Температура воды тихого океана в поверхностном слое: Какая температура воды в поверхностном слое Тихого океана?

Какая температура воды в поверхностном слое Тихого океана?

Тихий океан расположен в почти всех климатических поясах планеты. Поэтому, и температура поверхностных вод Тихого океана разная. В экваториальных и тропических широтах, Тихий океан тёплый. Но есть и холодные моря расположенные ближе к полюсам: Берингово море, Охотское море, а так же и моря омывающие Антарктиду(некоторые географы считают их морями Южного океана). Но больше всего, Тихий океан имеет именно тёплых морей. Которые омывают берега Азии, Австралии и Океании. Так же, Тихий океан, омывает берега Северной и Южной Америки. Но к сожалению, вдоль этих берегов, протекают холодные Калифорнийское и Перуанское течения, благодаря которым, даже в тропических широтах, не каждый искупается летом на этих берегах обеих Америк.

Температура вод Тихого океана, в экваториальных и тропических широтах, прогревается до 30 градусов. А в полярных и приполярных широтах- бывает и около 0 градусов.

Самое интересное, что Россию омывает Японское море Тихого океана, которое расположено на одной широте с Черным морем Атлантического океана.

Но тем не менее- последнее из морей значительно теплее Японского моря, в силу того что Японское море окраинное по сравнению с внутренним Черным морем, не говоря об муссонах- которые приносят с Якутии зимой холодный воздух, а количество тепла с более южных тихоокеанских морей, недостаточно для сильного прогревания воды. Поэтому, и купальный сезон на Японском море короче чем на Черном. И воды Японского моря, прогреваются лишь до 20-25 градусов. И часты дожди летом, что уменьшает купальный сезон.

Охотское море Тихого океана, омывающее Россию, так же холоднее Балтийского моря Атлантического океана, находящегося на одной широте. И причина кроется та же самая, что и относительно сравнения Японского моря с Черным.

Но несмотря на это, Тихий океан является самым тёплым океаном планеты, пусть и Россия с Американскими континентами обделены теплом Тихого океана, но много теплых вод омывает Австралию с Океанией, Азию, а так же и много тысяч километров безбрежных вод в Южном полушарии и вблизи Экватора.

Куда пойти на яхте| Регионы для яхтинга в Тихом океане

«Самый край земного диска», дрейфующий на ленивых волнах Тихого океана, россыпь островов и атоллов, занимаемых массой микро-государств и ещё большим количеством зависимых территорий. Время здесь словно остановилось, и движение светил на небосводе воспринимается скорее как элемент окружающего пейзажа, чем подтверждение смены суток — январь или август, век 14-ый или 21-ый — всё так же в полудрёме покачиваются над водой кроны кокосовых пальм, а небо любуется своей кристальной синевой в зеркале океана. Блаженное безделье — так коротко можно охарактеризовать жизнь на островах Тихого океана — самого большого и древнего из океанов. Площадь Тихого океана может свободно вместить все материки и острова вместе взятые, поэтому его называют Великим. Название же «Тихий» связано с именем Магеллана Фернана, совершавшего кругосветное путешествие и ни разу не попавшему в шторм, проходя по Тихому океану. Это самый крупный водный объект Земли, самый глубокий и самый тёплый в поверхностном слое океан. Здесь образуются самые высокие ветровые волны и самые разрушительные тропические ураганы. Тихий океан занимает первое место по количеству островов и отличается разнообразием природных условий. Расположен океан по обе стороны от экватора и 180 меридиана, занимает почти половину площади всего Мирового океана и омывает берега пяти материков Земли. Мы подготовили краткий гид по всем регионам для яхтинга в Тихом океане, где есть базы для аренды яхт и катамаранов.

Яхтинг в Австралии

Месторасположение региона для яхтинга Штат Квинсленд — восточное побережье Австралии, центр Большого Барьерного рифа, расположенного в Тихом океане.

Яхтенные базы для аренды яхт в Австралии Восточное побережье штата Квинсленд — Эрли-Бич

Особенности яхтинга в Австралии

Высокий уровень сложности. Яхтинг в Австралии рекомендован только для опытных яхтсменов. Акватория приливных вод и сильных океанских течений, сильные ветра, скалистые берега, пологая океанская волна, непростой рельеф морского дна. Надежные и защищенные стоянки и марины расположены вдоль восточного и юго-восточного побережья. Сложная навигация, но каждый остров, риф и проход хорошо обозначены на навигационных картах региона. Сезон — на юго-восточном побережье Австралии средиземноморский тип климата с жарким сухим летом и дождливой мягкой зимой. Температура воздуха с ноября по апрель +25-27, температура воды +20-25. Наиболее благоприятное время для яхтинга в Австралии – периоды с августа по октябрь и с февраля по май (местные весна и осень). Ветра — преобладают южный и юго-восточный пассаты 20-25 узлов. Вероятны непродолжительные ливни.

Яхтинг в Новой Каледонии

Месторасположение региона для яхтинга Новая Каледония расположена на десятках островов в юго-западной части Тихого океана, в Меланезии.

Яхтенные базы для аренды яхт в Новой Каледонии Столица Новой Каледонии на юго-восточном побережье полуострова — Нумея

Особенности яхтинга в Новой Каледонии

Средний уровень сложности. Благодаря Большому Барьерному рифу, воды океана в Новой Каледонии спокойные и довольно много тихих стоянок для яхт вдоль побережья. Путешествие из Нумеи к острову Иль дес Пен отличает несложная навигация, в заливе Куто Бей хорошие якорные стоянки. Каждый остров, риф и проход хорошо обозначены на навигационных картах региона. Марина в Нумее довольно комфортабельна, но многолюдна, в сезон циклонов все места заняты. Сезон — тропический климат с незначительным колебанием температур. Средняя температура воздуха +20-26, температура воды +27-30. Дождливый сезон с ураганами продолжается с декабря по март. Наиболее благоприятное время для яхтинга в Новой Каледонии – с сентября по декабрь, в сезон пассатов. Ветра — большую часть года преобладают юго-восточные пассаты 15-18 узлов, возможны непродолжительные дожди.

Яхтинг на островах Французской Полинезии

Месторасположение региона для яхтинга Французская Полинезия насчитывает более 100 островов (вулканических и коралловых), расположенных в южной части Тихого океана.

Яхтенные базы для аренды яхт на островах Французской Полинезии Остров Раиатеа

Особенности яхтинга на островах Французской Полинезии

Высокий уровень сложности. Яхтинг в Французской Полинезии рекомендован для опытных яхтсменов. Акватория коралловых рифов, необходимо постоянно следить за изменениями морского дна. Рекомендованы швартовки в дневное время. На островах много удобных марин и защищенных якорных стоянок. Для навигации по архипелагу Туамоту и получения разрешения на ночную навигацию необходимо подписывать специальный отказ от претензий. Наиболее популярна аренда катамаранов. Сезон — тропический климат со сменами сухого и влажного сезонов и высокой влажностью. Среднегодовая температура воздуха +20-25, температура воды +26. Разница температур между сезонами составляет всего 3-4 градуса. С мая по ноябрь — более прохладное время, с декабря по апрель жарко с переменными осадками. Февраль — самый жаркий месяц, в декабре и январе нередки охлаждающие ливни. Наиболее благоприятное время для яхтинга в Французской Полинезии с мая по ноябрь. Ветра — преобладает юго-восточный пассат 15-20 узлов, довольно умеренный и предсказуемый.

Яхтинг на островах Тонга

Месторасположение региона для яхтинга Тонга — архипелаг, состоящий из 160 островов, расположенный в самом центре южной части Тихого океана.

Яхтенные базы для аренды яхт на островах Тонга

Особенности яхтинга на островах Тонга

Средний уровень сложности. Акватория с коралловыми рифами, необходимо постоянно следить за изменениями морского дна. Яхтинг распространен на островах Вавау. Хорошие погодные условия, небольшие переходы, много защищенных якорных стоянок на песчаных отмелях. Наиболее популярна аренда катамаранов. Сезон — тропический климат с незначительной разницей температур. Средняя температура воздуха +23-25, температура воды +25. С февраля по конец марта — время дождей и тропических циклонов. Наиболее благоприятное время для яхтинга на островах Тонга — с мая по ноябрь. Ветра — преобладает легкий юго-восточный пассат, довольно умеренный и предсказуемый. В июле и августе несколько усиливается. С февраля по конец марта ветер становится менее устойчивым, есть вероятность урагана.

Яхтинг в Мексике

Месторасположение региона для яхтинга Тихоокеанское побережье Мексики в Северной Америке — залив Бандерас, море Кортеса.

Яхтенные базы для аренды яхт в Мексике Пуэрто-Вальярта в заливе Бандерас на тихоокеанском побережье Мексики Ла-Пас в Калифорнийском заливе на тихоокеанском побережье Мексики

Особенности яхтинга в Мексике

Средний уровень сложности. Яхтинг в мексиканском заливе Бандерас и в Калифорнийском заливе отличает простая навигация, спокойное море и хорошие песчаные якорные стоянки. Акватория приливных вод, амплитуда приливов 3 метра. Рекомендованы швартовки в дневное время. Применяется Латеральная система B — на правой стороне огни и знаки красного цвета, на левой — зелёного. Перед выходом в море необходимо посетить начальника порта и лично предоставить ему подробный маршрут со всеми стоянками и информацию о всех членах экипажа. Сезон — тропический климат со сменами сухого и влажного сезонов и высокой влажностью. Температура воздуха летом не опускается ниже +30, температура воды +25-27. Температура может существенно понижаться в ночное время. С июня по октябрь — сезон дождей с мощными тропическими циклоными. Наиболее благоприятное время для яхтинга в Мексике с ноября по май. Ветра — зимой преобладают северо-восточные ветра 20-25 узлов. Летом ветра ослабевают и меняют направление на юго-восточное. В дневное время ветер обычно дует, как по расписанию с 10 утра до 6 вечера.

Яхтинг в Канаде

Месторасположение региона для яхтинга Юго-западное тихоокеанское побережье Канады в Северной Америке — провинция Британская Колумбия.

Яхтенные базы для аренды яхт в Канаде Провинция Британская Колумбия — Ванкувер, Нанаймо

Особенности яхтинга в Канаде

Высокий уровень сложности. Яхтинг в Британской Колумбии рекомендован для опытных яхтсменов. Акватория приливных вод, длинные переходы, сильные ветра, отдаленные якорные стоянки. Навигацию усложняют постоянно меняющие направления ветра. Яхтенная инфраструктура развита отлично, много комфортабельных марин и оборудованных причалов. Применяется Латеральная система B — на правой стороне огни и знаки красного цвета, на левой — зелёного. Сезон — благодаря тёплому течению Куросио, климат в Ванкувере мягкий и дождливый, местами похож на средиземноморский. Зимой на побережье постоянно идут дожди, лето тёплое и засушливое, температура воздуха летом +20-25. Наиболее благоприятное время для яхтинга в Британской Колумбии — с июня по сентябрь. Ветра — летом преобладает юго-восточный умеренный ветер, часто меняющий направление на противоположное. С мая по сентябрь есть вероятность торнадо.

какая она, от чего зависит и как связана с человеком. От чего зависит температура воды в океане? Как меняется вода в океане

1. От чего зависит соленость океанических вод?

Мировой океан — главная часть гидро-сферы — представляет собой непрерыв-ную водную оболочку земного шара. Воды Мирового океана неоднородны по своему составу и различаются соленостью, темпе-ратурой, прозрачностью и другими при-знаками.

Соленость вод в океане зависит от усло-вий испарения воды с поверхности и при-тока пресных вод с поверхности суши и с «атмосферными осадками. Испарение воды происходит более интенсивно в экваториальных и тропических широтах и замед-ляется в умеренных и приполярных ши-ротах. Если сравнить соленость северных и южных морей, то можно установить, что вода в южных морях более соленая. Соленость вод в океанах также изменя-ется в зависимости от географического по-ложения, однако в океане перемешивание воды происходит более интенсивно, чем в более замкнутых морях, поэтому и разли-чие в солености водных масс океана не бу-дет слишком резким, как в морях. Наибо-лее солеными (более 37%о) являются во-ды океана в тропиках.

2. Каковы различия в температуре воды в океане?

Температура воды в Мировом океане также меняется в зависимости от гео-графической широты. В тропических и экваториальных широтах температура во-ды может достигать +30 °С и выше, в по-лярных областях понижается до -2 °С. При более низких температурах океани-ческая вода замерзает. Сезонные измене-ния температуры вод океана более резко проявляются в умеренном климатическом поясе. Средняя годовая температура Ми-рового океана на 3 °С выше, чем средняя температура суши. Это тепло передается на сушу с помощью воздушных масс атмо-сферы.

3. В каких районах океана образуются льды? Как они влияют на природу Земли и на хозяйственную деятельность человека?

Воды Мирового океана замерзают в арк-тических, субарктических и частично в умеренных широтах. Образующийся ле-довый покров оказывает влияние на кли-мат материков, затрудняет использование на севере дешевого морского транспорта для транспортировки грузов.

4. Что называют водной массой? Назовите основ-ные типы водных масс. Какие водные массы выде-ляют в поверхностном слое океана? Материал с сайта

Водные массы по аналогии с воздушны-ми массами называют по географическо-му поясу, в котором они сформировались. Каждая водная масса (тропическая, эква-ториальная, арктическая) имеет свои ха-рактерные свойства и отличается от ос-тальных соленостью, температурой, проз-рачностью и другими признаками. Вод-ные массы различаются не только в зави-симости от географических широт их формирования, но и в зависимости от глубины. Поверхностные воды отличаются от глубинных и придонных. На глубинные и придонные воды практически не оказыва-ют влияния солнечный свет и тепло. Их свойства более постоянны во всем Мировом океане, в отличие от поверхностных под, свойства которых зависят от количе-ства получаемого тепла и света. Теплой воды на Земле значительно больше, чем холодной. Жители умеренных широт с большим удовольствием проводят свои новогодние каникулы на побережьях тех морей и океанов, где вода теплая и чис-тая. Загорая под жарким солнцем, плавая в соленой и теплой воде, люди восстанав-ливают силы и укрепляют здоровье.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском

На этой странице материал по темам:

• « мировой океан-главная часть гидросферы» ответы
• краткое сообщение про мировой океан
• какие водные массы выделяют в поверхности слое океана
• прозрачность эквоториальных водных масс
• доклад по географии воды мирового океана

В открытом океане вода более прозрачная, чем вблизи берегов, так как около берегов в воде больше примесей. В зависимости от типа примесей вода может иметь различный оттенок. Например, воды Желтого моря имеют желтый оттенок из-за ила такого цвета, который попадает в море вместе с водами впадающих в него рек.

Вода по-сравнению с сушей медленнее нагревается и медленнее остывает. Ее теплоемкость больше. В теплое время вода океана накапливает огромное количество тепла и, остывая в холодное время, отдает его. Поэтому Мировой океан существенно влияет на температуру суши, когда ветры дуют с него на материки.

С глубиной температура вод океана падает и уже глубже 200 м может быть около нуля или даже ниже.

Температура верхних слоев вод Мирового океана, также как и на суше, зависит от широты местности. На экваторе она намного теплее, чем на полюсах. В умеренных поясах летом вода теплее, чем зимой. Средняя температура поверхностных вод Мирового океана около +17 °C.

Важным свойством океана является его соленость. На самом деле морская вода горько-соленая. В ней растворены различные соли. Соленость показывает, сколько граммов солей растворено в 1 литре воды. Измеряется соленость в промилле (‰). Средняя соленость вод Мирового океана около 35‰. Это значит, что в 1 литре океанической воды растворено 35 граммов различных солей.

В океанах растворено множество различных веществ, но больше всего в ней поваренной соли.

Соленость вод океана не везде одинакова. Так не нее влияют входящие в моря реки. Они опресняют близлежащие воды. Таяние льдов также делает воду менее соленой. Течения переносят воды и влияют на соленость. Особенно сильно влияют на соленость осадки. Где много дождей, соленость меньше. В тех местах, где высокая температура и мало осадков, соленость высокая, так как при высокой температуре вода больше испаряется.

Соленость и температура оказывают влияние на плотность воды. Холодная вода тяжелее теплой, более соленая вода тяжелее менее соленой. Различная плотность воды приводит к тому, что она перемещается.

Количество растворенных в воде веществ влияет на температуру ее замерзания. Чем их больше, тем при более низкой температуре замерзает вода. Так в среднем океаническая вода замерзает при температуре –2 °C.

Живые организмы, живущие в морях и океанах, приспособлены к определенной солености.

В воде также растворены газы. Так количество кислорода в воде уменьшается с повышением температуры. Поэтому в теплых водах количество живых организмов меньше, чем в относительно более холодных. С глубиной количество кислорода также уменьшается.

10. Температура в океане.

© Владимир Каланов,
«Знания-сила».

Часто можно слышать выражения «тёплое море» или «холодное, студёное море». Если иметь в виду только температуру воды, то оказывается, что разница между тёплым и холодным морем совершенно незначительна и касается она только верхнего, относительно тонкого слоя воды. Поэтому упомянутые выражения можно воспринимать только как литературный образ, как привычный речевой штамп.

Мировой океан в целом – это колоссальное хранилище холодной воды, сверху которого, да и то не везде, находится небольшой по толщине слой чуть более тёплой воды. Вода теплее 10 градусов составляет всего около 8 процентов общих водных запасов Мирового океана. Этот тёплый слой в среднем достигает толщины не более 100 метров. Под ним на больших глубинах температура воды находится в пределах от одного до четырёх градусов по Цельсию. Такую температуру имеют 75% океанской воды. В глубоководных желобах, а также в поверхностных слоях приполярных областей вода имеет ещё более низкую температуру.

Температурный режим океана отличается исключительной устойчивостью. Если в глобальном масштабе абсолютная разница температур воздуха достигает 150°C , то разница между максимальной и минимальной поверхностной температуры воды в океане в среднем на порядок меньше.

В абсолютных величинах эта разница в различных районах Мирового океана составляет от 4-5°C до 10-12°C в течение года . Например, колебание температуры поверхностных вод Тихого океана в районе Гавайских островов в течение года составляет не более 4°C, а в районе к югу от Алеутских островов – 6-8°C. Только в мелководных прибрежных районах морей умеренных климатических зон эти колебания могут быть больше. Например, у северного побережья Охотского моря разница средних температур поверхностной воды в самый тёплый и самый холодный месяцы года достигает 10-12°C.

Что касается суточных колебаний поверхностной температуры воды, то они в открытом море составляют всего лишь 0,2-0,4 градуса. Лишь в ясную солнечную погоду в самый тёплый месяц лета они могут составить 2 градуса. Суточные колебания температуры захватывают совсем тонкий поверхностный слой океанской воды.

Солнечным излучением вода в океане даже в экваториальной зоне прогревается на очень незначительную глубину (до 8-10 метров). В более глубокие слои тепловая энергия Солнца проникает только благодаря перемешиванию водных масс. Наиболее активная роль в перемешивании морской воды принадлежит ветру. Глубина ветрового перемешивания воды составляет обычно 30-40 м. На экваторе, при условии хорошего ветрового перемешивания, Солнце прогревает воду до глубины 80-100 м.

В наиболее беспокойных океанских широтах глубина теплового перемешивания бывает значительно больше. Например, в южной части Тихого океана, в полосе штормов между 50-й и 60-й параллелями, ветер перемешивает воду до глубин 50-65 метров, а южнее Гавайских островов – даже до глубины 100 метров.

Интенсивность теплового перемешивания особенно велика в районах мощных океанических течений. Например, к югу от Австралии тепловое перемешивание воды происходит до глубины 400-500 м.

В этой связи мы должны пояснить некоторые термины, принятые в океанологии.

Перемешивание, или вертикальный водообмен, бывает двух видов: фрикционное и конвективное . Фрикционное перемешивание происходит в движущемся потоке воды вследствие различий в скорости её отдельных слоёв. Такое перемешивание воды происходит при воздействии ветра или прилива (отлива) в море. Конвективное (плотностное) перемешивание происходит тогда, когда в силу каких-то причин плотность вышележащего слоя морской воды оказывается выше плотности подстилающего слоя. В такие моменты в море возникает вертикальная циркуляция вод . Наиболее интенсивно вертикальная циркуляция происходит в зимних условиях.

Плотность океанской воды с глубиной возрастает. Нормальный рост плотности с глубиной называется прямой стратификацией океанических вод . Бывает и обратная плотностная стратификация , но она наблюдается как кратковременное явление в океане.

Наиболее стабильна температура поверхностной воды в экваториальной зоне океана. Здесь она находится в пределах 20-30°C. Солнце в этой зоне приносит в любое время года примерно одинаковое количество тепла, а ветер постоянно перемешивает воду. Поэтому круглосуточно сохраняется постоянная температура воды. В открытом океане самые высокие температуры поверхностной воды отмечаются в зоне от 5 до 10 градусов северной широты. В заливах температура воды может быть выше, чем в открытом океане. Например, в Персидском заливе летом вода прогревается до 33°C.

Поверхностная температура воды в тропической зоне почти неизменна в течение всего года. Она никогда не опускается ниже 20°C, а в приэкваториальной зоне приближается к 30 градусам. На мелководье у самого берега днём вода может прогреться и до 35-40°C. Но в открытом море температура поддерживается с удивительным постоянством (26-28 градусов) круглые сутки.

