Изменения сезонного хода геострофической циркуляции в Черном море

На основе обработки архивных гидрологических данных анализируется сезонный ход геострофической циркуляции в Черном море и его долговременная изменчивость. Показано, что изменчивость течений декадных (десятилетних) временных масштабов, по-разному проявляющаяся в различные сезоны, приводит к изменения...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2010
Hauptverfasser:	Полонский, А.Б., Шокурова, И.Г.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Морський гідрофізичний інститут НАН України 2010
Schriftenreihe:	Морской гидрофизический журнал
Schlagworte:	Анализ результатов наблюдений и методы расчета гидрофизических полей океана
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/56723
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Изменения сезонного хода геострофической циркуляции в Черном море / А.Б. Полонский, И.Г. Шокурова // Морской гидрофизический журнал. — 2010. — № 1. — С. 16-31. — Бібліогр.: 32 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-56723
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-567232025-02-09T10:43:11Z Изменения сезонного хода геострофической циркуляции в Черном море Зміни сезонного ходу геострофічної циркуляції в Чорному морі Change of seasonal variation of geostrophic circulation in the Black Sea Полонский, А.Б. Шокурова, И.Г. Анализ результатов наблюдений и методы расчета гидрофизических полей океана На основе обработки архивных гидрологических данных анализируется сезонный ход геострофической циркуляции в Черном море и его долговременная изменчивость. Показано, что изменчивость течений декадных (десятилетних) временных масштабов, по-разному проявляющаяся в различные сезоны, приводит к изменениям в характеристиках сезонного хода геострофической циркуляции во второй половине ХХ в. Усиление зимней циркуляции и ослабление летней с середины 1970-х гг. приводит к увеличению амплитуды годового хода скорости течений на поверхности моря. Обсуждаются вероятные причины изменчивости интенсивности геострофических течений в Черном море. На основі обробки архівних гідрологічних даних аналізується сезонний хід геострофічної циркуляції в Чорному морі і його довгоперіодна мінливість. Показано, що мінливість течій декадних (десятилітніх) часових масштабів, яка по-різному проявляється в різні сезони, призводить до змін в характеристиках сезонного ходу геострофічної циркуляції в другій половині ХХ ст. Посилення зимової циркуляції і ослаблення літньої з середини 1970-х рр. призводить до збільшення амплітуди річного ходу швидкості течій на поверхні моря. Обговорюються вірогідні причини мінливості інтенсивності геострофічних течій у Чорному морі. Seasonal variation of the Black Sea geostrophic circulation and its long-term variability in the 20th century are analyzed based on processing of archival hydrological data. It is shown that current variability on decadal scales revealing itself in different ways in different seasons, results in changes of the characteristics of seasonal variation of geostrophic circulation in the second part of the 20th century. Intensification of winter circulation and weakening of summer one beginning from mid 70ies, lead to increase of the annual variation amplitude of current velocities on the sea surface. Possible reasons of variability of geostrophic current’ intensity in the Black Sea are discussed. 2010 Article Изменения сезонного хода геострофической циркуляции в Черном море / А.Б. Полонский, И.Г. Шокурова // Морской гидрофизический журнал. — 2010. — № 1. — С. 16-31. — Бібліогр.: 32 назв. — рос. 0233-7584 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/56723 561.465.(262.5) ru Морской гидрофизический журнал application/pdf Морський гідрофізичний інститут НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Анализ результатов наблюдений и методы расчета гидрофизических полей океана Анализ результатов наблюдений и методы расчета гидрофизических полей океана
spellingShingle	Анализ результатов наблюдений и методы расчета гидрофизических полей океана Анализ результатов наблюдений и методы расчета гидрофизических полей океана Полонский, А.Б. Шокурова, И.Г. Изменения сезонного хода геострофической циркуляции в Черном море Морской гидрофизический журнал
description	На основе обработки архивных гидрологических данных анализируется сезонный ход геострофической циркуляции в Черном море и его долговременная изменчивость. Показано, что изменчивость течений декадных (десятилетних) временных масштабов, по-разному проявляющаяся в различные сезоны, приводит к изменениям в характеристиках сезонного хода геострофической циркуляции во второй половине ХХ в. Усиление зимней циркуляции и ослабление летней с середины 1970-х гг. приводит к увеличению амплитуды годового хода скорости течений на поверхности моря. Обсуждаются вероятные причины изменчивости интенсивности геострофических течений в Черном море.
format	Article
author	Полонский, А.Б. Шокурова, И.Г.
author_facet	Полонский, А.Б. Шокурова, И.Г.
author_sort	Полонский, А.Б.
title	Изменения сезонного хода геострофической циркуляции в Черном море
title_short	Изменения сезонного хода геострофической циркуляции в Черном море
title_full	Изменения сезонного хода геострофической циркуляции в Черном море
title_fullStr	Изменения сезонного хода геострофической циркуляции в Черном море
title_full_unstemmed	Изменения сезонного хода геострофической циркуляции в Черном море
title_sort	изменения сезонного хода геострофической циркуляции в черном море
publisher	Морський гідрофізичний інститут НАН України
publishDate	2010
topic_facet	Анализ результатов наблюдений и методы расчета гидрофизических полей океана
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/56723
citation_txt	Изменения сезонного хода геострофической циркуляции в Черном море / А.Б. Полонский, И.Г. Шокурова // Морской гидрофизический журнал. — 2010. — № 1. — С. 16-31. — Бібліогр.: 32 назв. — рос.
