Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современное состояние исследуемого вопроса 11
1.1 Физико географическая характеристика 11
1.1.1 Географическое положение 11
1 1 2 Метеорологические, гидрологические и ледовые условия 12
1 2 Обзор исследований ледовых условий Охотского моря 17
1.3 Использование спутниковой информации в исследованиях морских льдов 21
ГЛАВА 2 Материалы и методы исследований 28
2.1 Материалы 28
2..1.1 Данные спутниковых и подспутниковых съемок 28
2 1.2 Метеоданные 31
2.1.3 Биологические данные 32
2.2 Методы исследования 32
ГЛАВА 3 Изменчивость ледовых условий Охотского моря 41
3 1 Типизация сезонов по характеру развития ледовых условий 41
3.2 Сезонная изменчивость ледовитости 43
ГЛАВА 4 Сопряженность атмосферных и ледовых процессов в Охотском море 49
4 1 Связь между центрами действия атмосферы и ледовыми условиями в Охотском море 49
4 1 1 Связь между параметрами сибирского антициклона и ледовитостью Охотского моря разные фазы ледового сезона 53
4.1.2 Связь между ледовитостью Охотского моря и параметрами алеутской депрессии в разные фазы ледового сезона 55
4.2 Особенности атмосферной циркуляции над Восточной Азией при аномальных океанологических процессах в Охотском море 56
4.3 Связь межгодового хода ледовитости с зональными и меридиональными индексами Каца и суммарной повторяемостью типов атмосферной циркуляции 65
4.3.1 Синхронная межгодовая изменчивость ледовитости и индексов Каца
4.3 2 Асинхронные связи между ледовитостью и ходом суммарной повторяемости наиболее информативного 5-го типа атмосферной циркуляции по классификации Глебовой со сдвигом на 1 год 67
4 4 Сравнение межгодовой изменчивости ледовитости Охотского моря в зависимости от изменения атмосферной циркуляции в терминах Индексов Атмосферной Циркуляции (ИАЦ) для Северного полушария 71
ГЛАВА 5 Пространственно- временная изменчивость прибрежных полыней в основных районах нереста охотской сельди 77
5.1 Пространственно временная изменчивость прибрежных полыней в северозападной части Охотского моря 77
5.2 Анализ факторов, влияющих на пространственно-временную изменчивость прибрежных Польшей в северо-западной части Охотского моря 83
5 21 Анализ взаимосвязи пространственно-временной изменчивости прибрежных полыней в северо-западной части Охотского моря и атмосферной циркуляции, выраженной индексами Л А. Каца 84
5 2 2 Взаимосвязь типов пространственно-временной изменчивости прибрежных полыней с преобладающими формами атмосферной циркуляции над Охотским морем (Глебова, 2003) 86
5 3 Влияние ледовых условий на успешность нереста охотской сельди и урожайность ее поколений 91
Заключение 98
Литература
- Метеорологические, гидрологические и ледовые условия
- Биологические данные
- Сезонная изменчивость ледовитости
- Связь между ледовитостью Охотского моря и параметрами алеутской депрессии в разные фазы ледового сезона
Введение к работе
Актуальность темы. Охотское море является высокопродуктивной морской экосистемой и имеет исключительно важное промысловое значение для России. Положение в субарктической зоне определяет важную его особенность для рыбохозяйственной науки, в частности: пространственно- временную изменчивость ледовитости как всего моря в целом, так и отдельных его шельфовых районов. Ледовые условия формируются вследствие сложных механизмов взаимодействия атмосферы и океана, и оказывают существенное влияние на формирование климата, термического режима вод, структуру морских течений и другие процессы. В связи с постоянным совершенствованием космических систем существенно расширяются возможности идентификации большого числа ледовых параметров, необходимых для выявления новых аспектов региональных и глобальных закономерностей ледовых процессов и уточнения взаимосвязей между ними. Помимо индикационной роли льдов, как показателей гидродинамических процессов, они являются важнейшими объектами космических исследований. В этой связи работы по выявлению роли атмосферы в ледовых процессах нуждаются в дальнейшей детализации. Они необходимы для исследования причинно-следственных связей, необходимых в прогностических разработках. Наряду с безопасностью мореплавания, знание ледовой обстановки позволяет: выделять районы и сроки благоприятные для ведения промысла в зимних условиях; определять условия нереста важных промысловых рыб (Гюрнин, 1967; Завернин, 1972; Мельников, 2001); определять условия воспроизводства морского зверя (Ащепков и др., 1989).
Использование космических технологий позволило проводить более полный учет всех характеристик ледовых условий. В настоящее время данные спутниковых наблюдений занимают прочные позиции как инструмент не только наблюдений, но и исследований.
Анализ результатов дешифрирования космических снимков позволяет вести круглогодичный мониторинг океанологических условий в морях, а использование новых технологий обработки, хранения космической информации и результатов ее обработки, позволяет формировать и постоянно дополнять базу данных дистанционного зондирования. Эти данные приобретают все большее научное и практическое значение, они используются при оценке состояния окружающей среды, формировании ледовых прогнозов, оперативном обеспечении промысла.
