Введение к работе
Актуальность проблемы
Одна из фундаментальных проблем современной океанологии - выявление разномасштабной естественной изменчивости в промежуточных и глубинных слоях Мирового океана, обусловленной взаимодействием океана и атмосферы, а также процессами в океане. Исследование и количественное описание естественных климатических колебаний в Мировом океане необходимо для достоверного выделения антропогенных климатических изменений и прогнозирования поведения климатической системы планеты в целом.
Короткопериодные изменения в климатической системе с характерными периодами от двух до семи-восьми лет надежно выделяются в различных регионах Земного шара по разным типам данных, т. е. носят глобальный характер [Полонский, 2001]. Эти вариации в локальных районах океанской конвекции генерируют климатические сигналы, распространяющиеся в глубинных слоях океана. Носителями таких сигналов являются водные массы, представляющие собой сравнительно большие объемы воды, формирующиеся в определенных районах Мирового океана, обладающие в течение длительного времени постоянными характеристиками и распространяющиеся как единое целое [Добровольский, 1961]. Именно поэтому исследование изменчивости характеристик промежуточных и глубинных водных масс вблизи от очагов конвекции на основе гидрологических и і идрохимических данных является одним из наиболее эффективных методов выявления естественной климатической изменчивости в океане. Одним из таких районов генерации климатических сигналов является субполярная область Атлантического океана. Этот район Мирового океана уникален тем, что здесь происходит формирование собственных промежуточных и глубинных водных масс, которым принадлежит одна из ключевых ролей в системе глобального межокеанского тепло- и массообмена [Лаппо, 1984;Broecker, 1991].
Разномасштабная изменчивость характеристик водных масс субполярной Северной Атлантики активно изучается специалистами многих стран уже в течение двух десятков лет Сопоставление данных трансатлантических разрезов международной программы WOCE с более ранними измерениями показало, что имеется существенная долгопериодная изменчивость ядерных характеристик и объемов промежуточных и глубинных водных масс этого региона [Dickson et al., 2002; Koltermann et al, 1999; Lazier, 1995]. В значительной мере изменчивость гидрологической структуры вод Северной Атлантики определяется интенсивностью конвективных процессов в море Лабрадор и Гренландском море. Было установлено, что интенсивность ^^ЗА^а^^да^ущо^рских вод в море
S?%Z& j
БИБЛИОТЕКА |
4 Лабрадор в результате процессов взаимодействия океана и атмосферы находится в противофазе с интенсивностью притока в субполярную Атлантику глубинных вод арктического происхождения [Dickson et al., 1996; Koltermann et al, 1999]. Периоды глубокой конвекции и формирования больших объемов холодных и пресных лабрадорских вод в 1950-х, 1970-х и 1990-х годах чередовались с периодами относительно слабой конвекции в 1960-х и 1980-х годах [Lazier, 1980, 1988; Lazier et al., 2002; Rhein et al., 2002]. В зависимости от двух основных факторов -формирования лабрадорских вод и поступления глубинных арктических вод - в Северной Атлантике происходит формирование относительно устойчивых мод меридиональной термохалинной циркуляции (МТЦ). Период интенсификации МТЦ в начале 1980-х чередовался с периодами ослабления системы МТЦ в конце 1950-х и начале 1990-х гг. На рис. 1 представлена концептуальная схема двухмодального режима МТЦ в Северной Атлантике. [Koltermann et al, 1999; Лаппо и др., 2003]
По мнению автора, на следующем этапе исследования необходимо сфокусировать внимание на физических механизмах, которые приводят к смене режимов меридиональной термохалинной циркуляции в Северной Атлантике. До сих пор исследование таких механизмов было выполнено преимущественно с помощью циркуляционных моделей [Hakkinnen, 1999; Eden and Willebrand, 2001; Gulev et al., 2003]. Однако модельные результаты сильно рассогласуются друг с другом в силу различий формулирования моделей и их решений. Мы представляем первую попытку анализа механизмов на основе натурных данных. Ключом к пониманию этих процессов может стать исследование короткопериодной (межгодовой) изменчивости характеристик водных масс и их распространения. Поэтому в предлагаемой работе основное внимание уделено выявлению закономерностей изменчивости водных масс субполярной Северной Атлантики в течение 1990-х и 2000-х годов. Одной из особенностей проводимого в работе исследования является комплексное использование гидрологических и гидрохимических параметров. Такой подход позволил разработать и опробовать новый метод получения количественных оценок межгодовой изменчивости водных масс.
