Термохалинная структура вод в проливе Фрама (изменчивость в различных временных масштабах)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Правительство Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный университет»

Факультет географии и геоэкологии

Кафедра океанологии

Курсовая работа

По направлению: «Гидрометеорология»

На тему: «Термохалинная структура вод в проливе Фрама (изменчивость в различных временных масштабах)»

Выполнила: студентка 3 курса

Хмелева Виктория Сергеевна

Научный руководитель: доцент

Рубченя Андрей Валерьевич

Санкт-Петербург, 2013



Содержание

Введение

1. Данные

2. Особенности гидрологии пролива Фрама

3. Горизонтальное распределение водных масс в проливе Фрама

4. Изменчивость водных масс в различных временных масштабах

4.1 Сезонная изменчивость водных масс в проливе Фрама

4.2 Межгодовая изменчивость водных масс в проливе Фрама

5. Основные выводы о закономерностях изменчивости водных масс

Заключение

Список используемой литературы

Приложение



Введение

Пролив Фрама - широкий пролив между Гренландией и Шпицбергеном. Он соединяет Арктический бассейн с системой Северных морей, лежащих на границе между Северный Ледовитым и Атлантическим океанами (Гренландское, Норвежское). Кроме этого, это самый глубокий из всех соединяющих Арктический бассейн с другими частями Мирового океана (максимальная глубина 2600 м) пролив. Это наилучшее место, чтобы интенсивно наблюдать за водообменом между Северным Ледовитым океаном и Атлантикой, который обеспечивается двумя крупными течениями: Восточно-Гренландским и Западно-Шпицбергенским течениями, воды которых имеют абсолютно противоположные характеристики и влияют на образование в этой акватории Восточно-Гренландского фронта.

Рис. 1. Пролив Фрама.

Данный район играет важную роль в переносе льда и воды с разными характеристиками температуры и солености. Именно различные особенности водных масс пролива Фрама признаются основным вопросом для исследования данной акватории.

С каждым годом увеличивается объем и качество данных, получаемых в этой акватории, а за последние два десятилетия проведены важные международные экспедиции, которые впервые смогли предоставить подробную и синхронную картину водо- и теплообмена через пролив.

В данной курсовой работе представлен анализ изменчивости водных характеристик данной акватории за последние 50 лет (1960-2012г.).

Объект исследования: пролив Фрама

Предмет исследования: термохалинная структура вод пролива Фрама и ее изменчивость в различных временных масштабах.

Цель: изучить особенности термохалинной структуры вод в проливе Фрама в различных временных масштабах.

Задачи:

- Ознакомиться с физико-географическими характеристиками акватории;

- Изучить подобную структуру распределения водных масс пролива Фрама (их особенности, влияние на водообмен между Северным Ледовитым океаном и Атлантикой);

- Подготовить базу данных (данные были получены на сайте National oceanographic data center);

- Провести графический и статистический анализ горизонтального и вертикального распределения температуры и солености пролива Фрама.

- Проанализировать особенности сезонной и межгодовой изменчивости термохалинной структуры пролива Фрама



1. Данные

CTD наблюдения в проливе Фрама были начаты в начале 1930-х годов, а с начала 1950-х годов стали нести регулярный характер. Наибольшее количество полученных за весь исторический период данных CTD принадлежит ААНИИ, Полярному научно-исследовательскому институту морского рыбного хозяйства и Океанографии (ПИНРО, Мурманск) и Мурманскому управлению гидрометеорологии. Из научно-исследовательских институтов западных стран наибольшее количество CTD данных в проливе Фрама (1959-1999) принадлежит к Норвежскому полярному институту (NP) и Институту полярных и морских исследований Альфреда Вегенера (AWI). Также значительная часть была собрана за последние три года в рамках Международного совета по исследованию моря (ICES) (Дания).

Данные, используемые в данной работе, были взяты в Национальном океанографическом центре данных (NODC) в период с 1960 по 2012 год и были разделены на два сезона: летний (с 1 мая по 31 сентября) и зимний (с 1 октября по 30 апреля).



2. Особенности гидрологии пролива Фрама

Пролив Фрама - это самый глубокий и широкий пролив, который соединяет Северный Ледовитый океан с Мировым океаном. Расположен между островом Гренландия и архипелагом Шпицберген. Широтные границы - 81-77° с.ш.

Рис. 2. Карта Арктического Бассейна и его основных циркуляций, в том числе и в проливе Фрама.

EGC - Восточно-Гренландское течение

WSC - Западно-Шпицбергенское течение

Пролив осуществляет активный водообмен между Северным Ледовитым океаном и Атлантикой, который осуществляется двумя течениями:

Западно-Шпицбергенским течением (ЗШТ), направленным с юга на север вдоль архипелага Шпицберген, несущим теплые и соленые атлантические воды далекого Гольфстрима. Эти воды слоем, толщиной до нескольких сотен метров (до 800 м), заполняют промежуточные глубины Арктического бассейна. Совершив многолетний круг в глубинах Арктики, атлантические воды возвращаются в Гренландское море через тот же Пролив Фрама.

