Охотоморские вихри прикурильского района
При расчетах климатических течений Охотского моря для осенних месяцев (1950 - 1989 гг.) получены результаты, свидетельствующие о преобладании в поле течений южной части Охотского моря, прилегающей к Курильским островам, средне- и мелкомасштабных вихрей над струйными потоками. Горизонтальные размеры вихревых структуризменяются в пределах от 40 - 70 до 100200 км. Наибольшая повторяемость вихрей на климатических картах отмечается в Прикурильском районе (Лучин, Дарницкий, 1993).
Моделирование динамических структур Охотского моря и анализ их сезонной изменчивости с месячной дискретностью при южных (летом) и северных (зимой) ветрах показывает сложную дипольную структуру циклонических и антициклонических вихрей, на перифериях которых и у берегов образуются струйные течения (Васильев, Храпченков, 1994).
Наличие в южной части Охотского моря крупного антициклонического вихря в летний сезон было показано в исследованиях К.В.Морошкина (1966). Интерпретация изображений ледового покрова Охотского моря, полученных с ИСЗ "Метеор", показала, что в районе его локализации антициклонические вихри существуют и в зимне-весенний период Спутниковые изображения позволили выделить широкий спектр вихревых образований, существующих в плотном плавучем льду и прикромочной области - от мелкомасштабных (до 5 км) конвективных вихрей до синоптических (100 - 200 км) вихрей, связанных с общей циркуляцией Охотского моря (Кузымина, Скляров, 1984). Скорости поверхностных течений достигают 34 см/с в радиусе 40 - 45 км от центров вихрей. Центры антициклонических вихрей, по наблюдениям в 1980 - 1984 гг., могут медленно смещаться внутри области, имеющей поперечник около 100 км. На периферии центрального антициклона иногда наблюдаются вихри меньших диаметров. Эти вихри часто связаны с грибовидными структурами, наблюдающимися между
Южными Курильскими островами и Сахалином. Размеры диполей грибовидных структуризменяются в диапазоне 60 - 100 км, а время жизни грибовидных течений составляет около 2 - 3 сут (Гинзбург, Федоров, 1984). Выделяются наиболее типичные ситуации с одним или несколькими разделенными или совмещенными вихрями (Хен, Муктепавел, 1995). Наиболее устойчивыми являются ситуации с одним вихрем, другие же существуют, как грибовидные структуры, 2 - 3 сут.
Рис.1- Вихревые образования в Прикурильском районе Охотского моря в различные годы: I - особенно колодные воды Курильского течения и апвеллинга: 2 - холодные области вихрей; 3 - относительно теплые воды Охотского моря; 4 - гидрологические станции
По результатам дешифрирования ИК-изображений, полученных с ИСЗ "NOAA"по системе APT, одним из авторов статьи - Булатовым Н.В. составлены схемы вихревых образований в южной части Охотского моря, вдоль Курильской гряды в осенние месяцы (сентябрь - октябрь) 1990 - 1994 гг. (рис.1). Канализу привлекались также некоторые данные глубоководных гидрологических наблюдений, выполненных на НИС "Профессор Солдатов" и "ТИНРО" в июле-августе 1993 г. В 1992 г. из-за болышой повторяемости облачности ИК-изображения были получены только для южной части Прикурильского района.
В сентябре 1993 г. топологическая структура вихревого поля включала 9 вихрей, расстояние между которыми вдоль цепи гор изменялось от 100 до 120 миль. Центры вихрей были на удалении 70-90 миль от островной дути. Диаметры антициклонов изменялись от 20 - 40 до 60-80 миль и были близки к масштабам климатических вихрей (см. рис.1). В ядрах северных и центральных вихрей находились холодные воды Курильского течения и воды сопутствующего островной дуге топографического апвеллинга, которые были окружены относительно теплыми охотоморскими водами или "затяжками" трансформированных вод течения Соя (вихри А2,А3). Ядро южного антициклона (А1-1) было сформировано водами собственно течения Соя и окружено водами колодной интрузии Восточно-Сахалинского течения. Систему трех южных вихрей: двух антициклонических (А1-1 и A1-2) и одного циклонического (С1-2) можно интерпретировать как результат распространения вод течения струи Соя в северном направлении и их взаимодействия с ВосточноСахалинским течением на стадии, когда теплая струя течения Соя прерывалась интрузией западной ветви холодного течения. Такие ситуации часто наблюдаются при взаимодействии ветвей Куросио и Ойясио в океане.