В умеренных зонах температура поверхностных вод, естественно, ниже, чем в приэкваториальных, а разница между летней и зимней температурами уже заметна и достигает 9-10 градусов. Например, в Тихом океане в районе 40-го градуса северной широты средняя температура поверхностной воды составляет в феврале около 10 градусов, а в августе – около 20.

Морская вода нагревается в результате поглощения ею солнечной энергии. Известно, что вода плохо пропускает красные лучи солнечного спектра, а длинноволновые инфракрасные лучи, несущие основную часть тепловой энергии, проникают в воду лишь на несколько сантиметров. Поэтому нагревание более глубоких слоёв океана происходит не за счёт непосредственного поглощения солнечного тепла, а вследствие вертикальных перемещений водных масс. Но даже в экваториальной зоне, где солнечные лучи почти под прямым углом направлены к поверхности океана, а ветер активно перемешивает воду, она глубже 300 метров остаётся постоянно холодной. Сезонные колебания почти не касаются морских глубин. В тропиках под слоем тёплой воды находится зона толщиной 300-400 метров, где температура с глубиной быстро падает. Область быстрого падения температуры называется термоклином . Здесь через каждые 10 метров глубины температура понижается примерно на 1 градус. В следующем слое толщиной в 1-1,5 км. скорость снижения температуры резко замедляется. У нижней границы этого слоя температура воды не превышает 2-3°C. В более глубоких слоях падение температуры продолжается, но происходит ещё медленнее. Слои океанской воды, начиная с глубины 1,2-1,5 км., уже совершенно не реагируют на изменение внешних температур. В придонном слое воды температура несколько повышается, что объясняется воздействием тепла земной коры. Существующее на больших глубинах чудовищное давление также препятствует дальнейшему падению температуры воды. Так, вода полярных районов, охлажденная у поверхности, опустившись на глубину 5 км., где давление увеличивается в 500 раз, будет иметь температуру на 0,5 градуса выше первоначальной.

Приполярная область, как и экваториальная зона, является зоной стабильной температуры поверхностных вод. Здесь солнечные лучи падают под острым углом к поверхности океана, как бы скользят над поверхностью. Значительная их часть не проникает в воду, а отражается от неё и уходит в мировое пространство. В приполярных областях температура поверхностных вод летом может подниматься до 10 градусов, а зимой опускаться до 4-0 или даже до минус 2 градусов. Как известно, морская вода может находиться в жидком состоянии и при отрицательной температуре, т.к. она представляет собой достаточно насыщенный раствор солей, что примерно на 1,5 градуса снижает температуру замерзания чистой воды.

Самым холодным районом Мирового океана считается море Уэдделла у берегов Антарктиды. Здесь океанская вода имеет самую низкую температуру. Воды Южного полушария в целом значительно холоднее вод Северного полушария. Такое различие объясняется согревающим воздействием материков, площадь которых в Южном полушарии Земли существенно меньше. Поэтому так называемый термический экватор Мирового океана, т.е. линия наибольших поверхностных температур воды, смещён относительно географического экватора к северу. Среднегодовая поверхностная температура океана на термическом экваторе составляет около 28°C в открытой акватории и около 32°C – в замкнутых морях. Такие температуры держатся стабильно и постоянно в течение многих лет, веков, тысячелетий и, вероятно, миллионов лет.

Географы и астрономы, взяв за основу высоту Солнца над горизонтом, теоретически разделили поверхность Земли с помощью двух тропиков и двух полярных кругов на пять геометрически правильных поясов или климатических зон.

В Мировом океане, вообще говоря, выделяют такие же климатические зоны. Но такое формальное деление далеко не всегда согласуется с интересами конкретных видов науки и практики. Например, в океанологии, климатологии, биологии, как и в практике сельского хозяйства, зоны, установленные только на основе географической широты, часто не совпадают с реальными климатическими зонами, с фактической зональностью распределения осадков, растений, животных. Для морских биологов, судоводителей, рыбаков важен не сам по себе полярный круг, их интересует прежде всего граница плавучих льдов.

Климатические зоны (пояса) в Мировом океане.

Учёные разных специальностей не имеют единого мнения, например, в вопросе о том, что считать тропической зоной океана, где она начинается и где кончается. Одни специалисты считают тропической зоной океана только тот пояс к северу и к югу от экватора, в котором возможно существование коралловых рифов. Другие считают, что такая зона охватывает область распространения морских черепах и т.д. Некоторые учёные считают необходимым выделить особые субтропические и субарктические зоны.

Климатологи и синоптики, которые в своей работе должны учитывать влияние многочисленных природных факторов, — температуру, влажность, силу и направление преобладающих ветров, количество осадков, близость океана, продолжительность сезонов и т.д., разделяют Землю на целых 13 зон: одну экваториальную и по две субэкваториальных, тропических, субтропических, умеренных, субполярных и полярных.

Эти примеры показывают совершенно нормальное положение в науке, когда каждая специальная дисциплина требует особых исходных, базовых условий для решения стоящих перед ней задач и получения конкретных результатов. Главное, что мы должны отметить в вопросе зональности Земли и Мирового океана, состоит в том, что, во-первых, широтная зональность как суши, так и океана не имеет или почти не имеет отношения к температурному режиму океанских глубин и к происходящим там физическим и биологическим процессам. Во-вторых, всякое зональное деление Земли и океана условно и не может быть универсальным для всех отраслей науки и практики.

Основной источник данных — буи ARGO. Поля получены при помощи оптимального анализа.

На нашем сайте помещена карта поверхностных температур Мирового океана, на которой отмечается температура воды в конкретной точке океана в каждый данный момент в реальном режиме времени. Информация о температуре океанской воды передаётся в службу погоды многих стран с нескольких тысяч судовых и стационарных синоптических станций, а также многочисленными датчиками – буями, которые установлены на якорях или дрейфуют в различных районах Мирового океана. Вся эта система создана объединёнными усилиями десятков стран мира. Ценность такой системы очевидна: она является важным элементом Всемирной службы погоды и вместе с метеорологическими спутниками участвует в подготовке данных для составления глобальных анализов и прогнозов погоды. А надёжный прогноз погоды нужен всем: учёным, водителям морских и воздушных судов, рыбакам, туристам.

© Владимир Каланов,
«Знания-сила»

Лето, как известно, благодатная пора для отдыха и загара. Но купаться, загорать и отдыхать хочется в любое время года. И как же долго приходится дожидаться жары и теплой водички в водоёмах. Особенно актуальны подобные мечтания в зимние холода. Сегодня никого уже не удивишь новогодними поездками в самое настоящее лето. С жарким солнцем, горячим песком и ласковым морем самого что ни на есть удивительного цвета. А возможность такая есть благодаря температурным особенностям Мирового океана.

Мировой океан намного больше по площади, чем суша. Поэтому неудивительно, что и солнечного тепла на него приходится значительно больше. Но даже солнечные лучи не способны равномерно и систематически прогреть его полностью. Тепло получает лишь неглубокий слой на поверхности. Его толщина всего несколько метров. Но в результате регулярного движения и перемешивания тепло может передаваться на более низкие слои. А уже на глубинах в 3-4 километра средняя температура воды остается неизменной и около дна океана составляет +2-0С. Причем при погружении на глубины, температура воды в мировом океане сначала изменяется резкими скачками, и лишь опускаясь ниже, начинает изменяться в сторону плавного понижения.

Чем сильнее происходит удаление от экватора, тем ниже становится температура поверхности воды. Это очевидно и напрямую связано с общим количеством поступающих теплых солнечных лучей. И поскольку Земля имеет форму шара, то лучи падают на нее под различными углами. Таким образом, экватору достаётся намного больше солнечного тепла, чем обоим полюсам. Поэтому вода здесь регулярно прогревается до +28С+29С. Этим объясняется более высокая температура тропических вод, чем средняя Мирового океана.

От чего зависит температура мирового океана

Рассматривая, почему и как меняется температура воды, определяющее значение здесь имеют климат и географическое положение. Если воды окружены бескрайними пустынями, как Красное море, то они способны прогреваться до +34С. Еще выше они в Персидском заливе — до +35,6С. Отдаляясь от экватора, начинают работать теплые течения. В это же время холодные массы направляются навстречу теплым. Происходит смешивание гигантских водных масс. Ветер также способен перемешивать поверхностные слои. В этом отношении, конечно же, показателен пример Тихого океана, занимающего почти половину всего Мирового и треть всей планеты Земля. Так, в состоянии шторма ветер перемешивает воды в поверхностном слое Тихого океана в южных широтах на глубину до 65 метров. Смешиваясь и растворяясь, средняя температура воды в мировом океане составляет +17,5С.

Рассматривая среднестатистическую температуру воды океанов, можно констатировать следующее: поверхностный слой Тихого океана самый теплый +19,4С. Второе место у Индийского +17,3С. Температура поверхностных вод Атлантического океана +16,5С – третье место. Чемпионом по самой холодной воде — чуть выше +1С — предсказуемо является Северный Ледовитый. Но, несмотря на то, что средняя температура поверхностных вод Тихого океана самая высокая, из-за огромных размеров в нем имеются участки, где она в зимний период может опускаться до -1С (Берингов пролив).

Влияние солености

Высокая соленость является отличительной чертой вод мирового океана. Она многократно превосходит по этому критерию показатели вод на суше. Морская вода содержит 44 химических элемента, но наибольшее количество среди них занимает соль. Чтобы понять, сколько соли находится в Мировом океане, нужно представить такую картину — слой соли, равномерно рассыпанный по суше, будет равен толщине в 150 метров.

Океаны по солености можно расставить таким образом:

• Атлантический самый соленый — 35,4%;
• Индийский в середнячках — 34,8%.
• Средняя соленость Тихого самая низкая — 34,5%.

От этого напрямую зависит и плотность. Так, средняя плотность воды в Тихом океане также более низкая, чем в других.

Максимальная солёность тропических вод до 35,5-35,6 ‰ выше, чем средняя Мирового океана.

Почему и как меняется соленость воды? Причин существующей разницы несколько:

• Испарение;
• Образование ледяного покрова;
• Понижение солености, при осадках;
• Речные воды стекают в мировой океан.

Возле материков, на небольших расстояниях от берега соленость вод не такая высокая, как в центре океана, поскольку на них действует опреснение стоков рек и таяние льдов. А повышению солености активно способствует испарение и образование льдов.

К примеру, у Красного моря отсутствуют впадающие в него реки, но присутствует очень большая испаряемость в связи сильным солнечным нагревом и малым количеством осадков. В результате соленость составляет 42%о. А если взять к рассмотрению Балтийское море, то его соленость не превышает 1%о и оно, по сути, очень близко к показателям пресного. Объясняется это тем, что оно расположено в климате с очень низким испарением и наибольшим количеством осадков.

При какой температуре воды лучше купаться

На берегу любого моря очень нелегко удержаться от желания искупаться. Море, волны, песок выступают в роли искусителей. Но кого-то искушает возможность сделать погружение в зимнюю прорубь, а кому-то доставит удовольствие купание исключительно при температуре воды не меньше +20С. Все очень индивидуально в этом мире. Но есть и обычный среднестатистический человек, который будет рад обычному среднестатистическому купанию в водоеме. Нормальной температурой принято считать +22 — +24С. Важно понимать, что при погружении в воду тело человека получает воздействие не только температуры окружающей его жидкости, но и таких факторов как:

1. Лучи Солнца и температура воздуха;
2. Давление;
3. Сила морских волн.

И все же человеческое тело способно адаптироваться к многочисленным изменениям внешней среды. Оно может либо закалиться, либо расслабиться благодаря процессу терморегуляции. Поэтому утверждение, нет ничего лучше тепленькой водички, не всегда и не во всем правильное. Очень теплые воды способствуют развитию и размножению огромного количества вредных микроорганизмов и неприятных инфекций. Купание в подобных условиях несет в себе угрозу не только для детей, но и для взрослых. Поэтому совершенно резонно, что жители разных континентов и регионов обитания имеют исключительно свою зону комфорта для купания. Здесь можно привести в пример жителей греческого побережья с температурой воды не ниже +25С или тех, кто проживает на берегах Балтийского моря, где она по определению не бывает выше +20С.

Какая температура является оптимальной для беременных

Будущим мамам, равно как и маленьким детям, более всего для купания подходит теплая вода. Зачастую для этого выбираются морские ванны. Рекомендуемая температура при беременности не должна быть ниже +22С. Она наиболее естественная и безопасная и не таит в себе никакой угрозы. Тем не менее будущим мамам важно помнить, что и при соблюдении температурного баланса нужно избегать попадания прямых солнечных лучей и желательно избегать возможных тепловых перепадов. И как бы ни нравилось нахождение в объятиях теплых морских волн, не следует злоупотреблять длительным купанием. Считается, что оптимальная продолжительность водных процедур для беременных не должна быть более 15-20 минут.

Поглощая огромное количество тепла, океан делает возможной жизнь на планете. В этом сказывается его бесценность и необходимость для всего живого на Земле. Солнце в определенный период нагревает Мировой океан, а в следующий период теплая вода постепенно согревает этим теплом атмосферу. Без этого процесса наша планета погрузится в жесточайшие холода, и жизнь на Земле погибнет. Ученые рассчитали, что оставшись без сохраняемого мировым океаном тепла, средняя земная температура упадет до -18С или -23С, что на 36 градусов ниже привычной сегодняшней.

Почему морская вода соленая? Можно ли пить морскую воду?

1. Температура воды Океана. Вода является одним из теплоемких веществ на Земле. Поэтому Океан называют источником запаса тепла. Вода Океана очень медленно нагревается и медленно охлаждается. Океан все лето накапливает солнечное тепло, а зимой это тепло передает суше. Если бы не было такого свойства воды, то средняя температура поверхности Земли была бы ниже существующей на 36°С.
Верхний слой воды толщиной 25-50 м, а иногда и до 100 м хорошо перемешивается благодаря волнам и течениям. Поэтому такие воды нагреваются равномерно. Например, вблизи экватора температура верхних слоев воды достигает +28+29°С. Но с глубиной температура воды понижается. На глубине 1000 м специальные термометры постоянно показывают 2-3°С.
Кроме того, как правило, температура воды Океана, чем дальше от экватора, тем ниже. (С чем это связано?) Если близ экватора температура +28+30°С, то в полярных областях -1,8°С.
Вода Океана замерзает при температуре -2°С.
На температуру воды оказывают влияние и сезонные изменения. Например, температура воды в январе в северном полушарии ниже, а в южном полушарии выше. (Почему?) В июле температура воды в северном полушарии повышается, а в южном полушарии, наоборот понижается. (Почему?) Средняя температура поверхностных вод Мирового океана +17,5°С.
Сравните приведенные в таблице температуры вод океанов и сделайте соответствующие выводы.

На дне океанов местами из разломов земной коры выходят горячие воды. В одном из таких источников на дне Тихого океана температура от +350° до +400°С.

2. Соленость вод Океана. Вода в океанах и морях соленая и не пригодна для питья. В каждом литре морской воды растворено в среднем 35 г соли. А в морях, в которые впадают реки, вода не очень соленая. Балтийское море является примером этого. Здесь количество соли в 1 л воды всего 2-5 граммов.
В морях, где меньше поступление пресной воды и идет ее сильное испарение, количество соли повышается. Например, в 1 л воды Красного моря количество соли доходит до 39-40 г.
Количество растворенных в 1 л воды солей (в граммах) называют соленостью.
Соленость воды выражают в тысячных долях — промиллях.

Промилле обозначается знаком 0/00 . Например, 20 0/00 означает, что в 1 л воды содержится 20 г растворенных солей.
В морской воде встречаются все известные на земной поверхности вещества, 4/5 из них составляет известная вам поваренная соль. В водах Океана растворены хлор, магний, кальций, калий, фосфор, натрий, сера, бром, алюминий, медь, серебро, золото и др.
Средняя соленость вод Океана различна. Самая высокая соленость в Атлантическом океане — 35,4 0/00 а самая низкая соленость в Северном Ледовитом океане — 32 0/00
Малая соленость вод Северного Ледовитого океана объясняется впадением в него многих крупных многоводных рек. Соленость Северного Ледовитого океана на побережьях Азии понижается даже до 20 0/00- Кроме того, соленость вод Океана зависит также от количества осадков, таяния айсбергов и испарения воды.
Растворенные соли в составе воды мешают ее замерзанию. Поэтому с повышением солености воды температура замерзания ее понижается.
На земном шаре можно встретить места, где отмечается самая низкая соленость и самая низкая температура воды. Северный Ледовитый океан является ярким примером этого.

1. Почему Океан называют источником запаса тепла?

2. Какова средняя температура вод Океана?

3. Как измеряется температура вод Океана в зависимости от глубины?

4. От чего зависят различия температур воды близ экватора и в районе полюсов?

5. Каково влияние смены времен года на температуру воды Океана?

6. При какой температуре замерзает вода Океана?

7. Какова соленость вод Океана?

8. Что показывает соленость 32 0/00?

9. От чего зависит соленость воды? 10*. Вода замерзает при 0°С. Почему вода океанов замерзает ниже указанной температуры?

Мировой океан и химический состав вод Мирового океана

| на главную | доп. материалы | географическая оболочка | Организационные, контрольно-распорядительные и инженерно-технические услуги в сфере жилой, коммерческой и иной недвижимости. Московский регион. Официально. Мировой океан (океаносфера) — единая непрерывная водная оболочка Земли, которая включает океаны и моря. В настоящее время выделяют пять океанов: Тихий, Атлантический, Индийский, Северный Ледовитый (Арктический по зарубежным классификациям) и Южный (Антарктический). Согласно международной классификации, насчитывается 54 моря, среди которых выделяют внутренние и окраинные. Объем вод Мирового океана составляет 1340-1370 млн. км3. Объем суши, поднимающейся над уровнем моря, составляет 1/18 объема океана. Если бы поверхность Земли была совсем ровной, океан покрывал бы ее слоем воды в 2700 м. Воды Мирового океана составляют 96,5% объема гидросферы и покрывают 70,8% поверхности планеты (362 млн. км2). Благодаря огромной водной массе Мировой океан оказывает большое влияние на тепловой режим земной поверхности, выполняя функции планетарного терморегулятора. Химический состав вод Мирового океана. Морская вода — особый тип природных вод. Формула воды Н2О верна и для морской воды. Однако помимо водорода и кислорода в морской воде содержатся 81 из 92 встречающихся в естественных условиях элементов (теоретически в морской воде могут быть найдены все существующие в природе элементы таблицы Менделеева — pppa.ru). Большинство из них находится в чрезвычайно малых концентрациях. В 1 км3 морской воды содержится около 40 т растворенных твердых веществ, которые определяют ее важнейшее свойство — соленость. Соленость выражается в промилле (0,1%) и ее средняя величина для океанских вод равна 35‰. Температура воды и соленость определяют плотность морской воды. Основные из них, входящие в состав морской воды, приведены ниже. 1. Твердые вещества, составляющие в среднем 3,5% (по массе). Больше всего в морской воде содержится хлора (1,9%), т.е. более 50% всех растворенных твердых веществ. Далее следуют: натрий (1,06%), магний (0,13%), сера (0,088%), кальций (0,040%), калий (0,038%), бром (0,0065%), углерод (0,003 %). Главные растворенные в морской воде элементы образуют соединения, основные из которых: а) хлориды (NaCl, MgCl) — 88,7%, которые придают морской воде горьковато-соленый вкус; б) сульфаты (MgSO4, CaSO4, K2SO4) — 10,8%; в) карбонаты (СаСО3) — 0,3%. В пресной воде наоборот: больше всего карбонатов (60,1%) и меньше всего хлоридов (5,2%). 2. Биогенные элементы (питательные вещества) — фосфор, кремний, азот и др. 3. Газы. В морской воде содержатся все атмосферные газы, но в иной пропорции, чем в воздухе: преобладает азот (63%), который в силу своей инертности не участвует в биологических процессах. Далее следуют: кислород (около 34%) и углекислый газ (около 3%), присутствуют аргон и гелий. В тех морских районах, где отсутствует кислород (например, в Черном море), образуется сероводород, который в атмосфере при нормальных условиях отсутствует. 4. Микроэлементы, присутствующие в малых концентрациях. Географические закономерности распределения температуры воды и солености Общие закономерности горизонтального (широтного) распределения температуры и солености на поверхности Мирового океана показаны на рисунках. Среднегодовая температура (°С) поверхности Мирового океана: 1 — изотермы; 2 — области максимальной температуры воды; 3 — области температуры воды ниже среднего значения (средняя температура воды 18,56°С). Среднегодовая соленость (‰) поверхности Мирового океана: 1 — изогалины; 2 — области максимальной солености; 3 — области солености ниже среднего значения; 4 — области минимальной солености (среднее значение солености 34,7 8‰). Очевидно, что температура воды понижается в направлении от экватора к полюсам, а для солености характерны выраженный минимум в приэкваториальной области, два максимума в тропических широтах и пониженные значения у полюсов. Чередование очагов пониженной и повышенной солености у экватора и в тропиках объясняется обилием атмосферных осадков в экваториальной полосе и превышением испарения над количеством осадков у северного и южного тропиков. Температура воды с глубиной понижается, что видно на рисунке ниже для северной части Тихого океана. Эта закономерность свойственна для Мирового океана в целом, однако изменения температуры воды и солености различаются в его отдельных частях, что объясняется рядом причин (например, временем года). Наибольшие изменения происходят в верхнем слое до глубины 50-100 м. С глубиной различия стираются. Графики вертикального распределения температуры, характерные для арктического (1), субарктического (2), субтропического (3), тропического (4) и экваториального (5) типов вод. Водные массы — это большой объем воды, формирующийся в определенном районе Мирового океана и обладающий относительно постоянными физическими, химическими и биологическими свойствами. По вертикали выделяют следующие водные массы: поверхностные, промежуточные, глубинные и придонные. Среди поверхностных водных масс выделяют экваториальные, тропические (северные и южные), субтропические (северные и южные), субполярные (субарктические и субантарктические) и полярные (арктические и антарктические) водные массы. Океанические фронты и поверхностные водные массы Мирового океана: типы водных масс: Ар — арктические; СбАр — субарктические; СбТс — субтропические Северного полушария; Тс — тропические Северного полушария; Э — экваториальные; Тю — тропические Южного полушария; СбТю — субтропические Южного полушария; СбАн — субантарктические; Ан — антарктические; Тар — Аравийского моря; 715 — Бенгальского залива. Названия океанических фронтов указаны на рисунке. Границами различных типов водных масс являются пограничные слои: гидрологические фронты, зоны дивергенций (расхождения) или конвергенции (схождения) вод. Поверхностные воды наиболее активно взаимодействуют с атмосферой — pppa.ru. В поверхностном слое происходит интенсивное перемешивание вод, он богат кислородом, углекислым газом и живыми организмами. Их можно назвать водами «океанической тропосферы». Наряду с поверхностными течениями в Мировом океане существуют противотечения, подповерхностные и глубинные движения вод, а также вертикальное перемешивание, приливоотливные течения, колебания уровня.

