Введение 4
Глава 1. Особенности Карского моря 7
1.1 Физико-географическая характеристика моря 7
1.2 Метеорологический и ледовый режим 9
1.2.1 Циркуляция атмосферы и повторяемость ветра различной силы 9
1.2.2 Температура воздуха, облачность и осадки 10
1.2.3. Ледовый покров 11
1.3 Гидрологический режим. Температура и соленость вод 12
1.4 Водные массы и фронтальные зоны 15
1.5 Субмезомасштабные вихри 21
Глава 2. Материалы и методы 26
2.1. Описание исходных данных 26
2.2. Методы получения и обработки радиолокационных данных 28
2.3 Методы выделения фронтальных зон и композитного анализа положения фронтов и вихрей 31
Глава 3. Особенности пространственно-временной изменчивости вихревой динамики и СФЗ 37
3.1. Особенности пространственно-временной изменчивости сезонной и
многолетней субмезомасштабной вихревой динамики 37
3.2. Особенности сезонной и многолетней пространственно-временной
изменчивости поверхностных характеристик СФЗ 60
3.3. Взаимосвязь вихревой динами с СФЗ 79
Заключение 92
Список использованных источников 95
Актуальность работы связана с тем, что в Мировом океане наблюдается множество процессов и явлений, которые приводят к формированию различных неоднородностей гидрофизических характеристик и требует оценить связь их изменчивости на различных пространственно-временных масштабах [Каменкович и др.,1987]. Неоднородности, характеризующиеся масштабом по пространству порядка единиц километров и временем жизни от нескольких часов до суток и связаны с субмезомасштабнм интервалом изменчивости. Субмезомасштаб считается промежуточным интервалом между процессами перехода энергии от мезомасштаба к мелкомасштабу. Процессы субмезомасштаба важны для изучения, так как методики, которые применяются к большим или меньшим масштабам, не могут быть к применены субмезомасштабу [Thomas et al., 2008].
К явлениям субмезомасштаба относятся малые вихревые структуры. Такие структуры оказывают большой вклад в увеличение перемешивания, вертикальный и горизонтальный перенос тепла и различных веществ в Арктике. Для того чтобы понять механизм перераспределения тепла, биогеохимических характеристик на локальных акваториях в условиях значительного изменения климата Арктики, важно исследовать субмезомасштабные вихревые структуры [Лаврова и др., 2015]. Ранее в работе [Атаджанова, 2019] были рассмотрены особенности субмезомасштабной вихревой динамики Карского моря по данным спутниковых радиолокационных наблюдений, за два теплых период (июнь- октябрь) 2007 и 2011 гг. На более длительных временных интервалах исследование данных явлений ранее не проводилось.
Карское море является одним из морей Северного Ледовитого океана (СЛО). На гидрологический режим Карского моря большое влияние оказывают поступление вод из центральной части арктического бассейна, речной сток и характеристики ледового покрова, в результате чего в море прослеживаются различные по своим характеристикам водные массы, между которыми возникают фронтальные зоны и фронтальные разделы. Меандрирование фронтов в поверхностном слое может быть причиной возникновения вихревых структур разного масштаба [Каменкович и др., 1987; Атаджанова,2019].
В южной части Карского моря прослеживается СФЗ, которая образуется за счет взаимодействия пресных вод крупных Сибирских рек Оби и Енисея [Pavlov et al., 1996; Кубряков и др., 2013] и соленых морских вод. Информация о положении фронтальной зоны в Карском море чаще всего носит отрывочный характер и опирается на in-situ измерения или отдельные спутниковые данные [Зацепин и др., 2010а, б; Кубряков и др., 2013; Флинт и др., 2015; Сергеева и др., 2015; Завьялов и др., 2015; Kubryakov et al., 2016]. Стоковая фронтальная зона характеризуется значительной изменчивостью в разные годы и зависит от величины речного стока и преобладающих направлений ветра. В районе данной фронтальной зоны, по данным отрывочных контактных измерений, фиксировались вихри и меандры [Щука и др., 2015].
Значительное изменение климата в Арктике влечет за собой уменьшение ледового покрова, тем самым увеличиваются площади свободных ото льдов вод на локальных акваториях, что актуализирует использование высокоразрешающих спутниковых данных для исследования проявлений вихревых структур и фронтальных зон на поверхности. Изменение ледового режима моря формирует положительные аномалии температуры вод и воздуха , что отражается на характеристиках фронтальных зон и связанных с ними фронтов.
Цель работы: анализ сезонной и межгодовой пространственно-временной изменчивости характеристик малых вихревых структур в Карском море и оценка их связи с параметрами Стоковой фронтальной зоны.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Оценить синоптическую, сезонную и многолетнюю изменчивость проявлений субмезомасштабных вихревых структур по данным спутникового радиолокационного зондирования в Карском море за 2015-2020 гг.