series	Морской гидрофизический журнал
work_keys_str_mv	AT polonskijab izmeneniâsezonnogohodageostrofičeskojcirkulâciivčernommore AT šokurovaig izmeneniâsezonnogohodageostrofičeskojcirkulâciivčernommore AT polonskijab zmínisezonnogohodugeostrofíčnoícirkulâcíívčornomumorí AT šokurovaig zmínisezonnogohodugeostrofíčnoícirkulâcíívčornomumorí AT polonskijab changeofseasonalvariationofgeostrophiccirculationintheblacksea AT šokurovaig changeofseasonalvariationofgeostrophiccirculationintheblacksea
first_indexed	2025-11-25T20:47:12Z
last_indexed	2025-11-25T20:47:12Z
_version_	1849796731718336512
fulltext	ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 1 16 © А.Б. Полонский, И.Г. Шокурова, 2010 Анализ результатов наблюдений и методы расчета гидрофизических полей океана УДК 561.465.(262.5) А.Б. Полонский, И.Г. Шокурова Изменения сезонного хода геострофической циркуляции в Черном море На основе обработки архивных гидрологических данных анализируется сезонный ход гео- строфической циркуляции в Черном море и его долговременная изменчивость. Показано, что изменчивость течений декадных (десятилетних) временных масштабов, по-разному прояв- ляющаяся в различные сезоны, приводит к изменениям в характеристиках сезонного хода гео- строфической циркуляции во второй половине ХХ в. Усиление зимней циркуляции и ослабле- ние летней с середины 1970-х гг. приводит к увеличению амплитуды годового хода скорости течений на поверхности моря. Обсуждаются вероятные причины изменчивости интенсивности геострофических течений в Черном море. Введение Проведенные в последнее время исследования циркуляции в Черном мо- ре, осредненной за различные промежутки времени, выявили наличие долго- временной изменчивости. Так, расчеты, выполненные с использованием ас- симиляции климатических гидрологических полей, восстановленных по мас- сиву данных за 1903 – 2003 гг., показали интенсификацию Основного Черно- морского течения (ОЧТ), особенно в зимний период, по сравнению с ОЧТ, восстановленным с использованием массива данных за более короткий пери- од 1903 – 1982 гг. [1, 2]. В [3] по результатам анализа декадной изменчивости с использованием данных за зимний сезон 1960 – 1990 гг. выявлена тенден- ция к усилению геострофической циркуляции в поверхностном слое моря и ослаблению – в нижней части пикноклина (здесь и далее под декадными по- нимаются десятилетние масштабы). В [4] на основе обработки данных по температуре и солености на черноморских «вековых» разрезах делается вы- вод об интенсификации циркуляции вод в области западного циклонического круговорота в конце зимнего сезона 1960 – 1970 гг. В связи с выявленными изменениями возникает вопрос об относительной изменчивости циркуляции в Черном море в различные сезоны на длительных (~ 50 лет) временных масштабах и связанных с этим изменениях количест- венных характеристик сезонного хода. Характер сезонного хода циркуляции в Черном море неоднозначно пред- ставлялся в разные периоды исследований. В результате анализа данных за ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 1 17 период 1920-е – начало 1960-х гг. (~ 10000 станций) был сделан вывод, что интенсификация геострофической циркуляции происходит зимой, а к лету она ослабевает [5]. В работе [6] на основе вычислений, выполненных дина- мическим методом с использованием данных, включающих наблюдения по 1973 г. (~ 20000 станций), получено, что наряду с зимней интенсификацией усиление течений происходит также летом, а весной и осенью циркуляция ослабевает. В расчетах, выполненных на основе массива данных, содержащих наблюдения по 1982 г. (~ 53500 станций) [7], делается вывод, аналогичный [5]. Вычисления по современному массиву данных (~ 150000 станций) пока- зывают, что циркуляция усиливается в зимне-весенний период и ослабевает летом [8 – 10]. Расхождения в оценках могут объясняться двумя причинами – недостатком данных при расчетах в ранние периоды исследований или нали- чием изменчивости на длительных временных масштабах, по-разному прояв- ляющейся в разные сезоны. Цель настоящей работы – исследование изменений сезонного хода гео- строфической циркуляции в Черном море на основе обработки архивных данных гидрологических измерений. Рассматривается осредненный сезонный ход циркуляции в море и его количественные характеристики. Анализируется междекадная изменчивость течений в летний сезон 1951 – 1995 гг. по сравне- нию с ходом изменчивости в зимний сезон, полученным в работе [3]. Прово- дится сравнение сезонного хода кинетической энергии (КЭ) геострофической циркуляции двух 25-летних периодов – с 1951 по 1975 и с 1976 по 2000 г. Данные и методика их обработки В работе использовался современный массив гидрологических измере- ний температуры и солености в Черном море банка данных МГИ НАН Ук- раины [11]. Для оценки сезонного хода геострофической циркуляции приме- нялись данные за весь период наблюдений. Накопленного к настоящему вре- мени количества данных наблюдений в море достаточно для анализа осред- ненного сезонного хода. Однако при исследовании долговременной изменчи- вости течений к данным предъявляются дополнительные требования – нали- чие длительного ряда наблюдений и регулярность их выполнения по времени и акватории. Несмотря на то, что гидрологические измерения в Черном море выполняются с конца XIX в., относительно регулярные измерения, позво- ляющие проводить исследования пространственно-временной изменчивости течений, начались с середины прошлого столетия (рис. 1). Этот период (1950 – 1990 гг.) используется для анализа долговременной