Портал Единой государственной системы информации об обстановке в Мировом океане (ЕСИМО)

Аннотация

На основе интеграции рассредоточенных информационных ресурсов и результатов многоаспектных научных исследований разработана комплексная информационная система (КИС) «Природопользование, состояние и тенденции изменений морской среды прибрежных и сопредельных районов дальневосточных морей России» для реализации прикладной задачи «Оценка влияния естественных изменений и природопользовательской деятельности на состояние морской среды и прибрежно-морских экосистем дальневосточных морей». Прикладная задача реализована в рамках концепции Комплексного информационного обеспечения морской деятельности Р.Ф. средствами и ресурсами ЕСИМО – Единой государственной системы информации об обстановке в Мировом океане.

КИС предназначена для информационной поддержки научных исследований и реализации программ комплексного управления прибрежной зоной (КУПЗ) в регионе. Она включает в себя совокупность обобщенных аналитических материалов и данных по океанографии, состоянию морской среды и экосистем региона, видам природопользовательской деятельности, представленных в виде табличных, графических и текстовых материалов. Система позволяет обеспечить быстрый доступ к этой информации для широкого использования, что необходимо для поддержки научных исследований, оценки возможных экологических и экономических последствий хозяйственной деятельности и информационного обеспечения программ комплексного управления прибрежными зонами при переходе природопользования на устойчивый тип развития.

Руководитель работ по проекту: Ростов Игорь Дмитриевич, зав. лаб. информатики и мониторинга океана ТОИ ДВО РАН ([email protected])

Основными авторами предоставленных и использованных текстовых, табличных и графических материалов тематических разделов КИС являются:

ТОИ ДВО РАН — Рудых Н.И., Лучин В.А, Юрасов Г.И., Жабин И.А., Тихомирова Е.А., Тищенко П.Я., Жадан П.М., Фищенко В.К., Мишуков В.Ф., Полякова А.М., Гайко Л.А.

ТИГ ДВО РАН – Бакланов П.Я., Арзамасцев И.С., Шулькин В.М., Кондратьев И.И.

ИБМ ДВО РАН – Адрианов А.В., Соколовский А.С., Звягинцев А.Ю., Лутаенко К.А., Орлова Т.Ю.

ДВНИГМИ – Рыков Н.А., Круц А.А.

ТИНРО-центр – Зуенко Ю.И., Огородникова А.А.

Разработка программных средств автономных и веб-приложений выполнена в ТОИ Ростовым В.И при участии Дмитриевой Е.В., Пана А.А. и Рудых Я.Н.

Реализация блока КИС в виде ГИС-проекта выполнена Голиком А.В., Рудых Н.И. (ТОИ) и Краснопеевым С.М. (ТИГ)

Ссылки на авторские публикации, иллюстрации и таблицы приведены в соответствующих разделах КИС.

Температура, соленость и плотность морской воды

Основными показателями, характеризующими морскую воду и водные массы в море являются температура (Т), соленость (S) и плотность (σ).

Распределение температуры

Энергетический и тепловой баланс морской поверхности (Рис. 5.25) характеризуется значительной изменчивостью многих своих составляющих во времени и в пространстве.

Временная изменчивость температуры поверхности моря.

Пределы изменений суточного хода температуры воды определяется суточным ходом теплового баланса морской поверхности и вертикальным водообменном. При учете радиации, составляющих в низких и средних широтах максимально около 7000 кал/см² в сутки, повышение поверхностной температуры воды днем составило бы 7°С, если бы распределение этого количества тепла в результате обмена было ограничено самым верхним слоем воды толщиной 1 м, но оно оказалось бы равным только 0.28°С, если бы это количество тепла распределилось равномерно в верхних 25 м. Согласно наблюдениям среднее суточное колебание температуры поверхности океана составляет 0.2-0.3°С.

В условиях мелкой воды, где глубина вертикального обмена заметно ограничена, суточные изменения возрастают. К примеру, в южной части Северного моря при глубинах 50 м максимальное суточное колебание температуры 0.24°, при этом в финских шхерах при глубине 6 м суточные изменения поверхностной температуры могут достигать 1.9°.

Глубина, до которой проникает суточный ход температуры, редко может наблюдаться достаточно надежно, так как разного рода возмущения сглаживают незначительные суточные изменения. Глубина эта в значительной мере определяется силой ветра, а также вертикальной плотностной устойчивостью, зависящей от сезона.

Суточный ход температуры играет в море подчиненную роль и представляет собой самый короткий цикл.

В противоположность суточному ходу, годовой ход значительно сильнее сказывается на физических, химических и биологических процессах в море. Распределение годового колебания поверхностной температуры зависит от различных факторов и прежде всего от годового хода обмена излучением, от морских течений и преобладающих ветров.

В экваториальной и полярной областях годовые колебания сравнительно малы – ниже 2°. В широтах 30-40° они достигают 7°.

При этом в северных частях Атлантического и Тихого океанов, особенно их западных половинах колебания наиболее ощутимы. Преобладающие зимой ветры приносят на океан очень холодные воздушные массы с материков, под влиянием которых температура поверхностных вод сильно понижается и годовые колебания доходят до 18°.

В небольших средиземных и окраинных морях ход температуры воды согласуется с ходом температуры воздуха. В Балтийском, Черном морях, в Персидском заливе годовые колебания поверхностной температуры достигают 14°.

Годовая амплитуда температуры морской воды в мелководном Азовском море в 2 раза больше, чем в находящемся рядом глубоком Черном море (Рис. 5.26).

Годовой ход, а вместе с ним и средняя годовая поверхностная температура, подвержены многолетним изменениям (Рис. 5.27). Это относится как к геологическому прошлому, косвенным свидетелем чего является, например, меняющийся состав донных отложений, так и к ближайшему прошлому, что подтверждается непосредственными изменениями поверхностной температуры. Это связано с тенденциями общего изменения климата.

При рассмотрении пространственных изменений поверхностной температуры необходимо отметить три особенности термического состояния Мирового океана:

• противоположность режимов западной и восточной частей океанов в низких и средних широтах;
• различие между атлантическо-индийской и тихоокеанской частями антарктического водного кольца;
• необычно высокие поверхностные температуры в северной части Атлантического океана;

Каждое из этих трех явлений объясняется переносом тепла морскими течениями при одновременном нарушении континентами зональной циркуляции вод.

Первое явление объясняется развитием в океанах субтропического антициклонического движения вод, которое в восточных частях переносит прохладную воду средних широт к экватору, а в западных частях теплую воду низких широт к полюсу (Рис. 5.28). Эти контрасты между восточными и западными частями океанов усиливаются холодной водой, поднимающейся с глубин в восточных частях океанов.

Второе явление объясняется эксцентрическим положением антарктического континента относительно Южного полюса (Рис. 5.29).

Основная часть континента находится в восточной Антарктике, берега которой распространяются к северу до 66° ю.ш. Изотермы в антарктическом водном кольце подобно ветрам располагаются вдоль побережья континента. Поэтому тихоокеанские воды кольца оказываются теплее, чем атлантико-индийские.

Третье явление объясняется переносом тепла Гольфстримом. Гольфстрим переносит к полюсу не только субтропическую воду северной части Атлантического океана, но и тропическую воду южной части океана. Это объясняется тем, что Южное Экваториальное течение положением берегов Южной Америки отклоняется на север и переходит в северное полушарие. Вследствие такой отдачи тепла в северную часть Атлантического океана южная часть Атлантики является вообще аномально холодной.

Типичным для отдельных областей высоких широт являются температурные фронты. К ним относятся различия в температурах на левой стороне Гольфстрима (Рис. 5.31) и Куро-Сио, на границе между течением Ирмингера и Восточно-Гренландским течением, и у зоны антарктической конвекции в антарктическом водном кольце.

В этих местах граничат друг с другом два вида вод различного происхождения: холодная полярная и субполярная с одной стороны и теплая субтропическая, с другой. Здесь формируются зоны с высокими горизонтальными градиентами не только температуры, но и других свойств морских вод, которые создают зоны повышенной концентрации биомассы и биоразнообразия морских организмов.

Вертикальное распределение температуры связано с переносом тепла на глубину в результате конвекции. Конвекция вместе с теплопроводностью должна была бы привести в результате к полной изотермии водного слоя, если бы ей не противодействовали другие факторы.

Фактическое распределение температуры по вертикали следует считать, прежде всего, результатом океанической циркуляции.

В океанической воде между 50° с. ш. и 45° ю. ш. характерно деление на два слоя – верхний слой теплой воды толщиной около 500 м и нижележащий мощный слой холодной воды, простирающийся до дна. Переход от теплой воды к холодной осуществляется в сравнительно тонком слое. В открытом океане середина этого слоя совпадает приблизительно с изотермами 8-10°. Этот пограничный слой, расположенный в тропиках на глубинах 300-400 м и в субтропиках – на 500-1000, к северу от 40° поднимается к поверхности и пересекает ее на океаническом полярном фронте, который связан с конвергенцией (расхождением) поверхностных течений. Такая же зона есть и в Антарктике – зоны арктической и антарктической конвергенции (Рис. 5.32).

От океанического полярного фронта в сторону полюса область холодных вод располагается от поверхности до дна.

В своей совокупности Мировой океан со средней температурой 3.8° оказывается холодной сферой. Даже на экваторе температура всего водного столба составляет 4.9°, и только поверхностный слой в низких и средних широтах служит аккумулятором, вмещающим при большой теплоемкости воды огромные количества тепла. Оно используется в высоких широтах, куда переносятся как морскими, так и воздушными течениями при отдаче его в атмосферу, особенно в виде скрытой теплоты испарения в переносимом водяном паре.

Иначе обстоит дело с распределением температуры по вертикали в тех морях, которые отделены от открытого океана и изолированы вследствие этого от адвективного распространения полярных и субполярных водных масс. В этих случаях решающими являются конвективные процессы, подверженные, сильному влиянию стратификации вод по плотности, обусловленной соленостью.

При весеннем нагревании повышение температуры проявляется в тонком поверхностном слое, который благодаря этому делается легче, что приводит к более устойчивой стратификации и к появлению слоя скачка температуры (Рис. 5.33). При дальнейшем притоке тепла, которое скапливается в приповерхностном слое, слой скачка усиливается и несколько опускается вниз.

Слой скачка становится барьером для всех процессов вертикального обмена независимо от того, относится ли это к теплоте или химическим факторам. В этом заключается важное значение летнего слоя скачка для химико-биологических процессов море.

Положение слоя скачка по глубине зависит от годового хода теплообмена и от интенсивности перемешивания. Так как с увеличением годовых колебаний поверхностной температуры неизбежно возрастает быстрота весеннего нагревания, следует ожидать в областях со значительными годовыми колебаниями самых неглубоких положений летнего слоя скачка.

В северной части Тихого океана к северу от 35° с.ш., где годовые колебания температуры превышают 8° глубина слоя скачка — около 15 м. Около Гавайских островов годовые колебания температуры не превышают 2°, слой скачка опускается глубже 50 м.

Более сложным оказывается проникновение тепла в шельфовом море. Здесь помимо ветровой турбулентности в поверхностном слое возникают турбулентные трения у дна, в особенности при наличии сильных приливных течений. Это препятствует образованию устойчивой вертикальной стратификации вод и, следовательно, появлению слоя скачка температуры.

Если в море отсутствуют заметные приливные течения и поверхностное распреснение усиливает плотностную стратификацию, то годовой ход температуры даже в шельфовом море не достигает дна.

Осенью усиливается вертикальная плотностная конвекция. Она постепенно разрушает слой скачка. Зимняя гомотермия в шельфовых неглубоких морях распространяется до дна.

В открытом океане в умеренных широтах зимняя гомотермия распространяется до глубины 200 – 300 м. В отдельных областях высоких широт она развивается до больших глубин с образованием холодной арктической и антарктической придонной воды.

Распределение солености

Как общее количество воды в Мировом океане, общее количество растворенных в морской воде солей могут в настоящее время считаться постоянными. Средняя соленость морской воды, равная 35‰ также считается постоянной.

Однако повсеместно встречаются районы с различным характером трехмерного распределения солености (Рис. 5.34). Причина этого водообмен. При испарении и замерзании морской воды значительная часть солей остается в морской воде, что ведет к повышению солености в поверхностном слое моря.

В противоположном направлении действуют осадки, сток с материка и вода от таяния льдов, понижающие соленость на поверхности.

Превышению осадков в экваториальной зоне и в высоких широтах соответствует низкая соленость у поверхности, и наоборот, превышению испарения в субтропиках – высокая поверхностная соленость. Отклонение распределения солености от этих общих закономерностей определяется множеством факторов.

В качестве примера рассмотрим процессы, приводящие к тому, что поверхностная соленость в Атлантическом океане значительно выше, чем в Тихом, особенно в северной его половине:

1) в Центральной Америке северо-атлантический пассат распространяется на Тихий океан и приносит значительные осадки в Панамский залив. Следствием этого является снижение солености в заливе и на прилегающих акваториях;

2) в поясе западных ветров южного полушария южные Анды играют роль уловителя осадков, которого нет к югу от Африки. Следствием этой особенности выпадения осадков является аномалия распреснения в восточной части южной половины Тихого океана;

3) область распространения водяного пара атлантического происхождения на сушу намного больше, чем область распространения водяного пара тихоокеанского происхождения. Это объясняется тем, что Тихий океан окружен высокими горными массивами, ограничивающими вынос влаги с тихоокеанского бассейна;

4) в Тихом океане отсутствуют значительные внутренние моря, подобные атлантическому Средиземному морю. В этом море за счет испарения и вертикального перемешивания повышается соленость воды в придонных слоях, которая, попадая в Атлантический океан, повышает его соленость (Рис. 5.35).

Ввиду понижения с глубиной температуры для устойчивой плотностной стратификации вод нет необходимости в увеличении с глубиной солености. Иногда даже обнаруживается понижение солености с глубиной. Подобный исключительный минимум солености наблюдается по всей ширине Атлантического океана между 20° с. ш. и 45° ю. ш. на глубине 700-800 м. К югу от 50° ю. ш. эта прослойка с пониженной соленостью поднимается к поверхности, образуя океанический полярный фронт (Рис. 5.36). Аналогичные явления наблюдаются также в Индийском и Тихом океанах.

В открытом океане колебания солености незначительны, особенно на глубине. Суточный ход ее практически отсутствует, годовой ход составляет менее 0.2‰.

В субполярных областях понижение солености обусловливается летним процессом таяния. В этих районах годовые колебания превышают 0.7‰. В областях муссонов правильные сезонные изменения ветров приводят к изменениям течений и соответствующему сезонному изменению солености. По этой причине в Бенгальском заливе и в Австрало-Азиатском средиземном море годовое колебание солености равно 1-3‰. В районах, находящихся под влиянием материкового стока, таких как северо-запад Черного моря, годовые колебания солености достигают 5‰ (Рис. 5.37).

Глубина, на которую проникает годовой ход солености, зависит от плотностной и динамической конвекции.

Многолетние изменения поверхностной солености открытых вод океана очень малы. В прибрежных районах и внутренних морях среднегодовая соленость меняется от 0.1 до 3-4‰ как, к примеру, в Азовском море.

Многолетние изменения солености на больших глубинах еще меньше, чем на поверхности. Однако, при высокой чувствительности к изменениям солености, которая свойственна многим видам обитателей моря, такие изменения все же влияют на перераспределение областей комфортного обитания морских животных и растений.

Плотность морской воды

Распределение плотности морской воды определяется распределением ее температуры и солености (Рис. 5.38).

Плотность убывает при нагревании воды, при смешивании с осадками и талой водой, а также с водами материкового стока. При охлаждении, испарении и образовании льда плотность воды возрастает.

Как только плотность на поверхности под влиянием различных причин становится выше, чем плотность ниже лежащих слоев воды, наступает вертикальная плотностная конвекция.

В открытом океане решающее значение для распределения плотности имеет температура. Наибольшей плотностью обладает холодная вода в высоких широтах. Даже высокая поверхностная соленость не может повысить невысокую плотность поверхностных вод в субтропиках, обусловленную температурой.

Горизонтальные различия плотности вызывают в море крупномасштабные движения вод, протекающие в основном так, что вода перемещается в виде слоя по самому кротчайшему пути к тому слою в океане, который соответствует ее собственной плотности.

Литература

Гидрометеорологическое обеспечение судовождения — Панов Б.Н. [2020]

Похожие статьи

Геолого-геофизическая экспедиция ТОИ ДВО РАН в Восточной части Охотского моря

26 мая 2021 года успешно завершена первая экспедиция из запланированной многолетней серии комплексных геолого-геофизических и океанографических исследований в сейсмоактивной переходной зоне Тихий океан – Охотское море. Продолжительность экспедиции составила 40 дней.Руководитель экспедиции – к.г.-м.н. Валитов Максим Георгиевич. В рейсе приняли участие 14 научных сотрудников Тихоокеанского океанологического института им. В.И. Ильичева (ТОИ ДВО РАН), 2 студента ДВФУ и специалисты из Института океанологии им. П.П. Ширшова и Института биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина Российской академии наук. В экспедиции предполагалось участие японских коллег из университетов Чиба и Мейдзи. Однако введенные в наших странах «короновирусные» ограничения не позволили японцам принять очное участие в рейсе.

Экспедиционные исследования проводились в восточной части Охотского моря в районе о. Парамушир. Как известно, Курильская островная система является следствием и внешним проявлением конвергенции двух литосферных плит: Тихоокеанской и Северо-Американской. В настоящее время в этом регионе происходят активные геодинамические процессы, сопровождающиеся вулканизмом и землетрясениями. С одной стороны, этими процессами создана природная лаборатория, дающая исследователям важнейшую информацию для понимания источников и механизмов формирования геологических структур различного типа, с другой стороны, существование такого активного пояса является источником природных катастроф, вызванных вулканической деятельностью, сильными землетрясениями и цунами. Вулканы Курильских островов являются источниками огромного количества парниковых и других газов, оценка поступления которых в атмосферу еще далека от объективной. Осадочные толщи, примыкающие к островной дуге со стороны Охотского моря, являются газогидратоносными и газоносными, но соответствующие исследования носят фрагментарный характер. Вулкано-магматические комплексы пород содержат полезные минералы, но современными методами (локальный анализ и др.) петрохимия и минералогия перспективных структур изучены недостаточно. В настоящее время особый приоритет имеют глубоководные исследования, Курильская котловина в этой связи является особенно важным районом в связи с признаками уникальных проявлений жизни вблизи от вулканических центров.

Для решения перечисленных проблем ТОИ ДВО РАН организовал комплексную морскую экспедицию, основными целями которой являлось изучение геофизических, структурно-вещественных и газогеохимических признаков, определяющих трансструктурный или местный характер ранее выявленной наложенной рифтогенной зоны разрушения центрального звена Курил, поиск потоков метана и исследование закономерностей распределения аномальных газогеохимических полей, исследования филогенетической и функциональной структуры микробиома и активности геобиохимических процессов в осадках и толще вод Курильской котловины.

По всему маршруту движения судна комплекс методов включал гравиметрические и магнитометрические исследования (Валитов М.Г., Прошкина З.Н., Ли Н.С., Цовбун Н.М., Жуковин А.Ю., Иваненко А.Н.), непрерывное акустическое зондирование водной толщи и исследование рельефа дна (Буланов В.А.), регистрацию температуры и солёности в поверхностном слое воды, а также атмохимические измерения содержания метана, CO2 и ртути в приводном слое атмосферы (Бовсун М.А., Канталин В.Ю). На станциях осуществлялось геологическое опробование донных отложений гравитационными трубками и коробчатым пробоотборником (Окулов А.К., МаксеевД.С., Югай И.Г.), гидрологические исследования автономным зондом, извлечение газа из проб керна донных осадков и колонок воды (Телегин Ю.А.), набортный газохроматографический анализ (Лифанский Е.В.), минералогические (Калгин В.Ю.) и микробиологические исследования (Понамарева А.Л., Рыжманова Я.В.).

