Изменчивость кислородного режима Балтийского моря в современных климатических условиях
|
Введение 4
Глава 1. Район и предмет исследования 7
1.1. Физико – географическое описание 7
1.2. Кислородный режим Балтийского моря 11
Глава 2. Данные и методы 14
2.1. Данные судовых измерений температуры, солености и содержания растворенного кислорода 14
2.2. Оценки течений с помощью регионального реанализа - Baltic Sea Physics Reanalysis - гидрофизических полей Балтийского моря 16
2.3. Оценка расхода вод через Датские проливы 17
2.4. Взаимно корреляционный анализ океанологических процессов 19
Глава 3. Результаты и их интерпретация 21
3.1. Межгодовая изменчивость пространственного распределения температуры, солености и растворенного кислорода 21
3.1.1. Температура 21
3.1.2. Соленость 22
3.1.3. Кислород 23
3.2. Внутригодовая изменчивость пространственного распределения кислородного режима 24
3.2.1. Изменчивость среднемесячных значений концентраций кислорода 24
3.2.2. Сезонная изменчивость значений концентраций кислорода 26
3.3. Сравнение кислородного режима в юго-западной и центральной Балтике 27
3.4. Сравнение кислородного режима в центральной Балтике и на западе Финского залива 29
3.5. Межгодовая изменчивость кислородного режима с 1963 года по 2022 год. 31
Глава 4. Причины наблюдающихся изменений кислородного режима в последние десятилетия 33
4.1. Повышение температуры водных масс Балтийского моря 36
4.2. Усиление стратификации водных масс 37
4.3. Уменьшение количества больших балтийских затоков 38
4.4. Уменьшение интенсивности ветровых потоков над Балтийским морем 39
Заключение 41
Использованная литература 44
Глава 1. Район и предмет исследования 7
1.1. Физико – географическое описание 7
1.2. Кислородный режим Балтийского моря 11
Глава 2. Данные и методы 14
2.1. Данные судовых измерений температуры, солености и содержания растворенного кислорода 14
2.2. Оценки течений с помощью регионального реанализа - Baltic Sea Physics Reanalysis - гидрофизических полей Балтийского моря 16
2.3. Оценка расхода вод через Датские проливы 17
2.4. Взаимно корреляционный анализ океанологических процессов 19
Глава 3. Результаты и их интерпретация 21
3.1. Межгодовая изменчивость пространственного распределения температуры, солености и растворенного кислорода 21
3.1.1. Температура 21
3.1.2. Соленость 22
3.1.3. Кислород 23
3.2. Внутригодовая изменчивость пространственного распределения кислородного режима 24
3.2.1. Изменчивость среднемесячных значений концентраций кислорода 24
3.2.2. Сезонная изменчивость значений концентраций кислорода 26
3.3. Сравнение кислородного режима в юго-западной и центральной Балтике 27
3.4. Сравнение кислородного режима в центральной Балтике и на западе Финского залива 29
3.5. Межгодовая изменчивость кислородного режима с 1963 года по 2022 год. 31
Глава 4. Причины наблюдающихся изменений кислородного режима в последние десятилетия 33
4.1. Повышение температуры водных масс Балтийского моря 36
4.2. Усиление стратификации водных масс 37
4.3. Уменьшение количества больших балтийских затоков 38
4.4. Уменьшение интенсивности ветровых потоков над Балтийским морем 39
Заключение 41
Использованная литература 44
Балтийское море - внутриконтинентальное, шельфовое, мелководное море с солоноватыми водными массами. Особенности его океанологического режимаи экологического состояния обуславливаются следующими факторами:
• ограниченным водообменом с Северным морем, связанным с узостью и мелководностью Датских проливов;
• положительным пресным балансом (Антонов А.Е, 1991; Проект Моря СССР, 1992);
• значительным антропогенным воздействием;
• современными изменениями климата.
Во второй половине прошлого века (1958-1988 гг.) проводились (Проект Моря СССР, 1992) исследования кислородного режима Балтийского моря. Они свидетельствуют, что в рассматриваемое тридцатилетие наблюдались периоды, когда в Балтике вовсе не зафиксированы зоны сероводородного заражения (1964-1965 гг.), или же такие условия отмечались в сравнительно небольших по площади районах моря (1967, 1973, 1974, 1977 гг.) (T. Melvasaloet. аll, 1981,Проект Моря СССР, 1994,BalticMarineEnvironment Commission,1987,1990). С 1968 по 1972 гг. и с 1980 по 1984 гг. в Балтийском море зоны сероводородного заражения имели наибольшее развитие по площади в рассматриваемый период, а в 1969, 1970, 1972 и 1980 гг. они наблюдались даже в западной части Финского залива, чего не отмечалось в другие годы(Проект Моря СССР, 1992). Авторы связывали такие изменения, с меняющимися условиями адвекции североморских вод и изменением интенсивности вертикального перемешивания.
