Изучение динамики вод в океане является важной задачей современной науки, поскольку океаны играют ключевую роль в глобальном климатическом процессе и экосистемах. Динамические процессы в океане определяют распределение тепла, влаги и газов в атмосфере, а также способствуют формированию биоразнообразия и поддержанию экономически важных рыболовных ресурсов.
В настоящее время наблюдается все больший интерес к океаническим фронтам по следующим причинам: крупномасштабные фронты оказывают существенное влияние на погоду и климат [Kostianoy & Nihoul, 2009], с фронтами связаны различные морские процессы и характеристики, такие как высокая биологическая продуктивность [Olson et al., 1994; Bakun, 2006; Kushnir et al., 2011; Russel et al., 1999; Manko et al., 2022], интенсивность конвекции, а также высокая скорость струйных течений [Chapman, 2014; Orvik & Niiler, 2002] и др. Все вышеперечисленное определяет актуальность темы, выбранной автором.
Явление фронтогенеза изучено довольно слабо, до сих пор используются различные критерии выделения и терминология. В основу данного исследования были взяты следующие определения: океанический фронт - это след пересечения фронтального раздела с любой выбранной поверхностью, в том числе со свободной поверхностью океана или с любой изопикнической поверхностью [Федоров, 1983; Грузинов, 1986] (рис. 1). С другой стороны, океанический фронт представляет собой относительно узкую зону усиленных горизонтальных градиентов физических, химических и биологических свойств (температуры, солености, биогенных элементов и т. д.), которая разделяет более широкие области с различной вертикальной структурой
(стратификацией) [Федоров, 1983; Belkin, 2002].
На основе реанализа GLORYS12V1 получены пространственные характеристики фронтальных зон Норвежского моря. Впервые даны оценки их повторяемости, сезонной и межгодовой изменчивости за 1993-2019 гг. По этим данным рассчитаны коэффициенты корреляции фронтальных зон с индексами NAO и AO, а также значения межгодового тренда.
Индекс NAO отчетливо коррелирует с сезонной и межгодовой изменчивостью фронтальных зон, тогда как связь с индексом АО менее заметна. Положительные значения корреляции между сезонной изменчивостью площади ФЗ и индексом NAO свидетельствуют об уменьшении интенсивности фронтальных зон при отрицательном индексе NAO. Данный механизм может быть связан со смещением ядра Норвежского фронтального течения и ослаблением градиентов температуры поперек фронта.
Результаты свидетельствуют о ярко выраженной сезонной и межгодовой изменчивости большинства ФЗ Норвежского моря. В осенне-зимний период происходит резкое увеличение площади фронтальных зон, по своим значениям превосходящее многолетние изменения (рис. 7). Разница между площадью фронтальных зон в летний и зимний период может достигать 2,5-2,9 раза. Для большинства ФЗ характерны отрицательные многолетние линейные тренды, свидетельствующие о долговременном уменьшении их площадей. Сезонные и межгодовые колебания Восточно-Исландской ФЗ и ФЗ Западного Шпицбергена слабозаметны. Показано, что все ФЗ имеют высокую повторяемость (более 70 %) в поле температуры, тогда как в поле солености и уровня моря повторяемость увеличивается лишь в районе ЛВ и стрежней Норвежского течения.
Для фронтальных зон характерно наличие ярко выраженной вертикальной изменчивости от поверхности до глубин ~ 900 м. С увеличением глубины происходит смещение положения фронтальных зон (вплоть до появления новых, не обнаруженных на поверхности ФЗ), а также рост градиентов температуры и солености. Данный факт может быть связан с перемешиванием и конвекцией, а также с распространением атлантических вод. Средняя глубина ФЗ Норвежского моря редко превышает 100-300 м, однако в районе Фареро-Шетландского желоба и ЛК она существенно увеличивается (рис. 5). Толщина термических ФЗ максимальна в районе ФЗ Западного Шпицбергена (600-900 м) и Ян-Майенской ФЗ (порядка 500-800 м) (рис. 5). Халинные ФЗ имеют максимальную толщину в районе ЛК, континентального склона Норвегии и хребта Ян-Майен. Если в районе континентального склона основной вклад в формирование халинных ФЗ оказывает речной сток, то в районе ЛК и хребта Ян-Майен их формирование тесно связано с вихревой активностью. В целом, при увеличении глубин происходит существенное уменьшение площади ФЗ, при этом некоторые термические ФЗ прослеживаются вплоть до 1000 м. Площади халинных ФЗ снижаются заметно быстрее, так, их площадь уже на глубине 100-200 м практически равна нулю.
Объем ФЗ Норвежского моря может меняться как по сезонам, так и по годам, при этом для халинных ФЗ характерна большая изменчивость, по сравнению с термическими ФЗ (рис. 8). Для большинства ФЗ характерен один пик в осенне-зимний период, летом изменчивость снижается. Объем халинных ФЗ на 1-2 порядка меньше значений аналогичных термических ФЗ (табл. 2). Межгодовые и сезонные колебания термических ФЗ максимальны в ФЗ Восточно-Исландского течения (18%) и минимальны в Исландско-Фарерской ФЗ и ФЗ Западного Шпицбергена (4-6%) (табл. 2). Сезонная изменчивость объёма халинных ФЗ максимальна ФЗ Восточно-Исландского течения (около 79%) и минимальна в Исландско-Фарерской, ФЗ Норвежского прибрежного течения и Западного Шпицбергена (~16%). Межгодовая изменчивость ярко выражена в халинных ФЗ, в ФЗ Западного Шпицбергена и Ян-Майенской ФЗ она может превышать сезонные колебания.
Для каждой из ФЗ характерны свои особенности распространения вихрей (рис. 9, 10). Вихри ФЗ способны отдаляться от места генерации на сотни км и в дальнейшем диссипировать в глубоководных частях ЛК и НК. Антициклоны Исландско-Фарерской ФЗ встречаются в НК на глубинах более 4000 м, тогда как циклоны движутся вдоль более мелководных областей. Заметно, что в разных частях одной и той же ФЗ траектории вихрей могут существенно отличаться. Так, вихри северной части Ян-Майенской ФЗ распространяются на север и восток, тогда как в центральной и южной части большинство вихрей перемещается в южном направлении. Часть долгоживущих циклонов Ян-Майенской ФЗ диссипирует в районе месторасположения ЛВ, что свидетельствует о существенной роли фронтов в его регенерации. Количество вихрей достигает в Ян-Майенской ФЗ и ФЗ Западного Шпицбергена 200 вихрей на ячейку, что свидетельствует о высокой интенсивности вихреобразования в данных областях. Установлено, что короткоживущие вихри намного реже покидают границы ФЗ. Для вихрей характерна значительная сезонная и межгодовая изменчивость, а также зимне-весенняя интенсификация. Количество и продолжительность жизни долгоживущих циклонов значительно превышает аналогичные значения для антициклонов, при этом долгоживущие антициклоны перемещаются на большее расстояние, оказывая существенный вклад в динамику Норвежского моря.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
