и


-dT/di

- dsigma/di


¦dT/di ¦ dsigma/dz



Рис. 5. Градиенты температуры воды и плотности по вертикали в Готланд ском бассейне в мае 2005 и 2006 гг. ХПС определяется как слой между уровнями максимального отрицательного и максимального положительного градиента температуры воды по вертикали [4].

Таблица 2. Характеристики ХПС в мае в центре Готландской впадины

Характеристика

май 2005

май 2006

Глубина залегания термоклина, м, (dT/dz)mm, °С/м

т, °с

22.5 -0.76

4.37

23.5 -0.48

3.24


Эл

ектронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       156        http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2010/010.pdf

о, кг/мЗ S, psu

5.78

7.27

5.90

7.39

Глубина залегания антитермоклина, м, (dT/dz)max, °С/м Т, °С о, кг/мЗ S, psu

67.5 0.35 3.53 6.55 8.21

49.5 0.34 2.49 6.247 7.81

Глубина залегания пикноклина, м,

(dp/dz)max, кг/м /м

Т

о, кг/м

S, psu

69.5 0.20 4.01 6.826

8.57

50.5(53.5) 0.127(0.128)

2.8

6.307 (6.606)

8.0-8.3

Толщина    верхнего    квазиоднородного

слоя, м,

(dp/dz)<...   ,

Т

о, кг/мЗ

S, psu

60

0.03

2.505

6.087

7.615

46

0.02

1.92

6.091

7.608

Мощность ХПС

-общая (между термоклинами), м

-однор./град. подслои

45

37.5/7.5

26

22.5/4.5 (7.5)

Теплозапас, Дж/м

5.9*108

2.27*108

Т средняя, °С

3.128

2.109

Слой с T<Tmd, м

нет

30-48

Т     °Г

-1 mm,   ^

d(Tmin), м

^(^min) o(Tmin)

2.51

60

7.615

6.087

1.592 41

7.538 6.020


Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       157        http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2010/010.pdf

4. Обсуждение и выводы

Проведённый в работе анализ позволяет проиллюстрировать влияние суровости зим на формирование холодного промежуточного слоя в Балтийском море. Так (см. Таблицу 2), после холодной и ветреной зимы 2006 года толщина ХПС в открытой части неожиданно оказалась значительно меньше (26 м), чем после относительно мягкой, теплой зимы 2005 года (45 м; их соотношение 45:26-1.7). Это однозначно говорит о том, что в его формировании вертикальное ветровое и конвективное перемешивание не играют ведущей роли. Более того, ядро ХПС (слой с минимальной температурой воды) после мягкой зимы расположено значительно глубже (60 м против 41 м; т.е. в 60:41-1.5 раза), так же как и основной пикноклин (на 70 м против 51м; глубже в 70:51-1.4 раза). К тому же, главный пикноклин после мягкой зимы оказался жёстче: максимальный градиент плотности по вертикали (dp/dz)max составил 0.20 кг/м /м против 0.13 кг/м /м после суровой зимы (в 0.20:0.13—1.5 раза). Это ещё раз подчёркивает, что более эффективное перемешивание в пределах верхнего слоя происходит в мягкую зиму, когда вертикальное ветро-волновая и конвективная компоненты слабее; значит - следует искать альтернативный механизм. Горизонтальный обмен конвективной природы между мелкими/прибрежными и глубокими областями вполне может играть эту роль.

Собственно характеристики вод внутри ХПС после зим различной суровости также различны. Минимальная температура воды в ядре ХПС после мягкой зимы составила 2.51°С (что выше Tmd, см. рис. 4) - против 1.59°С (ниже Tmd) после холодной зимы. Однородная по плотности прослойка внутри ХПС после мягкой зимы толще -38м против 23 (в 1.7 раза), в то время как градиентная прослойка осталась такой же (7.5 м). Важно отметить диапазон естественной изменчивости характеристик вод ХПС (Т : S : о) в центральной части Балтийского моря (см. Таблицу 2): после мягкой зимы (4.37-3.53)°С : (7.27-8.21) psu : (5.78-6.55) кг/м3, после суровой (3.24-2.49)°С : (7.39-7.81) psu : (5.9-6.25) кг/м .

В целом, после мягкой зимы формируется более мощный по толщине ХПС с большим теплозапасом и температурой воды выше Tmd, отделённый от нижележащих слоев более жёстким пикноклином. После суровой (холодной и ветреной) зимы ХПС тоньше, холоднее (температура воды ниже Tmd, меньше общий теплозапас), но основной пикноклин под ним - мягче. Таким образом, воды ХПС формируются каждую зиму, только «условия жизни» такой воды разные.


Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       158        http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2010/010.pdf

Благодарности

Исследования проводятся в рамках работы Лаборатории прибрежных систем Института океанологии РАН (Атлантическое отделение) по проектам РФФИ 10-05-00540-а и 10-05-00472-а. Автор выражает благодарность Чубаренко Ирине Петровне за идею и помощь в написании статьи.

Литература

    • Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Т. 3. Балтийское море. - Л., Гидрометеоиздат, 1992.
    • Морозов Е.Г., С. А. Щука, Н. Н. Голенко, B.C. Запотылько, Ж. И. Стоит Структура температуры в прибрежной зоне Балтийского моря                                              // Доклады Академии Наук, Том 416, стр. 115, номер 1, 2007
    • Прокопов О.И. 2000. Формирование структуры холодного промежуточного слоя в Чёрном море //Метеорология и гидрология. №5. С.76-85.
    • Чубаренко И.П. Горизонтальная конвекция над подводными склонами. Дис. на соиск. степ, доктора физ.-мат. наук. Калининград, АО ИО РАН. 2009. 291 с.
    • Chubarenko IP Probable response of the Baltic sea Cold Intermediate Layer to climate warming: field data analysis and numerical modeling. Abstr. Int. Conf. on Climate Change «The environmental and socio-economic response in the southern Baltic region», 2009, p. 31-32.

    Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       149        http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2010/010.pdf

    Характеристики холодного промежуточного слоя в центральной части Балтийского моря после зим

    различной суровости

    Козлова О.И. fOlga may87@mail.ru)

    Учреждение Российской академии наук институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН Атлантическое отделение

    236022 г. Калининград, пр-т Мира, 1

    1. Введение

    Промежуточные слои различного происхождения формируются во многих крупных стратифицированных водоёмах, например, в Чёрном море, Тихом океане [2]. Холодный промежуточный слой (ХПС) Балтийского моря - это сезонное явление; он отчётливо выделяется по своей аномально низкой температуре на глубинах 40-60 м в тёплое время года в глубоководных районах моря [1]. Благодаря связи с Атлантическим океаном, глубинные воды Балтики в центральной части моря имеют в течение всего года температуру 7-8°С, поверхностные воды летом прогреваются до 19-22 °С, в то время как в промежуточном слое сохраняется температура 2-4°С [1]. При всей типичности формирования промежуточных слоев в крупных стратифицированных водоёмах Земли, ХПС Балтики уникален: ни в одном другом водоёме не обнаружено холодного промежуточного слоя, воды которого были бы не только холоднее самых холодных вод на поверхности в данном месте (в зимнее время), но ещё и имели температуру ниже температуры максимальной плотности (Tmd).

    Целью данной работы является выяснение диапазона естественной изменчивости характеристик вод внутри ХПС в центральной части Готландского бассейна после зим 2004/2005 и 2005/2006 гг., которые заметно отличались по своей суровости. Далее сначала проводится анализ метеорологических условий в эти зимы, а затем рассматриваются данные вертикальных CTD-зондирований в центральной части моря в начале тёплого времени года - в мае, когда ХПС уже отчётливо выделяется.

    2. Используемые данные

    Характеристика относительной суровости зим 2004/2005 и 2005/2006 гг. проводилась на основании данных натурных измерений, представленных на сайте http://www.rp5.ru (опция Met. Office). Анализировались температура воздуха, воды на поверхности, средняя и максимальная скорости ветра для двух метеостанций: центральную часть Балтийского моря представляла станция Висбю (о.Готланд), прибрежную зону - станция Клайпеда.

    Данные гидрофизических измерений в центральной части Готландской впадины в течение 2005-2006 гг. предоставлены сотрудниками Института исследований Балтийского моря


    Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       150        http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2010/010.pdf

    (IOW, Dr. R.Feistel). Эти данные были получены в рамках долгосрочного мониторинга IOW по программе COMBINE на сети станций MARNET (см. http://www.io-warnemuende.de). Положение пунктов метеоизмерений показаны на рис. 1.

    Рис. 1. Центральная часть Балтийского моря (в основе карты - данные IOW по батиметрии Балтийского моря http://www.io-warnemuende.de). Посты метеонаблюдений Висбю и Клайпеда отмечены треугольными маркерами. Положение станции CTD-измерений в центре Готландского бассейна отмечено круглым маркером.

    3.   Результаты

    3.1 .Анализ метеоизмерений.

    Сравнение температуры воздуха в открытых и прибрежных областях.

