ТОИ ДВО РАН - Pacificinfo.ru

Российская академия наук
Дальневосточное отделение
ТИХООКЕАНСКИЙ ОКЕАНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
им. В. И. ИЛЬИЧЕВА
(ТОИ ДВО РАН)
УДК 551.46+551.5 (265)
№ гос.рег. 01.20.03 08320
Инв. №
УТВЕРЖДАЮ
Директор ТОИ ДВО РАН
академик РАН
___________В. А. Акуличев
29.12.2005
ОТЧЕТ
О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ
ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫХ МОРЕЙ РОССИИ И СЕВЕРО-ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ
ТИХОГО ОКЕАНА, ЕГО ИЗМЕНЧИВОСТИ И АНОМАЛИЙ
(заключительный)
Зам. директора по научной работе,
канд. геогр. наук
В.Б. Лобанов
Руководитель НИР, вед. научн. сотр.,
канд. геогр. наук
В.А.Лучин
Владивосток 2005
РЕФЕРАТ
Отчет 116 с., 61 рис., 7 табл., 98 источников.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЕ МОРЯ, ТИХИЙ ОКЕАН, ТЕПЛОСОДЕРЖАНИЕ ВОД,
МЕЖГОДОВАЯ
И
СЕЗОННАЯ
ИЗМЕНЧИВОСТЬ,
ЛЕДОВЫЕ
ПАРАМЕТРЫ,
ЦИРКУЛЯЦИЯ ВОД, ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ И ГЛУБИННЫЕ ВОДЫ, БАЗЫ ДАННЫХ,
ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ, ПАРАМЕТРЫ АТМОСФЕРЫ,
ДЕЯТЕЛЬНЫЙ
СЛОЙ, ТРОПИЧЕСКИЕ ЦИКЛОНЫ, ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ
Объектом исследования являются моря Дальнего Востока России (Японское, Охотское,
Берингово), северо-западная часть Тихого океана и параметры атмосферы Северного Полушария.
Целью работы в 2003-2005 гг. являлось исследование гидрометеорологического состояния
дальневосточных морей России и северо-западной части Тихого океана, его изменчивости и
аномалий.
Применены статистические методы анализа при обработке рядов гидрометеорологических
характеристик, а также численное моделирование морских течений и тропических циклонов.
В результате проведенных исследований в 2003-2005 гг. уточнены характеристики сезонных
и многолетних вариаций параметров вод ДВ морей и СЗ части Тихого океана, выявлены их связи с
региональными
изменениями
климата;
созданы
элементы
системы
диагностики
и
прогнозирования состояния вод. Подготовлены архивы и проведен анализ данных о тропических
циклонах (ТЦ), выходящих на ДВ моря, а также разработаны методы и модели для оценки
влияния ТЦ на структуру вод ДВ морей. Разработана система формирования и ведения
полидисциплинарных
баз
океанологических
данных,
разработаны
и
адаптированы
пользовательские программные средства, проведено развитие информационно-справочных
ресурсов. Проведено изучение и мониторинг гидрометеорологического состояния ДВ морей
России и акватории СЗ части Тихого океана. Выделены (на основе анализа термической структуры
вод) ключевые горизонты для изучения долгопериодных изменений в деятельном слое вод ДВ
морей. Исследованы долгопериодные изменения параметров атмосферы в регионе ДВ морей.
Исследована межгодовая изменчивость и долговременные тенденции в эволюции термического
режима Японского, Охотского и Берингова морей. Определены связи между параметрами
долговременных изменений океанологических условий ДВ морей и макромасштабными
процессами в атмосфере.
Полученные результаты будут использованы для оценки состояния вод в регионе ДВ морей,
усовершенствования прогнозов погоды, обеспечения безопасности мореплавания, разработки и
рационального
использования
биологических
и
планирования работы рыбохозяйственных организаций.