В результате в пределах припарамуширской части акватории Охотского моря выполнено геофизическое профилирование, дополнившее ранее полученные данные. Построены карты гравитационного и магнитного полей, позволяющие по-новому оценить блоковое строение земной коры исследуемого района. На исследуемой акватории обнаружены скрытые вулканические постройки.

Получены данные о рассеянии звука в верхнем слое моря, обусловленные мелкомасштабыми неоднородностями (планктон, турбулизованные слои, пузырьки). Обнаружены многочисленные проявления возможных выходов газов или подобных акустических неоднородностей вблизи дна в припарамуширской части Охотского моря. При помощи гидроакустического комплекса на всем протяжении маршрута движения судна определялась глубина моря, но, ввиду большого количества помех, эти данные требуют дальнейшей обработки. К сожалению, штатный исследовательский эхолот на судне отсутствует. Суммарно, общий объем гидроакустической информации, записанной в рейсе, составляет более 230 Гб.

Выполнено газогеохимическое опробование кернов и водной толщи на акватории припарамуширского района Охотского моря. Существенно расширены газогеохимические исследования данного района, получены новые данные по распределению углеводородных газов. Обнаружены аномальные концентрации метана как в донных отложениях, так и в водной толще. Выявленные аномалии в донных отложениях приурочены к геологическим структурам, а данные, полученные для водной толщи, указывают на изменения концентрации углеводородов в динамике.

В кернах осадочного чехла обнаружены метанотрофные, сульфатредуцирующие, нефтеокисляющие, аэробные и анаэробных сообщества микроорганизмов. Было выявлено три района обнаружения термофильных микроорганизмов вблизи острова Парамушир, вокруг вулкана Алаид и в зоне, прилегающей к полуострову Камчатка. Микробиологические исследования в припарамуширской части Охотского моря выполнялись впервые.

Новым методом, развиваемым в наших экспедициях, стало исследование поровых вод, получаемых из осадочных кернов.Специальные прессы, предоставленные нашими японскими коллегами из университетов Мейдзи и Чиба, позволяют стандартизировать этот процесс. Поровая вода несет в себе множество полезной информации, характеризующей исследуемый осадочный бассейн и происходящие в нем процессы.Результаты её изучения могут пролить свет на природу происхождения углеводородных газов их глубинность и возраст образования.

Экипаж и научный состав работали слаженно и результативно, находили полное взаимопонимание. Научный состав сердечно благодарит капитана дальнего плавания В.Б. Птушкина и экипаж за помощь в успешном выполнении запланированных в экспедиции исследований. Отдельная благодарность УНИФ и Минобрнауки РФ за содействие в решении вопросов организации экспедиции. Финансирование экспедиции осуществлено Минобрнауки РФ.

Экспедиция является важным вкладом РФ в Десятилетие наук об океане ООН в интересах устойчивого развития в рамках проекта «Геосистемы и минеральные ресурсы переходной зоны «континент-океан» и открытого океана» (ГЕОМИР) и в деятельность рабочей группы «Газогидраты и потоки метана в Индо-Тихоокеанском регионе»WESTPAC.

 

Текст, фото: к.г.-м.н. Валитов М.Г., член РГО д.г.-м.н. Р.Б. Шакиров,

н.с. Ли Н.С. и участники экспедиции

Ссылка на информационную карту экспедиции в 92 рейсе НИС «Академик М.А. Лаврентьев» на сайте ТОИ ДВО РАН: https://www.poi.dvo.ru/ru/node/1482

 

 

Дневник экспедиции

НИС «Академик М.А. Лаврентьев», рейс 92

 

И мы будем идти на свет, который не погаснет.

И там, где пока нас нет, мы попытаем счастье.

КАСТА «Корабельная песня»

 

16 – 20 апреля

Экспедиционный сезон 2021 года Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева начал с Курило-Охотской экспедиции – первой из пятилетнего цикла исследований зоны перехода Охотское море – западная часть Тихого океана. К сожалению, начало экспедиции было отложено на несколько дней. С одной стороны, нас задерживал затянувшийся ремонт лебедки, с другой – отсутствие Разрешения на проведение работ, которое не успели вовремя подписать в Минобрнауки.

Но вот все формальности позади: получено Разрешение и траловая лебедка работает! В понедельник 12 апреля началась погрузка научного оборудования на судно, оформление в рейс научного отряда и решение прочих организационных моментов, которые не могли быть решены без Разрешения. Назначена дата отхода на 16 апреля. Но здесь в наши планы вмешалась природа: 16 апреля к Владивостоку подошел циклон с сильным южным ветром, который не давал возможности лоцманам выходить в море для проводки судов, рейд был закрыт. Команда и научный состав собралась на судне к назначенному часу, в надежде, что ситуация изменится. Ветер стих только к восходу. Выйти в рейс удалось рано утром 17 апреля. С этого дня можно считать, что морской научный сезон на Дальнем Востоке 2021 года открыт!!!

Но небесная канцелярия не оставила нас в покое. Волнение на море, после вчерашнего ветра, все еще продолжалось, а на акваторию Японского моря вышел очередной циклон, который двигался с нами параллельными курсами, но с более высокой скоростью. По краткосрочному прогнозу этот циклон первым достигал пролива Лаперуза и поднимал там высокую волну, опасную для нашего судна. Поэтому было принято решение двигаться под прикрытием Сихотэ-Алиня на север и переждать шторм в бухте Джигит.

Путь до бухты Джигит занял более суток. Хоть нас и закрывал от ветра горных хребет, волнение всёеще было сильным и болезненно переносилось многими участниками рейса. На месте вынужденной штормовки мы провели более суток. За это время были проверены лебедки, запущен и проверен магнитометр, распланированы дальнейшие геофизические работы. К сожалению, оказалась, что гидрологическая лебедка работает с перебоями и требует дальнейшей настройки, а пока гидрологические работы под вопросом. Траловая лебедка тоже не в «лучшей форме», сбоит энкодер главного двигателя – «глаза и уши» управляющей электроники. Лебедка часто останавливается с ошибкой. Надеемся на лучшее…

19 апреля капитан сообщил, что погода улучшается и можно выходить. Пролив Лаперуза мы прошли при сильной качке. Ветер был хоть и сильный, но дул, преимущественно, в корму, поэтому качка была килевая и легче переносилась.

Поприветствовать российскую научную экспедицию прилетел японский самолет-разведчик «Орион». Сделав два круга над судном и убедившись, что ничего подозрительного не происходит, он удалился в сторону Хоккайдо. Интерес разведчика можно понять, мы шли в экономзоне Японии

В ночь с 20 на 21 апреля мы вышли из пролива Лаперуза и рано утром прибыли в границы района работ. Незамедлительно начались геофизические исследования: были спущены за борт датчики магнитометра и началась магнитометрическая съемка в комплексе с гравиметрией и гидроакустическими измерениями.

Впереди нас ждали трудовые будни)))

 

21 – 23 апреля

Шли геофизические работы. Начались вахты. Необходимо отметить, что с начала выхода непрерывно велось исследование поверхностного слоя воды: соленость, температура и атмохимические измерения: наличие в приводном слое атмосферы паров метана, углекислого газа, ртути, гидрометеорологические измерения.

К Курильской гряде подошли только ночью 22 апреля. В районе острова Итуруп была телефонная связь. Взяли курс на северо-восток, вдоль охотской стороны Курильских остров. Конечная цель – точка в районе юго-западного побережья Камчатки. Там начнутся «трубки» и геофизические исследования на полигонах. Холодный северный ветер сопровождал нас и в Охотском море. Но этот раз он принес еще и снег. На улице похолодало. Сгустился туман, скрыв линию горизонта, где встречаются серое море с серым небом.

«Академик М.А. Лаврентьев» приближался с равномерной скоростью и курсом к первой точке отбора осадка. Все с нетерпение ждали этого момента. Обсудили методы и методику отбора, порядок действий каждого участника этого процессы. Разработали форму первичной отчетности – «станционные листы», куда будут записываться все данные отобранного материала. Были подготовлены и пронумерованы многочисленные пакетики, бутыльки для взятия образцов осадка. Инструменты и приборы заняли свои места рядом со столом, где будет находиться трубка.

День 23 апреля порадовал нас солнечной, тихой и теплой погодой. С левого борта судна, на отдалении было видно стадо дельфинов, то и дело выныривающих из воды. Но подходить близко к судну дельфины не захотели.

С правого борта, на горизонте показались Курильские острова, покрытые снегом крутые высокие горы, за которые цеплялись редкие облака.

Чтобы этот день лучше запомнился в памяти участников экспедиции, а также в соответствии с правилами по обеспечению безопасности мореплавания, были объявлены учебные пожарная и шлюпочная тревоги. В пожарной тревоге научный состав не участвовал, зато в шлюпочной тревоге участие приняли все. Мы освежили в памяти навык одевания гидрокостюма и наконец-то выяснили, кто за какой шлюпкой закреплен. Приятным бонусом была экскурсия в спасательную шлюпку. Всем понравилось.

 

24 – 26 апреля

Мы с нетерпением и волнением ждали этого утра. Наконец-тоначнутся геологические работы, и мы получим первый керн!

В 9 утра было закончено геофизическое профилирование и мы пришли в 1-ю точку отбора осадка. Опасаясь за состояние лебедки, мы несколько раз спустили и подняли тестовый груз. Испытание прошло успешно, можно было смело начинать работу с геологической трубкой. Глубина была небольшая, поэтому опробование прошло быстро. Уже в 11.30 послышалась команда: «Трубка на борту». Измерив температуру забоя – вкладыш занесли в кормовую лабораторию. Разделив ее на части, мы тут же почувствовали «запах успеха» – сероводорода, НО! На следующей точке нас ждало полное разочарование. Эхом по всему судну пронеслось: «Лебедка сломалась». За время перехода она самопроизвольно выключилась и наотрез отказалась включаться, выдавая неизменный код ошибки «С2», обозначающий широкий диапазон неисправностей: обрыв провода, поломку энкодера (датчика съема телеметрии главного двигателя) или управляющего компьютера.

Рядом с полигоном, на юго-западном побережье Камчатки находится поселок рыбаков Озерновский. Мы подошли поближе к поселку, в зону действия сотовой связи, чтобы связаться с администрацией института и попросить помощи или хотя бы совета ответственных за ремонт лебёдки безответственных специалистов. Ответ мы получили в лучших традициях известного северокорейского лидера, Великого Ким Ир Сена*: «Надейтесь на собственные силы и вы победите!»

*Слова Ким Ир Сена даны в художественной интерпретации

Проникшись идеями Чучхе, мы решили продолжить геофизические работы, а за это время подготовить коробчатый пробоотборник для работы с гидрологической лебедки, которая установлена на баке. Как назло, погода тоже решила нам подпортить настроение. На северо-западную часть акватории Тихого океана вышел мощный циклон, который захватывал и наш район.

26 апреля начался снег, и ожидалось сильное волнение. Капитан принял решение укрыться от ветра за западным побережьем Камчатки. Уже к обеду поднялась волна и началась качка, до конца геофизических работ оставалось три часа, потом побежим прятаться. Лишь ожидание скорой связи с родными немного скрашивало унынье, охватившее нас после непредвиденных проблем с лебедкой и непогодой.

Почти двое суток мы тихим ходом бороздили прибрежные воды п-ова Камчатки. Прогноз оправдался, в Тихом океане бушевал шторм с высотой волны до 8 м, в Охотском море волна была значительно меньше. В месте нашего укрытия она достигала 2–2.5 метров, но сильный ветер не позволял встать на якорь. Радовала только хорошая сотовая связь с близкими людьми.

Команда не оставляла попыток починить траловую лебедку. Но все они оказались безуспешными. Не хватало специальных инструментов и запчастей. Особенно нового, заведомо исправного энкодера. Мы перенесли на бак бокс-корер и приготовилась работать с гидрологической лебедки, хотя она тоже довольно часто останавливалась по различным, часто непонятным причинам.

28 апреля к обеду показалось солнце. Ветер начал стихать, море – успокаиваться. Капитан разрешил начать геофизические работы, а заодно и в очередной раз проверить достоверность прогноза. Мы выбрали геофизические галсы так, чтобы встречать волну носом или кормой. В таком режиме судно меньше качает и оно лучше управляется. Геофизическая съемка была всю ночь до утра. В 8 часов следующего дня запланировали начать гидрологические работы и бокс-корер. Надеемся, что получится.

 

29 – 30 апреля

Утром 29 апреля нас разбудило солнце, ветер стих и море успокоилось. Начало дня порадовало нас еще и дельфинами, проплывавшими мимо нашего судна. Все с нетерпением ждали прихода на станцию, где в прошлый раз нас настигла неудача. Около 9 часов утра судно подошло к точке отбора проб. Встали в дрейф, и началась работа на гидрологической лебедке.

Первым скинули Бокс-корер. Хотя глубина отбора была небольшой, около 500 м, времени на спуск и подъем затратили очень много из-за постоянного сбоя автоматики лебедки. Но вот, долгожданный Бокс-корер на борту: «Захлопнулся» – радовались все. Но наша радость сменилась разочарованием, пробоотборник оказался практически пуст… Следом за Бокс-корером опустили гидрологический зонд с батометром для взятия придонной воды. Но и здесь нас также постигла неудача, батометр не закрылся. Коварная станция не захотела нам покориться и на этот раз. Практически два часа работы не принесли результата, и судно двинулось в следующую точку отбора. Все гадали, что же произошло, почему методика дала сбой?

На следующей точке ситуация заметно улучшилась. Бокс-корер принес немного осадка, а батометр немного воды. Это вселяло некоторый оптимизм у участников процесса. Хоть немного, но принес! Конечно, это не трубка с её двух-трех-четырех метровым керном, но информацию о придонном слое осадка получить можно. А с батометром оказалось все предельно ясно, он просто растрескался от старости с обеих сторон и стал пропускать воду. Приборы и инструменты требуют обновления… Батометр заменили.

В тот день мы выполнили еще две станции. Осадка достали немного, но главное то, что первый материал начал поступать. Много проблем доставляла гидрологичекая лебедка, которая отключалась в самый неподходящий момент. На четвертой станции она застопорилась аккурат, когда Бокс-корер поднялся до уреза воды. Зависнув в таком положении, он в буквальном смысле был выполоскан волнами и потерял подавляющую часть осадка, который состоял преимущественно из песка и очень хорошо вымывался водой.

По завершению работы на стациях мы опять ушли на геофизическое профилирование, которое запланировали закончить на следующий день, как раз после завтрака, чтобы с новыми силами приступить к пробоотбору.

30 апреля прошел довольно продуктивно. Было отработано 4 станции. Методика начала работать. Решили проработать и попробовать запустить трубу с бака. Участники экспедиции воодушевились.

 

1 мая

Первомай мы встретили ударным трудом на геофизическом профиле, а уже к 8:00 мы запланировали первые станции. Но, как обычно, погода вмешалась в наши планы. Еще вчера, глядя на спокойное море, трудно было представить, что сегодня разыграется настоящий шторм. С вечера, пока судно шло на северо-запад, волнение ощущалось слабо, но при повороте на обратный курс мы ощутили всю мощь стихии. Встречная волна не позволяла держать постоянными ни курс, ни скорость. Судно врезалось в водяные валы, поднимая море брызг, которые долетали даже до мостика. Ни о каких геологических станциях не могло быть и речи, было принято решение закончить геофизическую съемку и двигаться в укрытие. Но все больше и больше усиливающийся ветер, вызывал опасения о безопасности этого решения и после нескольких неудачно принятых волн, от которых по всему судну проносился сильный глухой удар и весьма ощутимая вибрация, нам пришлось спешно вытаскивать датчики магнитометра, чтобы в случае ЧП не потерять их. Лаврентьев взял курс на залив Шелихова, а геофизики начали подъем магнитометра на борт. Ветер все усиливался, бросая верхушки волн на шлюпочную палубу и забивая их в неплотно закрытые иллюминаторы. Но основная масса воды скатывалась на главную палубу, разгоняясь под действием ветра в соленый дождь, который обильно поливал находящихся там людей, медленно, но верно извлекающих из бушующего моря  датчик магнитометра.

Ближе к вечеру мы подошли в острову Атласова. Острову-вулкану, образовавшегося из одного вулкана Алаид, высотой 2339 м, выросшему, судя по карте с самого дна моря, с глубины 400 метров. Гигант Алаид защитил нас от сильного восточного ветра, в его ветровой тени море было спокойно. Все вышли посмотреть на этого красавца, ведь большинство из нас видело его в первый раз.

К ужину мы благополучно добрались до острова Парамушир и встали на якорь в заливе Шелихова под прикрытием окружающих гор хребта Вернадского.

 

2 мая

Воскресенье, 2 мая запомнилось всем участникам двумя событиями: это праздник Пасхи и рыбалка* в заливе Шелихова. Соблюдая традиции праздника, повара покрасили яйца и испекли куличи для каждого члена экспедиции. Отдельно испекли пряник в виде петушка, очень красиво его украсили орешками и прочей сладкой шняжкой и подарили научному составу, чему мы все очень обрадовались. Но все это случилось за завтраком, а несколькими часами ранее, с рассветом, началась рыбалка*. Рыба ловилась разная, рыбы было много! Треска, камбала, палтус и минтай вытаскивали на борт удачливые рыболовы. Азарт был велик, снасти не выдерживали тяжести рыбы, путались удочки, за судно зацеплялись крючки… но это не останавливало рыбаков: снасти восстанавливались, и рыбалка продолжалась. К вечеру мы нажарили тазик рыбы и вкусно завершили воскресный вечер.

* Сцены, описывающие добычу биоресурсов, являются художественным вымыслом авторов. Любое совпадение случайно.

3 мая

Утром 3 мая центр циклона, мешавшего нам работать, прошел через место нашего укрытия и сместился в Тихий океан. В тылу циклона шли обильные ливни, сопровождавшимися сильным юго-восточным ветром. Горы, окружающие залив Шелихова, надежно защищают стоящие в нем суда только от восточных ветров, поэтому «Академик М.А. Лаврентьев» оказался беззащитен перед стихией. Под напором ветра якорь не удержал судно и оно стало медленно смещаться, вспахивая якорем дно. Экипаж предпринял попытку изменить силу зацепления за грунт и вытравил еще несколько десятков метров якорной цепи, но это не помогло, надёжно зафиксировать судно не получилось. Нам пришлось сниматься с якоря и «штормовать» — двигаться на малом ходу навстречу волне или в противоположенном направлении.

Так продолжалось до обеда, потом все стихло также внезапно, как и началось. Дождь кончился, небо прояснилось, выглянуло солнце. Мы увидели окружающие нас пейзажи необыкновенной красоты. Голубое небо, синее море, сияющие на солнце вулканы, покрытые шапками чистейшего белого снега, все это создавало поражающую своей красотой и великолепием картину. 

Вместе с хорошей погодой пришел и хороший прогноз. В районе работы море успокаивается и к утру следующего дня  высота волны уменьшится до приемлемых значений. Мы запланировали геофизические профили и выдвинулись с места нашего укрытия. Времени на работы природа нам выделила не так много, на акваторию Тихого океана вышел очередной циклон и стремительно приближался к нам. По тому же прогнозу он через сутки достигнет нашего района и нам опять предстоит прятаться и штормовать. Ну это потом, а пока мы шли по геофизическому профилю, с левого борта наблюдая красивые пейзажи о. Парамушир, а с правого – о. Атласова с его единственным вулканом Алаид. 

 

4– 6 мая

Закончив геофизические работы с утра, мы принялись за «взятие» станций. 4 мая было отработано 4 станции и традиционно в ночь началось профилирование. Пятого мая погода окончательно испортилась и мы побежали прятаться к Камчатке. Перештормовав день, вечером мы уже шли на выбранные геофизические профили.

6 мая было тихо и спокойно. Работы на станциях прошли почти гладко, не считая того, что гидрологическая лебедка периодически отключалась, создавая нам проблемы.

Шли дни, росло количество станций, но длина керна практически не увеличивалась. Бокс-корер приносил первые сантиметры, а то и просто примазки грунта. Более того, самая верхняя часть разреза малоинформативна для наших исследований. Единственный способ получить результат – перейти на пробоотбор с помощь гравитационной трубки, которая лежала на корме без работы с момента поломки траловой лебедки. На шлюпочной палубе, с правого борта стояла исправная гидравлическая лебедка с тросом неопределенной длины и прочности. Нужно было срочно устранить эту неопределенность и мы, визуально оценив качество троса, решили использовать эту лебедку для пробоотбора. Была сооружена сложная система блоков, которые передавали трос с лебедки, установленной на правом борту, на балку левого борта, а оттуда на кормовую П-раму. Завтра предстоит протестировать трос на прочность с помощью груза, а затем, если все пройдет успешно, сможем брать керн с помощью трубы.

 

7 – 8 мая

Риск благородное дело… Утро началось с обсуждения и проверки нашего плана. Была выполнена сложная трассировка троса, подцеплен груз в виде бухты старого троса. В 10:30 завершены геофизические работы, и мы подошли к точке опробования. С палубы для безопасности удалили всех любопытных. Ура! Проверка прошла удачно. Трос выдержал тестовую нагрузку и до 800 м был в удовлетворительном состоянии, далее идет скрутка, которую можно проверить в более глубоком месте. Пробоотборник облегчили на 300 кг. Можно спокойно начинать работать. И вот спустя час в рации послышалась долгожданная фраза: «Трубка на борту». Полетели уже в больших количествах, чем на предыдущих станциях, бутылочки с пробами для анализа. Мы можем уже получать данные о структуре глубже. В результате было опробовано 4 геологических станций. В полночь запущена геофизика и мы, усталые и довольные, отправились спать. На вахте остались бдить вахтенные из геофизического отряда.