Изучение кислородного режима вод Балтийского моря является актуальным, т.к. уменьшение концентрации растворенного кислорода оказывает негативное влияние на всю экосистему моря (Антонов А.Е, 1991).
Целью выпускной квалификационной работы является - оценка изменчивости кислородного режима Балтийского моря за период 1989 – 2022 года и описание возможных причин этих изменений. Для достижения данной цели решались следующие задачи:
1. проанализировать и обобщить результаты опубликованных работ в области гидрофизических и гидрохимических исследований Балтийского моря;
2. с помощью базы данных DataAssimilationSystem (DAS) (http://nest.su.se/das/) – Стокгольмского института BalticNestInstitute, о судовых измерениях океанологических характеристик оценить изменения концентрации кислорода и наличие гипоксийных зон в различных районах Балтийского моря;
3. для районов Балтийского моря, наиболее обеспеченных судовыми измерениями получить ряды среднемесячных значений концентраций кислорода на различных горизонтах за период 1989 – 2022 года;
4. оценить изменения во времени концентрации кислорода температуры и солености вод для выделенных районов Балтийского моря;
5. с помощью данных регионального реанализа гидрофизических полей и судовых измерений концентрации кислорода получить ряды горизонтальной адвекции кислорода, вертикальной адвекции кислорода, горизонтальной турбулентной диффузии, вертикальной турбулентной диффузии кислорода;
6. оценить изменения во времени переноса вод из Северного моря в Балтийское через Датские проливы;
7. провести взаимно-корреляционный анализ между изменениями кислорода и различными океанологическими процессами;
8. описать возможные причины наблюдающихся изменений кислородного режима в последние десятилетия.
• ограниченным водообменом с Северным морем, связанным с узостью и мелководностью Датских проливов;
• положительным пресным балансом (Антонов А.Е, 1991; Проект Моря СССР, 1992);
• значительным антропогенным воздействием;
• современными изменениями климата.
Во второй половине прошлого века (1958-1988 гг.) проводились (Проект Моря СССР, 1992) исследования кислородного режима Балтийского моря. Они свидетельствуют, что в рассматриваемое тридцатилетие наблюдались периоды, когда в Балтике вовсе не зафиксированы зоны сероводородного заражения (1964-1965 гг.), или же такие условия отмечались в сравнительно небольших по площади районах моря (1967, 1973, 1974, 1977 гг.) (T. Melvasaloet. аll, 1981,Проект Моря СССР, 1994,BalticMarineEnvironment Commission,1987,1990). С 1968 по 1972 гг. и с 1980 по 1984 гг. в Балтийском море зоны сероводородного заражения имели наибольшее развитие по площади в рассматриваемый период, а в 1969, 1970, 1972 и 1980 гг. они наблюдались даже в западной части Финского залива, чего не отмечалось в другие годы(Проект Моря СССР, 1992). Авторы связывали такие изменения, с меняющимися условиями адвекции североморских вод и изменением интенсивности вертикального перемешивания.
Изучение кислородного режима вод Балтийского моря является актуальным, т.к. уменьшение концентрации растворенного кислорода оказывает негативное влияние на всю экосистему моря (Антонов А.Е, 1991).
Целью выпускной квалификационной работы является - оценка изменчивости кислородного режима Балтийского моря за период 1989 – 2022 года и описание возможных причин этих изменений. Для достижения данной цели решались следующие задачи:
1. проанализировать и обобщить результаты опубликованных работ в области гидрофизических и гидрохимических исследований Балтийского моря;
2. с помощью базы данных DataAssimilationSystem (DAS) (http://nest.su.se/das/) – Стокгольмского института BalticNestInstitute, о судовых измерениях океанологических характеристик оценить изменения концентрации кислорода и наличие гипоксийных зон в различных районах Балтийского моря;
3. для районов Балтийского моря, наиболее обеспеченных судовыми измерениями получить ряды среднемесячных значений концентраций кислорода на различных горизонтах за период 1989 – 2022 года;
4. оценить изменения во времени концентрации кислорода температуры и солености вод для выделенных районов Балтийского моря;
5. с помощью данных регионального реанализа гидрофизических полей и судовых измерений концентрации кислорода получить ряды горизонтальной адвекции кислорода, вертикальной адвекции кислорода, горизонтальной турбулентной диффузии, вертикальной турбулентной диффузии кислорода;
6. оценить изменения во времени переноса вод из Северного моря в Балтийское через Датские проливы;
7. провести взаимно-корреляционный анализ между изменениями кислорода и различными океанологическими процессами;
8. описать возможные причины наблюдающихся изменений кислородного режима в последние десятилетия.
