Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Географические особенности Баренцева моря и проблемы его изучения 8
1.1. Физико-географическое описание 8
1.2. Основные исторические этапы океанографических исследований 16
1.3. Современные климатические изменения в Баренцевом море и проблемы его изучения 26
Глава 2. Материалы и методы исследований 30
2.1. Состав океанографических наблюдений в Баренцевом море 30
2.1.1. Метаданные океанографических наблюдений 33
2.1.2. Океанографические наблюдения на разрезе «Кольский меридиан» 36
2.2. Методы анализа и прогноза океанографических характеристик 48
Глава 3. Особенности изменения океанографического режима вод Баренцева моря на разрезе «Кольский меридиан» за период 1900-2005 гг ... 53
3.1. Основные результаты океанографических исследований на разрезе и их роль в изучении режима Баренцева моря 53
3.21. Межгодовые и сезонные изменения температуры и солености вод . 75
Глава 4. Прогнозирование температуры воды на разрезе «Кольский меридиан» 129
4.1. Обзор основных методик прогнозирования температуры воды на разрезе 129
4.2. Внутренняя структура колебаний температуры воды на разрезе и ее учет при долгосрочном прогнозировании 135
4.3. Комплексный метод прогноза теплового состояния вод 146
Заключение 155
Список использованной литературы
- Основные исторические этапы океанографических исследований
- Океанографические наблюдения на разрезе «Кольский меридиан»
- Межгодовые и сезонные изменения температуры и солености вод
- Внутренняя структура колебаний температуры воды на разрезе и ее учет при долгосрочном прогнозировании
Введение к работе
Актуальность темы.
Основным источником современных знаний об особенностях сезонных и многолетних изменений океанографического режима Баренцева моря являются данные наблюдений in situ, выполняемых на стандартных разрезах. Уникальным по длительности является ряд океанографических наблюдений на разрезе «Кольский меридиан», который расположен в центральной части моря вдоль 3330' в.д. Впервые океанографические работы были проведены на нем в 1900 г. и к настоящему времени разрез выполнен более 1100 раз.
Наблюдения на разрезе «Кольский меридиан» лежат в основе большого
количества исследований крупномасштабных изменений
гидрометеорологических процессов и их биолого-промысловых последствий, не только в Баренцевом море, но и на акватории Северо-Европейского бассейна и Северной Атлантики. В настоящее время этот разрез является единственным в Северной Атлантике, на котором проводятся ежемесячные океанографические наблюдения. В связи с возрастанием неустойчивости климатических систем Северного полушария еще больше увеличивается его значимость для выявления долговременных изменений морского климата Баренцева моря и оценки их влияния на экосистему моря.
Работа выполнена на основе фондовых материалов ПИНРО.
Цель и задачи работы. Цель настоящей работы - систематизировать и обобщить океанографические данные на стандартном разрезе «Кольский меридиан» за период наблюдений с 1900 по 2005 г и выявить закономерности и особенности пространственно-временных изменений термохалинных показателей вод на разрезе.
Для достижения поставленной цели были сформулированы и решались следующие задачи:
оценить объем всей имеющейся в архиве ПИНРО океанографической информации по району Баренцева моря в XX веке и создать базу метаданных;
обобщить и систематизировать все имеющиеся к настоящему времени в ПИНРО океанографические материалы по разрезу «Кольский меридиан» и создать информационный массив данных по разрезу;
-на основе данных 1900-2005 гг. изучить пространственно-временные изменения термохалинного состояния вод на разрезе «Кольский меридиан»;
- изучить внутреннюю структуру колебаний температуры воды на
разрезе «Кольский меридиан»;
-разработать методику долгосрочного прогноза температуры воды на разрезе «Кольской меридиане» как индикатора теплового состояния вод южной части Баренцева моря.
Научная новизна. Определен общий объем отечественных океанографических наблюдений на акватории моря, выполненных в течение
XX века, и создана база метаданных. Впервые обобщены и систематизированы все океанографические материалы по разрезу «Кольский меридиан» за период 1900-2005 гг. и создан информационный массив данных по разрезу. При этом в информационный массив включены ранее неиспользованные материалы, в результате чего количество случаев выполнения разреза увеличилось почти на 10 %.
