Пространственно-временная изменчивость верхнего распреснённого слоя в Карском море
|
Введение 3
Глава 1. Особенности распределения распреснённой водной массы в Карском море (обзор исследований) 6
1.1. Физико-географическое описание Карского моря 6
1.2 Гидрологический режим поверхностного слоя Карского моря 7
1.2.1. Место Карского моря в системе водообмена Северного Ледовитого
океана 8
1.3 Распреснённые водные массы Карского моря 11
Глава 2. Методы исследования и исходные денные 23
2.1. Описание исходных данных 23
2.2. Методика выполнения работы 25
2.2.1. Интерполяция сеток баз данных 25
2.2.2 Кластерный анализ 26
2.2.4. Статистические вычисления и вейвлет-анализ 28
Глава 3. Пространственно-временная изменчивость верхнего распреснённого слоя Карского моря 30
3.1 Обнаружение пространственных границ верхнего распреснённого слоя
Карского моря 30
3.2 Выявление пространственно-временной изменчивости верхнего
распреснённого слоя Карского моря посредством классификации водных масс 38
3.2.1. Выявление климатической изменчивости центроидов каждого из
признаков классификации водных масс 38
3.2.2. Анализ пространственно-временной изменчивости распреснённого, речного и ледового классов 52
3.3 Оценка объёмов воды каждого из классов 58
3.4 Оценка связей между объёмами и стоком рек 63
Заключение 67
Список использованной литературы 69
Глава 1. Особенности распределения распреснённой водной массы в Карском море (обзор исследований) 6
1.1. Физико-географическое описание Карского моря 6
1.2 Гидрологический режим поверхностного слоя Карского моря 7
1.2.1. Место Карского моря в системе водообмена Северного Ледовитого
океана 8
1.3 Распреснённые водные массы Карского моря 11
Глава 2. Методы исследования и исходные денные 23
2.1. Описание исходных данных 23
2.2. Методика выполнения работы 25
2.2.1. Интерполяция сеток баз данных 25
2.2.2 Кластерный анализ 26
2.2.4. Статистические вычисления и вейвлет-анализ 28
Глава 3. Пространственно-временная изменчивость верхнего распреснённого слоя Карского моря 30
3.1 Обнаружение пространственных границ верхнего распреснённого слоя
Карского моря 30
3.2 Выявление пространственно-временной изменчивости верхнего
распреснённого слоя Карского моря посредством классификации водных масс 38
3.2.1. Выявление климатической изменчивости центроидов каждого из
признаков классификации водных масс 38
3.2.2. Анализ пространственно-временной изменчивости распреснённого, речного и ледового классов 52
3.3 Оценка объёмов воды каждого из классов 58
3.4 Оценка связей между объёмами и стоком рек 63
Заключение 67
Список использованной литературы 69
Северный Ледовитый океан с момента своего открытия был одной из наименее изученных частей Мирового океана. Сегодня же исследования морских акваторий Арктического региона являются передовыми направлениями для современной науки. Арктика представляют интерес не только для учёных гидрометеорологов, но и для людей из самых широких сфер деятельности: нефтегазового дела, судоходства, развития туризма за полярным кругом, географо-экономической оценки территорий. Ключевую роль в деятельности человека в Арктике играют северные моря.
Одним из главных морей Арктики является Карское море. Представляя собой источник распреснённых водных масс, Карское море своими водами может воздействовать на стратификацию ближайших морей. Изучение гидрологического режима Карского моря и его влияние на Арктику в целом - одна из важных задач, которая может возникнуть перед современным мировым научным сообществом. В Карском море происходят активные динамические океанические процессы, широко развита деятельность людей: по морю проходит северный морской путь, а также море является местом для нескольких природных заповедников, расположенных на ближайших островах. В данной работе будет рассмотрена пространственно-временная изменчивость верхнего распреснённого слоя Карского моря.
Актуальность научных исследований пространственно-временной изменчивости верхнего опреснённого слоя Карского моря обусловлена двумя факторами. Во-первых, глобальное потепление приводит к изменениям структуры морского льда и характера стока арктических рек, что больше опресняет поверхностный слой исследуемого моря. Во-вторых, наличие современных модельных данных о характеристиках воды позволяет рассчитывать объёмы водных масс и гидрологический режим морей без натурных данных. Развитие моделей реанализа позволило обрабатывать огромные массивы данных, недоступных для натурных наблюдений, собранных на океанологических станциях. Хотя данные моделей дают ценную информацию, их качество может варьироваться, что подчеркивает важность дополнительных исследований.