8 мая начало штормить и мы потихоньку побежали прятаться.

 

9 – 10 мая

В 4 утра мы уже опустили якорь. Праздник начался со спортивной рыбалки. Повара приготовили вкусный шашлык и на полдник сделали пряники, украшенные праздничной символикой.

В полдень погода установилась, и капитан разрешил начать работать. Мы быстро набросали точки и двинулись к месту запланированного пробоотбора. 9-го и 10-го мая мы отработали 7 станций. Подняли 12 метров осадка. Настроение улучшилось.

 

11 – 13 мая

Ничего не предвещало беды. Наоборот, нашему любимому лебедчику Даниилу стукнуло 26 лет. Накануне повара приготовили шикарный торт, мы надули шарики и украсили поздравлениями твиндек, что бы порадовать нашего товарища. Все шло по плану. Но около 12 часов прибежал взволнованный капитан и сообщил, что нужно отклоняться от маршрута и на всех парусах идти в ближайший порт Северо-Курильск. Судовой доктор серьезно заболел и ему нужна профессиональная медицинская помощь. Ну что ж – смена маршрута. Уже даже как-то неудивительно, что еще можно ожидать от рейса. Но хочется отметить, что все на позитиве и готовы к новым открытиям, хоть и судьба постоянно вмешивается в наши планы.

В 20 часов мы прибыли в Северо-Курильск. Портнадзор любезно разрешил бесплатно зайти «Академику Лаврентьеву» на акваторию порта, признав наш случай форс-мажорным. Однако выслать к нам катер без предоплаты администрация порта не захотела. Доктор был отправлен на берегна судовой надувной лодке с мотором. Возглавил операцию по доставке доктора на берег 2ПК Шурыгин Дмитрий, в группу спасения входил матрос и механик по научному оборудованию Москаленко Михаил. Операция осложнялась темным временем суток (местное время приближалось к полуночи), сильным ветром и сильным течением, достигающим 6 узлов (11 км/ч). Капитан взял на себя общее руководство. Лодка была снабжена отражателем, чтобы ее можно было засечь с судна и координировать маршрут. Связь осуществлялась по радиоканалу. Лодка отчалила от борта судна и взяла курс к причалам порта. На радаре было видно, как медленно удаляется от судна маленькая точка. Но через некоторое время поступило тревожное сообщение, что мотор на лодке заглох и ее относит сильным течением в Тихий океан. Капитан запросил помощи у администрации порта, но быстрого ответа не последовало. Начались наводящие вопросы, уточнения. Снова Чучхе! Мы видели на радаре, как медленно удаляется от нас в сторону океана маленькая точка, но ничего не смогли сделать. Мы уже были готовы сняться с якоря и догонять лодку на судне. Между тем Москаленко Михаил разобрался в неисправности, запустил мотор и лодка продолжила свой маршрут. Доктора подвезли прямо к машине «скорой помощи», которая уже ждала на причале. Медики оперативно доставили пациента в больницу и пока лодка добиралась обратно до судна, доктор получал уже первое лечение. Позже мы узнали, что состояние его улучшилось, но точный диагноз пока не определён. 

После возвращения лодки в 23:00 судно продолжило рейс. Было решено, раз уж мы опять попали на север полигона, повторно опробовать трубкой некоторые станции, сделанные с бокс-корером, и отобрать новые. До первой точки опробования пошли с геофизическими работами и мы, опустив датчики магнитометра и включив гравиметр, вышли в море, а завершили день концертом, где нам сыграл именинник на гитаре.

День 12 мая был довольно продуктивный. С 10 утра и до 10 вечера было опробовано 7 станций.

День 13 мая прошел спокойно. Было солнечно и тепло. Велись геофизические работы. Обрабатывались полученные пробы.

 

14 мая

День сразу не задался… Вернее, рабочий день. А утро встретило нас спокойным морем и теплой, солнечной погодой. На небе не было ни единого облачка. И только вершины вулканов белели на горизонте. Вулкан Чикурачки периодически выбрасывал из своей вершины облако газов, намекая всем, что он еще активный. Погода настраивала нас на рабочий лад.

Сразу после завтрака были закончены геофизические работы. Поднимая датчик магнитометра, мы одновременно выходили на первую точку пробоотбора. Все с нетерпением ждали начала этого процесса…

Услышав команду с мостика: «мы в точке, можете работать», все вышли на корму. Данил, наш главный и единственный лебедчик слегка задержался, и тут, чтобы сохранить драгоценной время, один из наших товарищей решил ускорить процесс и включил рабочую лебедку на прогрев… Все бы ничего, но перед включением лебедки, нужно было еще и включить отвечающую за управление автоматику. Оказавшись без контроля, лебедка стала медленно вращаться, «отдавая» трос. Мы заметили это и сразу застопорили лебедку ручным тормозом, но она всё равно успела сбросить пару шлагов троса, который тут же закрутился в колышки. Началась долгая процедура тросораспутывания. Были предложены радикальные методы – рубить трос, но мы справились и через некоторое время трубка «пошла» за борт. Удача была не на нашей стороне, и обратно труба принесла не более метра заветного керна, хотя мы ожидали большего, ведь здесь ранее находился один из крупнейших метановых факелов. Но в этот раз мы его не смогли обнаружить на гидроакустике.

За пробоотбором последовала гидрология с батометром и СТД. Тут тоже не обошлось без проблем. Небольшая слабина троса стала причиной образования тросовой петли на барабане. Хорошо, что ее сразу заметили и распутали, это позволило избежать серьезных проблем. Но время потеряли достаточно.

На следующей точке пробоотбора возникла новая проблема: сильная вибрация блоков, по которым бежит трос с лебедки на П-раму. Работа пошла на минимальной скорости, а это, учитывая глубину моря более 800 м, сильно замедлило процесс. Проблему с вибрацией решили закреплением блоков на оттяжках.

Но керны все не шли… трубка приносила по 60–80 см, хотя потенциально могла брать от 2.5 до 3.5 метров. Возможно, грунт в этом районе песчаный, более плотный, возможно здесь сильные присклоновые течения, которые  разворачивают трубку и она падает под углом ко дну. Возможно, это просто не наш день ((. Но мы не унываем, впереди новые точки.

К вечеру нас накрыло облако тумана, низко стелящееся над водой. Мы заметили его еще в полдень по судовому времени. Тогда туман показался тонкой полоской на юго-западе линии горизонта. Он быстро приближался, захватывая все больший сектор горизонта. И вот предпоследняя «трубка» выполнялась уже в белом «молоке». Сразу стало сыро и промозгло. Под стать этому настроению трубка пришла пустой. Переброс не принес ожидаемого результата. «Это фиаско, братан!», вспомнились слова из популярного ролика. С этой станции мы уходили без результата.

После ужина мы подошли к последней запланированной точке пробоотбора. Туман ушел, небо отчистилось, заметно похолодало. Слабый свет звезд пробивался через судовое освещение. Тонкий месяц висел над догорающей закатной зарей. Мы переживали за результат этого опробования, все понимали, что пустая трубка окончательно разочарует участников рейса. Каждый предлагал свой метод повышения эффективности пробоотбора. Остановились на хорошо зарекомендовавшей себя среди народов Сибири и Восточной Азии методике подготовки инструмента по Бурханову. В кратчайшие сроки был изготовлен специальный раствор, повышающий эффективность пробоотбора. Сначала опытные сотрудники, а потом и Начальник экспедиции обработали инструмент. Начался спуск. Глубина моря 1460 м. Трубка приближается к поверхности дна со скоростью 2 м/с. Все внимательно следят за тросом, боясь пропустить его «просадку» — признак касания дна, после которой необходимо срочно останавливать спуск, иначе трос, взявшись кольцами на дне, может запутаться вокруг трубки. К счастью, все закончилось благополучно, трубка на борту. И, о чудо! Сибирская методика сработала, длина керна оказалась 2.5 м. Начался полноценный пробоотбор, после которого геологический отряд усталый, но довольный отправился спать, а на смену ему пришел «ночной дозор» – отряд геофизиков.

 

15 мая

В этот день было запланировано пять станций. Море радовало нас спокойствием и настраивало на рабочий лад. Хотя небо не было таким бесконечно голубым, появилась слабая белесость, укатывающая на то, что в верхних слоях атмосферы уже начались процессы, которые приведут к смене погоды.

Уже с первой станции стало понятно, что подготовка инструмента по методу Бурханова работает и имеет пролонгированное действие. Трубки приносили керны долгожданной длины от 3 до 3.5 м. Это не могло не радовать, разве что аналитик Евгений немного печалился возросшим количеством образцов, требующих оперативной обработки.

К обеду пришла информация, что на нас надвигается циклон, и 16 мая мы должны находиться в районе укрытия. Пришлось запланировать геофизические работы так, чтобы к 10 часам утра быть в заливе Шелихова на о. Парамушир. А пока продолжаются станции.

Закончили пробоотбор в 23:00. Взяли керн в районе Четвертого Курильского пролива, между островами Анциферова и Маканруши (ближе к последнему) на глубине 1636 метров. Течение в этом месте было сильным и трубку отклонило от вертикального положения, касание было зафиксировано при длине вытравленного троса 1730 метров. Это был  предел для троса на этой лебедке. Состояние нижних слоев троса очень плохое, трос ржавый, ржавчина осыпается, образуя рыжее облако в районе валиков тросоукладчика. Поднимали трубу очень медленно, боясь порвать трос. Все закончилось благополучно. Керн принес нам геологическую загадку, которую еще предстоит разгадать.

16 – 18 мая

Всю ночь 16 мая шли галсами с геофизической съемкой к месту укрытия. Утром приняли решение продолжить съемку в непосредственной близости от залива Шелихова, чтобы в случае усиления ветра уйти с профиля под защиту острова. В 15 часов закончили съемку и стали ходить галсами по волне и в противоположенном направлении в ветровой тени о.Парамушир.

К утру 17 мая ветер начал стихать, но море все еще неспокойное. Зашла океаническая зыбь, которая качает судно как неваляшку. Но вблизи острова волна стихает. Чтобы не терять время, решили выполнить геофизическую съемку вдоль кромки шельфа. Тем более, мы обнаружили там несколько интересных аномалий, связанных, предположительно, со скрытыми вулканическими постройками. Работаем на профилировании до утра.

Ох ты! ГАИшники есть и на море. 18 мая нас остановило патрульное судно береговой охраны,на борт прибыл наряд в составе четырех человек и теперь они проверяют документы. Экипаж большой, документов много, проверка затянулась, работа остановилась. Ждем (((.

Нас проверяли 10 часов. Потом отпустили и пожелали счастливого пути. Все, как в лучших традициях ГИБДД.

Внезапная проверка нарушила все наши планы, но мы решили не отступать и выполнить необходимый минимум работ, запланированных на сегодня. Во-первых, нужно было всё-таки найти и опробовать легендарный Припарамуширский газовый факел. Ссылки из отчётов и литературных источников не принесли желаемого результата. Мы заложили профиль, надеясь подсечь этот феномен. Шли малым ходом и внимательно смотрели на экран эхолота. Вот появилось что-то похожее на факел. Зафиксировали точку и заложили перпендикулярный галс.

Опять мимо. Еще одно пересечение. Удача, факел зафиксирован во всей своей двухсотметровой красе! Заходим на него еще раз и бросаем трубку. Газгидрат не достали, но трубка была интересная. В тот вечер мы взяли еще три трубки. В 2 часа ночи была опробована крайняя, 50-тая станция и мы направились с геофизическими работами домой. Скоро увидим родных.

 

19–23 мая

Переход до о. Итуруп занял более 70 часов. Делали крайний профиль в Охотском море, который располагался параллельно профилю, заложенному еще в начале наших исследований.

На этом этапе мы потихоньку начали подводить итоги, делать предварительные результаты.

Рано утром 22 мая мы закончили очередной региональный профиль о. Парамушир – о. Итуруп. Предстоял еще переход с геофизическим работами до западной границы разрешенного района работ. Но перед последним рывком необходимо было откалибровать приборы, проверить соосность оптических осей. К этой операции отнеслись очень ответственно. Готовиться стали заранее. На карте выбрали место, где небольшая глубина моря и нет волнения. Ближе к четырем часам утра подошли к первой предполагаемой точке калибровки, но она не удовлетворила исследователей и было принято решение искать другую точку. Спустя час на эхолоте показались подходящие формы рельефа и калибровка началась. Откалибровать успели все: геологи, геофизики, газогеохимики и микробиологи. Воспользовавшись затишьем, экипаж судна тоже включился в этот процесс. Стали делать профилактику приборов и оборудования по местам своего заведования. Через несколько часов все настройки были выполнены и мы вышли на очередной и крайний для этого рейса геофизический галс. А в путь нас провожал заснеженный конус вулкана Богдан Хмельницкий.

В 08:00 часов 23 мая мы подошли к границе района работ и, так совпало, границе экономической зоны между Россией и Японией. Быстро были подняты на борт датчики магнитометра, остановлен гравиметр. Научная программа 92 рейса была фактически закончена. Остались только суточные опорные гравиметрические наблюдения. Судно держит курс на Владивосток. Мы входили в пролив Лаперуза.

 

24 – 26 мая

Выйдя из пролива Лаперуза «Академик Лаврентьев» взял курс на п. Ольга, пересекая Японское море. Погода благоприятствовала нам, хотя прогноз настораживал. Ожидался сильный ветер. Но на этот раз нас не «накрыло» стихией, мы успели спрятаться за Сихотэ-Алинем и в его ветровой тени проследовали в порт Владивосток. Уже ранним утром 25 мая мы подошли к родным приморским берегам. Проходили поселок Ольга, появилась сотовая связь. Но самое главное, появились сопки, покрытые зеленью! Не заснеженные пики о. Парамушир или вулканы о. Итурупа, а наши родные приморские зеленые сопки. Значит, весна всё-таки пришла!

В 21:00 подошли к мысу Поворотный, увидели огни большого города – Находки. До Владивостока оставались считанные часы. Но нам было назначено на 6 утра, поэтому судно сбавило ход. 

26 мая ровно в 6:00 мы подошли к Токаревскому маяку, лоцманский катер ждал нас. Взяв лоцмана на борт, продолжили движение и уже в 07:30 пришвартовались на 44 причале. Все, активная часть экспедиции закончилась. Остались опорные наблюдения, интенсивная разгрузка и долгая обработка результатов с построением новых планов на исследование прикурильских вод в 2022 году.

NWS JetStream — Слои океана

Эпипелажная зона

Этот поверхностный слой также называется зоной солнечного света и простирается от поверхности до 200 метров (660 футов). Именно в этой зоне существует большая часть видимого света. Со светом приходит нагревание от солнца. Этот нагрев ответственен за широкое изменение температуры, которое происходит в этой зоне, как по широте, так и в любое время года.

Температура поверхности моря колеблется от 97 ° F (36 ° C) в Персидском заливе до 28 ° F (-2 ° C) у Северного полюса.

Взаимодействие с ветром сохраняет этот слой перемешанным и, таким образом, позволяет солнечному теплу распределяться по вертикали. В основе этого слоя смешения находится начало термоклина.

Термоклин — это область, где температура воды быстро снижается с увеличением глубины и переходный слой между смешанным слоем на поверхности и более глубокой водой.

Типичный профиль температуры морской воды с увеличением глубины.

Глубина и сила термоклина меняется от сезона к сезону и от года к году.Он наиболее силен в тропиках и уменьшается до полного отсутствия в сезон полярной зимы.

Мезопелагическая зона

Ниже эпипелагиали находится мезопелагическая зона, простирающаяся от 200 метров (660 футов) до 1000 метров (3300 футов). Мезопелагическую зону иногда называют сумеречной зоной или срединной зоной, поскольку солнечный свет на этой глубине очень слаб. Температура изменяется в этой зоне сильнее всего, так как именно в этой зоне находится термоклин.

Из-за недостатка света именно в этой зоне у жизни начинает проявляться биолюминесценция. Глаза у рыб крупнее и обычно направлены вверх, они чаще всего видят силуэты других животных (в поисках пищи) на фоне тусклого света.

Батипелагическая зона

Глубины от 1 000 до 4 000 метров (3 300 — 13 100 футов) составляют батипелагическую зону. Из-за постоянной темноты эту зону также называют полуночной зоной .Единственный свет на этой глубине (и ниже) исходит от биолюминесценции самих животных.

Температура в батипелагиали, в отличие от мезопелагиали, постоянна. Температура никогда не колеблется далеко от холодных 39 ° F (4 ° C). Давление в батипелагической зоне чрезвычайно велико и на глубине 13 100 футов (4000 метров) достигает более 5850 фунтов на квадратный дюйм! Тем не менее, кашалоты могут нырять до этого уровня в поисках пищи.

Абиссопелагическая зона

Абиссопелагическая зона (или абиссальная зона) простирается от 13 100 футов (4000 метров) до 19 700 футов (6000 метров).Это черный как смоль нижний слой океана.

Название (бездна) происходит от греческого слова, означающего «без дна», потому что они считали океан бездонным. В этой зоне лежит три четверти площади глубоководного дна океана.

Температура воды постоянно близка к нулю, и только несколько существ можно встретить на такой глубине.

Хадалпелагическая зона

Самая глубокая зона океана, хадалпелагическая зона, простирается от 19 700 футов (6000 метров) до самого дна на высоте 36 070 футов (10 994 метра) в Марианской впадине у побережья Японии.

Температура постоянная, чуть выше точки замерзания. Вес всей воды над головой в Марианской впадине превышает 8 тонн на квадратный дюйм.

Жизнь существует даже в самом низу. В 2005 году крошечные одноклеточные организмы, называемые фораминиферами, разновидностью планктона, были обнаружены в желобе Челленджера к юго-западу от Гуама в Тихом океане. Самая глубокая рыба, которую когда-либо находили, Abyssobrotula galatheae , находилась в желобе Пуэрто-Рико на высоте 8 372 метра (27 460 футов).

Управление океанических исследований и исследований NOAA

Температура воды в океане зависит от местоположения — как по широте, так и по глубине из-за изменений солнечной радиации и физических свойств воды.

Для просмотра этого видео включите JavaScript и рассмотрите возможность обновления до веб-браузера, который поддерживает видео HTML5

Во время Océano Profundo 2018: изучение глубоководных местообитаний у Пуэрто-Рико и США.Экспедиция на Южные Виргинские острова на корабле NOAA Okeanos Explorer , мы нырнули на глубину 5000 метров (16 405 футов) на подводную гору Мона, где средняя температура воды в океане составляла 2,2 ° C (36 ° F). Это было самое глубокое погружение в экспедиции, а также одно из самых глубоких погружений, когда-либо достигавших морского дна в этой части мира. Несмотря на глубину погружения, на этом месте не было жизни: мы видели губки, кораллы, анемоны и даже некоторых рыб. Видео любезно предоставлено Управлением исследования океана NOAA, исследование глубоководных местообитаний у Пуэрто-Рико и США.Южные Виргинские острова. Скачать более крупную версию (mp4, 72,7 МБ).

Наша планета нагревается за счет солнечной радиации, поступающей от Солнца энергии. Поскольку Земля круглая, угол ее поверхности относительно падающего излучения зависит от широты. В низких широтах, около экватора, прямой солнечный свет, получаемый в течение всего года, нагревает поверхностные воды. В высоких широтах океанские воды получают меньше солнечного света — полюса получают только 40 процентов тепла, которое дает экватор.Эти колебания солнечной энергии означают, что температура поверхности океана может варьироваться от теплых 30 ° C (86 ° F) в тропиках до очень холодных -2 ° C (28 ° F) у полюсов. В некоторых областях эта температура поверхности относительно стабильна, в то время как в других она колеблется в зависимости от сезона (и, следовательно, количества получаемого солнечного света).

Температура воды в океане также меняется с глубиной. В океане солнечная энергия отражается верхней поверхностью или быстро поглощается с глубиной, а это означает, что чем глубже в океан вы опускаетесь, тем меньше солнечного света.Это приводит к меньшему нагреву воды. Следовательно, глубокий океан (ниже 200 метров глубины) холодный, со средней температурой всего 4 ° C (39 ° F). Холодная вода также более плотная и, как следствие, тяжелая, чем теплая. Более холодная вода опускается ниже теплой воды на поверхности, что способствует холодности океанских глубин. Вертикальная структура океана, созданная перепадами температур, оказывает большое влияние на распределение жизни в океане.

Деятельность: Слои воды | Маноа.hawaii.edu/ExploringOurFluidEarth

Упражнение: Слои воды | manoa.hawaii.edu/ExploringOurFluidEarth Версия для печати

Наука и инженерная практика NGSS:

Пересекающиеся концепции NGSS:

Основные дисциплинарные идеи NGSS:

Материалы

• Рис 2.10 и 2,11
• Карандаш

---

Процедура

1. Изобразите вертикальный профиль температуры бассейна Тихого океана на экваторе, 0 ° широты.
   
   1. Найдите линию A на рис. 2.10. Линия A — это вертикальная линия, проведенная на экваторе, 0 ° широты, от поверхности бассейна Тихого океана до морского дна.
   2. Начиная с поверхности, определите температуру по линии А для каждых 250 метров (м) глубины.Нанесите температуры на сетку на рис. 2.11, затем соедините точки сплошной линией.
   3. Изучите график и отметьте термоклин.
      