Цель и задачи работы. Целью работы является исследование закономерностей пространственно-временной изменчивости ледовых условий Охотского моря с использованием данных дистанционного зондирования.
4 Для достижения поставленной пели необходимо было решить следующие задачи:
оценить характеристику сезонной изменчивости деловитости и провести типизацию ледовых сезонов за период с 1957 по 2005 г.;
выявить статистически значимые связи взаимодействия атмосферных процессов и ледяного покрова Охотского моря;
по материалам спутниковых съемок сформировать многолетние ряды данных по пространственно-временной изменчивости прибрежных полыней в северно-западной части Охотского моря за период с 1978 по 2005 гг., провести их комплексную типизацию и оценить возможное влияние атмосферных процессов на их изменчиво ль;
- исследовать влияния изменчивости прибрежных полыней на поведение и
воспроизводство охотской сельди.
Достоверность результатов. Достоверность результатов определяется большим
объемом и высоким качественным уровнем применяемых объективных данных спутниковых
съемок, которые обеспечивают широкий спектр параметров ледовой обстановки,
получаемых на регулярной основе. Высокое качество данных обеспечено не только
использованием спутниковой техники, сложных оптико-электронных приборов,
компьютеров, но и современных методик обработки изображений; новыми подходами к
получению интерпретации результатов. Кроме того, достоверность получаемой информации
подтверждается картами ледовых авиаразведок проводимых в ТИНРО с 1986 г. самолетом-
лабораторией ИЛ-18 ДОРР и попутными судовыми наблюдениями, ежегодно проводимыми
в Охотском море научно-исследовательским флотом ТИНРОЦентра в холодную половину
года. <~
Полученные выводы не противоречат результатам и выводам других авторов, сделанных на основе анализа других (подспутниковых) видов информации.
Научная новизна. Впервые сформирована база данных по декадной (10-дневной) ледовитости Охотского моря с 1979 по 2005 гг. на основе спутниковых съемок, которая существенно дополняет уже имеющиеся архивы. Все данные получены преимущественно по материалам наиболее информативных регулярных коснических съемок спутников различных серий, с достаточно большим пространственным разрешением за сравнительно короткие интервалы времени. Проводилось исследование синхронных и асинхронных связей межгодового хода ледовитости с различными параметрами атмосферной циркуляции.
Впервые создан полный архив достаточно объективных и информативных данных по пространственно-временной изменчивости прибрежных полыней северо-западной части
5 Охотского моря (сроки появления, сроки окончательного очищения ото льда, площади, географическое положение) и определены среднестатистические значения полученных параметров.
Впервые проведена комплексная типизация прибрежных полыней за период с 1978 по 2005 гг. Определены самые устойчивые, часто повторяющиеся типы полыней. Проведен анализ связи пространственно-временной изменчивости прибрежных полыней в северо-западной части моря с атмосферной циркуляцией. Показано, что успешность нереста охотской сельди в достаточно большой степени зависит от сроков появления и особенностей пространственного развития полыней.
Научная новизна подтверждена публикациями в рецензируемых научных изданиях и представлением докладов на отечественных и международных конференциях, а также представлением результатов на разных этапах исследования на ежегодных отчетных сессиях ГИНРО-Центра.
Практическое значение работы. Вся информация о ледовых условиях, получаемая с помощью космических съемок после анализа и интерпретации, в виде карт передается в лаборатории ТИНРО-Центра и в БИФ ТИНРО (База Исследовательского Флота) для дальнейшего использования в оперативном обслуживании зимнего промысла и научно-исследовательской разработках.
Результаты данных дистанционного зондирования, с учетом полученных автором прогностических связей с атмосферными процессами, с 1998 года формируются в экспертные заключения о возможном развитии ледовой обстановки в районах работы основных рыбодобывающих экспедиций и включаются в оперативные фоновые прогнозы ледовой обстановки от месяца до года. Научные исследования, обеспечивающие оперативное прогнозирование, направлены на изучение миграций и распределений промысловых объектов, а также температурных и кормовых полей. С 1999 г. автор участвует в подготовке фоновых прогнозов на время путины сельди, минтая и палтуса, предназначенных для руководителей рыбодобывающих предприятий, специалистов рыбной отрасли, а также капитанов добывающих и перерабатывающих судов, работающих в зимнее время в Охотском море.
Совместно с сотрудниками ИАПУ разработаны программы для создания электронных архивов и баз спутниковых данных.
На зашиту выносятся:
-уточнение и дополнение пространственно-временной изменчивости ледовитости Охотского моря за период с 1957 по 2005 г., классификация лет по характеру развития ледовитости в Охотском море с учетом дополненного ряд» декадных данных за период с 1979 по 2005 г.;
-анализ взаимодействия ледяного покрова Охотского моря с атмосферными процессами как единой системы с прямыми и обратными связями;
-комплексная типизация пространственно-временной изменчивости прибрежных полыней;
взаимосвязи изменчивости прибрежных полыней в северо-западной части моря и атмосферной циркуляции;
гипотеза влияния пространственно-временной изменчивости прибрежных полыней на воспроизводство охотской сельди.