С севера через пролив из АБ выходят воды самого большого поверхностного течения Северного Ледовитого океана - Трансарктического течения, берущего начало вблизи Берингова пролива и хранящего разбавленные следы тихоокеанских вод. Это течение в проливе называется Восточно-Гренландским и служит стоком арктических льдов и талых холодных вод из АБ.

Обмен водами происходит также и у дна пролива, где циркулируют очень холодные и плотные придонные воды Арктического бассейна и Северных морей.

Географическое расположение пролива Фрама, между двумя регионами с очень различным климатическим режимом, несет ответственность за наличие резкого гидрографического фронта (Восточно-Гренландского полярного фронта) в верхнем слое воды. Данный фронт четко отделяет воды атлантического происхождения от полярных вод.

К северу от пролива, где преобладает полярный тип климата, наблюдается постоянный ледяной покров. Поверхность обмена между океаном и атмосферой очень ограничена, за исключением некоторых открытых участков воды. Тем не менее, на формирование процессов происходящих в Северном Ледовитом океане, частично влияют приток вод из прилегающих морей. Часть этого притока представляют собой теплые и соленые воды Атлантического океана, которые переносятся через Западно-Шпицбергенское течение к востоку от пролива Фрама. В итоге поступающие Атлантические воды представляют собой источник тепла, а выносящиеся из Северного-Ледовитого океана льды экспортируют дефицит тепла в Атлантику. Кроме этого, и температура и соленость Атлантических вод имеют важнейшее значение для конечной температуры и солености промежуточных и глубинных водных масс образующихся в рассматриваемом регионе.

К югу от пролива формируются плотные промежуточные или глубинные воды, образование которых связано, главным образом, с интенсивным охлаждением на поверхности и незначительно устойчивой стратификацией. Процессы формирования водных масс на юге влияют на распределение морского льда, кроме этого, формирование зависит еще и от количества льда, выходящего из Северного Ледовитого океана через Восточно-Гренландское течение. На самом деле, картина течений в данном проливе гораздо сложнее. Она предполагает многочисленные более мелкие циркуляции на юг и север.

Для того чтобы получить более подробное представление о сложной системе водных масс и течений, которые их переносят, существует концептуальная модель распределения водных масс (создана в 1980-х годах). Она представлена как схема - разрез (79° с.ш.), которая отражает распространение водных масс на разных глубинах пролива (Рис. 3)

Рис. 3. Концептуальная модель распределения водных масс в 1980 году в проливе Фрама. Полярные воды (PW), Атлантические воды (AW), Измененные атлантические воды (MAW), Арктические промежуточные воды (AIW), Глубинные воды норвежского моря (NSDW), Глубинные воды Гренландского моря (GSDW), Верхние полярные глубинные воды (UPDW), Глубинные воды Канадского Бассейна (CBDW), Глубинные воды Евразийского Бассейна (EBDW).



Следуя схеме, можно более подробно ознакомиться с характером водных масс данной акватории.

Поверхностный слой пролива Фрама включает в себя Полярные воды (PW), которые представлены самыми свежими и наиболее пресными водами в проливе Фрама. Они образуются путем смешения пресных вод (речной сток, осадки, талые воды) с потоком Атлантических вод, находящихся уже в Северном Ледовитом океане. Основная часть Полярных вод имеет отрицательные температуры, однако, не является редкостью резкое повышение температур этой водной массы до 3° С в летний сезон, например, в Гренландском море. Поэтому диапазон возможных температур не ограничен (табл.1) В проливе Фрама Полярные воды движутся на юг в системе Восточно-Гренландского течения.

Рис. 4. Пролив Фрама. На рисунке отмечены основные акватории входящие в пролив

Второй водной массой, распространенной на поверхности пролива Фрама, являются Атлантические воды (AW). Данная водная масса определяется самой высокой температурой, которая постепенно уменьшается при перемещении на север, так как вода отдает часть своего тепла в атмосферу. В определенных частях пролива Фрама и близлежащей акватории Атлантические воды имеют свои особенности. В северных морях (Гренландское, Норвежское моря) AW определяется, как водная масса с температурой более 3°С и соленостью более 34,4‰. Всего в проливе существует около четырех разновидностей: теплые Атлантические воды (AWw), холодные Атлантические воды (AWc), свежие Атлантические воды (AWF) и Измененные Атлантические воды (MAW). Самыми теплыми и солеными из которых являются AWw. Атлантические теплые воды входят в пролив с юго-востока в потоке Западно-Шпицбергенского течения, где образуют несколько максимумов солености (более 35‰). Следует заметить, что вторая половина этой водной массы уходят в Баренцево море (Рис.2). На севере и западе пролива данная водная масса опускается ниже Полярных вод, поэтому практически не наблюдается на поверхности. Свежие Атлантические воды (AWF) образуются в результате влияния на AWw северо-западного края ледника архипелага Шпицберген. Встречаясь с ним, водная масса охлаждается до 3-4° С летом, а зимой до 1-2°С.

Еще одно изменение наблюдается в районе плато Ермак, где и происходит смешение теплых Атлантических вод (AWw) и Полярных вод (PW), в результате чего образуется Атлантические свежие воды (AWF). Атлантические свежие воды - одна из немногих водных масс, которая (частично) производится в самом проливе Фрама.