Судовые наблюдения были выполнены в первой половине августа. Поэтому трудно ожидать полного соответствия особенностей поля поверхностной температуры воды структурам, наблюдаемым на ИК-изображениях. Однако вертикальная термохалинная структура вод вполне соответствует предлагаемой интерпретации спутниковых изображений. У побережья Курильских островов, например, выделяются слабостратифицированные воды Курильского течения и апвеллинга (рис.2, сп.126). Теплое ядро вихряA1-1 съемкой не было захвачено,
Рис. 2. Профили вертикального распределения температуры и солености в различных областях охотоморских вихрей (расположение станций показано на рис.1)
Холодная зона, окружающая ядро вихряA1-1. была сформирована водами с пониженной соленостью до глубины около 170 м, с холодным промежуточным слоем и частично покрыта "затяжкой" теплых вод толщиной около 30 м (см.рис.2, сп.130). Относительно теплые воды, окружающие холодные ядра вихрей А1-2 и C1-2, имели несколько повышенные значения температуры и солености на глубине 80 - 200 м - холодный промежуточный слой отсутствовал (см. рис.2, сп.158). В северной части струйного вторжения температура в слое 90 - 150 м опускалась ниже нуля, а соленость верхнего квазиоднородного слоя уменьшалась до 32,13%o (см. рис.2, ст. 157). В пределах циклонического вихря С1-2 ядро холодного промежуточного слоя (температура -1,2"C) поднималось до глубины 60 - 70 м, при этом соленостъ во всем слое 0 - 500 м понижалась по сравнению с таковой вод теплого вторжения (см.рис.2, сп. 156). Это свидетельствует о том, что круговорот C1-2 был образован главным образом водами Восточно-Сахалинского течения. Низкие значения солености верхнего квазиоднородного слоя на этих станциях могут быть связаны с распреснением вод при таянии льда. В охотоморских водах, окружающих антициклон А1-2, и на его восточной периферии наблюдалась подповерхностная прослойка (20 - 50 м) с повышенной соленостью (см. рис.2, сп.132), видимо, она связана состаточным зимним осолонением при льдообразовании. На некоторых станциях обнаруживались прослойки и с пониженной соленостью. Можно предположить, что эти воды поступают с севера.
Расположение гидрологических станций не представляет регулярной сетки, чтобы построить карту динамической топографии. Однако динамические высоты, рассчитанные от поверхности 500 дцб на отдельных станциях, подтверждают данную интерпретацию ИК-изображений. Выделяется поток теплых вод на север и менее отчетливо - поток южного направления, огибающий вихрь А1-2 с востока; заметен также циклонический вихрь С1-2.
Особенность динамики южных вихрей заключалась в том, что вихри А1-2 и A2 вращались вокруг квазистационарного циклонического вихря С1-2, представляя таким образом макромасштабную вихревую триаду между о. Итуруп и Южным Сахалином. Пограничное течение Соя при
этом наблюдалось вдоль Курильских островов, от о.Хоккайдо до северной оконечности о. Итуруп. Между Камчаткой и о.Итуруп, на всем пространстве вдоль Центральных и Северных Курил был развит топографический апвеллинг, от которого ответвлялись поперечные стриммеры в северном и северо-западном направлениях, являвшиеся в дальнейшем элементами спиральных вихревых структур. Апвеллинг этот возникает при взаимодействии приливных течений и многочисленных подводных вулканов у островов Курильской гряды.
Наиболее близкой к рассмотренной динамике вод была вихревая система, наблюдавшаяся осенью 1992 г., когда аналогичная трехъядерная вихревая система в южной части Охотского моря была смещена к северо-востоку на 60-80 миль и находилась дальше от Курильских островов на 90 - 100 миль (относительно 1993 г.). Ядра вихрей состояли из холодных вод, обтекавшихся теплыми водами течения Соя.
В 1991 г. вихри течения Соя (на космических снимках) были развиты слабее, а течение было направлено в основном вдоль Курильских островов (см. рис.1).