Апробации работы. Результаты исследований, проведенные в настоящее работе, докладывались ежегодно на отчетных сессиях ТИНРО-Центра. Основные результаты исследований, обобщенные в диссертации, были доложены и обсуждены иа российских и международных конференциях, важнейшими из которых являются: международная рабочая конференция «Ледовые условия арктических морей и глобальная климатическая система» (г.Тулуза, Франция, 2002); ежегодная конференция AGU (т. Сан-Франциско, США, 2003); Международные конференции PICES (г. Владивосток, 19S9; Канада, 2001; Владивосток, 2005); совещание Рабочей группы PICES (Владивосток, 2004); ГХ Всероссийская конференция по проблемам рыбопромыслового прогнозирования (Мурманск 2004); 31-й Международный Симпозиум по Дистанционному зондированию окружающей среды (Санкт-Петербург, 2005).
Работа выполнялась в период с 1979 по 2005 г., в рамках:
программы комплексных исследований биологичесіотх ресурсов Охотского моря, утвержденной Председателем Госкомрыболовство России;
в соответствии с тематическим планом НИР ФГУП «ТИНРО-Центр» (тема 2.1.3.3 «Использование данных космических наблюдений в Охотском море в рыбохозяйственных целях»).
Результаты исследований, проведенных автором по теме диссертационной работы, отражены в 23 печатных работах, в том числе 8 статей (из них 3 статьи в рецензируемых журналах) и 15 тезисов.
Конкретное личное участие автора в полученных результатах.
Муктепавел Л.С. на протяжении периода с 1979 по 2006 г. является ответственным исполнителем темы 2.1.3.3 «Использование данных космических наблюдений в Охотском море в рыбохозяйственных целях»). В период с 1979 по 1990-е гг. было получено и обработано автором 615 снимков отечественных ресурсных спутников «Метеор-Природа», «Океан» (типа «Космос-1500»), «Ресурс» и в период с середины 90-х годов -1108 снимков американских спутников серии NOAA. В результате анализа и интерпретации, представленного перечня материалов, автором составлено около 900 карт ледовой обстановки как по всему Охотскому морю в целом, так и по отдельным его шельфовым районам.
Анализ пространственно-временной изменчивости ледовых условий основан на сформированной лично автором базе данных по декадной ледовитости Охотского моря.
Все заимствованные материалы, содержащиеся в диссертации, имеют ссылки на их источники.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5-й глав, заключения и списка литературы. Текст работы изложен на 112 страницах. Содержит 38 иллюстраций, 19 таблиц. Список литературы включает 114 наименований.
Метеорологические, гидрологические и ледовые условия
С мая по сентябрь над акваторией моря преобладают слабые ветры (2-5 м/с) южной четверти Случаи кратковременного резкого усиления ветра (до 20 м/с и более) связаны с выходом в море отдельных циклонов и тайфунов с максимумом повторяемости в августе-сентябре. Обычно здесь отмечается 1-2, реже 3-4 случая выхода тайфунов в год. В холодное время года над морем господствуют сильные ветры северной четверти с наиболее вероятными значениями скорости 5-Ю м/с (в отдельные месяцы 10-15 м/с) Повторяемость штормовых ветров скоростью более 15 м/с в среднем за год составляет около 10% Вероятностные характеристики скорости и направления ветра заметно различаются для отдельных районов моря Максимальные скорости ветра достигают значений 25-30 м/с в северо-восточной и западной частях моря, 30-35 м/с - в центральной и восточной и более 40 м/с - на юге. Осенне-зимние штормовые ветры по сравнению с летними отличаются большей силой и продолжительностью. Самыми неспокойными являются южный и юго-восточный районы моря Значительная горизонтальная протяженность моря, частые и сильные ветры над акваторией способствуют развитию сильного ветрового волнения и зыби (высота волн от 4-6 до 10-11 м), а вся совокупность гидрометеоусловий создает предпосылки для опасного обледенения судов и сооружений, находящихся в море.
Величины среднегодовых значений температуры воздуха над Охотским морем постепенно понижаются с юга на север от 4-5С до -4-5С. Диапазон же средних месячных колебаний температур в этом направлении, напротив, возрастает от 15-18С до 30-36С. Самым холодным месяцем является январь, а самым теплым - август. Минимальные фактические значения температуры воздуха, зафиксированные на прибрежных станциях, составляют - 36 .-51 С на севере и -12...-16С в южных районах моря. Максимальные значения (31-36 С) наблюдались в юго-западной части моря. В холодный период года при смене синоптических ситуаций имеют место резкие колебания температуры воздуха в пределах всей акватории, размах которых может превосходить 20 С. Генеральная схема циркуляции вод Охотского моря, в общем, представляет собой большой циклонический круговорот, который в северо-восточной части моря формируется поверхностными, промежуточными и глубинными тихоокеанскими водами, поступающими при водообмене через северные Курильские проливы В результате водообмена через южные и центральные Курильские проливы охотоморские воды проникают в Тихий океан и пополняют воды Курильского течения Характерная для Охотского моря в целом циклоническая схема течений, обусловленная преобладающей циклонической атмосферной циркуляцией атмосферы над морем, корректируется в южной части моря сложным рельефом дна и локальными особенностями динамики вод зоны Курильских проливов. В районе южной котловины отмечается устойчивый антициклонический круговорот.