изменчивости. Наи- меньшее число данных приходится на январь, наибольшее – на август (рис. 1). С увеличением глубины горизонта количество измерений убывает. В 50-е – начале 70-х гг. данных измерений значительно меньше по сравнению с последующими годами и они неравномерно распределены по пространству. Недостаток данных не позволяет проводить исследования долговременной изменчивости на межгодовых временных масштабах, поэтому использова- лись данные декадных масштабов. Междекадная изменчивость среднемесяч- ной циркуляции вычислялась по гидрологическим измерениям за август 1951 – 1995 гг., осредненным за десятилетние периоды с пятилетним сдви- ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 1 18 гом. Для определения изменчивости сезонного хода расчеты проводились по измерениям, осредненным за 1951 – 1975 и 1976 – 2000 гг. По данным температуры и солености, прошедшим статистический кон- троль качества, вычислялась плотность [12]. Восстановление поля плотности на регулярную пятимильную сетку (~ 9,3 × 9,3 км) осуществлялось методом оптимальной интерполяции, который, по сравнению с другими методами, да- ет более точные результаты, особенно при редкой сети станций [13]. При восстановлении климатических полей плотности в качестве нормы (поля пер- вого приближения) использовалось ее среднее по полю значение. Расчеты выполнялись для горизонтов 0, 10, 20, 30, 50, 75, 100, 150, 200, 250, 300, 500, 600, 800, 1000 и 1200 м. При интерполяции по декадным данным и за отдель- ные временные периоды в качестве нормы использовались климатические поля плотности для соответствующих месяцев. Для устранения мелко- и ме- зомасштабных неоднородностей поля сглаживались пространственным пара- болическим фильтром с радиусом 25 миль. 300 м 0 м 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000г. 0 500 1000 1500 2000 2500 Количество станций 0 4 8 12 Месяцы 0 2000 4000 6000 500 м 1200 м Р и с. 1. Распределение количества станций на горизонтах 0, 300, 500 и 1200 м в глубоковод- ной части Черного моря по годам и месяцам Скорости течений рассчитывались динамическим методом, который по- зволяет вычислять геострофическую компоненту полной скорости течений. При анализе долговременной изменчивости геострофической циркуляции его использование, кроме простоты, имеет, по крайней мере, еще один «плюс» по сравнению с диагностическими расчетами по полной модели – не требуется задания граничных условий. Учет на границах неточных данных по много- летней изменчивости потоков тепла и импульса может приводить к дополни- тельным погрешностям при расчете циркуляционных особенностей, так как данные различных реанализов по потокам тепла, ветру, осадкам и т. д. суще- ственно различаются между собой в периоды, не обеспеченные спутниковы- ми наблюдениями. Количество и распределение гидрологических измерений позволяют проводить расчеты осредненного сезонного хода геострофической циркуля- ции от глубоких горизонтов, по крайней мере от поверхности 1200 дбар (~ 1200 м) (рис. 1). Но при исследовании временной изменчивости циркуля- ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 1 19 ции глубина отсчетной поверхности ограничивается 300 дбар вследствие не- достаточного количества данных на более низких горизонтах. Кроме этого, при выборе глубины нулевой поверхности также учитывались следующие обстоятельства. – Как показывают современные исследования, структура крупномас- штабной циркуляции в Черном море принципиально не изменяется с глуби- ной [14]. Основной бароклинный слой моря с высокими горизонтальными и вертикальными градиентами плотности располагается на глубине 50 – 300 м. Ниже 300 м градиенты плотности незначительны и скорости быстро убыва- ют. На более глубоких горизонтах (750 и 1500 м) скорости составляют не бо- лее 5 – 10% от скоростей в поверхностном слое [14]. – Воздействие внешних факторов, действующих на поверхности моря и оказывающих основное влияние на изменчивость циркуляции вод, главным образом ограничивается верхним слоем 0 – 300 м. – Расчеты от поверхности 300 дбар традиционно используются для коли- чественных оценок поверхностных геострофических течений в Черном море, что дает возможность проводить сравнение с более ранними публикациями. Не ограничиваясь этими соображениями, мы провели сопоставление еже- месячных климатических полей динамической топографии поверхности мо- ря, вычисленных от поверхностей 300, 500 и 1200 дбар. Получено, что при увеличении глубины поверхности отсчета структура полей изменяется незна- чительно, что отражает отмеченное выше сохранение характера вращения вод. Таким образом, расчеты относительно 300 дбар отображают основные элементы крупномасштабной структуры циркуляции в Черном море и позво- ляют достаточно надежно оценивать изменчивость геострофических течений в верхнем слое. Естественно, при изменении глубины отсчетной поверхности изменяются и величины вычисленных геострофических скоростей. При рас- четах от 1200 дбар скорости на поверхности моря выше, чем при расчетах от 300 и 500 дбар, в среднем на 15 и 10% летом и 25 и 15% зимой. Таким обра- зом, при расчетах от поверхностей 300 и 500 дбар можно делать соответст- вующую поправку величин скоростей. Кинетическая энергия течений для единичного объема рассчитывалась по формуле КЭ = STP ,,ρ V 2/2 (Дж/м3), где STP ,,ρ (кг/м3) – плотность морской воды, V (м/с) – скорость течения. Завихренность касательного напряжения ветра на поверхности моря wrotτ вычислялась по данным о скорости ветра реанализа NCEP/NСAR (с пространственным разрешением 1,905 × 1,875°) [15]. Для расчета касательно- го напряжения трения ветра использовалась аэродинамическая формула 2UCdaw ρτ = (Н/м2), где aρ (кг/м3) – плотность воздуха, dC (безразмерная ве- личина) – коэффициент сопротивления морской поверхности, U (м/с) – ско- рость ветра на высоте 10 м над уровнем моря. Расчет коэффициента dC про- водился по эмпирическим формулам из [16, 17]. ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 1 20 Результаты, их анализ и обсуждение Осредненный сезонный ход. Основные черты крупномасштабной струк- туры циркуляции вод в Черном море хорошо известны. Она включает в себя следующие элементы: – ОЧТ – циклонический кольцевой вдольбереговой поток, направленный вдоль кромки шельфа [5, 6]; – два крупномасштабных циклонических круговорота в восточной и за- падной частях моря, положение, размеры и интенсивность которых претерпе- вают заметные изменения в течение года [5, 6, 9, 10]; – квазистационарные антициклонические вихри, такие, как Батумский, Севастопольский и другие, в прибрежной зоне, справа от основного потока, и циклонические вихри во внутренней части бассейна [18 – 20]. На рис. 2 приведены вычисленные относительно поверхности 500 дбар среднемноголетние поля динамической топографии поверхности глубоко- водной части моря. Максимальная интенсификация циркуляции достигается в марте. В марте – апреле ОЧТ представляет собой единый круговорот, охва- тывающий все море вдоль материкового склона. На поверхности по всему потоку ОЧТ отмечаются скорости ~ 0,14 – 0,16 м/с, максимальные до 0,20 м/с – к западу от Крыма, в районе свала глубин северо-западного шельфа (вели- чины скоростей получены вычислением от поверхности 500 дбар). В апреле центр круговорота смещается в западную часть моря. Перепад динамических высот между центрами циклонических круговоротов и прибрежными рай- онами в эти месяцы составляет 24 дин см. В мае – июне происходит ослабление ОЧТ, что проявляется в уменьше- нии скоростей в основном потоке. Минимальные динамические высоты на- ходятся в области западного циклонического круговорота. Пространственные контрасты динамических высот уменьшаются до 20 – 22 дин · см. Скорости в потоке ОЧТ в это время в среднем составляют 0,08 – 0,12 м/с. Максимальные скорости (до 0,16 – 0,18 м/с) отмечаются в северной и западной периферии западного круговорота. В юго-восточной части моря интенсифицируется Ба- тумский антициклонический вихрь, который отчетливо прослеживается на картах поверхностных течений до ноября. В июле – августе происходит дальнейшее ослабление ОЧТ и выделяются два крупномасштабных циклонических круговорота – западный и восточный. В июле скорости в потоке ОЧТ составляют в среднем 0,08 – 0,10 м/с. В авгу- сте отмечаются наименьшие в сезонном цикле скорости 0,06 – 0,09 м/с. Тем не менее перепад динамических высот по морю в августе достаточно велик (~ 18 дин · см), что обусловлено высокими значениями уровня моря в области Батумского антициклонического вихря. Минимальные динамические высоты находятся в области западного циклонического круговорота. В сентябре структура крупномасштабных круговоротов близка к наблюдаемой в июле и августе. В октябре деление на хорошо выделенные в предыдущие два месяца западный и восточный крупномасштабные круговороты исчезает. Полный контраст динамических высот по морю составляет 18 – 19 дин · см. Скорости в ОЧТ увеличиваются по сравнению со скоростями в августе, но в среднем они меньше июльских значений. ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 1 21 Январь Февраль Март Апрель Июнь Июль Август Сентябрь Октябрь Ноябрь Декабрь Май Р и с. 2. Среднемноголетняя динамическая топография (дин · см) поверхности Черного моря относительно 500 дбар (отклонения от среднемноголетнего значения уровня) ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 1 22 В ноябре происходит усиление циркуляции в восточной части моря, свя- занное с сезонным усилением циклонической завихренности ветра [9], центр которой (по данным реанализа NCEP/NСAR) находится над этой областью с ноября по март [3]. Здесь же отмечаются минимальные динамические высо- ты. В декабре скорости увеличиваются до 0,10 – 0,12 м/с. Полный контраст динамических высот на поверхности составляет 19 дин см. В январе – февра- ле происходит дальнейшее усиление ОЧТ. Перепад динамических высот 22 – 24 дин · см, скорости составляют в среднем 0,12 – 0,14 м/с. Годовой ход средней на поверхности моря величины КЭ представляет собой годовую гармонику с максимумом в марте и минимумом в августе (рис. 3, а). Изменение поверхности отсчета меняет только его количествен- ные характеристики. Как видно из рис. 3, а, кинетическая энергия, вычислен- ная от поверхностей 300 и 500 дбар, меньше по сравнению с расчетами от по- верхности 1200 дбар. В западной и восточной частях моря (граница по 34° в. д.) внутригодовой ход средней на поверхности моря КЭ характеризуется сле- дующими особенностями (рис. 3, б). В восточной части максимальные вели- чины КЭ наблюдаются в феврале – марте, минимальные – в августе. В запад- ной части максимальные величины КЭ отмечаются в марте – апреле, мини- мальные – в сентябре. В восточной части на фоне летнего ослабления тече- ний отмечается увеличение КЭ в июле. 2 4 6 8 10 12 мес 2 4 6 8 10 КЭ, Дж/м3 2 4 6 8 10 12 мес 2 4 6 8 10 КЭ, Дж/м3 а б Р и с. 3. Годовой ход средней КЭ геострофической циркуляции на горизонте 0 м: а – в глубо- ководной части моря относительно 300 (∆), 500 (○) и 1200 (◊) дбар; б – в западной (■) и вос- точной (□) частях моря относительно 500 дбар Приведенные величины скоростей геострофических