На основе систематизированных данных по «Кольскому меридиану» рассчитаны климатические нормы, максимальные и минимальные значения, среднеквадратические отклонения, амплитуды (размах) сезонных и межгодовых колебаний температуры и солености воды по всей площади разреза за период 1900-2005 гг. Проведен анализ многолетней пространственно-временной изменчивости температуры и солености вод на разрезе, выполнена классификация лет по термохалинным условиям за период с 1900 по 2005 г.
Разработана методика долгосрочного прогноза температуры воды на разрезе «Кольский меридиан», которая имеет хорошую методическую оправ дываемость.
Практическая ценность.
Метаописание океанографических исследований Баренцева моря способствует более эффективному использованию имеющихся массивов при решении различных задач, включая создание электронных океанографических атласов, получение информации по любому объему собранных данных, количеству измеренных параметров и районам исследований в отдельных рейсах для различных целей, в том числе и для оценки вклада Российской Федерации в изучение океанографического режима этого региона Мирового океана.
Выявленные особенности пространственно-временной изменчивости термохалинного режима вод на разрезе «Кольский меридиан» используются специалистами ПИНРО для решения различных задач в области промысловой океанографии, в том числе, для выявления долговременных изменений морского климата Баренцева моря и их влияние на экосистему моря.
Методика долгосрочного прогнозирования теплового состояния вод южной части Баренцева моря, представленная в работе, успешно применяется в практике как составная часть рыбопромысловых прогнозов ПИНРО.
Личный вклад автора.
Автор лично принимал участие в планировании океанологических работ и сборе данных в научно-исследовательских экспедициях ПИНРО в Баренцево море в 1992-2005 гг., в которых неоднократно проводил наблюдения на вековом разрезе «Кольский меридиан».
При непосредственном участии автора в ПИНРО создана база метаданных океанографических наблюдений в Баренцевом море в XX веке,
систематизированы и обобщены данные на вековом разрезе «Кольский меридиан» за всю историю наблюдений 1900-2005 гг.
В работах, выполненных в соавторстве, вклад автора заключался в обобщении, анализе полученных океанографических данных и разработке методик прогнозирования.
Положения, выносимые на защиту:
метаописание отечественных океанографических исследований в Баренцевом море и сопредельных с ним водах в XX столетии;
информационный массив данных и обобщенный каталог океанологических материалов по разрезу «Кольский меридиан» за период 1900-2005 гг.;
-результаты анализа пространственно-временных изменений термохалинного состояния вод на разрезе «Кольский меридиан» за 105-летний ряд наблюдений;
- комплексный метод прогноза теплового состояния вод на разрезе
«Кольский меридиан».
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на конференции молодых ученых посвященной 80-летию ПИНРО (Мурманск, 2001 г.), на VII и IX Всероссийской конференции по проблемам рыбопромыслового прогнозирования (Мурманск, 2001 и 2004 гг.), на отчетной сессии ПИНРО и СевПИНРО по итогам научно-исследовательских работ (Мурманск, 2003 г.), на Международной конференции «Поведение рыб» (Борок, 2005 г.), на 11 российско-норвежском Симпозиуме «Динамика экосистемы и оптимальная долгосрочная эксплуатация гидробионтов Баренцева моря» (Мурманск, 2005), на Международной научной конференции «Проблемы биологической океанографии XXI века» (Севастополь, 2006), на Международной научной конференции «Проблемы устойчивого функционирования водных и наземных экосистем» (Ростов-на-Дону, 2006), на 12 Норвежско-Российском симпозиуме «Долговременные перспективы Российско-Норвежского научного сотрудничества с целью устойчивого управления морскими живыми ресурсами в Баренцевом море» (Тромсе, Норвегия 2007 г.).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем работы составляет 197 страниц, включая 12 таблиц, 68 рисунков и 3 приложения. Список литературы содержит 125 источников.
