Введение к работе
Актуальность темы. Роль Южного океана в глобальной климатической системе хорошо известна. 60% объема вод Мирового океана находится под влиянием физических процессов, имеющих место в Южном океане. В тепловом балансе планеты Южный океан является самым крупным стоком тепла. Направленный к югу тепловой поток оценивается в 5.4x10^ ватт на бОю. т. (Гордон, 1987). Уникальность океанологических условий, состава и распределения флоры и фауны определяется расположенным здесь Антарктическим Циркумполярным течением (АЦТ). АЦТ обеспечивает водообмен между тремя океанами планеты, связывая их единым кольцом. Это раыое мощное течение Мирового океана, средняя величина расхода которого оценивается в 130 Св. Струйное АЦТ определяет широтную зональность в пространственном распределении физических, химических и биологических характеристик вод Южного океана, а наличие ледяного покрова обуславливает специфику их вертикальной структуры. Четыре циркумполярные зоны Южного океана - субантарктическая, полярная, антарктическая и континентальная - разграничены тремя, связанными со струями АЦТ, циркумполярными фронтами - субантарктическим, полярным и антарктическим склоновым. Наличие ква-зистационарных циркумполярных фронтальных зон и фронтов - определяющая черта океанологических условий Южного океана. Причем Антарктическая Полярная фронтальная зона - крупнейшая фронтальная зона в Мировом океане. Поэтому изучение структуры и динамики фронтальных зон является актуальной задачей океанологии Южного океана.
- 4 -Рассматривая океанический фронт как физический объект, обладающий собственной внутренней динамикой и свойством самоподдержания и являющийся важным звеном в цепи передачи энергии по каскаду масштабов от элементов глобальной циркуляции до мелкомасштабных явлений, К. Е Федоров (1983) определял фронт и как границу раздела разнородных вод, и как область наиболее интенсивного обмена свойствами шкду соседствующими водами. Осуществляемое во фронтальных зонах Мирового океана активное преобразование крупно- и мезомасштабных горизонтальных гидрофизических неоднородностей в тонкую термохалинную стратификацию (Федоров, 1983) приводит к обилию в районе фронтов гидрофизических неоднородностей различных масштабов и структурных форм - локальных струй, вихрей, интрузий и т. п..
В работе К. Н. Федорова (1988) была сформулирована гипотеза о том,что во фронтальной зоне океана должна наблюдаться определенная связь между тонкой вертикальной и меэомасштабной горизонтальной структурами вод.
Изучение процессов трансфронтального обмена свойствами чрезвычайно важно для понимания законов функционирования экосистем, что необходимо для рационального использования биоре-суроов океана. Поэтому для правильного ответа на "биологические" вопросы необходимо исчерпывающее знание "физической" структуры и динамики фронтальных зон океана.
В основу данной работы были положены гипотезы К. R Федорова и оригинальные подходы к анализу и интерпретации мезомасштабных и тонкоструктурных характеристик, предложенные Г. И. Шапиро. Эти идеи были использованы автором при исследовании фронтальных зон юго-западной части атлантического сектора Южного океана.
- Б -
В этой части атлантического сектора, благодаря специфике орографических факторов и фокусирующему воздействию пролива Дрейка на пространственную структуру АЦТ, основные фронтальные зоны Южного океана оказываются компактно расположенными на сравнительно небольшой акватории. При этом сохраняются все присущие им свойства. В этом районе выявлены две квазистационарные фронтальные зоны - Вторичная (ВФЗ) и Антарктическая полярная (АПФЗ). Первая - формируется в результате взаимодействия южных струй АЦТ, пересекающих в квазиширотном направлении море Скоша, с водами северо-восточной части циклонического круговорота моря Уэдделла. Шэтому, в западной литературе Вторичную фронтальную зону называют также зоной слияния Уэдделла-Скоша. АПФЗ обязана своим происхождением взаимодействию холодных вод антарктического происхождения с более теплыми и солеными водами субантаркти-ки. На юге AIKG ограничена Полярным фронтом (ПФ), на севере -Субантарктическим (САФ).
Полученные в результате многолетних исследований данные позволили выявить основные элементы крупномасштабной гидрологической структуры вод этого района (водные массы, климатические фронты, стационарные круговороты),их географическое распределение и связь с районами обитания различных биологических объектов. Однако особенности мезомасштабной гидрофизической структуры и тонкоструктурные характеристики вод изучены недостаточно хорошо. Нет также однозначного мнения о том, какие гидрофизические особенности благоприятны для формирования скоплений биологических объектов.
Цель работы. На примере юго-западной части атлантического сектора Южного океана, используя данные, полученные в натурных
- 6 -экспериментах, исследовать особенности мезомаспггабной и тонкой структуры фронтальных зон, пространственные распределения их разномасштабных гидрофизических характеристик и связь с другими характеристиками вод.
