Коллектив авторов - Океанография и морской лед

При исследовании вертикальной термохалинной структуры используются понятия водных масс и термохалинный (ТС) анализ. Исследованию строения СЛО и определению водных масс (структурных зон) СЛО посвящено много публикаций ( Ширшов, 1938; Тимофеев, 1948, Никифоров и Шпайхер, 1980; Aagaard, Swift, Carmack, 1985 ). По современным представлениям ( Никифоров и Шпайхер, 1980 ) в строении Арктического бассейна выделяются четыре основные структурные зоны: поверхностная, промежуточная, глубинная (воды атлантического происхождения) и донная. Воды каждой зоны имеют характерные значения океанографических характеристик (температуры, солености, плотности, гидрохимических показателей) и пределы изменения параметров, которые в совокупности и составляют параметры конкретной структурной зоны.

Поверхностная структурная зона включает холодные, наиболее распресненные воды и располагается от поверхности до скачка плотности (первый экстремум второй производной плотности по глубине) на глубинах 15–50 м в зависимости от сезона. Этот слой, наиболее однородный по вертикали, занимает всю акваторию бассейна. Температура воды в слое преимущественно отрицательная, причем в зимнее время близка к температуре замерзания, и изменяется незначительно (от –1 °С до –1,7 °С). В противоположность температуре, соленость поверхностного слоя варьирует в больших пределах. В Амеразийском суббассейне поверхностный слой более распреснен (соленость составляет 29–32 ‰), чем в Евразийском суббассейне (соленость составляет 31–34,5 ‰). Такое отличие является следствием различных региональных условий ледообразования и таяния льда, поступления материковых вод и особенностей циркуляции вод и льдов в регионе.

Промежуточная структурная зона располагается между поверхностным слоем и слоем атлантических вод на глубинах от 15–50 м до 100–200 м. Верхняя граница располагается, как указано выше, на глубине первого изгиба профиля плотности, а нижняя граница условно проходит на глубине положения второго изгиба профиля плотности (второй экстремум второй производной плотности по вертикальной координате) и располагается близко к нулевой изотерме. В промежуточной структурной зоне располагается главный пикноклин АБ. В Евразийском суббассейне промежуточные воды составляют переходную зону от распресненных и холодных поверхностных вод к теплым и соленым атлантическим водам. Периодически здесь наблюдаются прослойки более холодных и сравнительно соленых вод, составляющих так называемый холодный халоклин. Холодный халоклин составляют воды, образующиеся в окраинных районах суббассейна в результате охлаждения и осолонения при ледообразовании и распространяющиеся вглубь бассейна иногда на значительное расстояние, так называемые «шельфовые воды» ( Никифоров и Шпайхер, 1980 ). Но в центральной части суббассейна холодный халоклин может формироваться и в результате зимней конвекции. В Амеразийском суббассейне промежуточные воды наблюдаются на всей акватории и состоят из нескольких прослоек: из шельфовых вод, тихоокеанских вод летнего (летние тихоокеанские воды) и зимнего (зимние тихоокеанские воды) происхождения ( Никифоров и Шпайхер, 1980 ).

Глубинную структурную зону составляют соленые и теплые воды атлантического происхождения, имеющие температуру воды выше изотермы 0 °С, которую обычно и принимают за верхнюю и нижнюю границы слоя. Этот слой занимает всю акваторию АБ на глубинах 150–700 м. В Евразийском суббассейне атлантические воды имеют более высокую температуру (0,7–4,0 °С) и соленость 34,85–35,00 промиль, а в Амеразийском – более низкую (0,4–1,0 °С) и соленость 34,80–34.95 промиль.

Донные воды подстилают атлантические воды и в Евразийском суббассейне имеют более низкую температуру (до –0,85 °С) и соленость 34,90–34,99 промиль, а в Амеразийском имеют более высокую температуру (до –0,50 °С) и несколько большую соленость 34,94–35,00 промиль. Иногда целесообразно в слое донных вод выделить верхнюю часть, нижний промежуточный слой, который подстилает атлантические воды и снизу ограничивается изотермой –0,40 °С в Амеразийском суббассейне и изотермой –0,70 °С в Евразийском суббассейне.

В статье также будет использоваться понятие «естественного слоя вод океана», введенное Е.Г. Никифоровым. «Основной особенностью строения водных масс СЛО является их существование в виде устойчивых естественных гидрологических слоев. Каждый естественный слой состоит из генетически однородных вод, в пределах слоев совершаются и их макромасштабные движения… Внешние воздействия приводят лишь к изменению характеристик основных слоев (в основном – глубин залегания границ и, следовательно, толщин) но не сопровождаются их образованием или уничтожением. Исключение составляют шельфовые и тихоокеанские воды… Основные структурные образования океана суть (наша вставка ) естественные слои, в пределах которых, как в оболочках, существуют водные массы и циркуляция вод» ( Никифоров, 2002 ).

Целью данной статьи явилось выделение крупномасштабных особенностей вертикальной термохалинной структуры Арктического бассейна в период аномальных изменений в Арктике в 2007–2009 гг. и выполнение сравнительного анализа произошедших изменений с историческими данными. В работе основное внимание сосредоточено на центральной части СЛО – Арктическом бассейне (АБ), но также приводится информация об изменчивости температуры и солености в арктических морях.

Для анализа были использованы данные океанографических наблюдений морских и вертолетных экспедиций, дрейфующих станций «Северный Полюс» (СП) и дрейфующих океанографических буев ITP ( Ашик и др., 2010 ). На акватории АБ были выделены области с наибольшим числом наблюдений за трехлетний период, для которых и выполнялся анализ с разделением на зимний и летний периоды.

Описание состояния океана выполнялось путем анализа вертикальных профилей температуры и солености и кривых температурно-соленосных диаграмм (ТСД). Выделение структурных зон и естественных слоев производилось по вертикальным профилям гидрологических характеристик.

Для получения численных оценок состояния океана в целом и его изменений был применен метод объемного анализа вод. Для этой цели был составлен массив данных температуры и солености для лета 2007 г. (рис. 1), и выполнены расчеты объемов вод в пределах определенных градаций температуры и солености ( Фролов и др., 2009 ). Следует отметить определенную формальность метода объемного анализа вод с позиций его использования для количественной оценки объемов конкретных водных масс и различных модификаций вод. Например, к градации солености от 31 ‰ до 32 ‰ и температуры от 0 °С до –0,4 °С относятся теплые тихоокеанские воды и воды Карского моря вблизи летней кромки льдов. Тем не менее, этот анализ позволяет рассчитать объемы вод определенной градации и получить общую количественную оценку изменчивости термохалинной структуры СЛО. При описании изменчивости тех или иных модификаций вод будем пользоваться таблицей 1, в которой нами дано соответствие градаций температуры и солености определенным водным массам и модификациям вод. В таблице 1 дополнительно введена градация для нижних промежуточных вод Евразийского и Амеразийского суббассейнов (НПрВЕБ и НПрВАБ), и нижней части верхнего промежуточного слоя (НЧПрВ), располагающейся глубже шельфовых и тихоокеанских вод и ограниченной верхней границей атлантических вод. В Евразийском суббассейне при отсутствии прослойки шельфовых вод и холодного халоклина НЧПрВ располагается непосредственно под поверхностным слоем и является зоной взаимодействия атлантических вод с поверхностным слоем.