минеральных
ресурсов,
эффективного
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
1
Введение
7
Исследование циркуляции и климатической изменчивости северной части Тихого
9
океана
1.1
Многолетняя изменчивость теплосодержания вод северо-западной части Тихого
10
океана
1.2
Межгодовая изменчивость тепловых потоков на поверхности северо-западной
12
части Тихого океана
1.3
Исследование адвективно-турбулентной составляющей теплового баланса
15
северной части Тихого океана
1.4
Исследование пространственного распределения океанологических полей северо-
17
западной части Тихого океана в режиме мониторинга
2
Исследование пространственно-временной изменчивости ледовитости, кромки
21
льда, сплоченности, возраста, форм и мощности льда в Беринговом море
2.1
Информационный архив
21
2.2
Исходный архив ледовой информации
22
2.3
Методы исследования
23
2.4
Основные черты распределения характеристик ледяного покрова
23
2.4.1
Сплоченность льда
23
2.4.2
Возраст льда
24
2.4.3
Формы льда
25
2.5
Изменчивость полей сплоченности, возраста и форм льда
25
2.5.1
Сезонная изменчивость полей ледовых характеристик
25
2.5.2
Межгодовая изменчивость полей ледовых характеристик
26
3
Вентиляционные процессы в дальневосточных морях
31
3.1
Метод расчета скорости трансформации вод
31
3.2
Использованные данные
32
3.3
Влияние климатических потоков тепла и соли в трансформацию промежуточных
33
вод в Японском море
3.4
Межгодовая изменчивость скорости формирования промежуточных вод Японского 35
моря
3.5
Характеристики промежуточных вод в южной части Японского моря
37
3.6
Роль залива Петра Великого в вентиляции глубоководных слоев Японского моря
38
3.7
Вентиляция вод Охотского моря
41
4
Разработка баз океанографических данных и информационных систем
43
4.1
Разработка и модернизация баз данных
44
4.1.1
Реляционные базы данных
44
4.1.2
Разработка системы взаимосвязанных баз разнородных данных
46
4.2
Разработка информационных продуктов и систем
48
4.2.1
Применяемые технологии
48
4.2.2
ИС "Режим и изменчивость состояния ледяного покрова Берингова моря"
53
4.2.3
Электронный атлас гидрофизических характеристик юго-восточной части
55
побережья полуострова Камчатка
4.2.4
ИС "Архивные данные наблюдений над течениями на АБС в северной части
55
Тихого океана и ДВ морях
4.2.5
Новая версии CD-ROM с данными океанографических экспедиций ТОИ
56
4.2.6
Определитель видов морских млекопитающих для тихоокеанских вод России
57
5
Анализ долговременной изменчивости характеристик гидрометеорологического
58
режима ДВ морей и северной части Тихого океана
5.1
Подготовка массивов предиктантов (гидрометеорологических характеристик
58
северной части Тихого океана)
5.2
Формирование специализированного массива гидрометеорологических данных по
59
северной части Тихого океана
5.3
Атмосферная циркуляция
60
5.4
Поля ветровых волн
62
6
Диагностические исследования особенностей циркуляции вод ДВ морей в
68
зависимости от действия различных типов атмосферной циркуляции
6.1
Исходный материал исследований
68
6.2
Методы и подходы исследований
69
6.3
Результаты исследований
69
6.3.1
Берингово море
73
6.3.2
Алеутская островная система
76
6.3.3
Северо-западная часть Тихого океана
77
6.3.4
Курильская островная система
79
7
Исследование структуры и изменчивости деятельного слоя вод Берингова и
81
Японского морей
7.1
Использованный материал
81
7.2
Методы исследования
82
7.3
Сезонная изменчивость в деятельном слое вод Берингова моря
84
7.4
Межгодовая изменчивость в деятельном слое вод Берингова и Японского морей
87
7.4.1
Берингово море
87
7.4.2
Японское море
89
8
Тропические циклоны северо-западной части Тихого океана и их влияние на
93
структуру вод дальневосточных морей
8.1
Тропические циклоны, выходящие на дальневосточные моря
93
8.2
Влияние тропических циклонов на верхний слой океана и морей
95
8.3
Условия зарождения и развития тропических циклонов
98
Заключение
108
Список использованных источников
110
Введение
Мировой океан является одним из основных источников поступающей в атмосферу тепловой
энергии, поэтому многолетние колебания его термодинамического состояния оказывают
воздействие на климатическую систему. Большинство авторов признают решающую роль океана в
формировании наблюдаемой низкочастотной изменчивости климатической системы.
В исследованиях Мирового океана и его отдельных районов в настоящее время все большее
внимание уделяется межгодовой и долгопериодной изменчивости параметров вод и выявлению их
связи с глобальными макромасштабными вариациями климата. Это важно для оценки
долгосрочных перспектив развития различных морских отраслей, в том числе рыболовства, а
также для оценки возможных изменений среды обитания морских организмов.