Холодная часть Атлантических вод - AWc, является более плотной, чем теплая. Она распространяется практически на всей площади пролива, за исключением мелководных участков шельфа.

Измененные Атлантические воды (MAW) характеризуются максимальными температурами, которые распространяются на всю площадь пролива Фрама. В зависимости от возможного пути и преобразований в Северном Ледовитом океане, максимальная температура приобретает различные значения. Например, относительно низкие значения максимума в северо-западной части пролива вдоль склона Гренландии. Данная водная масса проходит сложный путь, чтобы появиться в этой части пролива (как Атлантическая вода, которая пересекает пролив Фрама или проходит через Баренцево море, далее протекает на восток вдоль евразийского континентального склона, пересекает хребет Ломоносова, и, наконец, возвращаются через склон Гренландии в пролив Фрама). В проливе Фрама данная водная масса ограничена и находится лишь на шельфе Гренландии и склонах.

Глубинные водные массы представляют из себя воды, не только глубинного слоя, но и промежуточного. Промежуточный слой представлен Арктическими промежуточными водами и Верхними полярными глубинными водами.

Арктические промежуточные воды (AIW) формируются в Гренландском море в результате охлаждения Арктических поверхностных вод в зимний период. Опускаются на средние глубины и распространяются на большую часть северных морей. Эти воды транспортируются в Северный Ледовитый океан по восточной части пролива, частично доходят до Плато Ермака, где их присутствие довольно слабо выражено из-за смешиваний с другими водами.

Верхние полярные глубинные воды (UPDW) образуются в Северном Ледовитом океане, находятся между водами Атлантического бассейна и Глубинными водами канадского бассейна. Можно различать Полярные глубинные воды, образованные в Канадском бассейне и Евразийском бассейне. Для вод из Канадской котловины T-S прямые образуют прямую линию, а для Евразийского - имеют вогнутую форму. Оба типа встречаются к северу от пролива Фрама и переносятся на юг через западную часть по склону Гренландии и в желобе Лена. Данные воды, будучи менее плотными, чем Глубинные воды Канадского бассейна и Глубинные воды Евразийского бассейна, вероятнее всего, пересекают хребет между Гренландией и Ян-Майен и продолжают направляться на юг в направлении Исландии. Характеризуются минимальными показателями солености на глубине 800 м.

Областями формирования глубинных вод, проходящих в проливе, являются Канадский и Евразийский бассейны Северного Ледовитого океана (Рис. 5). Там производятся два типа одноименных глубинных водных масс.

Рис. 5. Карта Арктического бассейна. Красным показаны Канадский Арктический бассейн и Евразийский Арктический бассейн.

Глубинные воды Канадского Бассейна (CBDW) - это более теплые и соленые воды, происходящие из вод Евразийского Бассейна, в результате взаимодействия с водами Атлантики. Водообмен между Евразийским и Канадским бассейнами происходит в пограничном слое по склону Северного Ледовитого океана, но глубокие воды также могут пересекать хребет Ломоносова и проявиться как соленостный максимум (S> 34,92‰) в бассейне Амундсена на глубине около 1700-2000м. Он может следовать вдоль северного склона Гренландии, далее в пролив Фрама и Гренландском море.

Глубинные воды Евразийского Бассейна (EBDW) наблюдаются в определенной ограниченной области пролива Фрама, в непосредственной близости от Моллой Дип. Те водные массы, которые достигли пролива продвигаются в Гренландское море и постепенно поступают из периферии в центр, где взаимодействуют с Глубинными водами Гренландского моря. В отдельные годы данная водная масса наблюдалась недалеко от Исландии.

Другой областью формирования глубинных водных масс являются Гренландское и Норвежское моря.

Глубинные воды Гренландского моря (GSDW) образуются в Гренландском море и представляют собой самые свежие, холодные (менее -1,1°С), плотные воды Арктики, которые простираются на наибольших глубинах и заполняют Моллой Дип (Рис.4). В конце 70-х годов произошло значительное сокращение формирования этого типа водных масс, в связи с ослабленной конвекцией в Гренландском море. В 90-х годах эти воды стали изолированными, в результате данные водные массы наблюдаются только в самом Гренландском море, частично попадают на восток в Ян-Майен Канал или проходят на север через пролив Фрама.

Глубинные воды Норвежского моря (NSDW) сформированы на небольшой глубине и достигают в период зимней конвекции приблизительно лишь 300-600 м. Значительная часть остается к северу от самой глубокой впадины пролива (Моллой Дип), в то время как лишь небольшая часть движется в Северный Ледовитый океан вплоть до плато Ермака. В больших глубинах Северного Ледовитого океана эти воды быстро исчезают. Данную водную массу также принято разделять на наиболее теплую (NSDWw) и холодную (NSDWc). Теплая ее часть проходит пролив Фрама в системе Западно-Шпицбегенского течения (часто наблюдается на склонах архипелага Шпицберген) и характеризуются температурами от -0,5°С до 0°С, также часто можно наблюдать теплый подтип этих водных масс, распространенный и на западе пролива (температуры достигают -0,8°С), а холодная часть (температуры достигают -1,1°С) представляет собой смесь вод Гренландского моря и глубинных вод Евразийского бассейна Северного ледовитого океана. Смешение вод происходит в самом проливе Фрама и продолжается в Гренландском море, далее эта водная массе выходит за пределы Гренландского моря и распространяется в Норвежском море. Перемещаются на север Норвежского моря и представляет собой нижний слой Западно-Шпицбергенского течения.