Аномалии температуры воды и других характеристик в подповерхностном слое Охотского моря формируются, главным образом, в осенне-зимний период Тепло, получаемое водной поверхностью за счет притока солнечной радиации в летний период, мало изменяется от года к году. Потери же тепла при испарении и теплообмене с атмосферой в зимний период могут значительно изменяться Проникновение струи теплого течения в холодные воды северо-восточную часть Охотского моря, в результате постоянной разности плотности, ведет к непрерывному перемешиванию вод, способствующему выносу глубинных вод в верхние слои и образованию высоких градиентов в горизонтальном направлении
Большая изменчивость поступающей коротковолновой солнечной радиации и процессы взаимодействия океана и атмосферы обуславливают ярко выраженную сезонность термохалинной структуры моря. В осенне-зимний период в результате отдачи тепла поверхностью моря в атмосферу верхний слой воды, становясь тяжелее (за счет увеличения плотности при понижении температуры), постепенно разрушает слой скачка плотности (Гладышев, 1998)
Географическое положение Охотского моря обуславливает сложный и многофакторный ледовый режим, который является важнейшей характеристикой гидрологического режима моря (Крындин, 1964, Столярова, 1975; Бирюлин, 1970, Якунин, 1966, Плотников, 1996)
Основными факторами, влияющими на формирование ледяного покрова Охотского моря, являются фоновое состояние атмосферы зимой и водообмен моря с Тихим океаном через Курильские проливы. В зависимости от термобарических условий во всей толще атмосферы, которые обусловлены положением высотного тихоокеанского гребня и дальневосточной ложбины, формируются различия в ледовых процессах В зимний период атмосферные процессы над дальневосточным регионом в основном обусловлены взаимодействием Сибирского антициклона и Алеутской депрессии. Южная и юго-восточная часть моря зимой находится в области низкого давления. Над Охотским морем в зимний период устанавливается северо-западный перенос воздуха
Циклоническая деятельность над Охотским морем в значительной степени влияет на режим вод, формирование ледяного покрова, его динамику.
В годы с максимальной ледовитостью в феврале среднее месячное давление над Охотским морем изменялось от 1000 до 1015 гПа, в годы со средней ледовитостью от 1004 до 1020 гПа с востока на запад, циклон был вытянут в меридиональном направлении В годы с минимальной ледовитостью давление над Охотским морем изменялось от 1009 до 1017 гПа с востока на запад, циклон был вытянут в широтном направлении (Шатилина и др 2002)
Продолжительная зима с сильными морозами приводит к сильному выхолаживанию морской поверхности, сопровождающемуся интенсивным льдообразованием почти во всех районах моря. Льды Охотского моря имеют исключительно местное происхождение. Здесь встречаются как неподвижные льды, так и плавучие, которые представляют собой наиболее распространенную форму льда В целом, по суровости ледовых условий Охотское море сопоставимо с арктическими морями. Средняя продолжительность ледового периода в северо-западной части моря составляет 260 суток, в северных районах и у побережья о. Сахалин - 190-200, а на юге - 110-120 суток в год (Якунин 1979, Плотников, 1990) В наиболее суровые зимы ледяной покров занимает до 95-96 % площади всей акватории моря, а в мягкие - 56%. Максимальная продолжительность ледового периода достигает 290 сут (Якунин, 1995) Льдообразование обычно начинается в ноябре в северо-западной части моря, а в местах значительного распреснения вод в октябре Ледяной покров постепенно распространяется к югу вдоль западного и восточного побережья и появляется в открытой части моря В декабре в заливах и бухтах образуется сплошной неподвижный береговой припай В январе и феврале ледяные поля занимают всю северо-западную и среднюю части моря Дрейфующий лед достигает большой сплоченности и под влиянием течений и ветров подвергается сильному сжатию и торошению. В открытой части моря никогда не наблюдается сплошного неподвижного льда. Наибольшее распространение на юг, юго-восток льды получают в феврале и марте В это время они встречаются повсеместно. Восточная и западная половины центральной части Охотского моря резко различаются как по длительности ледового периода, так и по характеру ледовой обстановки В течение длительного периода с апреля по июнь происходит разрушение и таяние ледяного покрова В северо-западной части моря лед сохраняется до сентября Южное побережье Камчатки, центральные и северные Курильские острова отличаются малой ледовитостью и значительно меньшей продолжительностью существования льда Однако в суровые зимы дрейфующие льды могут прижиматься к этим островам и забивать отдельные проливы. Толщина льда (без учета торошения) в прибрежных и мелководных районах в декабре-январе достигает 40-50 см, в зал. Шелихова и у побережья Камчатки - 30-40 см, в открытом море (в средние по суровости зимы) - 40-70 см Максимальные величины толщины льда (90-160 см) наблюдаются в суровые зимы в Сахалинском заливе и в районе моря на северо-восток от м. Елизаветы (северный Сахалин). Высота торосов в открытом море не превышает 1 м, а в отдельных заливах - 1,5-3,0 м. Статистические характеристики распределения по акватории и изменчивости различных параметров ледяного покрова сравнительно хорошо изучены на основании многолетнего ряда наблюдений и подробно описаны в специальной литературе.