Основные исторические этапы океанографических исследований
Расчлененность рельефа дна Баренцева моря при относительно небольших глубинах играет определяющую роль в формировании системы течений. Наибольшее значение имеют устойчивые течения, тесно связанные с водообменном на его границах, которые принято называть постоянными, а также дрейфовые течения синоптического масштаба, развивающиеся под воздействием полей ветра, при прохождении барических образований над Баренцевым морем (Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР, 1990).
Впервые научно обоснованная схема циркуляции вод в Баренцевом море была составлена Н.М. Книповичем (Книпович, 1906). В последующем изучением течений занимались многие авторы (Гебель, Брейтфус, 1908; Соколов, 1936; Агеноров, 1946; Зубов, 1946; Танцюра, 1959, 1973; Новицкий, 1961; Матишов, Волков, Денисов, 1998 и др.). Детализированная схема поверхностных течений наиболее близкая к современным представлениям о циркуляции вод в этом бассейне и наиболее широко используемая на практике является схема, полученная А.И. Танцюрой (1959, 1973) (рис. 2).
Циркуляция вод в южной части Баренцева моря, главным образом, связана с переносом теплых атлантических и прибрежных вод из Норвежского моря. Норвежское течение на входе в Баренцево море образует две ветви: Шпицбергенское течение, которое переносит теплые атлантические воды на север вдоль свала глубин и Нордкапское течение, которое входит в Баренцево море между побережьем Норвегии и о-вом Межвежий (см. рис. 2). Нордкапское течение образует три ветви (Северная, Центральная и Прибрежная), одна из которых (Северная) направлена вдоль Западного желоба в направлении возвышенности Персея, а две других переносят атлантические воды на восток. Далее Прибрежная ветвь Нордкапского течения переходит в Мурманское течение, последнее в районе к западу от Северо-Канинской банки образует Новоземельское течение, которое переносит (в основном в поверхностном слое) теплые воды в северовосточном направлении вдоль побережья Новой Земли (см. рис. 2).
С северо-востока, через пролив между Новой Землей и Землей Франца Иосифа поступают холодные арктические воды, образуя Центральное течение и течение Персея. С севера, через проливы между Шпицбергеном и Землей Франца-Иосифа в Баренцево море поступают холодные воды, дающие, начало течению Баренца, которое, сливаясь с течением Персея, образует Медвежинское течение. На юго-востоке, через Карские ворота на акваторию моря проникают холодные воды, образующие течение Литке. Южнее, вдоль побережья из горла Белого моря в восточном направлении распространяются воды Беломорского а далее Печорского течений, которые относятся к стоковым и отличаются пониженной соленостью (см. рис. 2) (Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР, 1990; Матишов, Волков, Денисов, 1998). ;
Общая циркуляция вод определяет основные черты океанологического режима .Баренцева моря, в частности, вхождением теплых и соленых вод между мысом Нордкап и о. Медвежьим и проникновение с севера и северо-востока холодных полярных вод. Соответственно температура воды на акватории моря в течение всего года имеет тенденцию понижаться с юга на север и с запада на восток, имея в юго-западной и центральной частях акватории положительные значения во все сезоны (рис. 3). Распределение солености на акватории моря определяется поступлением в Баренцево море соленых атлантических и распресненных арктических вод, а также материковым стоком, чья роль велика в юго-восточной части акватории, где соленость оказывается более изменчивой от сезона к сезону и ее значение летом может достигать в отдельные годы 25, в то время как юго-западная часть моря имеет соленость около 35 и эта величина мало изменяется в течение года (см. рис. 3) В северной части моря соленость поверхностных вод может изменятся под воздействием ледовых процессов, но так как в Баренцевом море нет отчетливо выраженного однонаправленного ледообмена, то их влияние мало сказывается на среднегодовых значениях этой величины (Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР, 1990).