гидрология водный пролив фрам



3. Горизонтальное распределение водных масс в проливе Фрама

Горизонтальные распределения температур проанализированы с помощью полей, построенных на горизонтах, характеризующих определенный слой водных масс (поверхностные, промежуточные и глубинные слои). Для анализа были взят пятилетний промежуток (01.05-31.09 1980-1984), который имел самый большой объем данных за весь период наблюдений, используемых в данной работе. Были построены 3 поля распределения температур и 3 поля распределения солености в проливе Фрама на разных глубинах (10 м - поверхностный слой, 800 м - промежуточный слой, 2000 м - глубинный слой). (Рис 6)

Рис. 6. Поля распределения температуры и солености в проливе Фрама. Период: 01.05-31.09 1980-1984



В поверхностном слое Западно-Шпицбергенское течение и Восточно-Гренландское течение проходят в противоположных направлениях, и несут ответственность за бимодальное распределение характеристик, т.е. за распределение по разные стороны пролива вод с различными температурами и соленостями (свежие и холодные воды полярного происхождения, которые занимают северную и западную части пролива и теплые соленые воды, расположенные на юге и востоке пролива). Следовательно, на глубине 10 м четко наблюдаются две водные массы - Полярные воды (PW) и Атлантические воды (AW), которые сохраняют своих характеристики (см. табл. 1). Эти два типа водных масс, как уже говорилось ранее, определяют нахождение полярного фронта между ними, который связан с появлением большого количества вихрей в этой зоне.

В результате разницы между способами образования поверхностных и глубинных водных масс, глубинные водные массы образуются либо к северу, либо к югу от пролива Фрама, а при переходе через него создают некий контраст горизонтальных распределений, по сравнению с ситуацией на поверхности, где наиболее четко видно распределение на теплые и соленые Атлантические воды и холодные опресненные Полярные воды. В то время как поля температур и соленостей на глубоких слоях, показывают закономерность оттока глубинных водных масс из Северного ледовитого океана (Глубинные воды Евразийского бассейна и Глубинные воды Канадского бассейна), проходящих на западной стороне пролива, и приток глубинных водных масс из северных морей (Гренландское и Норвежское моря) приурочен к востоку (Глубинные воды Гренландского моря, Глубинные воды Норвежского моря). На полях температуры и солености четко прослеживаются Глубинные воды Евразийского бассейна, которые преобладают на северо-западе пролива. Они являются наименее холодными (-0,8 - -0,5°С), и наиболее солеными (более 35,92‰), нежели водные массы образованные и Норвежском море, которые имеют наиболее низкие температуры (менее -1,1°С) и наименьшую на этом горизонте соленость (35,7-35,92‰). Последние типа водных масс наблюдаются на юге, юго-востоке и востоке пролива.

В промежуточном слое распределение более сложное. Много вихрей с теплыми и солеными водами распределены вдоль северной и северо-восточной стороны по причине особого рельефа дна (Моллой Дип и Шпицбергенские разломы). Другой особенностью промежуточного слоя является наличие двух областей с относительно низкой соленостью (34.85-34.88‰), один на юге, а другой на севере. Наличие на этом горизонте большого количества водных масс и их различного поведения влияет на горизонтальное распределение температуры и солености в этом горизонте и года в год. Не стоит так же забывать, что на промежуточный слой нередко могут влиять как глубинные, так и поверхностные воды, которые по причине годовых колебаний температур могут либо опускаться, либо подниматься на данный слой.



4. Изменчивость водных масс в различных временных масштабах

4.1 Сезонная изменчивость водных масс в проливе Фрама

Для анализа сезонной изменчивости в проливе Фрама были построены поля температур и соленостей по показателям температуры и солености с 1990-1994 год. Данные разделены на летний сезон (01.05-31.09) и зимний сезон (01.10-30.04).

Для начала рассмотрим на какие глубины пролива Фрама могут распространяться сезонные изменения температуры и солености. (Рис. 6а).

Рис. 6а. Сезонное изменение температуры и солености с зимний и летний период на горизонтах 0, 50, 300 метров.

Как видно, с увеличением глубины происходит постепенное снижение влияния сезонных изменений, данный факт можно заметить на примере изменения температуры Атлантических полярных вод с глубиной. Если средняя температура Атлантических вод на поверхности в летний сезон составляет 6,6°С, то на глубине 50 метров она равна 4°С, на глубине 300 метров около 3°С, в то время как в зимний период средняя температура на поверхности составляет 3,5°С, на глубине 50 - 3,8°С, а на 300 м она, так же как и летом составляет около 3,5°С. Данные говорят о том, что сезонное изменение температур распространяется лишь на небольшие глубины.

Что касается сезонного изменения солености, то заметно изменения солености не происходит, однако стоит обратить внимание, на некоторые увеличения солености в зимний период, которые объясняются процессами ледообразования, и уменьшениями в летний. Причем основным очагом, где образуются минимальные солености, является граница между Полярным водами, которые замерзают в зимний период, и Атлантическими водами, которые не имеют постоянного ледяного покрова. Как следствие таяние льда, образованного водами полярного происхождения приводит к уменьшению солености.