2. Постройте второй график на рис. 2.11. На этот раз покажите вертикальный профиль температуры на 40˚ южной широте.
   
   1. Получите данные о температуре из строки B на рис. 2.10. Определите температуру на каждые 250 м глубины.
   2. Соедините эти точки данных пунктирной линией. Промаркируйте термоклин.
      
3. Постройте третий график на рис.2.11. На этот раз покажите вертикальный профиль температуры на 70˚ ю.ш.
   
   1. Получите данные о температуре в строке C на рис. 2.10. Определите температуру на каждые 250 м глубины.
   2. Соедините точки данных пунктирной линией. Промаркируйте термоклин.

Вопросы о деятельности:

1. Сравните три вертикальных профиля температуры, которые вы создали на рис. 2.11.
   
   1. Чем похожи вертикальные профили температуры?
   2. Чем отличаются вертикальные профили температуры?
   3. Опишите термоклин в каждом из профилей.
      
2. Как ориентация Земли относительно Солнца помогает объяснить изменение температурных профилей на разных широтах?
   
3. Ближе к Южному полюсу слой воды у поверхности холоднее, чем слой воды чуть ниже поверхности. Как это можно объяснить? Что бы вы могли предсказать относительно плотности морской воды на поверхности?
   
4. Слои воды в океане четко очерчены или легко смешиваются? Какие у вас доказательства?

Exploring Our Fluid Earth, продукт Группы исследований и разработок учебных программ (CRDG) Педагогического колледжа.Гавайский университет, 2011 г. Этот документ можно свободно воспроизводить и распространять в некоммерческих образовательных целях.

Истончение поверхностного слоя океана делает воды более восприимчивыми к явлениям экстремального потепления

Морские волны тепла становятся все более интенсивными и частыми

Толстый поверхностный слой океана действует как буфер для экстремального нагрева морской среды, но новое исследование Университета Колорадо в Боулдере показывает, что этот «смешанный слой» с каждым годом становится все мельче.Чем он тоньше, тем легче согреться. Новая работа может объяснить недавние экстремальные морские волны тепла и указывает на будущее более частых и разрушительных явлений потепления океана, поскольку глобальные температуры продолжают расти.

«Морские волны тепла будут более интенсивными и будут происходить чаще в будущем», — сказал Диллон Амайя, приглашенный научный сотрудник CIRES и ведущий автор исследования, опубликованного на этой неделе в Бюллетене Американского метеорологического общества, объясняющем экстремальные явления.«И теперь мы понимаем, почему. Когда смешанный слой тонкий, требуется меньше тепла, чтобы сильнее нагреть океан ».

Смешанный слой — вода с постоянной температурой — покрывает верхние 20-200 метров океана. Его толщина отвечает за тепловые явления: чем он толще, тем больше слой может действовать как буфер, защищающий воду внизу от поступающего горячего воздуха. Но по мере того, как эта броня истончается, смешанный слой становится более восприимчивым к резким колебаниям температуры.

«Думайте о смешанном слое как о кипящей воде», — сказала Амайя. «Для того, чтобы вода на дюйм закипела, потребуется совсем немного времени, но гораздо больше времени понадобится для того, чтобы кастрюля, наполненная до краев, прогрелась».

Кораллы, обесцвеченные теплой океанской водой. Кредит: NOAA

.

Амайя и его команда из NOAA, NCAR и CU Boulder использовали комбинацию наблюдений за океаном и моделей для оценки глубины смешанного слоя до 1980 года, а также для прогноза на будущее. Они определили, что за последние 40 лет этот слой в некоторых регионах северной части Тихого океана уменьшился почти на 3 метра (9 футов).А к 2100 году смешанный слой будет на 4 метра (12 футов) тоньше — на 30 процентов меньше, чем сегодня. По словам исследователей, этот тонкий смешанный слой в сочетании с более высокими глобальными температурами создаст основу для резких колебаний температуры океана, что приведет к гораздо более частым и экстремальным явлениям нагрева.

И это уже происходит. Возьмем, к примеру, волну тепла 2019 года в северо-восточной части Тихого океана. Ослабленные ветры и более высокая температура воздуха объединились, чтобы нагреть воды Тихого океана примерно на 3 градуса по Цельсию (5.5 F). Авторы обнаружили, что истончение перемешанного слоя, скорее всего, способствовало появлению этой волны теплых вод. И будет только хуже.

«Если вы возьмете те же условия ветра и океана, которые имели место в 2019 году, и примените их к расчетному смешанному слою в 2100 году, вы получите морскую волну тепла, которая на 6,5 градусов Цельсия (12 F) теплее, чем то, что мы говорим в 2019 году», — сказала Амайя. «Подобное событие абсолютно разрушит чувствительные морские экосистемы вдоль западного побережья США».

Амайя также отмечает, что по мере того, как климат продолжает нагреваться, а смешанный слой продолжает истончаться, ученые могут начать терять способность предсказывать годовую температуру поверхности океана.Без возможности точно прогнозировать температуру океана рыболовство и другие прибрежные операции могут оказаться в опасности.

Другие исследования также предполагают, что морские волны тепла станут более распространенным явлением в будущем, но не многие исследовали основную причину: динамика и физика океана. «Чтобы смоделировать эти события в моделях и помочь их предсказать, мы должны понять физику того, почему это происходит», — сказала Амайя.

Ссылка: «Влияют ли долгосрочные изменения глубины смешанного слоя на морские волны тепла в северной части Тихого океана?» Диллон Дж.Амайя, Майкл А. Александер, Антониетта Капотонди, Клара Дезер, Кристофер Б. Карнаускас, Артур Дж. Миллер и Натан Дж. Мантуя, 27 января 2021 г., Бюллетень Американского метеорологического общества .
DOI: 10.1175 / БАМС-Д-20-0144.1

Исследования климата Южной Флориды

Изображение предоставлено НАСА.

Поверхностные океанические течения сильно влияют на климат Земли.Районы вблизи экватора получают больше прямого солнечного излучения, чем районы у полюсов. Однако эти районы не становятся постоянно теплее и теплее, потому что океанские течения и ветры переносят тепло из более низких широт около экватора в более высокие широты около полюсов.

Большое количество тепла может поглощаться и храниться в поверхностных слоях океана. Это тепло переносится океанскими течениями. Таким образом, океанские течения помогают регулировать климат Земли, способствуя передаче тепла от теплых тропических областей к более холодным областям вблизи полюсов.

Вода на поверхности океана движется по регулярной схеме, называемой поверхностными океанскими течениями. На этой карте теплые токи показаны красным, а холодные — синим. Изображение предоставлено: Окна во Вселенную

Глобальные ветры вызывают формирование поверхностных течений в верхних слоях океана.Там, где эти ветры дуют в одном и том же направлении в течение длительных периодов времени, развиваются сильные течения, которые переносят огромные количества воды на большие расстояния.

Поскольку эти течения текут по краям континентов, они влияют на температуру прибрежных регионов. Вдоль восточного побережья США Гольфстрим переносит теплую воду из экваториальной области в северную часть Атлантического океана, сохраняя относительно теплым юго-восточное побережье.Вдоль западного побережья США Калифорнийское течение несет холодную воду из полярного региона на юг, благодаря чему западное побережье относительно прохладнее, чем восточное.

Эль-Ниньо — Южное колебание (ЭНСО)

Во время Южного колебания Эль-Ниньо давление в восточной и западной частях Тихого океана изменяется, в результате чего пассаты ослабевают.Это приводит к сильному, направленному на восток противотоку более теплых вод вдоль экватора. Источник изображения карты: Google Earth

Эль-Ниньо — Южное колебание (ЭНСО) — это цикл изменения ветров и океанских течений в Тихом океане. Обычно более теплая вода переносится на запад в Тихом океане юго-восточными пассатами, пока не скапливается около Индонезии.Эта теплая вода в западной части Тихого океана вызывает низкое атмосферное давление и обильные осадки. (Более теплая вода заставляет воздух над поверхностью океана нагреваться и подниматься, оставляя зону с более низким давлением. Больше осадков связано с более низким давлением воздуха.)

Между тем в восточной части Тихого океана высокое атмосферное давление и меньше осадков. Каждые 3–10 лет юго-восточные пассаты ослабевают, позволяя теплой воде течь дальше на восток, в Южную Америку.Исторически более теплый поток воды обычно достигал западного побережья Южной Америки около Рождества и стал известен перуанским рыбакам как Эль-Ниньо (от имени ребенка Христа). Эль-Ниньо, также известное как фаза теплой воды ЭНСО, вызывает повышение температуры воды в южной Америке и предотвращает подъем холодной воды, богатой питательными веществами. Это событие может иметь разрушительные последствия для морской флоры и фауны, включая коралловые рифы, и рыболовства. Фаза теплой воды Эль-Ниньо также меняет глобальные погодные условия.В Южной Америке погода более влажная, чем в среднем, а в Северной Америке — мягкая, но более штормовая зима. Во время фазы Эль-Ниньо в Атлантическом океане бывает меньше и менее сильных ураганов. Иногда после стихания Эль-Ниньо возникает более холодная, чем обычно, водная фаза, известная как Ла-Нинья.

Красным, оранжевым и белым обозначены области, в которых аномалии высоты поверхности моря выше нормы.Голубой, синий и фиолетовый цвета указывают на меньшие аномалии высоты поверхности моря, чем обычно. Поверхность моря выше, когда вода теплее из-за теплового расширения. Теплая вода менее плотная и занимает больше объема, поэтому высота поверхности моря выше.

Прогнозируемые температуры поверхности моря в 21 веке: изменения средних значений, изменчивость и экстремальные значения для крупных морских экосистем в регионах Северного океана | Elementa: Наука антропоцена

Глобальные климатические модели использовались для оценки изменений средней, изменчивости и экстремальных температур поверхности моря (SST) в северных океанах с упором на крупные морские экосистемы (LME), прилегающие к Северной Америке, Европе и Северному Ледовитому океану.Были получены результаты по 26 моделям из архива Фазы 5 Проекта взаимного сравнения моделей (CMIP5) и 30 моделированиям из проекта Сообщества по большим ансамблям Национального центра атмосферных исследований (CESM-LENS). Во всех симуляциях использовались наблюдаемые концентрации парниковых газов за 1976–2005 гг. И сценарий RCP8.5 «как обычно» для парниковых газов до конца 21 ^{-го века} . В целом, различия между моделями значительно больше, чем между симуляциями в CESM-LENS, что указывает на то, что на изменения ТПО сильнее влияет формулировка модели, чем внутренняя изменчивость климата.Все годовые тренды ТПО за 1976–2099 гг. На 18 изученных здесь LME являются положительными в диапазоне от 0,05 до 0,5 ° C за декаду ^–1 . Изменения ТПМ к концу 21 ^-го века в первую очередь связаны с положительным сдвигом среднего значения с лишь небольшими изменениями в изменчивости большинства LME, что приводит к значительному увеличению экстремальных температур и уменьшению экстремальных значений холода. Сдвиг в среднем настолько велик, что во многих регионах ТПМ в течение 2070–2099 годов будет на всегда на теплее, чем на самого теплого года в период 1976–2005 годов.Тенденции ТПО обычно сильнее летом, чем зимой, поскольку отопление парниковыми газами интегрировано на гораздо меньшей глубине климатологического смешанного слоя летом, чем зимой, что усиливает сезонный цикл ТПО в течение 21 ^– века. В Арктике среднее значение ТПО и его изменчивость существенно возрастают летом, когда он свободен ото льда, но не зимой, когда тонкий слой льда восстанавливается и ТПМ остаются вблизи точки замерзания.

Сжигание ископаемого топлива и связанное с этим попадание CO ₂ и других парниковых газов в атмосферу уже согрели планету и окажут глубокое воздействие на Землю, включая океаны, в течение 21 ^{-х годов} века.Последствия повышения температуры океана, включая повышение уровня моря, усиление стратификации океана, уменьшение площади морского льда и изменение характера циркуляции океана (например, IPCC, 2013), окажут существенное влияние на рыбу и морские экосистемы (например, Doney et al. al., 2012; Brander 2010, 2013; Hollowed et al., 2013). В этом исследовании мы в первую очередь фокусируемся на изменениях средних значений, изменчивости и экстремальных температур поверхности моря (SST) с дополнительным анализом глубины смешанного слоя (MLD), чтобы лучше понять изменения в SST.

SST — ключевая переменная климатической системы, регулирующая тепловые и динамические взаимодействия между океаном и атмосферой. По сравнению с большинством других океанских переменных, SST хорошо отбирается над открытым океаном, особенно после того, как спутниковые измерения стали доступны в 1979 году. Хотя SST обычно доступны в архивах моделирования климатических моделей, доступность температуры и других переменных в зависимости от глубины невелика. гораздо более ограниченный.Кроме того, температура контролирует все физиологические процессы в морских организмах (Fry 1971, Rivkin and Legendre, 2001, Deutsch et al., 2015), и поэтому SST часто являются ведущим индикатором и / или важным фактором колебаний морской экосистемы (Mueter et al. al., 2009; Drinkwater et al., 2010; Ottersen et al., 2010), включая распределение рыб (например, Nye et al., 2009; Block et al., 2011; Pinsky et al., 2013), пополнение рыб (например, Planque and Fredou, 1999; Hunt et al., 2011; Kristiansen et al., 2011) и биоразнообразие (Edwards, Richardson, 2004; Tittensor et al., 2010). Даже обитающие на дне морские организмы в значительной степени подвержены влиянию изменений в ТПМ, поскольку большинство из них проводят, по крайней мере, часть своего жизненного цикла либо в качестве пелагических личинок, либо зависят от источников пищи, на которые влияет ТПМ. Кроме того, в морских экосистемах умеренного пояса, на которых мы сосредоточили внимание, водная толща меняется в зависимости от сезона, так что изменения ТПМ передаются в более глубокие воды.

Наблюдения показывают, что средняя температура поверхности моря (SST) глобального океана повысилась на ~ 0.06 ° C за десятилетие с 1901–2012 гг. И ~ 0,095 ° C за десятилетие с 1979–2012 гг. (Hartmann et al., 2013). Наблюдаемые тенденции ТПО (1900–2008 гг.) Указывают на то, что потепление произошло над большей частью мирового океана, за исключением небольшой части Атлантического океана к югу от Гренландии и некоторых районов экваториальной части Тихого океана, хотя между наборами данных существуют разногласия из-за скудность наблюдений в тропической зоне Тихого океана (Deser et al., 2010). Средние по ансамблю температуры поверхности моря из климатических моделей в рамках Проекта взаимного сравнения связанных моделей (CMIP3, Meehl et al., 2007, и CMIP5, Taylor et al., 2012) очень хорошо отслеживают наблюдаемые изменения в глобально усредненной ТПМ за 20 ^{-е годы} века, и моделируемое потепление согласуется с наблюдаемыми тенденциями в ~ 70% океанов (Knutson и др., 2013).

Хотя ожидаются изменения в океане в масштабах всего бассейна, крайне важно изучить изменения температуры вдоль окраин континентов, которые обеспечивают более 75% мирового улова морской рыбы (IOC-UNESCO and UNEP, 2016).Примерно в 72% прибрежных районов наблюдалось значительное увеличение ТПМ с общей скоростью 0,25 ° C за десятилетие с 1982 по 2010 год (Lima and Wethey, 2012). Крупные морские экосистемы (КМЭ) определяются как «сплоченные океанические районы, обычно расположенные вдоль окраин континентов, экологические системы которых характеризуются сходством в батиметрии, гидрографии и биологической продуктивности» (Шерман и Александр, 1986; Шерман и Дуда, 1999). LME были разработаны Национальным управлением океанических и атмосферных исследований США (NOAA) для дальнейшего экосистемного управления и определения районов океана для сохранения.Из 64 регионов LME, исследованных Белкиным (2009), во всех, кроме трех, наблюдалось потепление в период 1982–2006 гг., Причем многие из регионов с самым сильным потеплением происходили в высоких широтах Северной Атлантики.

Изменение температуры океана, включая сезонные различия в тенденциях потепления, может влиять на поведение, рост, воспроизводство и выживание морских видов. Например, на основе ежемесячных данных SST Эдвардс и Ричардсон (2004) обнаружили, что реакция морского пелагического сообщества на изменение климата варьируется в зависимости от сезонного цикла, что приводит к несоответствию между трофическими уровнями и функциональными группами.Тем не менее, сезонный цикл температурных трендов изучен лишь в нескольких исследованиях. Потепление ТПМ было более интенсивным летом и осенью, чем зимой и весной у северо-восточного побережья США (Friedland, Hare, 2007; Thomas et al., 2017) и в Карибском бассейне (Chollett et al., 2012). В Средиземноморье наблюдаемая тенденция к потеплению была наибольшей весной и наименьшей зимой, в то время как модели CMIP5 прогнозируют более сильное потепление летом (López García and Belmonte, 2011; Shaltout and Omested, 2014).

Изменение климата может проявляться не только в средних тенденциях ТПО, но также в изменениях в изменчивости и экстремальных значениях. Изменение климата может повлиять на экстремальные явления просто из-за сдвига среднего состояния, например, когда очень высокие (низкие) температуры становятся более (менее) частыми по мере потепления среднего климата. Однако увеличение выбросов парниковых газов может также изменить изменчивость и общее распределение вероятностей температур и других переменных в климатической системе, делая экстремальные явления еще более или менее экстремальными.Например, разброс аномалий относительно среднего может увеличиваться, например, на что указывает увеличение стандартного отклонения, или распределение может изменять форму, например, становясь более искаженным. Наблюдения показывают, что температура приземного воздуха над сушей становится все более экстремальной, в первую очередь из-за сдвига среднего значения в сторону более высоких температур (Ballester et al., 2009; Simolo et al., 2011; Weaver et al., 2014; Thompson et al. ., 2015), но как с увеличением, так и с уменьшением стандартного отклонения и / или асимметрии в некоторых регионах (например,г., Донат и Александр, 2012; Фишер и Шер 2009; Экран, 2014; Schneider et al., 2015). Изменения в количестве осадков, вероятно, повлекут за собой большие изменения в распределении вероятностей, причем количество экстремальных осадков, как правило, возрастет (например, Харин и др., 2007; МГЭИК, 2012; Кункель и др., 2013), но неясно, что количество или интенсивность сильных осадков будет увеличиваться во всех местах или в течение всех сезонов (Alexander et al., 2013; Mahoney et al., 2013; Sardeshmukh et al., 2015; Хуанг и Ульрих, 2017). Изменениям в распределении других переменных, включая температуру океана, уделялось меньше внимания, и они могут демонстрировать иные изменения в распределении, чем температура или осадки над сушей.

Большинство исследований экстремальных климатических явлений сосредоточено на суше, включая исследования волн тепла, сильных осадков, засух и наводнений (например, IPCC, 2012). Однако экстремальные условия также встречаются в Мировом океане (Hobday et al., 2016), и растет понимание того, что экстремальные явления сильно влияют на динамику популяций и биогеографию многих организмов (Portner et al., 2001; Lynch et al., 2014). В недавних исследованиях изучались периоды с очень теплыми ТПМ или «океанскими волнами тепла» в северо-западной части Атлантического океана (Mills et al., 2013; Chen et al., 2014, 2015), в океанах Северного полушария (Scannell et al., 2016), в Средиземном море. Моря (Black et al., 2004; Olita et al., 2007), у побережья западной Австралии (Pearce, Feng, 2013; Wernberg et al., 2013) и над прибрежными регионами мира (Lima and Wethey, 2012). В некоторые из этих экстремальных периодов наблюдалось значительное негативное воздействие на живые морские ресурсы и морские экосистемы (Mills et al., 2013; Wernberg et al., 2013; Pershing et al., 2015; Caputi et al., 2016). В течение 21 ^-го века изменения экстремальных ТПМ будут варьироваться в зависимости от региона из-за нескольких факторов, включая внутреннюю изменчивость климата и потенциальные изменения циркуляции океана, морского льда, стратификации и глубины смешанного слоя океана (MLD).

Одним из показателей изменяющегося климата, который включает изменения как средних, так и экстремальных значений, является время, когда будущий климат навсегда отличается от климата прошлого. Диффенбо и Шерер (2011) определили это «время возникновения» как год, когда самый холодный теплый сезон 21 ^-го века более жаркий, чем самый жаркий теплый сезон конца 20, ^-го, века. Используя моделирование климатических моделей из архива CMIP3, Диффенбо и Шерер обнаружили, что температура приземного воздуха во многих регионах земного шара, вероятно, выйдет за пределы 20 ^-го века в течение следующих четырех десятилетий, причем наиболее быстрое повышение температуры произойдет в тропиках. где изменчивость мала.Аналогичный анализ, проведенный Mora et al. (2013), основанный на CMIP5, архив подтвердил общие выводы Диффенбо и Шерера. Они также изучили влияние изменения температуры воздуха и океана на биологические горячие точки и обнаружили, что большинство морских горячих точек испытают беспрецедентное тепло к середине 21 ^{-х годов} века.