    На рис. 2 приведены графики температуры воздуха по данным станций Висбю и Клайпеда с 1.09.2005 по 1.09.2006, которые позволяют охарактеризовать различие между


    Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       151        http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2010/010.pdf

    ними в разные сезоны. Исходными являлись данные измерений каждую неделю, которые затем были усреднены скользящим средним за 14 дней.


    30

    20

    10

    Т,С


    1.09.05-1.09.06


    Висбю Клайпеда


    -20


    /у

    с5°     с5°

    -F -F

    *

    nV

    \

    ov

    ov &

    &

    ^

    -30

    &    .^    .

    &


    I*       л"0       d0       c^

    ov

    ov

    ov    ov


    о*0

    ov



    Даты


    Рис. 2. Температура воздуха (измерения каждые 4 часа, сглаженные скользящим средним за двухнедельный период) на станциях Висбю и Клайпеда с 1.09.05 по 1.09.06 (по данным сайта www.rp5.ru). Стрелкой указана дата зондирования 07.05.2006, представленного далее на рис.4.

    Сравнение графиков температуры воздуха в прибрежной и открытой частях моря показывает вполне ожидаемую динамику. Изменения температуры происходят в целом синхронно, то есть обусловлены крупномасштабными причинами (прохождением циклонов и антициклонов). Размах колебаний температуры воздуха в течение года в открытой части моря меньше, в прибрежной - больше (по представленным данным - 35°С и 45°С, соответственно).

    В тёплый период года в открытой части моря прохладнее, а в холодный период -теплее. Смена знака разности температур в рассматриваемый год происходила в третью неделю октября и четвёртую неделю февраля; таким образом, «тёплый» период (в смысле рассматриваемого физического процесса) длился 32 недели, а холодный - 20 недель. Средняя разность температуры воздуха за тёплый период года составила 0.3°С, за холодный - 0.6°С. Таким образом, разность температуры воздуха (в среднем) более заметна зимой. Абсолютные максимумы разности температуры воздуха море-берег составили -4/+12 (5 июня и 19 февраля, соответственно).


    Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       152        http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2010/010.pdf

    Сравнительная характеристика зим 2004/05 и 2005/06 гг.

    Сравнение температуры воздуха в течение указанных зим по данным измерений на станции Клайпеда показали следующее (рис. 3).

    Зима 2004/2005 г. была относительно мягкой, со средней температурой воздуха в Клайпеде за период 01.12.2004-01.03.2005 +0.25°С, с плавным похолоданием и потеплением, начавшимся с 1 марта. Сумма отрицательных температур за зиму составила в Висбю - -149.4°С, в Клайпеде - -245.2°С.

    Зима 2005/2006 г. была гораздо более холодной - со средней температурой воздуха в Клайпеде за период 01.12.2005-01.03.2006 -2.97°С, с минимальной за рассматриваемые годы температурой воздуха -22.1°С (20 января), возвратными морозами в марте и интенсивным потеплением, начавшимся относительно поздно - с 8 марта. Сумма отрицательных температур при этом над морской акваторией отличалась от предыдущего года незначительно и составила в Висбю -152°С; при этом в Клайпеде она составила -338.9°С, что отличается от «мягкой» зимы 2004/2005 почти на 100°С. Длительность морозного периода в холодном, 2005/2006 году, составила 101 день (против 89 дней в 2004/2005).


    30

    и    20

    о

    а

    rzо.

    О)

    с S

    О)

    •10

    -20

    -30


    Даты


    •У        .,-:<'        .-.Г-f-oS          о^        .Й>            .*°         ^           ,tS

    tf     -:y

    ffSSSS*s*s*s


    Рис.  3. Температура воздуха в Клайпеде за период  1.09.04-1.09.06 (по данным сайта http://www.rp5.ru (Met Office). Стрелками показано время календарной зимы.

    Помимо низких температур, холодная зима 2005/06 гг. характеризовалась повышенной активностью атмосферных процессов, включая несколько сильных штормов (см. Таблицу 1). Так, среднемесячная скорость ветра в январе и феврале 2005/06 гг. оказалась в 1.6 и 1.7 раза выше, чем в соответствующие периоды 2004/05 гг. В частности,


    Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       153        http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2010/010.pdf

    например, 20-21 января 2006 г. при штормовом ветре до 18 м/с минимальная температура воздуха составила -21°С [5].

    Таблица 1. Среднемесячные значения температуры воздуха, температуры воды на поверхности, среднемесячного и максимального в течение рассматриваемого периода значения скорости ветра по данным метеопоста в Клайпеде за зимние месяцы (декабрь-январь-февраль) 2004/05 и 2005/06 гг.