течений меньше вы- численных по данным измерений с помощью дрифтеров [21]. Это объясняет- ся тем, что скорости, полученные с помощью дрифтеров, содержат также со- ставляющие мезомасштабных вихреволновых движений (пропадающих при осреднении многолетних данных и сглаживании полей плотности), дрейфо- вых течений и инерционных колебаний [21]. В целом для приповерхностных течений скорости, вычисленные динамическим методом по климатическим полям плотности, составляют ~ 50% от скоростей крупномасштабных тече- ний, полученных при инструментальных измерениях и осредненных для фильтрации высокочастотных шумов [22, 23]. На горизонтах глубже экма- новского слоя, где геострофическая составляющая скорости течений является ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 1 23 преобладающей, различие между измеренными и рассчитанными скоростями течений уменьшается. Долговременная изменчивость геострофической циркуляции. Описанный сезонный ход представляет собой средний климатический циркуляционный цикл в Черном море. Для анализа его временной изменчивости сравнивались междекадные изменения геострофической циркуляции двух сезонов – зимне- го (февраль) и летнего (август) в период 1951 – 1995 гг. При этом оценива- лась изменчивость кинетической энергии течений на поверхности и в основ- ном пикноклине (на горизонтах 100 и 200 м). Согласно расчетам для зимнего сезона, в исследуемый временной период в верхнем слое наблюдается интенсификация геострофических течений, а в нижней части пикноклина – их ослабление (рис. 4, а). Характер изменчивости в западной и восточной частях моря различен. На фоне общего положитель- ного тренда, наблюдаемого в западной части, в 60-е гг. циркуляция ослабева- ла. В это же время и в начале 70-х гг. в восточной части моря отмечалось усиление течений, прослеживаемое до нижних слоев пикноклина. Более де- тально междекадные изменения геострофической циркуляции в зимний пе- риод и статистические оценки трендов приведены в [3]. В этой работе отме- чается, что на фоне общей интенсификации течений в верхнем слое восточ- ной части моря в юго-восточном регионе наблюдалась долговременная тен- денция к ослаблению циркуляции. 0 2 4 6 КЭ, Дж/м3 0 м 100 м 19 51 -6 0 19 56 -6 5 19 61 -7 0 19 66 -7 5 19 71 -8 0 19 76 -8 5 19 81 -9 0 19 86 -9 5 0.04 0.08 0.12 200 м 0 2 4 6 КЭ, Дж/м3 0 м 100 м 19 51 -6 0 19 56 -6 5 19 61 -7 0 19 66 -7 5 19 71 -8 0 19 76 -8 5 19 81 -9 0 19 86 -9 5 0.04 0.08 0.12 200 м а б Р и с. 4. Декадная изменчивость КЭ геострофической циркуляции относительно 300 дбар на горизонтах 0, 100 и 200 м (○ – в среднем по акватории, ограниченной изобатой 300 м, ■ – в ее западной части, □ – в восточной части): а – в феврале; б – в августе В августе ситуация другая. В среднем по морю в конце 50-х – начале 70-х гг. отмечалось усиление циркуляции в верхнем слое, а в последующие периоды – ее ослабление (рис. 4, б). Как и зимой, тенденции изменений в ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 1 24 восточной и западной частях моря различны. Если в восточной части после указанного максимума происходит ослабление циркуляции в поверхност- ном слое, то в западной части, начиная с 80-х гг., она более интенсивна, чем в предыдущие периоды. Отрицательная тенденция на горизонте 200 м (в нижней части пикноклина) в летний сезон более выражена, чем в зимний (рис. 4). Коэффициент значимого на 90%-ном уровне линейного тренда средней на этом горизонте КЭ составляет –0,02 Дж/м3 за 10 лет. Для летнего периода характерно наличие в крупномасштабной структуре течений Батумского антициклонического вихря, а также других вихревых об- разований. Поэтому рассчитанная кинетическая энергия включает в себя энергию не только основного черноморского потока, но и вихрей, размеры которых сопоставимы или превышают радиус проведенного сглаживания по- лей плотности. Междесятилетние изменения пространственной крупномасштабной структуры течений в августе приведены на рис. 5. Видно, что характерное для климатического поля в этом месяце разделение ОЧТ на два круговорота (рис. 2) отсутствовало в осредненных полях в 60-е и с середины 80-х гг. (рис. 5). Минимальные динамические высоты в 1966 – 1975 и 1971 – 1980 гг. находились в восточной части моря, в последующие периоды – в западной. Отметим, что зимой, когда ОЧТ более интенсивно, пространственная струк- тура крупномасштабной циркуляции изменяется незначительно от одного де- сятилетия к другому в отличие от лета [3]. Количественное сравнение величин КЭ геострофической циркуляции в зимний и летний сезоны дало следующие результаты. В среднем по глубоко- водной акватории в 60-е – начале 70-х гг. интенсивность циркуляции в авгу- сте сравнима с интенсивностью в феврале (рис. 4, штриховая линия). В авгу- сте 1961 – 1970 гг. циркуляция поверхностных вод в западной части моря не уступает по интенсивности циркуляции в феврале, а циркуляция в восточной части в 1966 – 1975 гг. даже более интенсивна, чем зимой (рис. 4). Таким об- разом, в 60-е – начале 70-х гг. летняя геострофическая циркуляция по интен- сивности мало уступает зимней. В последующие десятилетия ситуация меня- ется. Зимой наблюдается многолетняя тенденция к усилению течений. Летом, наоборот, циркуляция ослабевает, что должно приводить к увеличению ам- плитуды сезонного хода. При определении изменчивости сезонного хода геострофической цирку- ляции расчеты проводились для двух 25-летних периодов: 1951 – 1975 и 1976 – 2000 гг. Сезонный ход изменчивости КЭ в 1976 – 2000 гг. (рис. 6) от- ражает современные представления о внутригодовой изменчивости геостро- фической циркуляции в Черном море, он близок к климатическому, приве- денному на рис. 3. Это обусловлено прежде всего тем, что наибольшее коли- чество измерений выполнено именно в этот период. График внутригодовой изменчивости КЭ в 1951 – 1975 гг. (рис. 6) показывает, что наряду с зимней ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 1 25 интенсификацией циркуляции наблюдалось ее усиление в летние месяцы (июль и август). Минимальные значения КЭ отмечаются в июне. Ее средние величины в зимние месяцы в этот период ниже, чем в 1976 – 2000 гг., а мак- симум смещается на апрель. Амплитуда внутригодового хода во второй пе- риод больше, чем в первый. 