Среднемноголетнее распределение поверхностной температуры (а) и солености (б) воды на акватории Баренцева моря в августе. Особенности атмосферной циркуляции над акваторией Баренцева моря характеризует описание климатических сезонов: зима (ноябрь-апрель), весна (май-июнь), лето (июль-август) и осень (сентябрь-октябрь). Климатические сезоны характеризуются определенным соотношением климатообразующих факторов: радиационных и циркуляционных процессов, состояние подстилающей поверхности. Распределение очагов тепла и холода способствует возникновению определенной формы циркуляции, соответствующей сезону (Гидрометеорология и гидрохимия..., 1990). Так, зимой над акваторией моря простирается ложбина исландского минимума с максимальной облачностью, частыми осадками и сравнительно небольшим годовым ходом температуры воздуха. Она заполняется с наступлением весеннего сезона, который характеризуется малоградиентным полем атмосферного давления и преобладанием ветров северо-восточной четверти, при эт,ом отмечается интенсивный рост температуры воздуха и начало таяния льдов. Наступление весны на юге и севере акватории происходит неодновременно, с задержкой в месяц. Летом происходит формирование над морем локальных антициклонов, отмечается ровный ход температуры воздуха. В начале осеннего сезона на смену областям высокого давления приходит барическая ложбина, начинающая процесс своего формирования в начале осени и заканчивающая его к началу зимы.
Северная часть Баренцева моря ;в течение года бывает покрыта плавучим льдом разного происхождения, площадь которого испытывает значительные сезонные и межгодовые колебания. Эта особенность океанографического режима порой ограничивает акваторию для проведения измерений параметров состояния водных -масс.
Океанографические наблюдения на разрезе «Кольский меридиан»
Для изучения закономерностей сезонных и межгодовых колебаний океанографических характеристик и выявления особенностей развития океанологических процессов наибольшую ценность представляют длительные ряды наблюдений на стандартных разрезах. Это дает возможность осуществлять мониторинг климатообразующих факторов, а также использовать полученные данные для разработки долгосрочных температурных, ледовых и рыбопромысловых прогнозов. В Баренцевом море океанографические исследования на стандартных разрезах имеют уже довольно большую историю, а ряд наблюдений на разрезе «Кольский меридиан» является наиболее продолжительным в исследуемом регионе, поскольку он имеет не только более чем 100-летнюю историю наблюдений, но и высокое временное разрешение. К сожалению, сведения о количестве выполненных наблюдений на разрезе в различных источниках имеют довольно большие отличия (Бочков, 1982; Терещенко, 1997, 1999; История океанографических исследований..., 2005), поэтому автором была проведена систематизация всех доступных в настоящее время. океанографических данных по «Кольскому меридиану», имеющихся в архиве ПИНРО.
При формировании базы метаданных Баренцева моря были созданы каталог выполнения этого уникального разреза и наиболее полная база всех имеющихся океанографических данных по нему. Эти материалы были положены в основу данной работы.
Стандартный океанографический разрез «Кольский меридиан» расположен в центральной части Баренцева моря к северу от Кольского залива по 3330 в.д. до 77 с.ш. Его общая протяженность составляет 450 миль, и он состоит из 19 станций, включая три дополнительные. Глубина на станциях варьирует от 150 до 310-м и в среднем составляет 245 м (табл. 1)
Количество выполняемых на разрезе станций в разные годы было различным. Нередко, особенно в первые годы исследований на «Кольском меридиане» брались лишь две-три станции, а иногда и просто отдельные станции, расположенные от 6930 до 7300 с.ш. Выполнение северных участков разреза также значительно ограничивалось в отдельные годы ледовыми условиями. Для расчета среднемноголетних значений и долгопериодных изменений в режиме вод в первую очередь требуется, чтобы ряды были наиболее полными. Поэтому в данной работе мы рассматривали участок разреза с 6930 до 74?00 с.ш, что соответствует первым десяти станциям. Именно эти станции расположены в области распространения вод Прибрежной и Основной ветвей Мурманского и Центральной ветви Нордкапского течений и являются наиболее часто выполняемыми. Кроме того, в последние годы океанографические наблюдения на «Кольском меридиане» проводятся в основном только до 7400 с.ш. Положение станций №№ 1-10 разреза по отношению к рельефу дна и преобладающим течениям в этом районе Баренцева моря показано на рисунке 12.
При подборе данных и составлении каталога рейсов, в которых выполнялся разрез, учитывались любые участки разреза, на которых когда-либо проводились океанографические наблюдения, и указывалось их общее количество. При этом, серией __ наблюдений считалось последовательное выполнение не менее трех станций разреза, не считая дополнительных.