Топографический апвеллинг в 1991 г., как и в 1993 г., выделялся полосой холодных вод, окаймлявших Курильскую гряду с охотоморской и тихоокеанской сторон между о.Уруп и Южной Камчаткой, но топологическая структура апвеллинга 1991 г. отличалась тем, что стриммеры холодных вод были хорошо развиты в основном с охотоморской стороны. Боковые, относительно островной дуги, выбросы холодных вод (стриммеры) распространялись поперек шельфового апвеллинга и континентального склона на расстояния до нескольких сотен километров от побережья, что превышает радиус деформации Россби, определяющий ширину прибрежного апвеллинга: Ro< 50 км (Гинзбург, Федоров, 1985; Гинзбург, 1988). Ширина струи может изменяться от 10 - 20 до 60-80 км. Интересно, что, по данным измерений в Калифорнийском течении, ширина струй изменялась примерно в тех же пределах - от 30 до 60 км. Сами струи могут заканчиваться одиночным вихрем, вихревым диполем или иметъ T-образную структуру. Скорости течений в боковых струях имеют порядок одного узла, время существования - 7 - 14 сут (Гинзбург, Федоров, 1985; TMH36ypr, 1988).
Скорости струйных течений в Прикурильском районе, судя по данным спутниковых изображений, достигала 40 - 50 см/с (Кузьмина, Скляров, 1984).
Можно предположить, что вдоль Курильской гряды могут наблюдаться по крайней мере два типа вихрей: ближние к островам вихри, примерно в 60 милях от островной дуги, с диаметром 2040 миль, и дальние вихри (см. рис.1). В 1991 г. и те и другие находились на большем удалении от центральных Курильских островов: ближние - на 60 - 80 миль, причем они были более развиты (размеры 30-40 миль), чем в 1992-1994 гг., дальние - на 120 - 140 миль. В отличие от вихревых полей в 1992 и 1993 гг., когда охотоморские вихри имели антициклоническую завихренность, в 1991 г. один из вихрей диаметром около 100 миль, наблюдавшийся на траверзе средних Курильских островов (49"слш.), был циклоническим, с хорошо отслеживаемой спиральной структурой и хвостовой частью, указывающей на район его генерации (см. рис.1). Расстояние между центрами крупных вихрей в течение трех лет (1991-1993 гг.) оставалось близким к 120 - 140 милям. Межгодовые различия в положении центров вихрей не превышали половины длины волны, равной расстоянию между центрами вихрей.
Известно, что цепь антициклонических вихрей наблюдается и с океанской стороны Курильских островов (Булатов, Лобанов, 1983). В 1994 г. в Прикурильском районе отмечались стриммеры, ответвлявшиеся от апвеллинга Курильской гряды почти симметрично с охотоморской и тихоокеанской сторон. Между о. Итуруп и о.Хоккайдо течение Соя образовывало две спиральные закрутки антициклонического характера (см. рис.1). В целом же завихренность поля течений с охотоморской стороны Курильской гряды осенью 1994 г. была выражена гораздо интенсивнее, чем стихоокеанской стороны. Аналогичная ситуация наблюдалась в 1991 и 1993 гг. В эти годы была хорошо выражена вихревая асимметрия относительно оси, с максимальной интенсивностью вихреобразования с внутренней стороны Курильской островной дуги. В противоположность этим годам осенью 1990 г. стриммеры курильского апвеллинга были более развиты с тихоокеанской стороны, они заканчивались четырьмя спиральными закрутками антициклонического вращения (рис.3). С внутренней стороны Курильской гряды наблюдалось только два антициклонических стриммера,
Из имеющихся материалов можно заключить, что формирование охотоморских вихрей истриммеров Прикурильского района обусловлено прежде всего взаимодействием крупномасштабных и приливных течений стопографией дна. Влияние подводного рельефа Курильской гряды на динамику окружающих вод чрезвычайно велико, и не случайно, что почти все вихри на космических снимках своими хвостовыми элементами указывают на их движение от Курильских островов. Очевидно, что островная гряда - основной район их генерации, за исключением викрей, имеющих адвективную природу, в частности, смещающихся вдоль глубоководного желоба с тихоокеанской стороны Курильской гряды (Козлов, Гу
Рис.3. Асимметричное развитие вихрей стихоокеанской и охотоморской сторон
Курильских островов (1990 г.) рулев, 1994).