Интенсивное освоение биологических и минеральных ресурсов в последние десятилетия
требует пристального внимания к процессам, происходящим в регионе ДВ морей (Японское,
Охотское, Берингово) и северо-западной части Тихого океана (СЗТО). Научные исследования в
этом регионе необходимо выполнить на имеющемся мировом опыте, технологических
разработках и современной приборной базе. Имеющиеся к настоящему времени сведения о
гидрологических и гидрохимических процессах, как правило, отрывочны и освещают в полном
объеме только локальные районы.
Практически все виды хозяйственной деятельности на море, а также решение ряда задач
долгосрочных гидрометеорологических прогнозов на дальневосточном регионе во многом
зависят от знания ледовой обстановки и возможности ее прогнозирования. С рассмотрением
особенностей ледового режима связаны многие исследования. Однако, все эти работы,
преимущественно, основаны на анализе распределений ледовитости или положения кромки
льда и приводятся, в основном, только режимные данные не затрагивающие разномасштабную
изменчивость ледовых условий. Для получения же исчерпывающих оценок ледовых условий,
включая и их разномасштабную изменчивости необходимо оперировать многомерными полями
ледовых элементов: сплоченности, возраста, форм, торосистости и заснеженности льда.
Подобные исследования до сих пор не проводились.
В своей эволюции тропические циклоны (ТЦ - тропические штормы, тайфуны) в северозападной части Тихого океана поднимается до высоких широт (50 - 600 с.ш.), оказывая
воздействие на гидрологические процессы в Японском и Охотском морях, в водах КурилоКамчатского района. К основным задачам работ в этом направлении являются изучение влияния
ТЦ на верхний слой морей, а также разработке методов и моделей для оценки влияния ТЦ на
структуру и динамику вод верхнего слоя морей, анализу условий зарождения и развития ТЦ.
Другой
важной
задачей
современных
океанологических
исследований
является
определение пространственного распределения течений, полей температуры, солености и
плотности в режиме мониторинга для различных морских и океанических регионов.
Практически всегда исследователи испытывают недостаток в материалах инструментальных
измерений. Имеющихся данных непосредственных наблюдений явно недостаточно для
мониторинга
и
А.С.Васильевым
прогноза
состояния
квазигеострофическая
моря.
Именно
модель,
для
этих
реализованная
целей,
в
разработанная
информационно-
мониторинговой подсистеме (ИМП), была модернизирована в последние годы и адаптирована
для каждого из дальневосточных морей и всей северо-западной части Тихого океана.
В последние годы решены многие важные проблемы накопления и интеграции больших
объемов данных, обеспечения доступа пользователей к этой информации и эффективного
использования информационных ресурсов. В современных условиях значительный интерес
представляют
аналитические
предметно-ориентированные информационно-справочные и
(ИАС)
рассредоточенную
по
системы,
содержащие
многочисленным
информацию
источникам,
о
архивам
морской
и
базам
информационносреде
региона,
данных.
Такие
информационные системы (ИС) становятся принципиально важными для развития различных
областей знаний о природе Мирового океана.
К настоящему времени накоплен достаточно большой фактический материал, анализ
которого показывает, что имеющаяся информация в целом мозаична, а ее интерпретация во
многих случаях имеет качественный характер. Разработанные в последние годы новые методы
математического моделирования позволяют хотя бы частично восполнить указанный пробел,
что весьма актуально для дальнейшего комплексного изучения, например, системы «морепролив-океан».
Среди отечественных и зарубежных разработок недостаточно исследованной является
пространственная, сезонная и межгодовая изменчивость гидрометеорологических параметров
дальневосточных
морей
и
северо-западной
части
Тихого
океана.
Например,
в
ряде
предшествующих исследований из-за ограниченности в исходных данных удалось рассмотреть
межгодовую изменчивость тех или иных параметров только на отдельных участках морей. Более
того, анализу подвергались лишь отдельные характеристики. Не выполнялась, за редким
исключением, статистическая оценка характеристик, отражающих межгодовые вариации
термического режима вод.
Накопление новых данных и пополнение информации за счет недоступных ранее
ретроспективных наблюдений, позволяет на более качественном уровне выполнить режимные
оценки исследуемого региона.
Заключение
Все работы в рамках данной темы выполнялись в соответствии с календарным планом.
Исследования имели комплексный характер, что определялось сложной природой изучаемого
региона, и проводились на современном научно-техническом уровне, возможности которого за
последние годы значительно возросли.