1951-1960 1956-1965 1961-1970 1966-1975 1971-1980 1976-1985 1981-1990 1986-1995 Р и с. 5. Поля динамической топографии (дин · см) поверхности Черного моря в августе отно- сительно 300 дбар, осредненные за десятилетние периоды Наибольшие расхождения в количественных характеристиках сезонного цикла для двух периодов отмечаются в зимние и летние месяцы. Достовер- ность долговременных изменений интенсивности геострофических течений в феврале оценивалась в работе [3], где показано, что тенденция к усилению циркуляции в верхнем 50-метровом слое является статистически значимой. ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 1 26 Август лучше других месяцев обеспечен данными измерений, что позволяет исследовать статистическую значимость полученных результатов путем про- ведения повторных расчетов геострофических скоростей по разным выбор- кам. С этой целью для каждого 25-летнего периода проводились вычисления по 10 случайным выборкам, содержащим 50% данных. Расчеты показали, что разница величин КЭ для августа статистически значима. В июне измерений меньше, поэтому для подтверждения полученных оценок данные этого меся- ца разбивались на четыре независимых десятилетних периода (1955 – 1965, 1966 – 1974, 1975 – 1985, 1986 – 1995 гг.), каждый из которых обеспечивал возможность расчетов геострофических течений. Полученные результаты подтвердили наличие минимума в июне в 1951 – 1975 гг. (рис. 6). 2 4 6 8 10 12 мес 0 2 4 6 КЭ, Дж/м3 0 2000 4000 Количество станций 1951-1975 гг. 1976-2000 гг. 0 м 100 м Р и с. 6. Годовой ход средней КЭ геострофической циркуляции относительно 300 дбар на го- ризонтах 0 и 100 м по данным 1951 – 1975 гг. (●) и 1976 – 2000 гг. (○) и количество станций, выполненных в эти периоды Изменения крупномасштабной структуры циркуляции можно проанали- зировать на основе сравнения карт динамической топографии поверхности моря двух периодов (рис. 7). В феврале 1976 – 2000 гг. циркуляция в запад- ной части и в окрестности центра восточного циклонического круговорота более интенсивна, чем в феврале 1951 – 1975 гг. В юго-восточной части от- мечается ослабление геострофических течений. В мае интенсивность ОЧТ изменяется мало. В августе хорошо заметно усиление циркуляции в западной части и ослабление – в восточной. В ноябре в западной части циркуляция ин- тенсивнее во второй период, чем в первый. В совокупности по картам дина- мической топографии поверхности моря за февраль, август и ноябрь можно отметить интенсификацию циркуляции в западной и ослабление в юго- восточной части моря во второй период. ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 1 27 Таким образом, анализ междекадной изменчивости геострофической цир- куляции в зимний и летний сезоны, а также расчеты годового цикла для двух 25-летних периодов продемонстрировали наличие изменений как в крупно- масштабной структуре течений, так и в значениях средних величин КЭ. Февраль Май Август Ноябрь а б Р и с. 7. Динамическая топография (дин · см) поверхности Черного моря относительно 300 дбар по данным 1951 – 1974 гг. – а и 1975 – 2000 гг. – б Обсуждение. Малое количество данных наблюдений в Черном море до 60 – 70-х гг. – главная проблема при исследовании долговременной изменчи- вости динамических полей. Поэтому выяснение ее причин на основе поиска связей с внешними факторами является не только самостоятельной задачей. Сведения об изменениях этих факторов могут служить критерием достовер- ности результатов при исследовании изменчивости динамических характери- ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 1 28 стик по редким данным, а также быть основой при восполнении недостатка информации (например в задачах реанализа термохалинных и динамических полей на основе численного моделирования). Для выявления причин временной изменчивости геострофических тече- ний необходимо изучение всех факторов, генерирующих циркуляцию и оп- ределяющих ее изменения. Такими факторами являются воздействие ветра и потоки плавучести на поверхности моря и боковых границах (потоки тепла, осадки, испарение, сток рек и водообмен через проливы). На структуру цир- куляции также влияют рельеф дна и конфигурация береговой линии. Единого мнения об относительной роли каждого фактора в генерации циркуляции Черного моря и ее изменчивости пока нет. Но, судя по публикациям послед- них лет, наиболее существенная роль отводится ветру. Численные модельные эксперименты и расчеты с привлечением спутниковых данных по альтимет- рии моря показывают, что ветер является определяющим фактором, влияю- щим на циркуляцию вод [9, 14, 24 – 26]. Сезонную изменчивость (зимне-весеннюю интенсификацию течений) связывают с усилением завихренности ветра над акваторией моря [9, 27, 28] и увеличением градиентов плотности между шельфом и глубоководными рай- онами в зимний период [8]. Межгодовые вариации циркуляции в Черном море обусловлены