Изучение пространственно-временной изменчивости верхнего распреснённого слоя Карского моря имеет большое значение по следующим причинам:
- верхний распреснённый слой является важным местом обитания для морских организмов. Изменения его структуры и динамики могут повлиять на распределение питательных веществ, первичную продуктивность и видовой состав морской экосистемы;
- распреснённый слой играет важную роль в формировании климата Арктического региона. Он влияет на поглощение и отражение солнечной радиации, а также на процессы теплообмена между океаном и атмосферой;
- изменения распреснённого слоя могут влиять на условия судоходства и освоения природных ресурсов в Карском море. Например, распреснение может привести к образованию ледяных заторов и затруднить навигацию;
- климатические изменения приводят к увеличению речного стока в Карское море, что, в свою очередь, влияет на структуру и динамику верхнего распреснённого слоя. Изучение этих изменений необходимо для прогнозирования и адаптации к будущим климатическим условиям...
Одним из главных морей Арктики является Карское море. Представляя собой источник распреснённых водных масс, Карское море своими водами может воздействовать на стратификацию ближайших морей. Изучение гидрологического режима Карского моря и его влияние на Арктику в целом - одна из важных задач, которая может возникнуть перед современным мировым научным сообществом. В Карском море происходят активные динамические океанические процессы, широко развита деятельность людей: по морю проходит северный морской путь, а также море является местом для нескольких природных заповедников, расположенных на ближайших островах. В данной работе будет рассмотрена пространственно-временная изменчивость верхнего распреснённого слоя Карского моря.
Актуальность научных исследований пространственно-временной изменчивости верхнего опреснённого слоя Карского моря обусловлена двумя факторами. Во-первых, глобальное потепление приводит к изменениям структуры морского льда и характера стока арктических рек, что больше опресняет поверхностный слой исследуемого моря. Во-вторых, наличие современных модельных данных о характеристиках воды позволяет рассчитывать объёмы водных масс и гидрологический режим морей без натурных данных. Развитие моделей реанализа позволило обрабатывать огромные массивы данных, недоступных для натурных наблюдений, собранных на океанологических станциях. Хотя данные моделей дают ценную информацию, их качество может варьироваться, что подчеркивает важность дополнительных исследований.
Изучение пространственно-временной изменчивости верхнего распреснённого слоя Карского моря имеет большое значение по следующим причинам:
- верхний распреснённый слой является важным местом обитания для морских организмов. Изменения его структуры и динамики могут повлиять на распределение питательных веществ, первичную продуктивность и видовой состав морской экосистемы;
- распреснённый слой играет важную роль в формировании климата Арктического региона. Он влияет на поглощение и отражение солнечной радиации, а также на процессы теплообмена между океаном и атмосферой;
- изменения распреснённого слоя могут влиять на условия судоходства и освоения природных ресурсов в Карском море. Например, распреснение может привести к образованию ледяных заторов и затруднить навигацию;
- климатические изменения приводят к увеличению речного стока в Карское море, что, в свою очередь, влияет на структуру и динамику верхнего распреснённого слоя. Изучение этих изменений необходимо для прогнозирования и адаптации к будущим климатическим условиям...
В ходе проделанной работы была рассмотрена пространственно-временная изменчивость верхнего распреснённого слоя Карского моря и сделаны основные выводы.
1. По данным реанализа GLORYS12V1 были построены карты распределения солёности, температуры воды и концентрации силикатов в воде на поверхности Карского моря, а также пять зональных разрезов солёности для 20 метров толщи Карского моря. Отмечено, что по этим признакам можно определить направления движения распреснённой воды в Карском море: в мае - июне преобладает распреснённый поток из Енисейского залива, двигающийся на восток вдоль побережья полуострова Таймыр, затем в июне - июле волна половодья из реи Обь заполняет большие пространства моря к западу от полуострова Ямал и достигает побережья архипелага Новая Земля, после чего вся распреснённая водная масса смешивается и двигается к проливу Вилькицкого.
2. В ходе проведения кластеризации выделены климатические изменения центроидов каждого из признаков. Отмечено изменение положения точек центроидов на Т^^-диаграмме: происходит их смещение в правую область диаграммы, в сторону возрастания значений температуры и, в меньшей степени, вверх, в сторону возрастания значений концентрации силикатов, а затем, в сентябре - октябре происходит их возврат на исходные позиции.
Выделены значимые тренды изменения характеристик каждого из классов «0», «1» и «3» (распреснённого, пресного и ледового). Во временной
изменчивости солёности и температуры «0» и «1» классов преобладает периодическое годовое колебание за весь период исследования. Для колебаний характеристики центроидов концентрации силикатов для ледового класса «3» чётко видна годовая изменчивость характеристики.
3. В ходе представления результатов пространственно-временной изменчивости классов на поверхности моря и в его толще до глубины 20 метров выявлено, что кластерный анализ позволяет разделить водную толщу на различные водные массы. Хорошо видно, как происходят крупномасштабные процессы половодья и таяния льда в Карском море: в мае увеличивается интенсивность восточной «Енисейской» части стока «1» класса, его нижняя граница достигает в это время около 10 метров глубины. Затем западная «Обская» часть стока «1» класса увеличивает свою площадь на поверхности моря и проникает до глубины 15 метров. В июне - июле проясняются ледовые полыньи, образованные талой водой на поверхности «3» классом. Сток реки Енисей в июле становится менее интенсивным, а также происходит его плавное растяжение на восток, тогда как площади классов «0» и «1» Обской зоны всё ещё продолжают увеличиваться. Нижняя граница распреснённого слоя в близи эстуариев может достигать 17 - 20 метров, а на удалении от них около 10 метров. В августе площадь обоих речных классов достигает максимальных размеров. В это время зафиксировано максимальное среднее значение нижней границы распреснённого слоя: почти на всей акватории оно меняется от 15 до 17 метров. В сентябре - октябре заметно существенное уменьшение интенсивности стока рек, и общий объём этого классов начал своё движение на восток к проливу Вилькицкого.
