ИССЛЕДОВАНИЕ СТЕРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ В СЕВЕРО-ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ ТИХОГО ОКЕАНА ПО СПУТНИКОВЫМ ДАННЫМ

Введение 3
Глава I. Физико-географическое описание северной части Тихого океана и северо-западной части Тихого океана 7
Глава II. Материалы и методы исследования 11
Раздел 2.1. Альтиметрические данные 11
Раздел 2.2. Гравиметрические данные 12
Раздел 2.3. Метод оценки стерических колебаний на основе комплексного использования спутниковых альтиметрических и гравиметрических данных 13
Глава III. Пространственное распределение океанологических полей на основе спутниковых данных для северной части Тихого океана 15
Раздел 3.1. Уровень океана по альтиметрическим данным 15
Раздел 3.2. Уровень океана по гравиметрическим данным 19
Раздел 3.3. Стерические колебания уровня океана 22
Раздел 3.4. Стерические колебания в Северо-западной части Тихого океана 27
Заключение 31
Список литературы 33
Купить

Уровень океана, являясь интегральной характеристикой, несущей в себе информацию о термодинамическом состоянии океана, может рассматриваться и как индикатор синоптических, сезонных и климатических изменений на Земле (Church, White, 2011). Особую актуальность приобретает проблема возможных колебаний уровня океана в связи с дискуссией о повышении уровня Мирового океана и механизмах антропогенных изменений (Малинин, 2012). Вот почему изучение колебаний уровня океана и вклада в них различных факторов является одним из приоритетных направлений исследования Мирового океана. Исследование природы колебаний уровенной поверхности необходимо для понимания причин наблюдаемых изменений в системе бассейна Тихого океана.
Развитие современной океанологии невозможно без применения спутниковых методов получения информации об океане, что обусловлено их неоспоримыми преимуществами, к главным из которых относятся: пространственная репрезентативность, обеспечивающая проведение региональных и глобальных исследований; оперативность получения информации, возможность организации оперативного комплексного мониторинга в любой точке Мирового океана, низкая стоимость спутникового мониторинга по сравнению контактными методами исследования океана (Лаврова и др., 2011; Костяной и др., 2011). Представления об изменчивости уровня в океане были до недавнего времени основаны на данных наблюдений за уровнем на береговых станциях (мареографах). Эти измерения репрезентативны только для узкой прибрежной зоны и не дают информации об уровне для открытых районов океана, в то время как спутниковые позволяют исследовать изменчивость уровня океана в широком диапазоне пространственно-временных масштабов и изучить основные механизмы синоптической, сезонной и межгодовой изменчивости океанологических полей. При этом объёмы информации, получаемой с искусственных спутников Земли, колоссальны, поэтому возникает проблема выбора методов ее обработки и анализа.
Уровень Мирового океана является одним из важнейших индикаторов, определяющих состояние глобального климата. Изменения уровня обусловлены как гидродинамическими процессами, так и взаимодействием с атмосферой. Исходя из альтиметрических данных в работе Nerem et al. (2010), общий уровень растет со скоростью 3.4 ± 0.4 мм/год с 1993 по 2017 гг. На уровенную поверхность океана в общем случае действует множество различных факторов, отличающихся по своей природе. Эти факторы можно объединить в три группы: гидрометеорологические процессы, геолого-динамические процессы, космогеофизические силы (Малинин, 2015). В современных условиях влиянием последних двух перечисленных групп можно пренебречь вследствие их малости (Клиге, 1985; Малинин, 2012). Таким образом, определяющим для уровня океана являются гидрометеорологические процессы, суть которых состоит в объемных изменениях уровня, которые определяют эвстатические и стерические колебания. Эвстатические колебания обусловлены пресноводным балансом, стерические плотностными изменениями морской воды (Малинин, 2015). Исходя из сказанного, изучение стерических колебаний уровня Мирового океана является актуальной задачей океанологии.