Наибольший вклад в общий объем наблюдений на разрезе внесли ПИНРО и Мурманское управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (МУГМС), а основной массив информации (99,7 % от ее общего количества) сформирован российскими организациями (История океанографических исследований..., 2005).
Сведения о рейсах судов, проводивших глубоководные океанографические наблюдения на станциях разреза «Кольский меридиан» представлены в таблице 1.1 приложения 1. Это наиболее полный на сегодняшний день каталог выполнения «Кольского меридиана». По нашему мнению, он включает в себя порядка 95 % случаев выполнения этого разреза в период 1900-2005 гг. Недостающая информация в настоящее время либо утеряна, либо хранится в архивах МУГМС, которое до 1990 г. курировало выполнение «Кольского меридиана», а также Мурманского морского биологического института, эпизодически проводившего наблюдения на разрезе. Доступ к этой информации в последние годы для сторонних организаций ограничен.
По времени имеющийся материал распределен не всегда равномерно. Периоды, когда наблюдения проводились крайне редко или вообще не проводились, чередуются с периодами регулярных наблюдений. В результате весь 105-летний ряд на разрезе «Кольский меридиан» можно разбить на несколько периодов:
Таким образом, общее количество лет, когда на разрезе «Кольский меридиан» проводились глубоководные наблюдения, составляет 89. Всего же за период с 1900 до 2005 г. разрез выполнялся 1104 раза, при этом основным океанографическим параметром, за которым проводились наблюдения, является температура воды (Педченко, Карсаков, Гузенко, 20066; Карсаков, 2007, 2008аб; Педченко, Карсаков, Гузенко, 2008; Карсаков, 2009) (рис. 13). 30
Количество серий наблюдений за температурой воды на разрезе «Кольский меридиан» в 1900-2005 гг. Что касается измерений солености на разрезе, то данных по этому важному океанографическому параметру заметно меньше, всего 976 серий наблюдений за период 1900-2005 гг. Это, прежде всего, связано с техническими сложностями. До 60-70-х годов только в отдельных рейсах соленость определялась в море, а в остальных случаях пробы воды для дальнейшей обработки доставлялись на берег, что не всегда было возможно (пробы замерзали или бились) (Седых, 1958). В настоящее время, когда океанологические наблюдения выполняются зондирующей аппаратурой, основные океанографические параметры температура и соленость определяются практически на каждой станции. Количество наблюдений за соленостью воды на разрезе «Кольский меридиан» представлено на рисунке 14.
Количество серий наблюдений на разрезе «Кольский меридиан» помесячно и по годам, отдельно с измерением температуры и солености представлено в таблице 2.1 приложения 2 и таблице 3.1 приложения 3. наблюдений за соленостью воды на разрезе «Кольский меридиан» в 1900-2005 гг.
Распределение имеющегося массива наблюдений на разрезе по месяцам (рис. 15) иллюстрирует повышенную экспедиционную активность в теплый период года, когда условия для выполнения работ в море наиболее благоприятны, и наоборот. Максимальное количество раз разрез выполнялся в мае, а минимальное количество - в январе и октябре. В остальные месяцы разница между количеством наблюдений относительно невелика, а для большей части послевоенного периода выражена еще меньше (История океанографических исследований..., 2005).
Так как в работе предполагается на основании всего имеющегося материала по разрезу произвести подсчет среднемноголетней температуры и солености по каждой из рассматриваемых 10 станций, было проанализировано количество океанографических наблюдений по каждому стандартному горизонту. В качестве примера на рисунках 16 и 17 показано количество наблюдений за температурой воды на каждой станции на стандартных : горизонтах. Для наблюдений за соленостью картина выглядит аналогично поэтому в работе не демонстрируется.
