Введение 2
Глава 1. Морфометрическая и гидрологическая характеристики Балтийского моря 4
Раздел 1.1. Физико-географическое описание 4
Раздел 1.2. Общие сведения о водообмене Балтийского и Северного морей и методах его расчёта 8
Глава 2. Данные и методы 16
Раздел 2.1. Мареографные данные 16
Раздел 2.2. Альтиметрические данные 17
Раздел 2.3. Данные реанализов гидрофизических полей 18
Раздел 2.4. Методы расчета водообмена 19
Раздел 2.5. Статистические методы обработки данных 20
Глава 3. Результаты 29
Раздел 3.1. Сравнение методов 29
Раздел 3.2. Межгодовая изменчивость 32
Раздел 3.3. Сезонная изменчивость 39
Раздел 3.4. Синоптическая изменчивость 41
Заключение 45
Литература 47
Балтийское море является внутриконтинентальным морем, имеющим ограниченный водообмен с Северным морем из-за топографических особенностей транзитной зоны, состоящей из узких, длинных и неглубоких Датских проливов (Зунд, Большой и Малый Бельт), проливов Каттегат и Скагеррак.
Поступление североморских соленых вод в Балтийское море является важной частью водообмена, под воздействием которого формируются водные массы Балтики со своей специфичной вертикальной и горизонтальной структурой распределения гидрофизических полей, определяющих особенности гидрохимических и гидробиологических процессов в Балтийском море. Затоки североморских вод влияют на аэрацию водных масс в котловинах Балтийского моря, формируют поля солености, течений, вертикального распределения плотности, что в свою очередь влияет на процессы перемешивания, осенне-зимнюю конвекцию, вертикальные потоки тепла и соли (Владимирова, 2014).
Вопрос о многолетней изменчивости водообмена через Датские проливы представляет большой интерес для понимания прошлой и будущей изменчивости Балтийского моря. Понимание механизмов, влияющих на обновление глубинных вод, имеет большое значение в связи с последними изменениями в режиме Балтийского моря: ухудшении кислородного режима, увеличении придонной и уменьшении поверхностной солености в некоторых районах Балтики (Литина, 2015).
Основная цель работы - оценка изменчивости водообмена между Северным и Балтийским морем в диапазоне разных временных масштабов. Для достижения цели ставились следующие задачи:
1. Обзор имеющихся представлений о механизмах водообмена в Датских проливах и методов его расчета;
2. Подготовка рядов мареографных измерений, массивов спутниковых альтиметрических наблюдений и данных реанализов гидрофизических полей;
3. Сравнение результатов оценок водообмена, выполненных на основе различных методов и данных;
4. Обоснование выбора оптимальных методов для расчета водообмена;
5. Оценка межгодовой, сезонной и синоптической изменчивости водообмена с применением различных статистических методов.
В данной работе был исследован водообмен между Северным и Балтийском море, в ходе которой были рассмотрены различные масштабы изменчивости расходов в Датских проливах: межгодовая, сезонная и синоптическая. Были рассчитаны основные статистические показатели, проведены спектральный, вейвлет и Фурье анализы, результаты которых представлены в виде таблиц и графиков.
Так, для оценки расходов проводились по двум методам, описанным во второй главе с использованием мареографных измерений, массивов спутниковых альтиметрических наблюдений и данных реанализов гидрофизических полей. Был сделан вывод о некорректности использования реанализа GLORYS12V1 из-за недостаточного пространственного разрешения для отображения правильных значений расходов в Датских проливах, а также было предложено использовать альтиметрические измерения для удаления геологических трендов из мареографных данных для более точных оценок расходов.
Спектральный и Фурье анализ полученных рядов расходов, выполненные в стационарном приближении, показали наибольшие значимые пики на спектральной плотности с периодами для межгодовой изменчивости - 42.3, 11.5, 7.5 и 2 года; для синоптической - 5.8, 6.9, 7.4, 13.2, 16.4, 25.6, 27, 29, 31.3, 39.2 и 54.1 дней.
Для исследования нестационарности колебаний водообмена проводился вейвлет-анализ, который показал для межгодовой изменчивости максимумы с периодами около 2-3 лет в 1940, 1955-1960, 1965-1970, 1973¬1980 и 2005-2010 гг.; 4-5 лет в 1935-1944 гг.; а также нестационарные максимумы с периодами около 11-15 лет за 1910-1940 и 1985-н.в. Для синоптической - с периодами 20-30 дней в 1998, 2003-2004, 2008, 2011, 2014 и 2017 гг., с периодом 15 дней за 1995, 2017 и 2020 годы и пик на частоте с периодом 10 дней, приходящийся на 1999 год. Для более высокочастотного диапазона с периодами 6-8 дней - в 1994-1995 и 2011-2012 гг.
Исследование сезонной изменчивости проводилось путем с помощью Фурье-анализа по рядам среднесуточных значений расходов. Были оценены средние значения амплитуд и фаз четырех гармоник: Sa имеет наибольшую амплитуду (0.7 км3/год) с фазой 108°, у Ssa амплитуды почти в 2 раза меньше (0.37 км3/год), чем у годовой, с фазой 187°, Sta и Sqa немного больше гармоники Ssa, с амплитудами 0.39 и 0.43 км3/год и фазами 315° и 96°, соответственно.