Поверхностный слой океана часто хорошо перемешан, и изменения глубины перемешанного слоя влияют на ТПО.Помимо температуры океана, изменчивость MLD влияет на химию и биологию океана, влияя на количество питательных веществ у поверхности и период времени, в течение которого фитопланктон остается в пределах эвфотической зоны. На большей части внетропических океанов MLD демонстрирует большой сезонный цикл: сильные ветры и конвективное перемешивание из-за охлаждения поверхности, плюс выброс соли во время образования льда в полярных регионах, углубление перемешанного слоя зимой при нагревании солнечным излучением и светом. ветры уменьшают перемешивание летом.Тепловые потоки «воздух-море» интегрируются в смешанном слое, в результате чего изменение температуры обратно пропорционально MLD. Таким образом, вызванное парниковым газом нагревание из атмосферы, которая смешивается на более мелком поверхностном слое летом, чем зимой, может привести к более сильным положительным тенденциям ТПО в теплое время года, особенно там, где климатологические сезонные различия в MLD велики. Изменение климата также может изменить MLD и, таким образом, может повлиять как на тенденции, так и на изменчивость температуры.Основываясь на моделях из архива CMIP3, Jang et al. (2011) обнаружили, что MLD уменьшалась на большей части северной части Тихого океана между 1980–1999 и 2080–2999 годами зимой. Однако будущие изменения MLD над остальной частью океанов, включая Северную Атлантику, еще предстоит оценить.

В этом исследовании мы использовали поля из глобальных климатических моделей, чтобы изучить, как изменение климата влияет на среднее значение, изменчивость, экстремумы и время появления аномалий ТПО в отдельных LME.Сезонная изменчивость и изменение MLD были изучены с упором на их влияние на SST: мы предположили, что экосистемы с более мелкими MLD будут демонстрировать большее потепление поверхности. Мы использовали моделирование из большого количества моделей в архиве CMIP5 и из большого ансамбля прогонов из одной модели климата, инициализированной с различными состояниями атмосферы, чтобы изучить разброс результатов из-за внутренней изменчивости климата (т. Е. Изменений из-за взаимодействий внутри климатическая система). Учитывая акцент в этой специальной статье на воздействии климатических изменений на рыбные запасы в северном полушарии, особенно в северо-восточной части Атлантического океана и вокруг Соединенных Штатов, мы изучили карты, охватывающие восточную часть северной части Тихого океана, Северный Ледовитый океан и Северную Атлантику, и составили региональные карты. анализы в этих океанских бассейнах.

Средний линейный тренд ТПО по ансамблю CMIP5 за период 1976–2099 гг., Основанный на всех календарных месяцах, показан на Рисунке 1a. Тенденция положительная на большей части территории, включая восточную часть северной части Тихого океана, Северную Атлантику и Северный Ледовитый океан. Она колеблется от примерно 0,25 ° до 0,5 ° C за декаду ^–1 с наиболее сильным потеплением в Беринговом море, вдоль ~ 45 ° с.ш. в западной части Северной Атлантики, а также в Норвежском и Баренцевом морях.Основное исключение происходит от Лабрадорского моря к юго-востоку от Гренландии, где почти нет потепления. Характер и величина трендов очень похожи в среднем по ансамблю CESM-LENS, включая отсутствие потепления к юго-востоку от Гренландии, но с более сильным потеплением в Беринговом море и Гренландском море (рис. 1b). Отсутствие потепления к югу от Гренландии является результатом уменьшения переноса теплой воды к полюсу в верхних слоях океана за счет атлантической меридиональной опрокидывающейся циркуляции (AMOC) и увеличения воздействия поверхностного охлаждения по мере уменьшения опускания в высоких широтах (Drijfhout et al., 2012; Cheng et al., 2013).

Рис. 1

Ансамблевые средние тренды ТПО от CMIP5 и CESM-LENS за период 1976–2099 гг. Тенденции показаны для всех месяцев (a, b) , марта (c, d) и сентября (e, f) на основе CMIP5 (a, c и e) и CESM-LENS (b , г) и е). Цветная полоса показывает тенденции в декаде ° C ^–1 с положительными (отрицательными) значениями в оттенках красного (синего).Показаны только тенденции, значимые на уровне 95% при использовании теста Манна-Кендалла. Тенденции положительные и значимые в большинстве регионов, за исключением Северной Атлантики и Северного Ледовитого океана в марте. DOI: https://doi.org/10.1525/elementa.191.f1

Рис. 1

Ансамблевые средние тренды ТПО от CMIP5 и CESM-LENS за период 1976–2099 гг. Тенденции показаны для всех месяцев (a, b) , марта (c, d) и сентября (e, f) на основе CMIP5 (a, c и e) и CESM-LENS (b , г) и е).Цветная полоса показывает тенденции в декаде ° C ^–1 с положительными (отрицательными) значениями в оттенках красного (синего). Показаны только тенденции, значимые на уровне 95% при использовании теста Манна-Кендалла. Тенденции положительные и значимые в большинстве регионов, за исключением Северной Атлантики и Северного Ледовитого океана в марте. DOI: https://doi.org/10.1525/elementa.191.f1

В целом тренды ТПМ в марте и сентябре показывают, что потепление летом сильнее, чем зимой, на большей части территории, но особенно в средних и высоких широтах (рис. 1c – f).Действительно, вся область нагревается в течение сентября, но некоторые части Лабрадорского моря и северной части Северной Атлантики демонстрируют тенденцию к похолоданию в течение марта по данным CESM-LENS (рис. 1d). Сезонная разница в тренде также ярко выражена в Арктике и прилегающих морях. Большинство моделей CMIP5 прогнозируют резкое сокращение морского льда в течение 21 ^– века летом, но все еще имеет тонкий ледяной покров на большей части Арктики зимой (дополнительные рисунки S1 и S2). Отсутствие льда позволяет прогреваться летом, но лед ограничивает ТПМ до точки замерзания морской воды (~ –1.8 ° C), что сокращает рост ТПМ зимой.

Годовые линейные тренды ТПО в период 1976–2099 гг. В 18 регионах LME, полученные из среднего ансамблевого значения моделей CMIP5, показаны на рисунке 2. Все годовые тренды положительны, в диапазоне приблизительно от 0,05 до 0,5 ° C за десятилетие ^–1 . Линейный тренд дает хорошее приближение к общим изменениям ТПМ в большинстве LME (веб-портал Climate Change, 2017).

Рисунок 2

Тенденции ТПМ в крупных морских экосистемах в Арктике и вокруг Северной Америки и Европы. Цветами обозначены средние по площади тренды ТПО по ансамблю CMIP5 (декада ^–1 ° C) в течение 1976–2099 гг. Все тенденции значимы на уровне 95% при использовании теста Манна-Кендалла. Регионы пронумерованы в соответствии с конвенцией LME: 1) Берингово море, 2) Залив Аляски, 3) Калифорнийское течение, 5) Мексиканский залив, 6) Юго-восточный шельф США, 7) Северо-восточный шельф США, 8) Шотландский шельф, 9) Ньюфаундленд. -Шельф Лабрадора, 10) Гавайи, 18) Западная Гренландия, 19) Гренландское море, 20) Баренцево море, 21) Норвежское море, 22) Северное море, 24) Кельтско-Бискайский шельф, 26) Средиземное море, 59) Исландский шельф и море , и 64) Центральная Арктика.DOI: https://doi.org/10.1525/elementa.191.f2

Рисунок 2

Тенденции ТПО в крупных морских экосистемах в Арктике и вокруг Северной Америки и Европы. Цветами обозначены средние по площади тренды ТПО по ансамблю CMIP5 (декада ^–1 ° C) в течение 1976–2099 гг. Все тенденции значимы на уровне 95% при использовании теста Манна-Кендалла. Регионы пронумерованы в соответствии с конвенцией LME: 1) Берингово море, 2) Залив Аляски, 3) Калифорнийское течение, 5) Мексиканский залив, 6) Юго-восточный шельф США, 7) Северо-восточный шельф США, 8) Шотландский шельф, 9) Ньюфаундленд. -Шельф Лабрадора, 10) Гавайи, 18) Западная Гренландия, 19) Гренландское море, 20) Баренцево море, 21) Норвежское море, 22) Северное море, 24) Кельтско-Бискайский шельф, 26) Средиземное море, 59) Исландский шельф и море , и 64) Центральная Арктика.DOI: https://doi.org/10.1525/elementa.191.f2

Месячные тренды ТПО за 1976–2099 годы в CMIP5 и CESM-LENS показаны для LME, прилегающих к Северной Америке (Рисунок 3), и для LME в арктическом и европейском секторах (Рисунок 4). Медиана и даже 25 ^-й процентиль тенденций в обоих наборах экспериментов положительны во всех регионах для всех месяцев. Разброс, демонстрируемый моделями в CMIP5, намного больше, чем в CESM-LENS, что позволяет предположить, что несоответствие в оценках тенденций в основном связано с различиями между моделями (например,g., разрешение, численные методы, параметризации), а не из-за внутренней изменчивости (в рамках одной модели). Несмотря на общее потепление, большой разброс оценок CMIP5 приводит к тому, что по крайней мере одна модель демонстрирует похолодание в течение как минимум одного месяца на шельфе Ньюфаундленд-Лабрадор и в центральных районах Арктики, а также в Гренландии, Западной Гренландии, Исландии и Баренцевом море. Отрицательные тенденции, вероятно, связаны с сокращением AMOC в конкретной модели в ответ на увеличение выбросов парниковых газов и с районами в Северной Атлантике, где AMOC наиболее сильно влияет на SST, как предполагают выводы Cheng et al.(2013), Ван и др. (2014) и Селин (2017).

Рисунок 3

Месячные тенденции ТПО в период 1976–2099 годов для LME в Северной Америке. Тенденции SST (декада – 1 ° C), вычисленные для каждой модели из экспериментов CMIP5 (красный) и CESM-LENS (синий), показаны в формате прямоугольника и усов, где конечные точки указывают максимальные и минимальные значения, границы прямоугольника указывают межквартильный диапазон (от 25% до 75%), а медиана — это центральная линия.Большой разброс CMIP5 по сравнению с CESM-LENS указывает на то, что диапазон тенденций значительно больше среди разных моделей, чем из-за внутренней изменчивости в отдельной модели. DOI: https://doi.org/10.1525/elementa.191.f3

Рисунок 3

Ежемесячные тенденции ТПО в период 1976–2099 годов для LME в Северной Америке. Тенденции SST (декада – 1 ° C), вычисленные для каждой модели из экспериментов CMIP5 (красный) и CESM-LENS (синий), показаны в формате прямоугольника и усов, где конечные точки указывают максимальные и минимальные значения, границы прямоугольника указывают межквартильный диапазон (от 25% до 75%), а медиана — это центральная линия.Большой разброс CMIP5 по сравнению с CESM-LENS указывает на то, что диапазон тенденций значительно больше среди разных моделей, чем из-за внутренней изменчивости в отдельной модели. DOI: https://doi.org/10.1525/elementa.191.f3

Рис. 4

Тенденции ТПО в период 1976–2099 гг. От LME в Арктике и по всей Европе. Тенденции SST (декада ^–1 ° C), рассчитанные для каждой модели из экспериментов CMIP5 (красный) и CESM-LENS (синий), показаны в формате прямоугольников и усов, где конечные точки указывают максимальные и минимальные значения. , границы прямоугольника указывают межквартильный диапазон (от 25% до 75%), а медиана — это центральная линия.Большой разброс CMIP5 по сравнению с CESM-LENS указывает на то, что диапазон тенденций значительно больше среди разных моделей, чем из-за внутренней изменчивости в отдельной модели. DOI: https://doi.org/10.1525/elementa.191.f4

Рисунок 4

Тенденции ТПО в период 1976–2099 гг. От LME в Арктике и по всей Европе. Тенденции SST (декада ^–1 ° C), рассчитанные для каждой модели из экспериментов CMIP5 (красный) и CESM-LENS (синий), показаны в формате прямоугольников и усов, где конечные точки указывают максимальные и минимальные значения. , границы прямоугольника указывают межквартильный диапазон (от 25% до 75%), а медиана — это центральная линия.Большой разброс CMIP5 по сравнению с CESM-LENS указывает на то, что диапазон тенденций значительно больше среди разных моделей, чем из-за внутренней изменчивости в отдельной модели. DOI: https://doi.org/10.1525/elementa.191.f4

Как показано на Рисунке 1, амплитуда тренда ТПО на большинстве LME больше летом, чем в зимние месяцы (Рисунки 3 и 4), изменяя сезонный цикл на протяжении 21 ^{-го и} века.Сезонный цикл ТПМ в 18 LME, полученных из наблюдений, и среднее по ансамблю CMIP5, усредненное за исторический период, показаны на рисунках 5 и 6. Значения представлены для календарных месяцев после удаления среднегодового значения. Смоделированный сезонный цикл очень близок к наблюдениям в большинстве регионов, хотя его амплитуда недооценена на северо-восточном шельфе США, Скотинском шельфе и LME Баренцева моря. Сезонный цикл SST для будущих периодов и процентная разница между двумя периодами также показаны на рисунках 5 и 6.Разница температур со средним значением, включенным между периодами из диапазона моделей CMIP5, показана на рисунках S3 и S4-. Почти во всех регионах отклонения ТПО CMIP5 относительно среднегодового значения холоднее зимой и теплее летом, что усиливает сезонный цикл в будущем по сравнению с историческим периодом. Основными исключениями являются регион Мексиканского залива, где наблюдается очень незначительное удлинение лета, и LME Калифорнийского течения и Гавайских островов, где сезонный цикл сдвигается немного позже в году.Процентное изменение в зимние и летние месяцы колеблется от 3% до 8% для большинства субтропических, средних широт и тихоокеанских регионов, но превышает 20% во многих высокоширотных LME в североатлантическом и европейском секторах. Помимо изменений морского льда (описанных выше), усиленный сезонный цикл в морях, прилегающих к Арктике, может быть результатом большого среднего сезонного цикла MLD на этих LME (обсуждается ниже).

Рис. 5

Средний сезонный цикл ТПМ (° C) для LME в Северной Америке. Наблюдения Хэдли за исторический период (1976–2005 гг.) Выделены зеленым цветом, среднее значение по ансамблю CMIP5 за исторический период — черным, а среднее значение по ансамблю экспериментов CMIP5 RCP8.5 в будущем периоде (2070–2099) — красным. Обратите внимание, что из этого вычтена годовая средняя ТПО за каждый период. Процентное изменение между историческим и будущим периодами показано синим цветом. Сезонный цикл усиливается в будущем периоде. DOI: https://doi.org/10.1525/elementa.191.f5

Рисунок 5

Средний сезонный цикл ТПМ (° C) для LME в Северной Америке. Наблюдения Хэдли за исторический период (1976–2005 гг.) Выделены зеленым цветом, среднее значение по ансамблю CMIP5 за исторический период — черным, а среднее значение по ансамблю экспериментов CMIP5 RCP8.5 в будущем периоде (2070–2099) — красным. Обратите внимание, что из этого вычтена годовая средняя ТПО за каждый период. Процентное изменение между историческим и будущим периодами показано синим цветом. Сезонный цикл усиливается в будущем периоде. DOI: https://doi.org/10.1525/elementa.191.f5

Рис. 6

Ансамбль CMIP5 средний сезонный цикл ТПМ (° C) для LME в Арктике и вокруг Европы. Наблюдения Хэдли за исторический период (1976–2005 гг.) Выделены зеленым цветом, среднее значение по ансамблю CMIP5 за исторический период — черным, а среднее значение по ансамблю экспериментов CMIP5 RCP8.5 в будущем периоде (2070–2099) — красным. Обратите внимание, что из этого вычтена годовая средняя ТПО за каждый период. Процентное изменение между историческим и будущим периодами показано синим цветом. Сезонный цикл усиливается в будущем периоде. DOI: https://doi.org/10.1525/elementa.191.f6

Рисунок 6

Ансамбль CMIP5 средний сезонный цикл ТПО (° C) для LME в Арктике и вокруг Европы. Наблюдения Хэдли за исторический период (1976–2005 гг.) Выделены зеленым цветом, среднее значение по ансамблю CMIP5 за исторический период — черным, а среднее значение по ансамблю экспериментов CMIP5 RCP8.5 в будущем периоде (2070–2099) — красным. Обратите внимание, что из этого вычтена годовая средняя ТПО за каждый период. Процентное изменение между историческим и будущим периодами показано синим цветом. Сезонный цикл усиливается в будущем периоде. DOI: https://doi.org/10.1525/elementa.191.f6

Станет ли температура поверхности моря более изменчивой в будущем из-за увеличения выбросов парниковых газов? Сначала мы решаем этот вопрос, нанося на карту стандартное отклонение (σ) ТПМ над Северной Атлантикой и восточной частью северной части Тихого океана в течение исторического (1976–2005) и будущего (2070–2099) периодов в марте и сентябре для CMIP5 (Рисунок 9) и CESM. -ЛЕНЗА (Рисунок S5).В течение марта и сентября исторического периода s относительно высока в Беринговом море, вдоль западного побережья Северной Америки, примерно на 40 ° с.ш., связанном с Северо-Тихоокеанским течением, и в районе 35 ° с.ш., 160 ° W, где телесвязи ЭНСО сильно влияют на океан. В Атлантике σ велико вдоль Гольфстрима / Североатлантического течения и вдоль северного края бассейна от Лабрадорского моря до Баренцева моря. Области высокой изменчивости вдоль кромки льда смещаются на север по мере того, как лед отступает с марта по сентябрь.Сравнение σ между историческим и будущим периодами показывает явное усиление изменчивости в более высоких широтах (примерно к северу от 60 ° с.ш.) в сентябре (сравните рис. 9b и d), где исчезновение морского льда (рис. S1) допускает гораздо большие колебания. в SST. Изменения σ на остальной части области как зимой, так и летом незначительны.

Рисунок 9

Среднеквадратическое межгодовое стандартное отклонение ТПМ по ансамблю CMIP5 (° C). Годовое стандартное отклонение SST (σ) за исторический период 1976–2005 гг. (a, b) и будущий период 2070–2099 гг. (c, d) вместе с будущим / историческим отклонением SST (σ ² ) отношения (e, f) , как для марта (a, c, e), так и для сентября (b, d, f). Аномалии SST вычисляются для каждой модели отдельно, отклоняются от трендов в пределах соответствующих периодов, а стандартное отклонение (и дисперсия) вычисляются для каждой отдельной модели, а затем усредняются вместе.Отношения дисперсии заштрихованы, где> 50% моделей показывают значительное изменение на уровне 95%. Значительные изменения дисперсии ТПО в основном обнаруживаются в более высоких широтах и ​​в северной части Северной Атлантики зимой. DOI: https://doi.org/10.1525/elementa.191.f9

Рисунок 9

Среднеквадратическое межгодовое стандартное отклонение ТПМ по ансамблю CMIP5 (° C). Годовое стандартное отклонение SST (σ) за исторический период 1976–2005 гг. (a, b) и будущий период 2070–2099 гг. (c, d) вместе с будущим / историческим отклонением SST (σ ² ) отношения (e, f) , как для марта (a, c, e), так и для сентября (b, d, f).Аномалии SST вычисляются для каждой модели отдельно, отклоняются от трендов в пределах соответствующих периодов, а стандартное отклонение (и дисперсия) вычисляются для каждой отдельной модели, а затем усредняются вместе. Отношения дисперсии заштрихованы, где> 50% моделей показывают значительное изменение на уровне 95%. Значительные изменения дисперсии ТПО в основном обнаруживаются в более высоких широтах и ​​в северной части Северной Атлантики зимой. DOI: https://doi.org/10.1525/elementa.191.f9

Чтобы подчеркнуть различия между периодами, на рисунке 9 также показано соотношение дисперсии SST (σ ² ) в будущем по сравнению с историческим периодом в CMIP5.Значительные изменения в дисперсии ТПО (штриховка) включают увеличение в Арктике в марте, а также в сентябре. Процентные изменения в марте могут быть большими в регионах / моделях, где исчезает лед, даже несмотря на то, что масштабы изменений невелики (не показаны). Поскольку SST σ ² находится высоко на экваториальной стороне кромки льда, где потоки тепла воздух-море сильны и изменчивы, отступление льда к полюсу в будущем (рисунки S1 и S2) приведет к уменьшению SST σ. ² в районах к югу от того места, где в исторический период располагалась кромка льда.Таким образом, сдвиг кромки льда к полюсу может объяснить значительное уменьшение SST σ ² в южной части Берингова моря, Лабрадорского и Баренцева морей. Отношение SST σ ² значительно увеличивается к северу от ~ 40 ° с.ш. на большей части восточной части Атлантического океана, но в марте уменьшается к югу от Гренландии. Изменения σ ² незначительны на большей части оставшейся части области в марте и почти на всей Северной Атлантике и восточной части Тихого океана в сентябре. Изменения дисперсии аналогичны для CESM-LENS, за исключением Лабрадорского моря (рис. S5).

Способность моделей CMIP5 моделировать наблюдаемое распределение аномалий SST на LME оценивалась путем сравнения смоделированных и наблюдаемых гистограмм, показанных на рисунках S6 и S7. В целом, имеется достаточно хорошее согласие между смоделированным и наблюдаемым распределением ТПО, хотя на Гавайских ЛБМ и в Беринговом, Гренландском и Норвежском морях смоделированное распределение шире (менее пиковое), чем наблюдаемое, в то время как для Калифорнийского течения верно обратное.Однако сдвиг в распределении из-за изменения климата (рисунки 10 и 11) намного больше, чем разница между наблюдаемыми и смоделированными гистограммами во всех 18 регионах.