4. В ходе вычисления объёмов, занимаемых каждый классом, отмечено, что увеличение объёма происходит в период весенне-летнего половодья, а его уменьшение - зимой. Объём распреснённого класса «0» может достигать 3 900 км3, а пресного класса «1» - 1 850 км3. Значимыми трендами для объёмов оказались только квадратичные: для класса «0» характерно снижение значений объёма примерно с половины исследуемого периода до настоящего времени, а для класса «1» наблюдается постепенное возрастание значений объёма с 2010 года до 2021 года. Вейвлет-анализ объёмов двух стоковых классов позволил выделить колебания с периодом около год порядка 7.5 лет.
5. В ходе поиска связей между значениями объёмов классов и значениями стока рек Оби и Енисея выявлены неоднозначные результаты.
1. По данным реанализа GLORYS12V1 были построены карты распределения солёности, температуры воды и концентрации силикатов в воде на поверхности Карского моря, а также пять зональных разрезов солёности для 20 метров толщи Карского моря. Отмечено, что по этим признакам можно определить направления движения распреснённой воды в Карском море: в мае - июне преобладает распреснённый поток из Енисейского залива, двигающийся на восток вдоль побережья полуострова Таймыр, затем в июне - июле волна половодья из реи Обь заполняет большие пространства моря к западу от полуострова Ямал и достигает побережья архипелага Новая Земля, после чего вся распреснённая водная масса смешивается и двигается к проливу Вилькицкого.
2. В ходе проведения кластеризации выделены климатические изменения центроидов каждого из признаков. Отмечено изменение положения точек центроидов на Т^^-диаграмме: происходит их смещение в правую область диаграммы, в сторону возрастания значений температуры и, в меньшей степени, вверх, в сторону возрастания значений концентрации силикатов, а затем, в сентябре - октябре происходит их возврат на исходные позиции.
Выделены значимые тренды изменения характеристик каждого из классов «0», «1» и «3» (распреснённого, пресного и ледового). Во временной
изменчивости солёности и температуры «0» и «1» классов преобладает периодическое годовое колебание за весь период исследования. Для колебаний характеристики центроидов концентрации силикатов для ледового класса «3» чётко видна годовая изменчивость характеристики.
3. В ходе представления результатов пространственно-временной изменчивости классов на поверхности моря и в его толще до глубины 20 метров выявлено, что кластерный анализ позволяет разделить водную толщу на различные водные массы. Хорошо видно, как происходят крупномасштабные процессы половодья и таяния льда в Карском море: в мае увеличивается интенсивность восточной «Енисейской» части стока «1» класса, его нижняя граница достигает в это время около 10 метров глубины. Затем западная «Обская» часть стока «1» класса увеличивает свою площадь на поверхности моря и проникает до глубины 15 метров. В июне - июле проясняются ледовые полыньи, образованные талой водой на поверхности «3» классом. Сток реки Енисей в июле становится менее интенсивным, а также происходит его плавное растяжение на восток, тогда как площади классов «0» и «1» Обской зоны всё ещё продолжают увеличиваться. Нижняя граница распреснённого слоя в близи эстуариев может достигать 17 - 20 метров, а на удалении от них около 10 метров. В августе площадь обоих речных классов достигает максимальных размеров. В это время зафиксировано максимальное среднее значение нижней границы распреснённого слоя: почти на всей акватории оно меняется от 15 до 17 метров. В сентябре - октябре заметно существенное уменьшение интенсивности стока рек, и общий объём этого классов начал своё движение на восток к проливу Вилькицкого.
4. В ходе вычисления объёмов, занимаемых каждый классом, отмечено, что увеличение объёма происходит в период весенне-летнего половодья, а его уменьшение - зимой. Объём распреснённого класса «0» может достигать 3 900 км3, а пресного класса «1» - 1 850 км3. Значимыми трендами для объёмов оказались только квадратичные: для класса «0» характерно снижение значений объёма примерно с половины исследуемого периода до настоящего времени, а для класса «1» наблюдается постепенное возрастание значений объёма с 2010 года до 2021 года. Вейвлет-анализ объёмов двух стоковых классов позволил выделить колебания с периодом около год порядка 7.5 лет.
5. В ходе поиска связей между значениями объёмов классов и значениями стока рек Оби и Енисея выявлены неоднозначные результаты.