Подводные вулканы островной гряды встречаются на различных глубинах, причем их количество более чем в два раза превышает число Курильских островов (79 и 30 соответственно). Согласно результатам модельных экспериментов приливный поток вблизи подводных гор вследствие взаимодействия с последними генерирует вихри "шахматной упаковки" (Зырянов, 1993). В соответствии с режимом приливных течений в районе Курильской островной дути генерация топографических вихрей должна происходить регулярно с суточной и полусуточной дискретностью. Большинство глубинных и промежуточных вихрейне регистрируется современными средствами измерений, и в нашем случае только хорошо развитые вихри больших масштабов фиксируются спутниковыми наблюдениями и океанографическими съемками. Сильные приливные течения вблизи подводных вулканов и островов (до 7 - 10 уз.) обуславливают формирование хорошо развитого квазипериодического апвеллинга за счет эффектов в пограничном слое и вихревой активности. О существовании мощных восходящих движений в прикурильских водах высказывали адекватные предположения по наблюденным фактам выхода в поверкностные слои океана глубоководных рыб - иглохвостов, алепизавров, скатов и др. (Слепцов, 1961). Вследствие интенсивного апвеллинга фоновая концентрация биогенных элементов здесь почти постоянно гораздо выше, чем в окружающих охотоморских и тихоокеанских водах (Гидрометеорология., 1993).
О масштабах биологической и промысловой продуктивности прикурильских вод могут дать представление следующие факты. После второй мировой войны советский и японский промыслы здесь достигли больших объемов. Выполненные еще в 50-х годах ТИНРО и ИОАН гидробиологические исследования установили, что в весенне-летние периоды области с высокой биомассой зоопланктона отмечались на удалении до 300 миль от северной части Курильской гряды, до 250 миль - от Центральных Курил и до 120 миль - от Южных Курил. При средних биомассах зоопланктона около 700-800 мг/м* межсезонные и межгодовые ее изменения находились в пределах 300 - 5000 мг/м* (Слепцов, 1961). Соответственно этим особенностям асимметричного распределения кормового зоопланктона самки кашалотов с детенышами в период нагула наблюдались главным образом в южной и центральной частях прикурильских вод (Слепцов, 1961). Если у Южных Курил добыча кашалотов составляла 40 - 60% от общего объема их промысла, то у Ceверных Курил - 10 - 20%. С тех пор произошло сильное снижение численности китов, но потенциальная биопродуктивность вод, по-видимому, осталась прежней, как это следует из величин сетного макропланктона (Шунтов, 1993). Средняя биомасса макропланктона составляла в 1991 г. 157 - 264 т/км" с океанской стороны Курильской гряды и 124 - 364 т/км2 - с охотоморской стороны. Информация по другим видам морских животных также подтверждает вышеизложенное.
Некоторые данные, касающиеся экологии обитающих в Прикурильском районе гидробионтов, также находятся в связи с описанной выше динамикой вод. Так, например, большая межгодовая изменчивость численности икры минтая (ее кратность может колебаться от 8 до 196 в отдельных частях района на фоне относительно стабильных уловов, а следовательно, и численности производителей) связывается с изменениями выноса икры из района вследствие колебаний интенсивности циркуляции вод, а также с изменениями локальных условий, способствующих аккумуляции (или разносу) икры (Фадеев, в печати).
О значительном выносе икры течениями из Прикурильского района может свидетельствовать полученное Н.С.Фадеевым расчетное соотношение, где при биомассе курильского минтая в 800900 тыс.тчисленность икры должна быть больше в 6,1 раза по сравнению с учтенным ее максимумом. По всей вероятности, большая часть икры южнокурильского минтая со стриммерами и вихрями выносится в океан, либо в южную и центральную части Охотского моря, где и происходит ее дальнейшее развитие. Малыки к моменту оседания на дно возвращаются в прибрежные воды, что, согласно Н.С.Фадееву, может служить свидетельством хорошо проявляющегося хоMMHra y 3Toro BMAa,
Смотрите также