измене- ниями внешних факторов, связанными с изменчивостью крупномасштабных атмосферных процессов [29]. Исследования межгодовой изменчивости си- ноптических условий в Черноморском регионе и завихренности ветра, прове- денные с использованием данных реанализа NCEP/NСAR, выявили долго- временную тенденцию к уменьшению количества циклонов над морем [30, 31] и ослаблению завихренности ветра [3] зимой в период с конца 60-х до се- редины 90-х гг. При этом зимняя геострофическая циркуляция в поверхност- ном слое, как показано выше, усиливается. Объяснением этого противоречия может служить сделанный по результатам численного моделирования [9] и анализа связей с изменчивостью ветра (по многолетним данным [3, 4] и дан- ным летне-осеннего сезона 1999 – 2000 гг. [32]) вывод о том, что циркуляция зависит не только от степени завихренности ветра в среднем по морю, но и от его пространственно-временного распределения. Поля завихренности напряжения ветра в июле – августе, вычисленные по данным реанализа NCEP/NСAR о скорости ветра, показывают усиление ци- клонической завихренности в восточной части моря в 1951 – 1975 гг. (рис. 8, а), что может быть причиной интенсификации геострофических течений в эти месяцы в данный период (рис. 6). Также это согласуется с усилением циркуляции в восточной части моря в 60-е – начале 70-х гг., полученным при исследовании декадной изменчивости в августе (рис. 4, б). Тем не менее, однозначный ответ на вопрос о причинах изменчивости интенсивности течений не может быть получен до тех пор, пока не будут ис- следованы все факторы, обусловливающие циркуляцию вод. В частности, для выяснения причин ослабления течений в нижнем слое пикноклина необходи- мо исследование долговременной изменчивости потоков плавучести на по- верхности моря и боковых границах. ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 1 29 1951-1975 1976-2000 а б Р и с. 8. Поля rot wτ (×10-7 Н/м3) для июля – августа по данным 1951 – 1975 гг. – а и 1976 – 2000 гг. – б Выводы В работе показано, что изменчивость течений декадных временных мас- штабов, по-разному проявляющаяся в различные сезоны, приводит к измене- ниям количественных характеристик сезонного хода геострофической цирку- ляции в Черном море. Сезонный ход интенсивности геострофических течений, вычисленный по климатическому массиву данных (1910 – 2000 гг.), характеризуется усилени- ем циркуляции в зимний период (с максимальными скоростями течений в марте) и ослаблением в летний (с минимумом скорости в августе). Такой се- зонный ход, формально являясь среднемноголетней характеристикой, факти- чески более типичен для 80 – 90-х гг., поскольку большинство гидрологиче- ских измерений приходится именно на этот период. Сравнение междекадной изменчивости циркуляции в феврале и августе по данным 50 – 90-х гг. пока- зало, что в 60-е гг. циркуляция в летний сезон была более интенсивной и по количественным характеристикам скорости течений близкой к циркуляции в феврале. Последующее ослабление летней циркуляции декадных масштабов и усиление зимней приводит к увеличению амплитуды годового хода скоро- сти черноморских течений. Исследования долговременных изменений циркуляции в Черном море далеко не завершены. Не ясно, как развивались циркуляционные тенденции в последние десять лет, поскольку количество экспедиционных наблюдений в этот период резко уменьшилось. Для выяснения причин выявленных измене- ний в 1950 – 1990 гг. необходим дальнейший анализ связи циркуляции вод со всеми внешними факторами. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Кныш В.В., Коротаев Г.К., Демышев С.Г., Белокопытов В.Н. Долговременные измене- ния термохалинных и динамических характеристик Черного моря по климатическим данным температуры и солености и их ассимиляции в модели // Морской гидрофизиче- ский журнал. – 2005. – № 3. – С. 11 – 30. 2. Дорофеев В.Л., Кныш В.В., Коротаев Г.К. Оценка долговременной изменчивости гид- рофизических характеристик Черного моря на основе ассимиляции климатических гид- рологических и альтиметрических полей // Там же. – 2006. – № 4. – С. 3 – 17. ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 1 30 3. Полонский А.Б., Шокурова И.Г. Декадная изменчивость характеристик пикноклина и геострофической циркуляции вод Черного моря в зимний период // Метеорология и гидрология. – 2009. – № 4. – С. 75 – 91. 4. Полонский А.Б., Ловенкова Е.А. Долговременные тенденции в изменчивости характери- стик пикноклина Черного моря // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. – 2006. – 42, № 3. – С. 419 – 430. 5. Филиппов Д.М. Циркуляция и структура вод Черного моря. – М.: Наука, 1968. – 137 с. 6. Блатов А.С., Булгаков Н.П., Иванов В.А. и др. Изменчивость гидрофизических полей Черного моря. – Л.: Гидрометеоиздат, 1984. – 239 с. 7. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Т. 4. Черное море. Вып. 1. Гидроме- теорологические условия / Под ред. А.И. Симонова и Э.И. Альтмана. – Л.: Гидрометео- издат, 1991. – 430 с. 8. Ибраев Р.А., Трухчев Д.И. Диагноз климатической сезонной циркуляции и изменчиво- сти холодного промежуточного слоя Черного моря // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. – 1996. – 32, № 5. – С. 655 – 671. 9. Демышев С.Г., Кныш В.В., Коротаев Г.К. Численное моделирование сезонной измен- чивости гидрофизических полей Черного моря // Морской гидрофизический журнал. – 2002. – № 3. – С. 12 – 25. 10. Белокопытов В.Н. Сезонная изменчивость термохалинной и гидролого-акустической структуры вод Черного моря // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. – Севастополь: МГИ НАН Украи- ны, 2003. – Вып. 8. – С. 12 – 23. 