Основные задачи исследования заключались в том, чтобы на основе данных литературных источников и натурных экспериментов, выполненных при участии автора в юго-западной части атлантического сектора ЮВшого океана, изучить:
особенности мезомасштабной гидрофизической структуры вод Вторичной Фронтальной Зоны (ВИЗ) и Антарктической Полярной Фронтальной Зоны (АІИВ);
тонкоструктурные характеристики вод ВЮ и АВНЗ;
связь мезомаспггабных и тонкоструктурных особенностей гидрофизической структуры ВЯЗ и АПФВ с другими характеристиками вод.
Научная новизна диссертации состоит в следующем:
-
Выполнено мезомасштабное районирование структуры гидрофизических полей ВЮ, основанное на учете роли когерентных особенностей, зафиксированных во время натурного эксперимента.
-
Выявлены нелинейные связи пространственных распределений физических, химических и биологических характеристик вод ВИЗ к северу от о. Мордвинова в диапазоне мезомасштабной изменчивости.
-
Впервые зафиксирована теплая вихревая линза в момент ее отделения от антициклонического меандра ВЕЗ к северу от о. Мордвинова.
-
Предложен и применен квазиспектральный метод анализа тонкоструктурных неоднородностей вертикальных профилей темпера-
- 7 -туры и солености, позволяющий по данным единичного СТД-эондиро-вания определить характерную толщину слоя, охваченного вертикальными двимениями, направление (диапикническое или изопикническое) и интенсивность структурообразующего процесса
5. Исследованы пространственные распределения мезомасштаб-ных и тонкоструктурных термохалинньк характеристик вод AIBG к северу от о. Южная Георгия в весенне-летний и осенне-зимний сезоны южного полушария.
На защиту выносятся следующие положения:
-
В водах ВЮ к северу от о. Мордвинова пространственные распределения разнородных параметров на глубинных и поверхностных горизонтах в значительной степени определяются структурой гидрофизических полей в слое температурного максимума.
-
Тонкоструктурные характеристики AIBG существенным образом зависят от вертикального масштаба рассматриваемых процессов. В IB3 при увеличении масштаба происходит изменение направления структурообразующего процесса с диа- на изопикническое. В субантарктических водах тонкоструктурные неоднородности формируются изопикническими, а в антарктических водах - диапикничес-кими процессами независимо от вертикального масштаба.
-
Термоклинность вод АПФЗ подвержена пространственной и временной изменчивости, причем в осенне-зимний сезон степень термоклинности в целом по АГДВ меньше, чем в весенне-летний период. В весенне-летний сезон в АПФЗ существует закономерное распределение мезомасштабных характеристик (термоклинность вод) связанное с географическим распределением водных масс. В осенне-зимний период указанная закономерность нарушается вследствии перемежаемости и дробления фронтальных разделов, генерации оча-
- 8 -гов инородных вод и сужения ІИ8.
4) В весенне-летний сезон интенсивность иэопикнических процессов в основном коррелирует с распределением термоклиннос-ти по АГИЄ. Распределение интенсивности диапикнических процессов и характерной глубины проникновения вертикальных движений согласуется с распределением вертикальной устойчивости вод. В осенне-зимний сезон отмечается повышенная дисперсия как мезо-масштабных так и тонкоструктурных характеристик, приводящая к нарушению их однозначной связи.
Практическая ценность работы. Результаты, полученные в работе, могут быть использованы для исследования процессов, формирующих тонкую термохалинную структуру вод во фронтальных зонах, создания физических и математических моделей их эволюции. Выявленные связи разнородных характеристик фронтальных вод юго-западной части атлантического сектора Южного океана могут быть использованы при прогнозировании промысловой обстановки в этом районе. Некоторые результаты работы уже использованы при разработке модели промыслового прогноза для района Центральной восточной Атлантики в Атлантическом НИИ рыбного хозяйства и океанографии (АтлантНИРО,Калининград).
Апробация результатов диссертационной работы проводилась на 21-м Европейском симпозиуме по морской биологии (Гданьск,1986), на III съезде советских океанологов (Ленинград, 1987), на 5-й областной конференции "Комплексное изучение природы Атлантического океана'Ч Калининград, 1989), на Всесоюзной конференции "Использование спутниковой информации в исследовании океана и атмосферы"(Мэсква,1989), на 4-й Всесоюзной научной конференции по проблемам промыслового прогнозирования (Мур-
- 9 -манск.1989), на 3-м Всесоюзном симпозиуме "Тонкая структура и синоптическая изменчивость морей и океанов" (Таллин, 1990), на 22-м международном Льежском коллоквиуме по гидродинамике океана (Льеж,Бельгия, 1990), на 17-й генеральной ассамблее Европейского геофизического союза (Эдинбург,Шотландия,1992), на 8-м международном симпозиуме по Охотскому морю и морскому льду (Ыомбет-су, Япония,1993), на Коллоквиумах Отдела экспериментальной и космической океанологии ИОРАН (1989,1990,1993).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы (^^наименований), содержит рисунков, -^таблиц, ЛСЕГО 1'#9