Межгодовые и сезонные изменения температуры и солености вод
В качестве количественных показателей, косвенно характеризующих интенсивность поступления в южную часть Баренцева моря атлантических вод, помимо средневзвешенных значений температуры воды на фиксированных участках разреза «Кольский меридиан, могут также служить сведения о площади (или об объеме), которую занимала та или иная водная масса в определенный момент времени. На разрезе "Кольский меридиан" учеными ПИНРО было выделено несколько типов водных масс: мурманская прибрежная, смешанная (атлантические с прибрежными), атлантическая, баренцевоморская и арктическая (Бойцов, Терещенко, 1998; Бойцов 2006). При выделении водных масс в качестве критериев использовались средние многолетние значения T,S - индексов для летнего сезона (Бойцов, 1995). Основным параметром для определения границ прибрежной водной массы была принята соленость (34,55 и менее),, поскольку эти воды в отличие от других формируются в результате распространения от береговой линии в сторону, открытого моря пресного материкового стока и фьордовых вод. Водная масса, температура которой была 1,5 С и выше, а соленость составляла 34,95 и более, считалась атлантической. Баренцевоморские воды имеют низкую температуру (не выше 0,5 С) и высокую соленость (более 34,90). Такие термохалинные индексы определяют высокую плотность этих вод, которые опускаются на нижние горизонты и заполняют котловины и впадины моря (Бойцов, Терещенко, 1998). Арктические воды поступают в Баренцево море через северные проливы. При этом большая роль в их формировании принадлежит процессам образования и таяния плавучего льда. Эти воды располагаются на северных участках разреза, в летний период они прогреваются до 1-5 С, имеют соленость менее 34,65 и как более легкие распространяются в верхних слоях. По среднемноголетним данным в конце августа - начале сентября прибрежные, атлантические и баренцевоморские воды занимают 9, 37 и 4 % площади этого участка разреза соответственно. На значительной части разреза. (около 35 % площади) расположены атлантические воды, смешанные с прибрежными.
Пр особенностям распределения водных масс выделено 5 типовых структур, различающихся по соотношению их объемов на разрезе "Кольский меридиан" в конце августа - начале . сентября 1965-1997 гг. (Бойцов, Терещенко, 1998; Бойцов, 2006):
1) мурманская прибрежная водная масса отмечается от поверхности до дна лишь вблизи берега, мористее она занимает только верхний 30-50 метровый слой, и в среднем ее объем не превышает 7-9 % от общего объема вод на разрезе (рис. 266). Объем смешанных вод невелик (около 25 30 %). В то же время атлантические воды распределяются на разрезе севернее 7130 с.ш. от 50 метров до дна (их объем составляет 40-45 %). В северной части разреза атлантическая водная масса погружается под более легкие арктические воды и подстилается более плотными холодными баренцевоморскими водами. Такой вид структуры отмечался в 1965, 1966, 1968, 1969, 1985,1988 гг.
2) небольшой объем прибрежных и смешанных вод, практически полное отсутствие арктических вод и значительное количество атлантических (около 50-60 %), которые в глубинных слоях отмечаются к северу от 7130 с.ш., а от 7300 до 7600 с.ш. располагаются от поверхности до дна (рм. рис. 26в). Такое соотношение водных масс наблюдалось в 1970, 1972-1974, 1992-1994 гг.
3) незначительный объем прибрежных вод (не более 4-5 %), атлантические воды занимают в основном глубинные слои на отдельных станциях между 72 и 74 с.ш., а также отмечаются в глубинных слоях в самой северной части разреза (7530 - 7600 с.ш.). Кроме того, в поверхностных слоях относительно больший- объем и южное распределение имеют арктические воды, а глубинные и придонные слои между 7430 и 76 00 с.ш. заняты баренцевоморскими водами. Этот тип был характерен для 1977, 1986, 1987, 1996, 1997 гг. (см. рис. 26г).
Сопоставление уровня теплового состояния водных масс в южной части Баренцева моря в рассматриваемые годы (Терещенко, 1995, 1997) с учетом их структуры на разрезе "Кольский меридиан" позволило установить, что первый, третий и четвертый типы. структуры были характерны для нормальных, холодных и аномадьно холодных лет, а второй и пятый — для нормальных, теплых и аномально .теплых лет.