Циклоническая деятельность над Охотским морем в значительной степени влияет на режим вод, формирование ледяного покрова, его динамику. Наиболее холодными являются воды мелководья, а зоны минимального выхолаживания отождествляются с теплыми течениями либо с активным приливным перемешиванием, при условии, что в него вовлечены глубинные слои, не затронутые охлаждением. Максимум выхолаживания (максимальный запас холода) отмечается в местах наибольшей толщины слоя отрицательных температур это мористые зоны той части шельфа, где конвекция достигла дна, а адвекция тепла была незначительна, а также зоны выноса и заглубления холодных, плотных шельфовых вод Распространение вод с отрицательной температурой, по средним данным, достигает 150 - 200 м, а в желобе залива Шелихова и вдоль Восточного Сахалина проникновение увеличивается до 300 - 450 м .
Биологические данные
Основными источниками дистанционных наблюдений были:
1. Материалы телевизионных и многоспектральных съемок с ресурсных отечественных спутников за период с 1979 по 2005 г., в том числе. а) со спутников «Метеор» и «Метеор-Природа» Телевизионная информация о ледовитости со спутников серии «Метеор» принималась с разрешением 1км. Многоканальное сканирующее устройство (4 канала - от телевизионного до ближнего инфракрасного диапазона) малого (МСУ-М) и среднего разрешения (МСУ-С) на спутнике «Метеор-Природа» обеспечивало пространственное разрешение в надире 1-1,7 км и 0 24-0,14 км, соответственно, б) спутника «Океан» (типа «Космос-1500») с локаторами бокового обзора, радиометрами видимого и СВЧ-диапазонов спектра, поступала в институт в период с 1978 по 1990-е гг. из ДВ РЦПОД г Хабаровска, в) информация спутников «Ресурс» с системами высокого разрешения 2. Изображения американских спутников серии NOAA (TERRA), поступающие в ТИНРО-Центр по каналам электронной почты из ДВ РЦПОД ЦГМС - РСМЦ (Хабаровский центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды с функциями регионального специализированного метеорологического центра Всемирной службы погоды) и ИАПУ ДВО РАН (Институт автоматики и процессов управления) г. Владивосток, с ftp-сайта (в рамках договора)
Изображения, полученные усовершенствованным радиометром очень высокого разрешения (AVHRR) со спутников серии NOAA принимаются в Дальневосточном региональном центре приема и обработки данных (ДВРЦПОД ЦГМС - РСМЦ, г. Хабаровск) и приемном пункте ИАПУ ДВО РАН (г Владивосток) как в режиме автоматической передачи (APT) с пространственным разрешением около 1 км, так и высокого разрешения (HRPT) около 0,35 км. Во второй половине 90-х гг. из ДВ РЦПОД ЦГМС - РСМЦ стали поступать синтезированные спутниковые изображения морского льда в меркаторской проекции спутников серии NOAA (TERRA), т е. уже прошедшие различные виды обработки Режим работы космических спутников позволяет отслеживать ледовую обстановку с дискретностью в несколько суток (от 1 до 5 суток).
Вся информация по ледовой обстановке Охотского моря, полученная в виде снимков, представлена в таблице 2.1.
Спутниковые снимки Хабаровского центра на отдельную дату представляют собой серию файлов (от 1-2 до 17-20), охватывающих практически всю акваторию моря Снимки, получаемые из ИАПУ ДВОРАН, являются в основном обзорными (включающими весь район моря на одном изображении) Всего за весь период исследования из ДВРЦПОД ЦГМС - РСМЦ было получено 884, из ИАПУ ДВОРАН- 722 снимка
Все перечисленные виды использованной спутниковой информации ледовой обстановки являются оптимальными как по площади снимаемой акватории, так и по пространственному разрешению, и являются основным материалом, с которым работает автор Эти данные хорошо согласуются с данными подспутниковыми наблюдений Взаимокорреляция их среднемесячных значений площади льда за период 1979-1996 гг (на 95%-ом уровне, при Якрит =0,71) составляет для декабря -0,90, для января 0,85; для февраля 0,86, для марта 0,83; для апреля 0,89, для мая 0,88.