В выпускной квалификационной работе исследовалась изменчивость кислородного режима Балтийского моря путем обработки и анализа натурных измерений океанологических параметров и данных региональногореанализа гидрофизических полейза период с 1989 года по 2022 год. А также были выявлены возможные причины изменения кислородного режима за исследуемый период.
В ходе работы были проанализированы и обобщены результаты опубликованных работ в области гидрофизических и гидрохимических исследований Балтийского моря.
С помощью базы судовых измерений океанологических характеристик DAS были выделены районы Балтийского моря с гипоксийными условиями.
Были выявлены следующие тенденции в изменчивости кислородного режима Балтийского моря:
1. До 1996 г. отмечается улучшение кислородных условий в верхнем квазиоднородном слое содержания кислорода достигает 9-10 мл/л. После 1996 г. кислородные условия в этом слое в открытой Балтике стали ухудшаться, и эта тенденция продолжается до настоящего времени.
2. Увеличивается количество районов моря подверженных гипоксийному заражению (рисунок 3.3.). В центральной части Балтики в начале исследуемого периода гипоксийные условияобнаруживались на глубинах 200 м, а начиная с 2010 недостаток кислорода стабильно обнаруживается на глубинах 150 м. Вплоть до 2003 г гипоксийные условияв западной части Финского залива не фиксировались. В период с 2003 г по 2014 г гипоксийные условия имели периодический характер. Начиная с 2015 г наличие гипоксийных условий в данном районе наблюдаетсяпостоянно.
Полученные результаты сравнивались с аналогичными исследованиями 1963–1987 гг. Установлено что происходит увеличение акваторий с гипоксийными условиями и их вертикальное развитие. Если в предыдущие десятилетия гипоксийные условия регистрировались только в западной и центральной частях моря и не во все годы, то с 1993 г. ежегодно фиксируются гипоксийные зоны, развивающиеся в восточном направлении и появляющиеся все чаще в прибрежных районах.
Взаимный корреляционный анализ между изменчивостью кислородного режима и горизонтальной адвекцией кислорода, вертикальной адвекции кислорода, горизонтальной турбулентной диффузии кислорода, вертикальной турбулентной диффузии кислорода , транспорта вод через Датские проливы, показал (таблица 4.1., 4.2.): что наибольшее влияние на изменчивость кислородного режима в глубинном слое в центральной части Балтики оказывает транспорт вод через Датские проливы (к.к.=0,64), а на поверхности наибольшее влияние имеет горизонтальная турбулентная диффузия (к.к.=0,57).
В юго-западной части моря на изменчивость кислорода в поверхностном слое наибольшее влияние оказывает вертикальная адвекция кислорода течениями (к.к.=0,56). В глубинном слое сразу несколько факторов вносят значимое влияние на изменчивость кислородного режима: транспорт вод через Датские проливы (к.к.=0,62), вертикальная турбулентная диффузия (к.к.=0,54) и вертикальная адвекция кислорода течениями (к.к.= 0,51).
Таким образом снижение концентрации кислорода в Балтийском море можно объяснить несколькими причинами:
1. Происходит увеличение температуры водных масс Балтийского моря (рисунок 3.1.,4.1.), что в свою очередь снижает растворимость кислорода в воде;
2. Значительно снижается количество больших балтийских затоков: начиная с 1983 года их количество уменьшились в 5 раз, а период стагнации вырос до 10-11 лет (рисунок 4.4.).
3. За последние десятилетия в Балтийском море происходит распреснение поверхностного слоя моря, а также осолонение глубинных вод (рисунок 3.2., 4.2.). Это, в свою очередь, приводит к усилению стратификации, что препятствует вертикальному обмену кислорода между поверхностными и глубинными слоями вод Балтийского моря.