4.2 Межгодовая изменчивость водных масс в проливе Фрама

Для того, чтобы наглядно проанализировать изменчивость водных масс за последние 50 лет (1960-2012 г), были построены поля температур и соленостей на различных горизонтах пролива, характеристики осреднялись по пять лет, а также делились на зимний (01.10-31.04) и летний сезоны (01.05-31.09). Следует заметить, что в каждые пятилетки и сезоны производилось различное количество измерений, поэтому получить до конца полную картину о распределении соответствующих характеристик не всегда удавалось.

Первый, из произведенных анализов, был анализ изменчивости температуры и солености поверхностного слоя, который охватывает глубину, 500 метров. Для анализа были построены поля и разрезы за различные временные отрезки. (см. приложение).

Чтобы наглядно показать, какие изменения температуры поверхностного слоя происходят за последние 50 лет посмотрим на рис.7.

Рис.7. Поля распределения температуры в акватории пролива Фрама в период с 1960 по 2012 год за летний сезон. Горизонт 0 метров.

Данный рисунок отчетливо показывает, как в период с 1960 по 2012 увеличилось количество поступающих Атлантических вод (AW), которые в летний сезон могут достигать температур до 8,5°С на юге пролива. Если в период с 1960-1980 такие максимумы наблюдаются крайне редко (чаще всего приходятся на август) и лишь в самой южной части исследуемой акватории, то уже в период с 2005 года и далее, температуры до 8,5°С заметны на большой части акватории, причем, наблюдается их постепенное проникновение на север, вплоть то 76°с.ш.

Статистический анализ данных, произведенный в юго-восточной части пролива (75.97 - 76.52° с.ш. 12.28 - 14.77° в.д.) показывает ежегодное увеличение температуры воды в данной части пролива. (Рис.8)



Рис. 8. Значение температуры воды в летний сезон в юго-восточной части пролива Фрама за 60 лет. Координаты участка: 75.97 - 76.52° с.ш. 12.28 - 14.77° в.д.

Если средняя за летний сезон температура воды в 1966 году составляла около 4,7°С, то эта же температура в 2010 году составляет около 6,6°С, а максимальные ее значения приходятся на середину августа и составляют около 8,3°С. В связи с такими постоянными увеличениями температур, в данной части пролива, можно предполагать, что в дальнейшем данная тенденция будет продолжаться.

Что касается, других участков акватории, то средние температуры там зависят в большей степени от сезонности и от того, насколько смог углубиться максимум температур, тем не менее, рисунок 7 хорошо показывает, как постепенно, помимо увеличения температуры на юге, происходит постепенное расширение влияния Атлантических вод (AW) на всей поверхности пролива Фрама.

Заметен постепенный отток вод Восточно-Гренландского течения, что ведет к перемещению фронта, проходящего через пролив, в западную его часть. Однако, анализ Полярных вод (PW), показывает, что их характеристики остаются более или менее постоянными, по сравнению с тенденцией замеченной на юго-востоке пролива (изменения примерно на 0,1-0,15°С), хотя точный анализ данного участка акватории провести очень затруднительно, вследствие недостатка измеренный данных из-за сложности их получения.

Для статистического анализа северо-западного участка (79,44 - 80°с.ш, 354,16 - 355,4°з.д) пролива Фрама был также построен график распределения температуры воды на поверхности за 50 лет, из которого были получены описанные выше признаки изменчивости. (Рис. 9.)

Рис.9. Значение температуры в летний сезон в проливе Фрама за последние 50 лет. Координаты участка: 79,44 - 80°с.ш, 354,16 - 355,4° з.д.

Поле распределения солености на поверхности пролива Фрама (рис.10), показывает, что кроме температуры, постоянно происходит и изменение солености, которое также с каждым годом все сильнее прослеживается.



Рис.10. Поля распределения солености в акватории пролива Фрама в период с 1960 по 2012 год за летний сезон. Горизонт 0 метров.

Стоит обратить внимание, что основной особенностью полей солености, в отличие от температуры, является не динамика увеличения показателей (они остаются практически постоянными, как показывает статистический анализ), а увеличение распространения вод с соленостью присущей Атлантическим водам. Следовательно, поля распределения солености лучше наглядно показывают, как постепенно происходит увеличение на поверхности роли Атлантических вод, относительно Полярных вод, в водообмене, происходящем в проливе Фрама. Если в 1965 году на юго-западе фронт проходил на 5° з.д., то в 2005 - на 9-10° з.д.



Рис.11. Вертикальный ход температуры одной из станций (77,33°с.ш., 10°в.д.) 02.09.1980.