11. Развитие морских наук и технологий в Морском гидрофизическом институте за 75 лет / Под общ. ред. В.Н. Еремеева. – Севастополь: МГИ НАН Украины, 2004. – 704 с. 12. Обработка данных океанографической станции. – Севастополь: ЮНЕСКО – МГИ НАН Украины, 1993. – 136 с. 13. Полонский А.Б., Шокурова И.Г. Статистическая структура крупномасштабных полей температуры и солености в Черном море // Морской гидрофизический журнал. – 2008. – № 1. – С. 51 – 65. 14. Korotaev G., Oguz T., Riser S. Intermediate and deep currents of the Black Sea obtained from autonomous profiling floats // Deep-Sea Res. – 2006. – II, № 53. – P. 1901 – 1910. 15. http://www.cdc.noaa.gov/cdc/data.ncep.reanalysis.surfaceflux.html 16. Hellerman S., Roserstein M. Normal monthly wind stress over the world ocean with error es- timates // J. Phys. Oceanogr. – 1983. –13, № 7. – P. 1093 – 1104. 17. Large W.G., Pond S. Open ocean momentum flux measurements in moderate to strong winds // Ibid. – 1981. – 11, № 3. – P. 324 – 336. 18. Овчинников И.М., Титов В.Б. Антициклоническая завихренность течений в прибрежной зоне Черного моря // Доклады АН СССР. – 1990. – 314, № 5. – С. 1236 – 1239. 19. Korotaev G.K., Oguz T., Nikiforov A., Koblinsky C.J. Seasonal, interannual and mesoscale variability of the Black Sea upper layer circulation derived from altimeter data // J. Geophys. Res. – 2003. – 108, № C4, 3122, doi:10.1029/2002JC001508. 20. Oguz T., Latun V.S., Latif M.A. at al. Circulation in the surface and intermediate layers of the Black Sea // Deep-Sea Res. – 1993. – I, № 40. – Р. 1597 – 1612. 21. Журбас В.М., Зацепин А.Г., Григорьева Ю.В. и др. Циркуляция вод и характеристики разномасштабных течений в верхнем слое Черного моря по дрифтерным данным // Океанология. – 2003. – 43, № 6. – С. 1 – 15. 22. Богатко О.Н., Богуславский С.Г., Беляков Ю.М., Иванов Р.И. Поверхностные течения Черного моря // Комплексные исследования Черного моря. – Севастополь: МГИ АН УССР, 1979. – С. 25 – 33. 23. Oguz T., Besiktepe S. Observations on the Rim Current structure, CIW formation and trans- port in the western Black Sea // Deep-Sea Res. – 1999. – I, № 46. – P. 1733 – 1753. ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 1 31 24. Oguz T., Malanotte-Rizzoli P. Seasonal variability of wind and thermohaline-driven circula- tion in the Blackc Sea: Modeling studies // J. Geophys. Res. – 1996. – 101, № C7. – Р. 16551 – 16569. 25. Stanev E.V. On the mechanisms of the Black Sea circulation // Earth-Sci. Rev. – 1990. – 28, № 4. – P. 285 – 319. 26. Stanev E.V. Understanding Black Sea dynamics // Oceanogr. – 2005. – 18, № 2. – P. 56 – 75. 27. Коротаев Г.К. О причине сезонного хода циркуляции Черного моря // Морской гидро- физический журнал. – 2001. – № 6. – С. 14 – 20. 28. Ефимов В.В., Шокуров М.В., Барабанов В.С. Физические механизмы возбуждения вет- ровой циркуляции внутренних морей // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. – 2002. – 38, № 2. – С. 247 – 258. 29. Полонский А.Б., Башарин Д.В., Воскресенская Е.Н., Ворли С. Североатлантическое ко- лебание: описание, механизмы и влияние на климат Евразии // Морской гидрофизиче- ский журнал. – 2004. – № 2. – С. 42 – 59. 30. Бардин М.Ю., Полонский А.Б. Североатлантическое колебание и синоптическая измен- чивость в европейско-атлантическом регионе в зимний период // Изв. РАН. Физика ат- мосферы и океана. – 2005. – 41, № 2. – С. 147 – 157. 31. Полонский А.Б., Бардин М.Ю., Воскресенская Е.Н. Статистические характеристики ци- клонов и антициклонов над Черным морем во второй половине ХХ века // Морской гидрофизический журнал. – 2007. – № 6. – С. 47 – 58. 32. Зацепин А.Г., Кременецкий В.В., Поярков С.Г. и др. Влияние поля ветра на динамику вод Черного моря // Комплексные исследования северо-восточной части Черного моря / Отв. ред. А.Г. Зацепин, М.В. Флинт. – М.: Наука, 2002. – С. 91 – 105. Морской гидрофизический институт НАН Украины, Материал поступил Севастополь в редакцию 26.08.08 E-mail: apol@alpha.mhi.iuf.net После доработки 22.12.08 АНОТАЦІЯ На основі обробки архівних гідрологічних даних аналізується сезонний хід гео- строфічної циркуляції в Чорному морі і його довгоперіодна мінливість. Показано, що мінли- вість течій декадних (десятилітніх) часових масштабів, яка по-різному проявляється в різні се- зони, призводить до змін в характеристиках сезонного ходу геострофічної циркуляції в другій половині ХХ ст. Посилення зимової циркуляції і ослаблення літньої з середини 1970-х рр. при- зводить до збільшення амплітуди річного ходу швидкості течій на поверхні моря. Обговорю- ються вірогідні причини мінливості інтенсивності геострофічних течій у Чорному морі. ABSTRACT Seasonal variation of the Black Sea geostrophic circulation and its long-term variability in the 20th century are analyzed based on processing of archival hydrological data. It is shown that current variability on decadal scales revealing itself in different ways in different seasons, results in changes of the characteristics of seasonal variation of geostrophic circulation in the second part of the 20th century. Intensification of winter circulation and weakening of summer one beginning from mid 70ies, lead to increase of the annual variation amplitude of current velocities on the sea surface. Pos- sible reasons of variability of geostrophic current’ intensity in the Black Sea are discussed.

Изменения сезонного хода геострофической циркуляции в Черном море

Institution

Ähnliche Einträge