Цель работы - исследовать структуру вод в промежуточном и глубинном слоях субполярной части Атлантического океана и построить непротиворечивую картину климатической изменчивости водных масс данного региона, играющего ключевую роль в формировании глобальной межокеанской циркуляции. Для достижения этой цели в работе решались следующие задачи:
исследовать структуру вод в пяти относительно обособленных бассейнах субполярной Атлантики: море Лабрадор, бассейне Ирмингера, Исландском
бассейне, Ньюфаундлендской котловине и в районе к югу от плато Хаттон-Роколл;
выявить в пределах каждого бассейна основные тенденции межгодовой изменчивости ядер промежуточных и глубинных водных масс в период между 1988 и 2004 г.;
разработать новую модификацию оптимального многопараметрического анализа водных масс и применить ее для оценки климатической изменчивости водных масс;
определить влияние зафиксированных климатических тенденций на формирование типа меридиональной циркуляции Северной Атлантики.
Предметом защиты является новое решение актуальной научной проблемы -построение феноменологического описания и количественной картины межгодовой изменчивости структуры вод субполярной части Атлантического океана в 1990-х и 2000-х годах. На защиту выносятся следующие положения:
усшновленные тенденции климатической изменчивости ядер промежуточных и глубинных водных масс, определившие трансформацию трехслойной ячейки меридиональной циркуляции вод Северной Атлантики, установившейся в начале 1990-х годов;
доказательства существования дополнительного источника Лабрадорской водной массы, расположенного вне моря Лабрадор;
модификация оптимального многопараметрического анализа водных масс и результаты ее применения для исследования межгодовой изменчивости структуры вод субполярной части Атлантического океана.
Научная новизна работы
В предлагаемой работе впервые проведен комплексный, всесторонний анализ гидрологических и гидрохимических данных, полученных специалистами Института океанологии РАН в 1997-2004 гг. в субполярной Северной Атлантике. Использование новейших отечественных данных в совокупности с данными, полученными в 1990-е годы в рамках программы WOCE ("Глобальный эксперимент по изучению циркуляции Мирового океана"), позволило провести исследование изменчивости водных масс на качественно новом уровне одновременно во всех пяти котловинах региона.
Для получения количественных оценок межгодовой изменчивости водных масс автором был модифицирован метод оптимального многопараметрического анализа водных масс (ОМА). Предложенный новый метод был применен на практике и позволил учесть межгодовую изменчивость характеристик водных масс
в районах их формирования, а также разное время распространения этих вод до разных участков разрезов.
В предлагаемой работе существенно обогащена концепция формирования лабрадорских вод. Получены доказательства существования дополнительного источника Лабрадорской водной массы вне моря Лабрадор. Научная и практическая значимость
Выводы диссертации позволяют уточнить физические механизмы, определяющие смену устойчивых мод термохалиннои циркуляции в пределах Северной Атлантики. Эти естественные колебания циркуляционной системы могут быть ответственны за вариации климата над европейским континентом. Поэтому результаты данной работы могут быть востребованы при построении прогностических оценок антропогенного влияния на климатическую изменчивость. Полученные результаты позволят пересмотреть схему распространения Лабрадорской водной массы и более объективно рассматривать влияние интенсивности формирования этой водной массы на смену режимов меридиональной термохалиннои циркуляции.
Новая модификация оптимального многофакторного анализа водных масс, разработанная автором, может быть использована для более объективного выделения границ водных масс на основе сразу нескольких океанологических параметров. Апробация работы
Результаты работы были представлены на международной конференции «European Geosciences Union - 2005» (Вена, Австрия, 2005). По теме диссертации опубликовано две работы, еще три работы в настоящее время находятся в печати Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Работа изложена на 140 страницах машинописного текст, содержит 59 рисунков и 4 таблицы. Список литературы состоит из 162 научных статей и монографий.