Таким образом, наблюдениям на разрезе «Кольский меридиан» уделялось особое внимание на протяжении всей истории океанографических исследований Баренцева моря. «И тогда и сейчас в океанологии не было и нет более длительного, часто выполняемого разреза, который в условиях единства природных явлений на Земле, по существу, стал реперным для всего Мирового океана. Чем дольше он выполняется, тем больше становится ясна его значимость для выявления основных закономерностей изменчивости природных процессов» (Елизаров., 2005, С. 17)
Как было сказано выше, в настоящее время несмотря на значительное сокращением исследований как на акватории Баренцева моря, так и во всей Северной Атлантике, продолжают проводится регулярные ежемесячные океанографические наблюдения на разрезе «Кольский меридиан». В сложившейся обстановке особенно "актуально становится более широко и детально использовать данные этого разреза в целях получения материалов по термохалинному состоянию вод южной части Баренцева моря для оценки их сезонных и крупномасштабныхизменений и влияния на экосистему.
Для решения этой задачи в данной работе автором были впервые систематизированы все имеющиеся материалы по температуре и солености на этом разрезе за весь 105-летний период его выполнения. Все данные проходили тщательную проверку на предмет ошибок. На каждый случай выполнения разреза строились графики вертикального распределения океанографических параметров. В результате было построено более 2000 графиков. климатические нормы по температуре и солености воды по каждой станции и каждому стандартному горизонту разреза «Кольский меридиан». Расчеты проводились для первых 10 станций разреза, которые характеризуют термохалинное состояние вод Прибрежной и Основной ветвей Мурманского течения, а также Центральной ветви Нордкапского течения. Учитывая то, что в отдельные годы разрез выполнялся нерегулярно, особенно в первой половине XX века, количество лет, участвующих в расчете среднемесячных значений, также различно. На рисунке 27 показано число лет участвующих в расчете месячных климатических лорм по температуре и солености.
Внутренняя структура колебаний температуры воды на разрезе и ее учет при долгосрочном прогнозировании
В ПИНРО разработкой и усовершенствованием методов прогноза океанографических параметров различной заблаговременности занимаются уже более 40 лет. Еще в середине 60-х годов XX в. была предложена схема, в которой изменения среднегодовой температуры воды в слое 0-200 м на разрезе -«Кольский меридиан» в Баренцевом море аппроксимировались набором гармоник с последующим экстраполированием каждой из них на несколько лет вперед (компонентно-гармонического подход) (Бочков, 1964). Однако это направление в последующем не могло дать большого выигрыша перед климатическим прогнозом, поскольку изменчивость температуры воды носила нестационарный характер, что и проявилось довольно скоро. Поэтому были предприняты попытки разработать метод, где в качестве предикторов использовались различные метеорологические параметры. Для этого использовался прием, предложенный Д.А. Дрогайцевым (19596). В качестве предикторов рассматривались индексы меридионального переноса тепла и холода в предзимье, выбранные в качестве оценки возможного уровня интенсивности турбулентных потоков тепла и затрат тепла на испарение в последующий период.
В это же время для прогнозирования среднемесячной, среднеквартальной, сезонной и годовой температуры воды стал использоваться динамико-статистический метод Ю.М. Алехина (Алехин, 1963; Разработка методов долгосрочного..., 1970). Он надолго вошел в практику на Северном бассейне- и применялся не только в ПИНРО, но и Мурманским территориальным управлением по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, поскольку давал вполне удовлетворительные результаты.
Важным моментом динамико-статистического метода является выбор оптимального периода предыстории, по которому составляется прогностическое уравнение. Всю длину выборки использовать нельзя в силу нестационарности океанографических процессов, а ее малая продолжительность может привести к ложной корреляции (Серяков, 1979). В изменчивости среднемесячной и среднеквартальнои температуры воды Баренцева их автокорреляционная функция устойчива при п = 45-60 предшествующих прогнозированию членов ряда (Морские прогнозы, 1988).
Однако для сверхдолгосрочного прогнозирования температуры воды динамико-статистический метод оказался не вполне пригодным, так как необходимо иметь длительные ряды наблюдений. Даже для разреза «Кольский меридиан» продолжительность наблюдений была недостаточной и только после восстановления пропусков за период 1900-1921 и 1941-1944 гг. .динамико-статистический метод пытались применять для сверхдолгосрочного прогноза (Валерианова, Кондратович, Серяков, 1973; Кондратович, 1975; Серяков, 1979).