Кроме горизонта 0 м, для анализа изменчивости температуры и солености поверхностного слоя пролива Фрама также были построены поля на 50, 100, 300 м.(см. приложение), которые также отражаются общие закономерности изменчивости. Например, температурные поля на 50, 100, 300 м достаточно точно передаются определенные точки, где прослеживаются максимальные температуры, которые с глубиной постепенно становятся не такими четкими как на поверхности и имеют свойство затухать. (Рис.11)

Следует также обратить внимание на то, что постепенно, с увеличением глубины происходит уменьшение роли холодных и наиболее свежих вод полярного происхождения, которые постепенно начинают сужаться из-за клиновидной формы течения. На границе (550 ±220) между поверхностным и промежуточным слоем происходит почти полное исчезновение характеристик Атлантических вод, на смену им приходят Атлантические промежуточные воды, которые сохраняют прежние большие величины солености (до 34,9‰), но приобретают отрицательные температуры, их не стоит путать с Атлантическими холодными водами (AWc). Последние сохраняют достаточно небольшие, но положительные температуры. Они проходят на нижней границе поверхностного слоя пролива Фрама.

Для анализа промежуточных и глубинных слоев, были также построены и проанализированные поля температур и соленостей на глубинах 800 и 2000 метров. Кроме этого, построены разрезы на 79° с.ш., с целью рассмотрения более полной картины распределения водных масс в проливе Фрама и их изменчивости в вертикальном направлении. Следует, обратить внимание, что поля и разрезы были построены с дискретностью в десять лет, из-за недостатка полученных данных.

Поля температур, показанные на рисунке 12, построены в летний сезон с 1960-2012 годы на горизонте 800 метров. На всех полях четко заметно разделение на более теплые воды, которые имеют полярное происхождение (Верхние Глубинные Полярные воды (UPDW), которые преобладают на западе и северо-западе пролива, для них характерны температуры от -0,5 до 0 °С, на юго-западе постираются теплые Глубинные воды Норвежского моря (NSDWw), которые на данном горизонте имеют минимальные значения температуры (до -1,1°С), причем из года в год заметно постепенное увеличение температуры данной водной массы и ее сглаживание с характеристиками Верхних Глубинные Полярных вод.



Рис. 12. Поле температур на горизонте 800 м в летний сезон.

На востоке пролива преобладают в основном Арктические Промежуточные Воды (AIW), которые в данном участке находятся вместе с теплыми Глубинными водами Норвежского моря (второй подтип). На полях видно, как часто в толще Атлантических промежуточных вод, появляются участки с положительными температурами, которые каждый год имеют разное расположение, но основная их часть сосредотачивается вдоль побережья Шпицбергена, где в результате неровностей склона и шельфа и остается это и есть теплые Норвежские глубинные воды, которые простираются на восточное побережье пролива.



Рис.13. График распределения температур теплых Глубинных вод Норвежского моря за 50 лет. Координаты: 74,44-75,20° с.ш., 356,01-359,49°з.д.

В целом, как уже говорилось ранее, главной особенностью изменчивости на этом горизонте является повышение температуры воды теплых Глубинных вод Норвежского моря. Данный факт говорит о том, что тенденция к повышению температуры водных масс, образованных южнее пролива Фрама, продолжается и на больших глубинах. Для сравнения температуры данной водной массы, построен график (рис.13), который наиболее наглядно показывает, что средние температуры данной водной массы в летний сезон увеличились с -1,01°С в 1974 году, до -0,74°С в 2004 году.



Рис. 14. Поле температуры воды в проливе Фрама на горизонте 2000 м в период 01.05-31.09 1960-2012 г.

Поле температуры на 2000 м, показывает в основном лишь общую картину об изменении температуры в различные периоды, причем, в период с 1960 по 2012 год заметно значительное увеличение температуры воды практически на всей акватории. (Рис.14). Однако, как и на 800 м, максимальные увеличения температуры приходятся на юго-западную часть, где самые холодные и соленые водные массы - Глубинные воды Гренландского моря, начинают постепенно увеличивать свою температуру на всей поверхности распространения. В северной и восточной части преобладают водные массы Евразийского бассейна и холодные Глубинные воды Норвежского моря, которые изначально наименее холодные (до 1,1°С).

Для анализа солености в промежуточном и глубинном слое, также построены поля солености на соответствующих глубинах (800 и 2000 метров).

Анализ поля солености на 800 метрах наиболее детально показывает сложный характер распределения водных масс в промежуточном слое. В связи с тем, что на данном горизонте простирается три водных массы различного происхождения, и, как следствие, различной солености, то поле разделяется на юго-западную часть, где, как и говорилось выше, расположены теплые Глубинные воды Норвежского моря, Они обладают соленостьюот 34,9 до 34,92‰, вместе с ними, расположены Верхние Полярные Глубинные воды, которые на данном горизонте обладают наименьшими значениями солености (до 34,7‰). Наибольшей соленостью на данном горизонте обладают водные массы Атлантического происхождения, которые проходят через пролив Фрама на востоке. Динамика повышения температур теплых Глубинных вод Норвежского моря в юго-западной части пролива Фрама, является причиной вытеснения ими, Верхних Полярных глубинных вод, вследствие чего происходит постепенное сглаживание поля солености на промежуточном горизонте. (Рис. 15).

Рассмотрим поле солености на глубине 2000 метров (Рис.16).



Рис. 16. Поле солености на глубине 2000 метров за период 01.05-31.09 1960-2012 г.