3. Для корректировки спутниковых изображений морского льда, в ряде случаев, использовались данные авиационных наблюдений, получаемые в ТИНРО с 1986 по 1991 гг. самолетом-лабораторией ИЛ-18 ДОРР (дальний океанический разведчик рыбы). Этот самолет был оборудован приборами для визуальных наблюдений, аппаратурой для авиафотосъемок. Кроме визуальных и фоторабот установленная на борту самолета аппаратура позволяла проводить инфракрасные, спектрометрические, лидарные съемки для определения различных параметров водной среды (Алексеев, Бочаров и др., 1990) Всего было использована 31 карта
Данные, организованны в виде баз данных ГИС, которые предоставляют возможность с помощью ArcView или ARC/INFO в наглядной и удобной форме отображать, исследовать, запрашивать и анализировать ледовую информацию с 1997. В каталоге \агс хранятся данные в формате обменного файла ARC/INFO (е00) Каталог \OKHOTSK содержит информацию по соответствующему году. Покрытия ArcView хранятся в географической проекции в десятичных градусах Для каждой декады отдельного года с декабря по май строились карты пространственного распределения льда
В результате, по представленному перечню материалов за весь период исследования в ТИНРО, автором было составлено около 900 карт ледовой обстановки Охотского моря. Карты строились с полученных снимков, как по всей акватории моря, так и по отдельным районам побережья, при помощи программы Didger.exe (версия 2) и программы для обработки и визуализации данных ArcView GIS (версия 3.2). Фрагменты карт побережья объединялись в единую картину. С полученных в электронном виде карт с помощью пакета программ для расчета площадей, в программе Serfer (версия 8), ArcView GIS считались площади ледяного покрова Охотского моря 2 Карты Японского метеорологического агентства, получаемые по каналам факсимильной передачи и с сайта http7/homepage3 nifty com/aurora4/seaice_index html 3 Данные из работы А Н Крындина (1964) с 1957 по 1960 гг. Основным материалом для этой работы послужили достаточно полные карты фактической ледовой обстановки (около 360 карт), составленные по данным судовых и самолетных наблюдений; 4. Восстановленный архив ледовой информации (проф. В В.Плотников, ТОЙ ДВО РАН).
Поскольку изменчивость ледовых условий Охотского моря является следствием изменения климата на дальневосточном регионе (Авдошина, 1960, Крындин, 1964; Столярова, 1977, Якунин, 1966, Плотников, 1996), то для ее адекватного отображения в первую очередь необходим правильный выбор климатообразующих факторов. Одними из главных барических образований, которые определяют условия циркуляции атмосферы и характер переноса воздушных масс над Охотским морем (зимой) являются Сибирский антициклон и Алеутский минимум.
Сведения о географических координатах и состоянии сибирского антициклона, алеутской депрессии сформированы по «Каталогу параметров атмосферной циркуляции, (1988), по данным Т.В Смолянкиной (1999); по данным Переведенцева Ю.Пи др(1994) Данные о площади сибирского антициклона с 1957 по 1990 гг. предоставлены доцентом кафедры метеорологии ДВГУ Л Н Василевской.
Кроме того, был привлечен следующий синоптический материал: 1. Гидрометеорологические ежемесячники (ежегодники) по дальневосточному региону, содержащие данные прибрежных гидрометеорологических станций и постов. 2 Данные геопотенциала Н500 на 19 аэрологических станциях расположенных по периметру Японского, Охотского морей и Курильской гряды, т. е. над центральным районом второго сектора северного полушария (30-70 с. ш, 120-160 в д) (Шатилина, 2001) 3 Архив среднемесячных данных о геопотенциале Н500 «NCEP/NCAR Reanalysis Monthly Mean CD-ROM»данные 4. Индекс Каца, рассчитанный С.В Глебовой по средним декадным полям приземного давления над акваторией Охотского моря 5. Типизация синоптических процессов (по суммарной повторяемости) для дальневосточных морей С Ю. Глебовой (2003); 6 Данные атмосферной циркуляции в терминах Индексов Атмосферной Циркуляции (ИАЦ) для Северного полушария за период 1957-2002гг, предоставленные автору в Международном Арктическом центре Университета Аляски
Сезонная изменчивость ледовитости
Многолетние колебания ледовитости Охотского моря отражают крупномасштабные климатические изменения, происходящие в атмосфере и в океане. В распределении оценок межгодовой изменчивости ледовитости наблюдается определенная цикличность В многолетнем ходе аномалий сезонной ледовитости (с декабря по май) прослеживаются периоды увеличения и уменьшения площади льда (рис .3 1).
Непосредственное влияние атмосферной циркуляции на ледяной покров в холодную половину года обусловлено взаимодействием сибирского антициклона и алеутской депрессии Сибирский антициклон (СА), расположенный над Монголией, достигает наибольшего развития в январе, алеутский минимум (AM) - в декабре
Географическая локализация СА, его интенсивность (под интенсивностью понимают давление в центре барического образования), и распространение по площади, играют важную роль в формировании общей циркуляции атмосферы в северном полушарии (рис. 4.1)(Saveheva, et al, 2000).
Сопряженность атмосферных и ледовых процессов хорошо прослеживается при сопоставлении многолетнего хода аномалий ледовитости в Охотском море с аномалиями центров действия атмосферы. Совместный анализ временного хода интегральных кривых аномалий ледовитости и интенсивности СА (давление в центре) показал, что ветвь подъема аномалий ледовитости совпадает с периодом интенсивного развития антициклона (рис. 4.2). Это вполне объяснимо, т.к. развитие СА определяется не только выхоложенной подстилающей поверхностью азиатского континента, но и определенным состоянием термобарического поля тропосферы над Атлантико-Евразийским сектором. (Василевская и др., 2002). На термобарическое поле тропосферы, в свою очередь, значительное влияние оказьшает площадь распространения льдов над дальневосточными морями Т е связь между циркуляционными и ледовыми процессами является взаимообратной и сложной К примеру, за высокой деловитостью в западном районе Арктики следует смещение исландской депрессии к востоку (Гире, 1978)
Приведенные выше оценки позволяют предположить, что отклонения теплообмена в системе океан - атмосфера (представленные в виде аномалий ледовитости дальневосточных морей) от средних (климатических) условий должны сопровождаться возникновением значительных аномалий атмосферной циркуляции, выражающейся в аномалиях параметров центров действия атмосферы.