Следует кратко остановиться еще на нескольких методах, которые были предложены для прогнозирования температуры воды на разрезе «Кольский меридиан». Один из них основывается на утверждении, что тепловой режим Баренцева моря во многом формируется и изменяется под влиянием адвекции тепла течениями. Для его оценки использовались данные наблюдений на разрезах Норвежского моря. Был проведен кросскорреляционный анализ этих рядов и температуры воды на разрезе «Кольский меридиан», в результате которого было определено, что среднее время переноса температурных аномалий от границы Норвежского моря в Баренцево до меридиана 3330 в.д. составляет три месяца при скорости около 100 миль/сутки. Этот временной сдвиг использовался для прогноза среднемесячных значений этого параметра (Методические рекомендации по..., 1979).
Это направление исследований было развито Ю.В. Суставовым, который предложил схему прогноза температуры воды в южной части Баренцева моря с учетом не только адвекции тепла, но и раздельной оценки теплового взаимодействия морской поверхности с атмосферой (Суставов, 1975, 1977). Заблаговременность расчетов составляла 2-3 месяца. Адвекция в данном случае учитывалась через изменение уровня моря, фиксируемое в Мурманске, а взаимодействие океана и атмосферы через связь температуры воздуха в районе п-ва Рыбачий и температуры воды на разрезе «Кольский меридиан». Проверка на зависимом материале показала, что в 50 % случаев ошибка расчетов не превышает 5 % наблюденной величины и лишь в 10 % разность составляла 15-20 %.
Прогнозы месячных, квартальных и сезонных значений температуры воды в Баренцевом море используются для предсказания миграционного поведения и распределения промысловых объектов в течение года. Долгосрочное и перспективное прогнозирование необходимо для оценки возможных изменений состояния сырьевой базы. Разработке методов прогноза большой заблаговременности всегда уделялось особое внимание.
За почти 50 летний период исследований было предложено несколько методик сверхдолгосрочного прогноза температуры воды на разрезе «Кольский меридиан». При использовании компонентно-гармонического способа предполагается наличие в спектральном составе колебаний исследуемого процесса детерминированной части, которую и пытаются экстраполировать. Однако эти допущения выполняются достаточно редко и в основном на отдельных временных отрезках изменчивости параметров. Поэтому такой подход использовался не долго и был заменен другими, более физически обоснованными методиками. ,
Одним из таких методов является генетический. В его основе лежит гипотеза, согласно которой сложные межгодовые изменения температуры воды в океане формирует комплекс сил космической и геофизической природы, среди которых основная роль принадлежит деклинационному приливу с периодом, близким к 19 годам, солнечной активности, свободным и вынужденным колебаниям полюсов Земли (Максимов, Смирнов, 1967). Однако реализация этого способа оказалась весьма непростой задачей, а использование прогностических значении некоторых предикторов повышало вероятность ошибок в расчетах.
В конце прошедшего столетия произошло значительное уменьшение объема экспедиционных исследований и количества глубоководных океанографических наблюдений в районах исследований ПИНРО. Это вызвало увеличение пропусков во временных рядах регулярных наблюдений. Отсутствие или недостаточное количество данных некоторых входных параметров, необходимых для расчетов по ранее разработанным прогностическим методикам, увеличило вероятность ошибок при диагнозе и прогнозе абиотических факторов. В условиях ограниченного информационного обеспечения и нерегулярности пополнения временных рядов , достаточно объективно можно выполнять оценку сезонной и межгодовой изменчивость условий среды в Баренцевом море лишь на основе данных разреза «Кольский меридиан» (Бойцов, Карсаков, Педченко, 2004)..
В настоящее время прогнозирование температуры воды на разрезе «Кольский меридиан» с квартальной и месячной заблаговременностью осуществляется путем комплексирования результатов различных методов (Карсаков, Гузенко, Никифоров, 2001; Гузенко, Карсаков, Никифоров, 2001). Суть этой методики и оценка полученных результатов подробно рассмотрена в разделе 4.3 данной работы.