Данное поле показывает, что в глубинном слое происходит постепенное уравнивание характеристик солености, и основным фактором, который влияет на термохалинную структуру вод на глубине является температура. Она и определяет место, занимаемое определенной водной массой, в толще воды. Стоит лишь отметить, что с течением времени происходит постепенное вытеснение вод, которые проходят пролив Фрама по шельфу Гренландии и всему западному берегу.

Чтобы более подробно ознакомиться с особенностями пространственного распределения и изменчивостью водных масс глубинного слоя пролива, были построены вертикальные профили распределения солености и температуры на соответствующих горизонтах за летний период.

Разрез был построен на 79°с.ш. с дискретностью в 10 лет (Рис.17).



На приведенных выше разрезах наиболее четко показаны колебания температуры и солености в различные временные промежутки. Можно наиболее явно последить за динамикой движения определенной водной массы на глубине.

Для начала рассмотрим динамику изменчивости температуры. Как видно из разрезов, наибольшие изменения можно проследить в период с 1980 по 2012 годы. Температуры в глубоких слоях увеличились, как правило, температуры в глубоких слоях (ниже 2000 м) ниже -1°С, однако, на последнем разрезе можно заметить, что температуры повысились до -0.8°С. В промежуточном горизонте так же происходят заметные изменения, например, заметно, что Верхние Полярные Глубинные воды (UPDW), проходящие на глубине около 1200м наиболее свежие в период 2000-2012г, нежели в предыдущие.

Водные массы с высокой соленостью, наблюдаемые на западе на границе с континентальным склоном Гренландии, заметно уменьшают свое влияние из года в год, что объясняется оттоком вод из Северного Ледовитого океана. В 2000-2012 году эти воды с высокой соленостью погрузились на более глубокие слои, что указывает на изменения преобладания в этом слое Глубинных вод Норвежского моря на более соленые Глубинные воды Евразийского бассейна.



5. Основные выводы о закономерностях изменчивости водных масс

Чтобы окончательно подвести итоги проделанной работы следует проанализировать все изменения, происходящие с водными массами на отрезке с 1960 по 2012 год.

Особым изменениям как сезонного, так и межгодового характера, подвержен поверхностный слой, который простирается на глубину до 500 метров. Для него характерно бимодальное распределение водных масс, которые несут в себе холодное Восточно-Гренландское течение и теплое Западно-Шпицбергенское течение. Для каждого из течений существуют определенные водные массы - это Полярные Воды (PW) для Восточно-Гренландского течения и Атлантические воды для Западно-Шпицбергенского течения. Между данными ними находится Восточно-Гренландский Полярный фронт. Его граница проходит примерно с юго-запада на северо-восток, таким образом, что в южной части пролива доминируют воды системы Западно-Шпицбергенского течения, а на севере основную часть занимают воды системы Восточно-Гренландского течения. Однако, следуя полученным ранее выводам, постепенно происходит увеличение роли теплых Атлантических вод, которые идут с юга на север, тем самым происходит смещение границы, т.е. фронта в сторону склона Гренландии.

Наличие ядер, которые появляются в центральной части пролива указывают на образование вихрей и рециркуляю Атлантических вод. Данный процесс приводит к образованию нескольких подтипов Атлантических вод, которых подразделяются на холодные, теплые, свежие и измененные.

Следует заметить, что различные подтипы Атлантических вод, о которых говорилось ранее, распределяются на различные глубины поверхностного слоя, который на разных участках пролива варьирует от 300 до 700 м. Следовательно, с уменьшением температуры происходит увеличение плотности данных вод. Наиболее плотными из всех подтипов являются холодные Атлантические воды. С увеличением глубины, влияние Атлантических вод постепенно уменьшается, вследствие понижения температур с глубинной. Построенные поля на 50, 100, 300 метрах отражаются эту особенность распределения данной водной массы, однако, общий темп роста температур атлантического происхождения с глубиной не пропадает.

Анализ данных температур поверхностного слоя указывает на быстрые темпы роста температур на юге пролива, а последние 50 лет средняя температура за летний сезон возросла на 2 °С. Данная тенденция вместе с постоянным увеличением объема поступающих Атлантических вод приводит существенным изменениям в Арктическом бассейне, таким как повышение среднегодовых температур и сокращение площади ледообразования в Арктике.

Особым, наиболее сложным для изучения циркуляций и изменчивости, является промежуточный слой, его границы примерно простираются от 500 до 1000 метров. Основные водные массы характерные для этого горизонта: Атлантические промежуточные воды, Верхние Полярные Глубинные воды и теплые Глубинные воды Норвежского моря, однако на разных глубинах происходит взаимодействие как с водными массами поверхностного слоя, так и, в наиболее глубоких слоях, происходит взаимодействие с глубинными водными массами. В восточной части пролива преобладают в основном Арктические Промежуточные Воды (AIW), которые в данном участке находятся вместе с теплыми Глубинными водами Норвежского моря (второй подтип), данные водные массы обладают максимальными температурами и показателями солености распространенными в этом слое. Самыми максимальными температурами обладают Глубинные воды Норвежского моря, которые в силу своих свойств частично перемещаются в восточную часть пролива и задерживаются в разломах Шпицбергена. На противоположной стороне пролива простираются воды полярного происхождения, на данном горизонте имеют минимальные показатели солености (34,7‰), а так же минимальные температуры (иногда до -1,1°С). Данными характеристиками обладают Верхние Полярные Глубинные воды и второй подтип Глубинных вод Норвежского моря распространённый на юге и юго-западе пролива. Следует отметить, что особенностью Глубинных вод Норвежского моря является их постепенное потепление, а в последнее десятилетие так же наблюдается и небольшое повышение солености (до 0,02‰). Последним, наименее подверженным колебаниям, является глубинный слой пролива, который начинается на глубине 1000 м. Для него характерно 4 типа водных масс, которые имеют как полярное, так и атлантическое происхождение.