Интегральные кривые аномалий площади сибирского антициклона - — и ледовитости Охотского моря в декабре-мае Состояние ледяного покрова в Охотском море в декабре- мае в целом повторяет временной ход накопленных аномалий площади сибирского антициклона, за тот же период года (рис 4 2) Однако смена малоледовитых ледовых периодов более ледовитые чаще происходит на 2-3 года раньше, чем переход слаборазвитого СА к сильно развитому (по площади) центру действия атмосферы
Проводился поиск связей между ледяным покровом и развитием СА в сентябре-ноябре, т е на стадии формирования антициклона поскольку антициклон формируется над Азией, когда межгодовые вариации его площади довольно велики. Сопоставление проводилось с ледовитостью каждого месяца (декабрь-май) Таблица 4 1 Коэффициенты парной корреляции между нормированными отклонениями площади Сибирского антициклона (СА) в сентябре-ноябре и ледовитости Охотского моря площадь СА ледовитость Охй сентябрь октябрь ноябрь
Как видно из таблицы 4 1, определенная связь между ледяным покровом Охотского моря и площадью сибирского антициклона в начальные ледовые месяцы наблюдается, но она неустойчива Причем аномалии ледовитости связаны обратно пропорционально площади антициклона в сентябре-октябре (коэффициенты корреляции отрицательные), а в ноябре эта связь уже прямая (коэффициенты корреляции положительные)
Несомненно, что площадь континентального сибирского антициклона в осенние месяцы не является информативным предиктором для состояния ледяного покрова в предстоящий ледовый сезон (декабрь-май), поэтому необходимо провести поиск других более значимых связей.
Ранее по многолетнему распределению ледовитости внутри ледового сезона (Муктепавел, 2004) были определены сроки нарастания (становления) и таяния льда (разрушения ледяного покрова) Период становления - декабрь-март и разрушения - апрель-май, соответственно
Ледовые процессы обладают высокой степенью инерции - аномалии ледовитости, наблюдаемые в фазу становления чаще всего сохраняются в оставшийся период ледового сезона (рис. 4.3). Коэффициент корреляции между фазами нарастания и таяния в море положительный, значимый и устойчивый (г=0.98).
Динамика суммарных интегральных кривых нормированных отклонений площади льда Охотского моря в фазу таяния (ряд 1) и нарастания (ряд 2) ледяного покрова
Совместный ход интегральных кривых накопленных отклонений состояния СА и ледовитости Охотского моря в двух фазах представлен на рисунках 4.4 и 4.5. Из анализа этих графиков следует, что влияние сибирского антициклона на ледяной покров Охотского моря в разных фазах неоднозначно.
Динамика интегральных кривых нормированных отклонений параметров сибирского антициклона и ледовитости Охотского моря в фазу таяния (апрель-май).
Так, в фазу нарастания только на протяжении 3-х периодов: с 1969 по 1974 гг. (6 лет), с 1977 по 1984 гг. (8 лет) и с 1990 по 2000 гг. (11 лет) наблюдался идентичный ход кривых аномалий ледовитости и давления, т.е. в периоды усиления антициклона (2 первых периода) ледовитость была повышена, а в период ослабления (3 период), наоборот, - понижена. В остальное время направленность интегральных кривых аномалий давления и ледовитости противоположна.
Координаты центра сибирского антициклона в исследуемый период с декабря по март менялись очень незначительно и какого-либо влияния на ледовитость Охотского не оказывали.
В фазу разрушения ледяного покрова (апрель-май) состояние СА было более значимым для ледовитости (рис. 4.5). Период повышения ледовитости соответствовал развитому СА, находящемуся северо-восточнее своего климатического положения. В период снижения ледовитости давление в центре антициклона было ниже среднего, СА смещался к юго-западу.
Связь между ледовитостью Охотского моря и параметрами алеутской депрессии в разные фазы ледового сезона
Проведен поиск связи ледовитости Охотского моря с 14-ю Климатическими Индексами Атмосферной Циркуляции (ИАЦ) для Северного полушария, характеризующими динамическое и термическое состояние атмосферы в северном полушарии Поиск связей привел к результатам, помещенным в представленных таблицах 4.4 - 4.10, где Ох 12 и т д -означает «отклонение ледовитости Охотского моря в декабре»; NAO 12 - отклонение индекса NAO в декабре и т. д по аналогии для каждого месяца В каждой таблице вьщелены значимые коэффициенты коэф корреляции (на 95% уровне значимости).
Для Охотского моря (длина ряда 45 лет, критическое значения коэффициента корреляции R пороговое = 0,29). Устойчивая обратная связь между NAO в январе и ледовитостью отмечается в течение всего ледового сезона (связь со льдом в январе - неустойчивая) Существует значимая обратная связь между NAO в феврале и ледовитостью Охотского моря в январе и мае, также ледовитость декабре противоположным образом связана с NAO в апреле и мае.