Исследованию стерических колебаний посвящено много работ. История исследований тесно связана с развитием приборов и методов, позволяющих рассчитывать влияние плотностной изменчивости в уровне моря. Самые первые работы были основаны на данных, полученных in situ, но ограниченность по пространству и времени не позволяла изучать стерические эффекты в более крупных пространственно-временных масштабах.
Российские и иностранные ученые использовали и используют разные подходы для расчета влияния стерических эффектов в изменении уровня моря. Лейтмотивом в современных работах является использование альтиметрических данных, позволяющих анализировать межгодовую, сезонную изменчивость благодаря широким возможностям дистанционного зондирования.
В работе (Белоненко, Колдунов, 2006) использовался гидродинамический подход к расчету уровня моря, используя уравнение состояния EOS-80. Полученные результаты показали, что, исходя из выбранной методики, для одного и того же выбранного района расчет стерических колебаний может существенно различаться. Chambers (2006) впервые продемонстрировал совместное использование для решения данной задачи данных гравиметрических спутников GRACE и альтиметрических массивов. В работе описана методика, позволяющая синхронизировать полученную информацию. Было доказано, что этот метод позволяет изучать стерические колебания уровня в океане. Немного позднее была опубликована статья Lombard et al. (2007), в которой была произведена оценка изменений стерического уровня моря от комбинированных данных GRACE и Jason-1. Группа ученых подтверждает хорошую валидацию между интерпретируемыми данными и значениями, полученными in situ. Была рассмотрена сезонная и межгодовая изменчивость стерических колебаний между 60° с.ш. и 60° ю.ш. за август 2002 г. - апрель 2006 г.: при исследовании стерической кривой была выявлена тенденция к росту 1,9 ± 0,2 мм /год, однако авторы выявили несоответствие в сравнении спутниковых и гидродинамических данных, сославшись на малый на тот период по времени массив гравиметрии GRACE.
Purkey et al. (2014) провели анализ изменения эвстатического уровня моря в целом по Мировому океану и по его областям за период 1993-2013 гг. За данный промежуток времени происходило общее повышение уровня моря океана со средней скоростью 3,2 мм/год. Строя по каждому району графики хода уровня и отображая на нем положение линейного тренда, ученые пришли к выводу, что наиболее развито повышение уровня в индийско-атлантическом секторе Южного океана, в южной Атлантике и в северной части Тихого океана. Как аргументируют авторы, повышение уровня связано, в первую очередь, со стерическими колебаниями уровня, происходящими на фоне глобального потепления, также авторы отмечают изменение водного баланса системы океан-суша. В статье также подчеркивается важность вклада нижележащих океанских вод (их стерические колебания) на уровень моря. Также на основе гравиметрических и альтиметрических данных было выявлено для северной тихоокеанской части Мирового океана повышение уровня со скоростью 1,5 мм/год.
В настоящей работе исследуются стерические колебания в северо-западной части Тихого океана. Речь идет о таких колебаниях уровня, которые происходят из-за вертикального расширения или сжатия слоев воды, т.е. из-за изменения плотности воды р или удельного объема а. (Провоторов, 2003)
Целью данной работы является исследование стерических колебаний в северной части Тихого океана, включающей северо-западный бассейн Тихого океана, на основе комплексного использования спутниковых альтиметрических и гравиметрических измерений.
Указанная цель достигается путем решения следующих задач:
1) Обзор литературы по теме исследования.
2) Физико-географическое описание исследуемого района.
3) Подготовка массива спутниковых альтиметрических измерений (абсолютная динамическая топография и ее аномалии) и построение карт для северной части Тихого океана.
4) Подготовка массива спутниковых гравиметрических измерений (данные GRACE) и построение карт для северной части Тихого океана.
5) Расчеты стерических колебаний уровня для северной части Тихого океана и построение карт.
6) Исследование сезонной и межгодовой изменчивости стерических колебаний уровня.
7) Оценка трендов стерических колебаний уровня для северной части Тихого океана.
8) Анализ полученных результатов для северо-западной части Тихого океана.
Купить