Наиболее холодной и соленой водной массой в проливе Фрама, являются Глубинные воды Гренладского моря, которые постираются по дну залива и заполняют самую глубокую его точку - Моллой Дип, Самые низкие значения данной водной массы наблюдались в середине 90-х, тогда они составляли около -1,2°С и 34,9‰, однако, сейчас идет речь о полном исчезновении данной водной массы и ее замещением на холодные Глубинные воды Норвежского моря. Данный процесс уже полностью произошел на восточной части пролива, однако, на западной, еще можно встретить эту водную массу.

Глубинные воды Канадского бассейна (CBDW) присутствуют на обеих сторонах пролива Фрама, однако в последние годы их влияние на востоке становится менее заметным.

Глубинные воды Еврайзийского бассейна (EBDW) также присутствую по обе стороны пролива, данная водная масса имеет относительно высокий уровень солености (более 34,92‰).

В целом в глубинном слое пролива заметно резкое увеличение температур воды, которые за последние 30 лет стали наиболее заметны (разница температур в 1980 и 2010 году составляет 0,2°С), что привело к исчезновению в толще воды Глубинных вод Гренландского моря. Что касается распределения солености, то основной, наиболее заметной особенностью изменчивости является отток вод полярного происхождения (Верхние Полярные Глубинные воды) в сторону склона Гренландии, а так же постепенное уменьшение их солености, однако, данная особенность замечена лишь в последнее десятилетие и может нести непостоянный характер.

Особенности термохалинной структуры вод в проливе Фрама оказывают большое воздействие на процессы ледообразования и распределения водных масс в Арктическом бассейне. Известно, что наибольшее значение имеет межгодовая изменчивость, основные особенности которой были описаны в данной работе.



Заключение

Пролив Фрама является основной акваторией производящей водообмен между Северным Ледовитым океаном и Мировым океаном. Сложная система водных масс наблюдаемых на этом участке является одним из актуальных вопросов для исследования данной территории.

На данном участке наблюдается около 12 водных масс, которые имеют как атлантическое, так и полярное происхождение. Следует отметить важную тенденцию к увеличению температур водных масс атлантического происхождения, которые имеют особое влияние на поверхностном слое пролива. Кроме этого, происходит ежегодное увеличение объема поступающих водных масс из Атлантики, что приводит к изменению характеристик воды в близлежащем участке Арктического бассейна. Если говорить о водах полярного происхождения, то данная тенденция к увеличению их температур не наблюдается, однако ежегодно происходит уменьшение их влияния на западном участке пролива и смещению Восточно-Гренландского фронта, разделяющего водные массы различного происхождения, на запад.

В глубинном и промежуточном слое также происходят ежегодные изменения, в том числе, проникновение Атлантических вод на большие глубины (промежуточного слоя) и повышение температур воды в глубинных слоях, которое подтверждается практически полным исчезновением на дне пролива Глубинных вод Гренландского моря, имеющие максимальные минимумы температуры в глубинном слое.



Список используемой литературы

Changes in the properties and distribution of the intermediate and deep waters in the Fram Strait; Helene R. Langehaug and Eva Falck.

An overview of the T ? S correlations in Fram Strait based on the MIZEX 84 data. Paweі Schlichtholz, Institute of Oceanology, Polish Academy of Sciences.; Marie-NoЁelle Houssais Laboratoire d'Ocґeanographie Dynamique et de Climatologie, Universitґe Pierre et Marie Curie.

Anderson L.G., Bjork G., Holby O., Jones E., Kattner P. K., Lilieblad B., Rudels B., Swift J.H., 1994, Water masses and circulation in the Eurasian Basin: Results from the Oden 91 expedition, J. Geophys. Res.

Laboratory Simulation of Exchange Through Fram Strait KENNETH HUNKINS Lamont-Dohert Geological Observator of Columbia University, Palisades, New York

http://wn.com/fram_strait

Приложение

Табл. 1. Основные характеристики водных масс пролива Фрама.

Поле температуры (летний сезон 01.05-31.09) 50 метров



Поле температуры (летний сезон 01.05-31.09) 100 метров

Поле температуры (летний сезон 01.05-31.09) 300 метров



Поле температуры холодный сезон ( 01.10-30.04) 0 метров

Поле температуры холодный сезон ( 01.10-30.04) 50 метров



Поле солености в теплый период (01.05-31.09) 50 метров

Поле солености в теплый период (01.05-31.09) 100 м



Поле солености в холодный период (01.10-30.04) 0 метров

Поле солености в холодный период (01.10-30.04) 50 метров

Размещено на Allbest.ru

...