2. Детектировать положение поверхностных проявлений Стоковой фронтальной зоны на основе анализа спутниковых данных по температуре, солености и уровню на синоптическом интервале изменчивости за теплый сезон 2016 и за сентябри 2015-2020 гг.
3. Сопоставить оценки пространственно-временной изменчивости характеристик вихревых структур и Стоковой фронтальной зоны Карского моря на синоптическом интервале изменчивости за сезон и несколько лет.
В исследовательской работе был выполнен анализ сезонной и межгодовой пространственно-временной изменчивости характеристик субмезомасштабных вихревых структур в Карском море и проведена оценка их связи с параметрами Стоковой фронтальной зоны. В ходе выполнения работы было использовано около 3 тысяч радиолокационных изображений высокого разрешения, а также данные по температуре поверхности моря, солености поверхности моря, абсолютной динамической топографии.
Метод выделения вихревых структур основан на использовании РЛИ. На РЛИ вихревые структуры проявлялись за счет пленочного механизма. Это позволило выделить вихревые структуры визуально. Что касается метода для детектирования Стоковой фронтальной зоны, то он основан на использовании спутниковых данных по ТПМ, СПМ, АДТ и их градиентов. На основе данных проводился кластерный анализ методом Уорда и k-means. Взаимосвязь вихревой динамики и СФЗ описывалась с помощью композитного анализа, в рамках которого строились карты, совмещающие положение вихревых структур и фронтальной зоны в один временной интервал.
За теплый период 2016 года с июля по октябрь, было выделено 1407 субмезомасштабных вихревых структур. Циклонический тип закрутки имело большинство проявлений, а именно 93,2 %, а остальные 6,8 %
антициклонический тип. За теплый период отмечается выраженный сезонный ход. Количество проявлений вихрей и их диаметры максимальны в начале сезона и минимальны к концу. Распределение проявлений вихревых структур неравномерно по всей акватории моря. Чаще всего проявления вихревых структур наблюдаются около полуострова Ямал, вблизи впадения рек Оби и Енисея и Сибирского побережья. Это может быть связано с формированием сезонной СФЗ. Реже вихри фиксируются, около острова Визе, вблизи архипелага Северная Земля. Крайне редко они наблюдались, около архипелага Новая Земля, у архипелага Земля Франция Иосифа. Проявления в этом районе могут быть связаны с неоднородностями рельефа дна. Область расположения фронтальной зоны, в большинстве случаев, имеет восточный тип распространения. Располагая количественными характеристиками, можно отметить выраженный сезонный ход. Максимальный процент проявлений в СФЗ встречается в конце июля и на протяжении сентября, а минимальный - в середине августа.
За период всех сентябрей с 2015 по 2020 гг. зафиксировано 1837 вихревых структур. Циклонический тип закрутки имело большинство проявлений вихревых структур - 91,5 %, а остальные 8,5% - антициклонический тип. Многолетний период характеризуется своими максимумами по количеству и среднему диаметру в начале периода в первом и втором синоптическом периодах сентября, и переходит к максимумам во втором и третьем синоптических периодах. Чаще всего минимумы наблюдаются в четвертом синоптическом периоде. Распределение вихревых структур по акватории моря неравномерно. Чаще всего вихри фиксируются, вблизи архипелага Новая Земля, полуострова Ямал, впадения рек Оби и Енисея, Сибирского побережья. Реже вихревые структуры наблюдаются, около острова Уединения, острова Визе, острова Ушакова, архипелагов Северная Земля и Норденшельда. Область расположения СФЗ, имеет восточный (2016,2018 и 2020 гг.) и центральный (2015, 2017 и 2019 гг.) типы. Проявления в области СФЗ фиксируются чаще всего в первом и втором, реже в третьем, синоптическом периоде сентября. Это связано с минимальными скоростями ветра, которые наблюдаются в начале месяца. В четвертом синоптическом периоде месяца проявлений в области СФЗ не замечается на протяжении всего периода. Это может быть связано с максимальными значениями ветра в конце сентября, а также с недостаточным количеством данных для определения СФЗ.
Из выполненного анализа двух периодов (теплый сезон и межгодовой) можно отметить, что в среднем четверть от всех зарегистрированных проявлений вихревых структур регистрируется в области фронтальной зоны, что весьма много учитывая не значительную площадь СФЗ относительно общей площади моря. Такая связь может отражаться в других морях Арктики, где речные воды оказывают большое влияние на гидрологический режим моря. Для этого следует продолжать проводить подобный анализ для морей Арктики.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