В процессе работы проведен сбор, систематизация и анализ всей доступной информации по
ДВ морям, СЗ части Тихого океана и атмосфере северного полушария; выполнены
экспедиционные исследования и численное моделирование.
В результате проведенного исследования получены следующие основные результаты:
1. Выполненные исследования сезонной и межгодовой изменчивости термодинамической
структуры вод северо-западной части Тихого океана позволили выявить многолетние вариации в
их колебаниях и установить, за период 1950-2001 гг., противоположные тенденции в многолетних
трендах теплосодержания бароклинного слоя вод северного и южного районов северо-западной
части Тихого океана.
2. Проведены диагностические расчеты сезонной изменчивости термодинамических
структур дальневосточных морей России в режиме мониторинга на новой сетке с переменным
шагом (http://www.pacificinfo.ru/).
3. На основании всех доступных данных включенных в ледовую информационносправочную подсистему, проведен анализ пространственно-временной изменчивости
ледовых условий Берингова моря, который показал, что максимальная изменчивость полей
ледовых элементов связана с областями 4-8 бальной сплоченности, где вклад
динамического фактора (дрейф льда, взаимодействие между льдинами и т.д.) в
перераспределение
ледовых
условий
максимален.
Характер
распределения
коэффициентов разложения полей сплоченности, возраста и форм льда, показал отсутствие
направленной тенденции изменения ледовых условий и позволил предположить наличие
многолетних квазипериодических составляющих в ледовых процессах, а также выделить
их доминирующие периоды: 2-3 года, 7-8 лет, 11 лет и более.
4. Основными процессами, определяющими вентиляцию промежуточных глубин Японского
моря, являются зимняя конвекция и субдукция. Расчеты, выполненные на основании многолетних
CTD данных, показывают, что ежегодно в море формируется в среднем 0,2 Св вод повышенной
солености в слое 150-600 м и 0,5 Св вод пониженной солености в слое 100-300 м. Определены
географические границы распространения этих водных масс, установлены закономерности
многолетней изменчивости скорости их формирования и связи с основными барическими
системами в атмосфере северного полушария, а также предложен возможный механизм
вентиляции глубинных и придонных вод.
5. Сформирована многопрофильная система усвоения, хранения, анализа данных и
доведения до потребителей различных видов информационной продукции по океанографии и
состоянию морской среды региона, образующая новый национальный сегмент информационных
ресурсов http://pacificinfo.ru.
6. Подготовлены новые версии баз данных, тематических электронных информационносправочных систем и атласов для распространения через компьютерные сети и на CD-ROM.
Созданы основы для построения комплексной информационно-аналитической системы по
океанографии ДВ региона для более полного использования информационных ресурсов,
диагностики и прогнозирования параметров морской среды и использования в системах
поддержки принятия решений более высокого уровня.
7. В результате проведенных исследований на акватории северной части Тихого океана и
дальневосточных морей выявлены зоны опасных и особо опасных гидрометеорологических
явлений: обледенения судов, экстремальных выходов плавучего льда в открытую часть океана,
волн цунами; высот ветровых волны и зыби и их связь с траекториями циклонов.
8. В пределах изучаемой акватории Берингова моря, проливных зон Алеутских островов и
северо-западной части Тихого океана показана четкая связь между гидродинамическим режимом
системы «море-пролив-океан» и климатическими факторами, региональная специфика которых
значительно влияет на циркуляцию вод указанной системы.
9. На основе анализа всех доступных к настоящему времени океанографических данных
исследована статистическая структура деятельного слоя вод Берингова моря (пространственновременная изменчивость верхнего квазиоднородного слоя, размах сезонных колебаний
температуры и солености на характерных горизонтах) и определена его нижняя граница. Методом
ЭОФ-разложения получены параметры межгодовой изменчивости в деятельном слое вод
Берингова и Японского морей (трендовая составляющая, основные периоды и размах колебаний),
а также представлены характерные распределения температуры воды для типичных «холодных» и
«теплых» лет.
10. Проведены оценки вклада тропических циклонов в характеристики энерго-массообмена
атмосферы и дальневосточных морей. Показано, что они дают существенный вклад в потоки
механической энергии ветра, который может более чем на порядок превышать климатические
значения.
11. Условия формирования тропических циклонов определяются скоростью фонового
потока, интенсивностью и размером аномалией потока тепла от поверхности океана,
стратификацией атмосферы, параметрами пограничного слоя и Кориолиса.