Устойчивая обратная связь POL в декабре с ледовитостью существует с февраля по май и POL в январе с ледовитостью Охотского моря с декабря по апрель.
С остальными 7-ю индексами East AtlanticPattern (ЕА), East Atlantic Jet Pattern (EA-JET), Pacific/ North American Pattern (PNA), Tropical/ Northern Hemisphere Pattern (TNH), Pacific Transition Pattern (PT), Subtropical Zonal Pattern (SZ),Asia Summer Pattern (ASU) значимые связи отсутствуют.
Полученные связи ледовитости с Климатическими индексами атмосферной циркуляции являются формализованными и могут быть использованы для прогнозирования с различной заблаговременностью, когда отсутствуют более значимые параметры.
Таким образом, взаимодействие ледяного покрова дальневосточных морей с атмосферными процессами представляет собой единую систему с множествами прямых и обратных связей Поиск связей между центрами действия атмосферы и ледовыми условиями в Охотском море привел к следующим результатам в фазу нарастания ледовитости Охотского моря в периоды усиления Сибирского антициклона ледовитость обычно выше средней, а в период ослабления антициклона - ниже, в фазу разрушения ледяного покрова (апрель-май) состояние антициклона существенным образом сказывается на ледовитости Охотского моря. Периоду суровых (повышенная ледовитость) весен соответствует развитый Сибирский антициклон, находящийся северо-восточнее своего климатического положения Мягкие ледовые условия весной на акватории Охотского моря определяются слабо развитым антициклоном, смещающимся на юго-запад, в фазу нарастания и в фазу таяния в эпоху аномально южного положения Алеутской депрессии ледовитость Охотского моря увеличивается, а в периоды смещения депрессии в более северные районы уменьшается; в фазу становления ледяного покрова повышенная ледовитость Охотского моря наблюдается при более западном по сравнению со средним многолетним положением Алеутской депрессии, а пониженная ледовитость обусловлена смещением депрессии к востоку,
Анализ особенностей атмосферной циркуляции над Восточной Азией и сопредельными морями (Охотское, Берингово море и СЗТО) при аномальных дедовых условиях в Охотском море привел к следующим выводам: экстремальные ледовые условия в Охотском море определяются интенсивностью тропосферного полярного вихря над акваторией Охотского моря, от которого зависит траектория и глубина циклонов, выходящих в Берингово море, по периферии которых осуществляется вынос холодного арктического воздуха; в экстремально теплые зимы тропосферный вихрь ослабевает и смещается на континентальные районы В результате изменяются траектории циклонов, которые выходят на Охотское море, в тыловой части происходит заток теплого воздуха в пределы моря. Эти процессы способствуют усилению адвекции теплых вод в Охотское море через Курильские проливы.
Поиск связи межгодового хода ледовитости с зональными и меридиональными индексами Каца и суммарной повторяемостью типов атмосферной циркуляции, показал: - в течение различных временных отрезков рассматриваемого периода (1974-2002 гг.) характер зависимости ледовитости от атмосферной циркуляции менялся противоположным образом. Перелом связей произошел в начале 90-х годов Выявлены четко выраженные положительные и отрицательные количественные связи ледовитости с зональными и меридиональными индексами Каца и суммарной повторяемостью типов атмосферной циркуляции при синхронном ходе параметров, - в период 1974-1990гг. характер ледовитости менялся прямым образом с характером повторяемости зонального типа циркуляции над Охотским морем (г = 0,56) при усилении западных и северных переносов; -в период с 1991-2002 деловитость Охотского моря прямым образом зависела преимущественно от меридионального типа атмосферной циркуляции (г = 0,49); - увеличение ледовитости происходит при ослаблении западных переносов; связь ледовитости с ходом V-ro типа, рассчитанного для холодного периода года (январь-март) со сдвигом на 1 год вносит большой вклад в развитие ледовитости в последующие годы и является прогностической с заблаговременностью 1 год (г= 0,61).
Поиск связей ледовитости Охотского моря с 14-ю климатическими индексами атмосферной циркуляции в северном полушарии за период 1957-2002 гг. показал наличие прямых и обратных связей ледовитости с такими индексами, как1 North Atlantic Oscillation (NAO), West Pacific Pattern (WP) East Pacific Pattern (EPP) North Pacific Pattern (NP) East Atlantic/West Russia Pattern (EA/WR) Scandinavia Pattern (SCA) Polar/ Eurasia Pattern (POL) С остальными индексами значимых связей не найдено. Полученные значения коэффициентов корреляции свидетельствуют, что наиболее значимые обратные взаимосвязи существуют между NAO в январе и ледовитостью Охотского моря в течение ледового сезона Проявляется устойчивая связь POL индекса в декабре с ледовитостью в течение сезона (начиная с февраля) и POL индекса в январе в течение ледового сезона (до мая).
Выделенные закономерности формирования ледовых условий в системе дальневосточных морей позволят помочь понять механизмы формирования климата на дальневосточном регионе и повысить качество долгосрочных ледовых прогнозов, за счет более полного учета эволюции и сопряженности макропроцессов над северным полушарием