4. Также стоит отметить, что существует еще одна возможная причина снижения концентрации кислорода в Балтийском море – уменьшение ветро-волнового перемешивания, которое может быть связано с уменьшением интенсивности ветровых потоков над Балтикой в последние десятилетия, что приводит к снижению абсорбции кислорода из атмосферы в поверхностный слой моря (Захарчук Е.А, и др, 2024).
В ходе работы были проанализированы и обобщены результаты опубликованных работ в области гидрофизических и гидрохимических исследований Балтийского моря.
С помощью базы судовых измерений океанологических характеристик DAS были выделены районы Балтийского моря с гипоксийными условиями.
Были выявлены следующие тенденции в изменчивости кислородного режима Балтийского моря:
1. До 1996 г. отмечается улучшение кислородных условий в верхнем квазиоднородном слое содержания кислорода достигает 9-10 мл/л. После 1996 г. кислородные условия в этом слое в открытой Балтике стали ухудшаться, и эта тенденция продолжается до настоящего времени.
2. Увеличивается количество районов моря подверженных гипоксийному заражению (рисунок 3.3.). В центральной части Балтики в начале исследуемого периода гипоксийные условияобнаруживались на глубинах 200 м, а начиная с 2010 недостаток кислорода стабильно обнаруживается на глубинах 150 м. Вплоть до 2003 г гипоксийные условияв западной части Финского залива не фиксировались. В период с 2003 г по 2014 г гипоксийные условия имели периодический характер. Начиная с 2015 г наличие гипоксийных условий в данном районе наблюдаетсяпостоянно.
Полученные результаты сравнивались с аналогичными исследованиями 1963–1987 гг. Установлено что происходит увеличение акваторий с гипоксийными условиями и их вертикальное развитие. Если в предыдущие десятилетия гипоксийные условия регистрировались только в западной и центральной частях моря и не во все годы, то с 1993 г. ежегодно фиксируются гипоксийные зоны, развивающиеся в восточном направлении и появляющиеся все чаще в прибрежных районах.
Взаимный корреляционный анализ между изменчивостью кислородного режима и горизонтальной адвекцией кислорода, вертикальной адвекции кислорода, горизонтальной турбулентной диффузии кислорода, вертикальной турбулентной диффузии кислорода , транспорта вод через Датские проливы, показал (таблица 4.1., 4.2.): что наибольшее влияние на изменчивость кислородного режима в глубинном слое в центральной части Балтики оказывает транспорт вод через Датские проливы (к.к.=0,64), а на поверхности наибольшее влияние имеет горизонтальная турбулентная диффузия (к.к.=0,57).
В юго-западной части моря на изменчивость кислорода в поверхностном слое наибольшее влияние оказывает вертикальная адвекция кислорода течениями (к.к.=0,56). В глубинном слое сразу несколько факторов вносят значимое влияние на изменчивость кислородного режима: транспорт вод через Датские проливы (к.к.=0,62), вертикальная турбулентная диффузия (к.к.=0,54) и вертикальная адвекция кислорода течениями (к.к.= 0,51).
Таким образом снижение концентрации кислорода в Балтийском море можно объяснить несколькими причинами:
1. Происходит увеличение температуры водных масс Балтийского моря (рисунок 3.1.,4.1.), что в свою очередь снижает растворимость кислорода в воде;
2. Значительно снижается количество больших балтийских затоков: начиная с 1983 года их количество уменьшились в 5 раз, а период стагнации вырос до 10-11 лет (рисунок 4.4.).
3. За последние десятилетия в Балтийском море происходит распреснение поверхностного слоя моря, а также осолонение глубинных вод (рисунок 3.2., 4.2.). Это, в свою очередь, приводит к усилению стратификации, что препятствует вертикальному обмену кислорода между поверхностными и глубинными слоями вод Балтийского моря.
4. Также стоит отметить, что существует еще одна возможная причина снижения концентрации кислорода в Балтийском море – уменьшение ветро-волнового перемешивания, которое может быть связано с уменьшением интенсивности ветровых потоков над Балтикой в последние десятилетия, что приводит к снижению абсорбции кислорода из атмосферы в поверхностный слой моря (Захарчук Е.А, и др, 2024).
Подобные работы
- Изменение концентрации хлорофилла «а», гидрохимических и гидрофизических характеристик Балтийского моря в условиях меняющегося климата по наблюдениям на станциях международного мониторинга
Бакалаврская работа, гидрология. Язык работы: Русский. Цена: 4340 р. Год сдачи: 2022