    года

    Т воздуха,

    °С

    Т воды,

    °С

    Ср. скорость ветра, м/с

    Макс, скорое ть ветра, м/с

    декабрь/январь/февраль 2004/05

    2.4/0.9/-3.2

    5.7/3.4/1.3

    4.9/5.1/4.4

    9.8/10.0/11.9

    декабрь/январь/февраль 2005/06

    0.2/-5.5/-3.9

    5.1/3.2/0.1

    4.2/8.2/7.6

    10.0/15.2/13.5

    Таким образом, и по температуре воздуха, и по характеристикам ветра зима 2005/06 гг. оказалась значительно суровее, чем предыдущая.

    3.2.  Сравнение характеристик ХПС в центральной части Готландского бассейна после зим 2004/05 и 2005/06 гг.

    Холодный промежуточный слой отчётливо выделяется на вертикальных профилях температуры в тёплое время года, когда верхние слои воды прогреваются солнцем. В то же время, поскольку, предположительно [3], он формируется в феврале-марте, и последующие события (шторма, внутренние волны) могут заметно влиять на его характеристики, для анализа были выбраны наиболее ранние профили тёплого периода -относящиеся к началу мая 2005 и 2006 г. (см. рис. 4).

    Прежде чем приступить к анализу конкретных характеристик ХПС, необходимо его чётко определить. Хотя визуально (рис. 4) это сделать нетрудно, формальный критерий до сих пор не принят [3] В целях данного исследования, примем следующий формальный критерий [4]: будем считать холодным промежуточным слоем область между уровнями максимального градиента температуры воды по вертикали при её падении и при росте (рис.6), т.е. между термоклинном и анти-термоклином (аналогично [2], Чёрное море). Тогда, согласно этому критерию, в мае 2005 г. ХПС находился между горизонтами 22.5 и 67.5 м (толщина 45 м), а в 2006 г. - между 23.5 и 49.5 м (толщина 26 м). Характеристики вод, находящихся между этими горизонтами, приведены в Таблице 2.


    Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       154        http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2010/010.pdf


    1       I      J      4      1      4      I      1      1      10     LI     U     LI

    1

    и

    U тпл

    200^

    Л

    М

    /

    А

    )

    \     \

    1             1

    \

    1

    \      \

    \       \

    \                1

    \       \

    .

    |

    ш

    М

    г, с

    su

    .

    ;;;

    it

    'ы

    ПА

    ш

    lid


    1        ;        I       4       1       4       >       ¦      1      И     II      II     и

    1

    Г1-

    "ма

    -п

    /"Г

    МЯл

    2006

    X

    . V

    L

    У

    -------- т,с

    ---------- S.piu

    N

    .... ns*)


    Рис. 4. Вертикальные профили температуры воды, солёности и условной плотности в Готланд ском бассейне в мае 2005 и 2006 гг. (по данным IOW, http:www.io-warnemuende. de).


    Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       155        http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2010/010.pdf


    ¦0 8     О)      06     0S    -04     О]     0J     01      О      01     0}     01     04

    15 мая 2005

    ХПС

    чг

    ,n.>      J

    Wh          Л

    «п

    iso В

    110


    .-1 и


    -dT/di

    - dsigma/di


    ¦dT/di ¦ dsigma/dz



    Рис. 5. Градиенты температуры воды и плотности по вертикали в Готланд ском бассейне в мае 2005 и 2006 гг. ХПС определяется как слой между уровнями максимального отрицательного и максимального положительного градиента температуры воды по вертикали [4].

    Таблица 2. Характеристики ХПС в мае в центре Готландской впадины

    Характеристика

    май 2005

    май 2006

    Глубина залегания термоклина, м, (dT/dz)mm, °С/м

    т, °с

    22.5 -0.76

    4.37

    23.5 -0.48

    3.24


    Эл

    ектронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       156        http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2010/010.pdf

    о, кг/мЗ S, psu

    5.78

    7.27

    5.90

    7.39

    Глубина залегания антитермоклина, м, (dT/dz)max, °С/м Т, °С о, кг/мЗ S, psu

    67.5 0.35 3.53 6.55 8.21

    49.5 0.34 2.49 6.247 7.81

    Глубина залегания пикноклина, м,

    (dp/dz)max, кг/м /м

    Т

    о, кг/м

    S, psu

    69.5 0.20 4.01 6.826

    8.57

    50.5(53.5) 0.127(0.128)

    2.8

    6.307 (6.606)

    8.0-8.3

    Толщина    верхнего    квазиоднородного

    слоя, м,

    (dp/dz)<...   ,

    Т

    о, кг/мЗ

    S, psu

    60

    0.03

    2.505

    6.087

    7.615

    46

    0.02

    1.92

    6.091

    7.608

    Мощность ХПС

    -общая (между термоклинами), м

    -однор./град. подслои

    45

    37.5/7.5

    26

    22.5/4.5 (7.5)

    Теплозапас, Дж/м

    5.9*108

    2.27*108

    Т средняя, °С

    3.128

    2.109

    Слой с T<Tmd, м

    нет

    30-48

    Т     °Г

    -1 mm,   ^

    d(Tmin), м

    ^(^min) o(Tmin)

    2.51

    60

    7.615

    6.087

    1.592 41

    7.538 6.020


    Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       157        http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2010/010.pdf

    4. Обсуждение и выводы

    Проведённый в работе анализ позволяет проиллюстрировать влияние суровости зим на формирование холодного промежуточного слоя в Балтийском море. Так (см. Таблицу 2), после холодной и ветреной зимы 2006 года толщина ХПС в открытой части неожиданно оказалась значительно меньше (26 м), чем после относительно мягкой, теплой зимы 2005 года (45 м; их соотношение 45:26-1.7). Это однозначно говорит о том, что в его формировании вертикальное ветровое и конвективное перемешивание не играют ведущей роли. Более того, ядро ХПС (слой с минимальной температурой воды) после мягкой зимы расположено значительно глубже (60 м против 41 м; т.е. в 60:41-1.5 раза), так же как и основной пикноклин (на 70 м против 51м; глубже в 70:51-1.4 раза). К тому же, главный пикноклин после мягкой зимы оказался жёстче: максимальный градиент плотности по вертикали (dp/dz)max составил 0.20 кг/м /м против 0.13 кг/м /м после суровой зимы (в 0.20:0.13—1.5 раза). Это ещё раз подчёркивает, что более эффективное перемешивание в пределах верхнего слоя происходит в мягкую зиму, когда вертикальное ветро-волновая и конвективная компоненты слабее; значит - следует искать альтернативный механизм. Горизонтальный обмен конвективной природы между мелкими/прибрежными и глубокими областями вполне может играть эту роль.

    Собственно характеристики вод внутри ХПС после зим различной суровости также различны. Минимальная температура воды в ядре ХПС после мягкой зимы составила 2.51°С (что выше Tmd, см. рис. 4) - против 1.59°С (ниже Tmd) после холодной зимы. Однородная по плотности прослойка внутри ХПС после мягкой зимы толще -38м против 23 (в 1.7 раза), в то время как градиентная прослойка осталась такой же (7.5 м). Важно отметить диапазон естественной изменчивости характеристик вод ХПС (Т : S : о) в центральной части Балтийского моря (см. Таблицу 2): после мягкой зимы (4.37-3.53)°С : (7.27-8.21) psu : (5.78-6.55) кг/м3, после суровой (3.24-2.49)°С : (7.39-7.81) psu : (5.9-6.25) кг/м .

    В целом, после мягкой зимы формируется более мощный по толщине ХПС с большим теплозапасом и температурой воды выше Tmd, отделённый от нижележащих слоев более жёстким пикноклином. После суровой (холодной и ветреной) зимы ХПС тоньше, холоднее (температура воды ниже Tmd, меньше общий теплозапас), но основной пикноклин под ним - мягче. Таким образом, воды ХПС формируются каждую зиму, только «условия жизни» такой воды разные.


    Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       158        http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2010/010.pdf

    Благодарности

    Исследования проводятся в рамках работы Лаборатории прибрежных систем Института океанологии РАН (Атлантическое отделение) по проектам РФФИ 10-05-00540-а и 10-05-00472-а. Автор выражает благодарность Чубаренко Ирине Петровне за идею и помощь в написании статьи.

    Литература

      • Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Т. 3. Балтийское море. - Л., Гидрометеоиздат, 1992.
      • Морозов Е.Г., С. А. Щука, Н. Н. Голенко, B.C. Запотылько, Ж. И. Стоит Структура температуры в прибрежной зоне Балтийского моря                                              // Доклады Академии Наук, Том 416, стр. 115, номер 1, 2007
      • Прокопов О.И. 2000. Формирование структуры холодного промежуточного слоя в Чёрном море //Метеорология и гидрология. №5. С.76-85.
      • Чубаренко И.П. Горизонтальная конвекция над подводными склонами. Дис. на соиск. степ, доктора физ.-мат. наук. Калининград, АО ИО РАН. 2009. 291 с.
      • Chubarenko IP Probable response of the Baltic sea Cold Intermediate Layer to climate warming: field data analysis and numerical modeling. Abstr. Int. Conf. on Climate Change «The environmental and socio-economic response in the southern Baltic region», 2009, p. 31-32.
       



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.