Рис. 10

Распределение вероятностей ежемесячных аномалий ТПМ CMIP5, усредненных по LME в Северной Америке. Результаты показаны для исторического периода (1976–2005 гг., Черные линии) и будущего периода (2070–2099 гг., Красные линии), где SST были линейно исключены из тренда в течение каждого периода.Красная пунктирная линия показывает будущее распределение аномалий без среднего изменения, чтобы упростить сравнение форм будущего и исторического распределения. За исключением изменения среднего значения, изменения в распределениях очень малы для большинства регионов. DOI: https://doi.org/10.1525/elementa.191.f10

Рисунок 10

Распределения вероятностей ежемесячных аномалий ТПО в CMIP5, усредненные по LME в Северной Америке. Результаты показаны для исторического периода (1976–2005 гг., Черные линии) и будущего периода (2070–2099 гг., Красные линии), где SST были линейно исключены из тренда в течение каждого периода.Красная пунктирная линия показывает будущее распределение аномалий без среднего изменения, чтобы упростить сравнение форм будущего и исторического распределения. За исключением изменения среднего значения, изменения в распределениях очень малы для большинства регионов. DOI: https://doi.org/10.1525/elementa.191.f10

Рис. 11

Распределение вероятностей ежемесячных аномалий ТПО в CMIP5, усредненных по LME в Арктике вокруг Европы. Результаты показаны для исторического периода (1976–2005 гг., Черные линии) и будущего периода (2070–2099 гг., Красные линии), где SST были линейно исключены из тренда в течение каждого периода. Красная пунктирная линия показывает будущее распределение аномалий без среднего изменения, чтобы упростить сравнение форм будущего и исторического распределения. За исключением изменения среднего значения, изменения в распределениях очень малы для большинства регионов. DOI: https://doi.org/10.1525/elementa.191.f11

Рис. 11

Распределение вероятностей ежемесячных аномалий ТПМ CMIP5, усредненных по LME в Арктике вокруг Европы. Результаты показаны для исторического периода (1976–2005 гг., Черные линии) и будущего периода (2070–2099 гг., Красные линии), где SST были линейно исключены из тренда в течение каждого периода. Красная пунктирная линия показывает будущее распределение аномалий без среднего изменения, чтобы упростить сравнение форм будущего и исторического распределения.За исключением изменения среднего значения, изменения в распределениях очень малы для большинства регионов. DOI: https://doi.org/10.1525/elementa.191.f11

Как изменяется распределение вероятностей аномалий ТПО на LME из-за как сдвига среднего, так и изменчивости по мере потепления климата? Чтобы ответить на этот вопрос, на рисунках 10 и 11 для LME показаны гистограммы месячных аномалий ТПО из моделирования CMIP5 в течение исторического (черная линия) и будущего (красная линия) периодов.Перед вычислением гистограмм тренд был удален из каждого 30-летнего периода отдельно, поскольку в будущем он, как правило, больше, чем в исторический период (Таблица 1). Кривые для будущего периода показаны со средней разницей между включенными периодами (красная сплошная линия) и без (красная пунктирная линия); последнее облегчает сравнение амплитуды и формы распределений за два периода. Во всех регионах наблюдается существенный сдвиг распределения в сторону более теплых значений из-за увеличения среднего значения.Сдвиг настолько велик, что для большинства LME все ТПМ за последние 30 лет 21 ^-го века будут больше, чем среднее значение за исторический период, т. Е. Даже самые холодные аномалии по сравнению с климатологией 1976–2005 гг. быть больше нуля (красные сплошные кривые на рисунках 10 и 11). Однако изменение ширины или формы распределений очень мало в большинстве регионов, включая небольшое изменение хвостов распределений. Минимальные изменения в распределениях подтверждаются схожими значениями σ в исторический и будущий периоды (Таблица 1).Наибольшие изменения происходят в LME центральной части Арктики и Баренцева морей, вероятно, из-за устранения морского льда, что сделало возможным большую изменчивость ТПО (как обсуждалось выше). Также наблюдается небольшое увеличение изменчивости ТПО для некоторых КБМ восточной части Северной Атлантики, включая кельтский Бискайский шельф.

Таблица 1 Тенденции ТПО

CMIP5 (° C декада – 1) и межгодовые стандартные отклонения (° C) с (w) и без (без) тенденций для исторических (1976–2005 гг., «20 ° C») и будущие (2070–2099, «21-й век») периоды в 18 регионах LME, рассмотренных в данном исследовании.Номера регионов LME, обозначенные NOAA, также показаны в первом столбце. DOI: https://doi.org/10.1525/elementa.191.t1

.18 905 905 ) Скотианская полка 905 905 905 905 905 905 905 0,08 905 Норвежское море 904 0,3 905

Большая морская экосистема .	Тенденция SST: (° C Десятилетие -1 ) .		Стандартное отклонение (σ) с трендом .		Стандартное отклонение (σ) без тренда .
.	.
.	20 -я C .	21 ул С .	20 -я C .	21 ул С .	20 -я C .	21 ул С .
.
(1) E. Берингово море	0,25	0,54	0,68	0,82	0.59	0,61
(2) Залив АК	0,17	0,41	0,70	0,77	0,64	0,64	0,64	0,64
(3) CA Current 905	0,62	0,49	0,51
(5) Мексиканский залив	0,18	0,37	0,47	0,54	0,43	0,41	0,35	0,46	0,53	0,41	0,42
(7) NE US Shelf	0,22	0,42	0,71	0,743 0,64	0,26	0,54	0,77	0,87	0,69	0,70
(9) Полка Ньюфаундленд-Лабрадор	0,19	0.49	0,59	0,74	0,53	0,57
(10) Гавайи	0,16	0,39	0,40	0,52	0,34	0,27	0,42	0,53	0,38	0,41
(19) Гренландское море	0,09	0,33	0,57	0.66	0,52	0,47
(20) Баренцево море	0,14	0,50	0,56	0,79	0,49	0,56
0,61	0,75	0,50	0,58
(22) Северное море	0,22	0,31	0,66	0,68	0,59	0.57
(24) Кельтский Бискайский шельф	0,19	0,26	0,50	0,62	0,43	0,53
(26) Средиземное море	905 43 0,23	0,41	0,42
(59) Исландский шельф / море	0,09	0,32	0,65	0,78	0,57	0,62
(Центральный) Арктический	()14	0,32	0,06	0,56	0,05	0,31

905 905 905 0,4 905 Мексиканский залив5 905 0,48 Шельф / море

Большая морская экосистема .	Тенденция SST: (° C Десятилетие -1 ) .		Стандартное отклонение (σ) с трендом .		Стандартное отклонение (σ) без тренда .
.	.
.	20 -я C .	21 ул С .	20 -я C .	21 ул С .	20 -я C .	21 ул С .
.
(1) E. Берингово море	0,25	0,54	0,68	0,82	0,59	0,61
(2) Залив АК	0.17	0,41	0,70	0,77	0,64	0,64
(3) CA Текущий	0,14	0,36	0,53	0,62	0,18	0,37	0,47	0,54	0,43	0,41
(6) SE US Shelf	0,18	0,35	0.46	0,53	0,41	0,42
(7) NE US Shelf	0,22	0,42	0,71	0,76	0,64	0,63
0,54	0,77	0,87	0,69	0,70
(9) Шельф Ньюфаундленд-Лабрадор	0,19	0,49	0,59	0.74	0,53	0,57
(10) Гавайи	0,16	0,39	0,40	0,52	0,34	0,36
0,36
0,05 0,05 904 905 904 905 905 905 905 0,42	0,53	0,38	0,41
(19) Гренландское море	0,09	0,33	0,57	0,66	0,52	0.47
(20) Баренцево море	0,14	0,50	0,56	0,79	0,49	0,56
(21) Норвежское море	0,19 905	0,50	0,58
(22) Северное море	0,22	0,31	0,66	0,68	0,59	0,57
cay (24) Шельф.19	0,26	0,50	0,62	0,43	0,53
(26) Средиземное море	0,23	0,45	0,48	0,59	0,09	0,32	0,65	0,78	0,57	0,62
(64) Центральная Арктика	0,14	0.32	0,06	0,56	0,05	0,31

Средняя глубина смешанного слоя к северу от 20 ° с. В марте MLD превышает 50 м над большей частью Северной Атлантики и восточной части северной части Тихого океана.Он значительно глубже (> 100 м) между 30 ° и 45 ° северной широты в Северной Атлантике и в некоторых частях восточной части северной части Тихого океана и превышает 400 м в субарктической части Северной Атлантики. MLD намного мельче и более однородна в сентябре, когда диапазон 20–60 м. В целом, MLD глубже в CMIP5, чем в CESM-LENS зимой, тогда как летом в исторический период верно обратное. Напомним, что для оценки MLD в CMIP5 и CESM-LENS использовались разные методологии из-за того, как данные были заархивированы.

Рис. 15

CMIP5 и ансамбль CESM-LENS средние глубины смешанного слоя (MLD) в 1976–2005 и 2070–2099 годах. Значения CMIP5 представлены слева, а значения CESM-LENS — справа. Показаны усредненные по времени мартовские MLD (м) за 1976–2005 гг. (а, б) и 2070–2099 гг. (в, г) . Разница в мартовских MLD между будущим (2070–2099) и историческим (1976–2005) периодами показана в (e и f) .Аналогичный набор карт, но на сентябрь, представлен на панелях (г – 1) . Изменения в MLD заштрихованы, где> 80% моделей указывают на значительное изменение на основе t-критерия с уровнем значимости 95%. DOI: https://doi.org/10.1525/elementa.191.f15

Рис. 15

CMIP5 и ансамбль CESM-LENS средние глубины смешанного слоя (MLD) в 1976–2005 и 2070–2099 годах. Значения CMIP5 представлены слева, а значения CESM-LENS — справа. Показаны усредненные по времени мартовские MLD (м) за 1976–2005 гг. (а, б) и 2070–2099 гг. (в, г) .Разница в мартовских MLD между будущим (2070–2099) и историческим (1976–2005) периодами показана в (e и f) . Аналогичный набор карт, но на сентябрь, представлен на панелях (г – 1) . Изменения в MLD заштрихованы, где> 80% моделей указывают на значительное изменение на основе t-критерия с уровнем значимости 95%. DOI: https://doi.org/10.1525/elementa.191.f15

В CMIP5 и CESM-LENS MLD демонстрирует значительное снижение в будущем по сравнению с историческим периодом на большей части домена как в марте, так и в сентябре.Смешанный слой мелководья в южной части Лабрадорского моря и на большей части северной части Северной Атлантики, обмеление более чем на 100 м в марте и 5 м в сентябре в обоих наборах данных. Учитывая мелководные климатологические MLD летом, изменение на 5–10 м представляет собой существенное процентное изменение общей глубины. MLD также обмеливается над частями восточной части Тихого океана и Атлантического океана к северу от ~ 30 ° с.ш. Обмеление смешанного слоя, вероятно, является результатом повышенной стабильности, поскольку нагрев от парниковых газов сосредоточен у поверхности, а уменьшение солености также способствует усилению стратификации в Северном Ледовитом океане и северных частях Атлантического и Тихого океана (Capotondi et al. ., 2012; Веб-портал об изменении климата, 2017 г.). Есть регионы, где MLD увеличивается, включая приблизительно 70 ° N – 80 ° N, вероятно, из-за отступления морского льда, подвергающего эти районы перемешиванию ветров. MLD также углубляется в субтропической восточной Атлантике в сентябре, особенно в CESM-LENS, отчасти из-за увеличения поверхностной солености, что делает поверхностный слой более конвективно активным. В течение марта смешанный слой также углубляется в некоторых частях восточной части Северной Атлантики в обеих сериях модельных экспериментов и в Норвежском море в CESM-LENS.Причины этого углубления неизвестны, но могут быть связаны с изменениями напряжения приземного ветра (Capotondi et al., 2012) или адвекцией теплой воды на глубине. Хотя величина изменений MLD зимой обычно больше, чем летом, сезонный цикл трендов MLD на LME может значительно варьироваться в зависимости от сезонного цикла (Рисунки S10 и S11). Например, в Норвежском море косяки MLD с течением времени в ноябре и декабре, но углубляются с февраля по май в CESM LENS (Рисунок S11).

Сезонная изменчивость в дополнение к долгосрочным изменениям MLD может повлиять на реакцию SST на увеличение выбросов парниковых газов, так как тепло от атмосферы будет быстро смешиваться с поверхностным слоем океана. Сезонный цикл тренда SST относительно среднемесячного MLD в 1976–2005 гг., Полученного с помощью CMIP5 и CESM-LENS, показан для регионов высоких широт, средних широт и субтропиков на Рисунке 16.В то время как MLD различаются между двумя наборами модельных экспериментов, обнаруживаются несколько надежных характеристик: i ) MLD обычно наиболее глубокая в течение февраля или марта и самая мелкая в течение июня-августа; ii) почти для всех регионов, тенденция SST уменьшается по мере увеличения среднемесячного MLD, и iii ), поскольку MLD достигает минимума примерно 15–30 м летом во всех регионах, сезонный диапазон в основном устанавливается глубокие MLD в конце зимы, хотя MLD может достигать дна океана в некоторых точках привязки LME, особенно зимой.Хотя LME демонстрируют широкую сезонную изменчивость MLD, области с наибольшим диапазоном находятся в средних и высоких широтах. Таким образом, средний сезонный цикл в MLD усиливает восходящий тренд SST летом по сравнению с зимой, усиливая сезонный цикл SST в будущем, особенно в средних и высоких широтах.

Рисунок 16

Тенденции ТПО на LME (° C декада – 1) в зависимости от глубины смешанного слоя за календарный месяц (MLD; в м). Тренды и MLD были рассчитаны для 1976–2099 гг. На основе усредненных по ансамблю CMIP5 (a, c, e) и CESM-LENS (b, d, f). LME сгруппированы по местоположению: (a, b), на высоких широтах, (c, d) на средних широтах и ​​ (e, f) в субтропиках. Цифры обозначают календарный месяц, линии регрессии для каждого LME показаны пунктирными линиями, а регрессия для всех LME, используемых в этом исследовании, показана сплошной черной линией. MLD не был доступен для многих моделей CMIP5, поэтому значения были рассчитаны на основе среднемесячных профилей потенциальной плотности с использованием Δ0.125 кг м – 3 увеличиваются от поверхностного значения для определения MLD. Значения MLD CESM-LENS были рассчитаны из градиента плотности на основе суточных данных и получены непосредственно из архива модели. Обратите внимание, что масштаб MLD по оси x варьируется между панелями. Положительные тенденции SST увеличиваются по мере уменьшения MLD. DOI: https://doi.org/10.1525/elementa.191.f16

Рис. 16

Тенденции ТПО на LME (° C декада – 1) в зависимости от глубины смешанного слоя за календарный месяц (MLD; в м). Тренды и MLD были рассчитаны для 1976–2099 гг. На основе усредненных по ансамблю CMIP5 (a, c, e) и CESM-LENS (b, d, f).LME сгруппированы по местоположению: (a, b), на высоких широтах, (c, d) на средних широтах и ​​ (e, f) в субтропиках. Цифры обозначают календарный месяц, линии регрессии для каждого LME показаны пунктирными линиями, а регрессия для всех LME, используемых в этом исследовании, показана сплошной черной линией. MLD не был доступен для многих моделей CMIP5, поэтому значения были рассчитаны на основе профилей среднемесячной потенциальной плотности с использованием увеличения на Δ0,125 кг м – 3 от поверхностного значения для определения MLD.Значения MLD CESM-LENS были рассчитаны из градиента плотности на основе суточных данных и получены непосредственно из архива модели. Обратите внимание, что масштаб MLD по оси x варьируется между панелями. Положительные тенденции SST увеличиваются по мере уменьшения MLD. DOI: https://doi.org/10.1525/elementa.191.f16

На нескольких LME сезонная эволюция взаимосвязи между тенденциями SST и MLD имеет овальную форму (рис. 16), что указывает на «петлю гистерезиса», в соответствии с которой текущее состояние системы зависит от ее эволюции через предыдущие состояния.Например, на Кельтском Бискайском шельфе LME (средние панели красной кривой) тренд температуры ниже в мае-июле (5–7 месяцы), чем с августа по октябрь (8–10 месяцы) для аналогичных MLD. Петля гистерезиса в тренде SST, обнаруженная здесь, аналогична эволюции сезонных средних значений SST (Gil and Turner, 1976) в том, что оба значения больше осенью, чем весной для одного и того же MLD. Петля гистерезиса SST-MLD имеет тенденцию возникать из-за асимметричной реакции океана на нагрев поверхности и воздействие ветра в течение сезонного цикла: смешанный слой восстанавливается ближе к поверхности весной, без потока через основание смешанного слоя, но увлекает воду снизу в перемешанный слой, когда он сгущается осенью и зимой (Gill, Turner, 1976; Alexander et al., 2000). В результате накапливается тепло, в то время как смешанный слой остается неглубоким с конца весны до начала осени, что способствует максимальным тенденциям ТПО в августе – сентябре, а не в июне – июле.

Мы исследовали изменения в SST с 1976 по 2099 год, используя одну симуляцию из 26 моделей в архиве CMIP5 и 30 симуляций NCAR CESM в рамках проекта большого ансамбля. Во всех симуляциях используются наблюдаемые воздействия до 2005 г. и RCP8.5 Сценарий «как обычно» для парниковых газов до конца 21 ^-го века. Оба набора моделей показывают сильное потепление в течение 21 ^– века над большей частью мирового океана, включая крупные морские экосистемы вокруг Северной Америки, Европы и Северного Ледовитого океана. Разброс трендов CMIP5 SST обычно больше, чем в CESM-LENS, что указывает на большую неопределенность в реакции на воздействие парниковых газов из-за различий в моделях (например,g., параметризации, разрешающей способности и т. д.), чем внутренняя изменчивость климата. Однако для некоторых переменных, таких как региональные изменения давления на уровне моря во внетропических районах, внутренняя изменчивость может быть больше, чем средний сигнал изменения климата (Deser et al., 2012b, 2014)

Прогнозируемые тенденции потепления летом обычно больше, чем зимой. Усиленное потепление летом согласуется с предыдущими региональными исследованиями (Chollett et al., 2012; Лопес Гарсия и Бельмонте, 2011 г .; Shaltout, Omested, 2014) и с повышенной амплитудой наблюдаемого сезонного цикла ТПМ в северо-западной Атлантике (Friedland, Hare, 2007; Thomas et al., 2017). Летнее потепление особенно ярко выражено в высоких широтах, поскольку части Северного Ледовитого океана и прилегающих морей летом освобождаются ото льда, но все еще достаточно холодно, чтобы тонкий слой льда реформировался зимой, что позволяет ТПМ возрастать значительно выше нуля летом. но не зимой.Более сильное потепление летом может вызвать термический стресс у некоторых морских организмов, в то время как большие различия между летними и зимними температурами могут повлиять на региональную продуктивность, распространение и численность видов (Edwards and Richardson, 2004).

Более сильные тенденции ТПО летом, чем зимой, отчасти объясняются климатологическим сезонным циклом в MLD: мелкие летние смешанные слои позволяют сконцентрировать тепло из атмосферы в более тонком слое океана по сравнению с зимой.Этот эффект усиливается там, где разница между летним и зимним MLD велика, особенно в Северном Ледовитом океане и окружающих его морях. Помимо среднего сезонного цикла MLD, на тенденции и изменчивость SST также влияют изменения MLD, вызванные парниковыми газами. MLD значительно снижается на большей части Северной Атлантики и восточной части северной части Тихого океана как в марте, так и в сентябре из-за увеличения приповерхностного потепления, которое повышает статическую стабильность (Capotondi et al., 2012; Climate Change Web Portal, 2017) и препятствует перемешиванию.Уменьшение MLD обеспечивает положительную обратную связь с увеличением SST над большей частью океанов, потому что нагревание из атмосферы из-за увеличения количества парниковых газов концентрируется в более тонком слое океана. На тенденции ТПО также влияют изменения морского льда и динамические процессы в океане, включая изменения океанских течений, апвеллинга, а также силы и глубины термоклина.

Распределение ТПМ может измениться как из-за сдвига среднего, так и из-за изменения амплитуды изменчивости или из-за изменения типа распределения.Все эти изменения могут повлиять на экстремальные значения. Изменения ТПМ к концу 21 ^-го века в первую очередь связаны с положительным сдвигом среднего значения, так что будет большое увеличение экстремальных температур и уменьшение экстремальных значений холода по сравнению с историческим периодом (1976–2005 гг.). , как показано на рисунках 10 и 11. Сдвиг среднего значения был настолько большим во многих регионах, что ТПМ в течение последних 30 лет 21 ^-го века будет на всегда на теплее, чем в самый теплый год в исторический период.«Время появления», когда будущее (до 21 ^{-го и} века) остается более теплым, чем когда-либо в течение исторического периода, наступает гораздо раньше в более низких широтах, что согласуется с выводами Диффенбо и Шерер (2011) и Мора. и другие. (2013) из-за ограниченной межгодовой изменчивости сигнала об изменении климата. Таким образом, виды в средних и высоких широтах, которые привыкли к широкому диапазону температур, могут лучше адаптироваться к изменению климата, чем виды в Карибском бассейне и в низких широтах в целом, даже несмотря на то, что амплитуда изменений больше в высоких широтах.

После удаления среднего сдвига и линейного тренда изменения в распределениях вероятностей обычно невелики; т. е. стандартное отклонение и гистограммы аномалий ТПО на LME были аналогичны в исторический и будущий периоды. В некоторых регионах действительно наблюдалось увеличение изменчивости ТПО, включая Северный Ледовитый океан и окружающие моря, где увеличение периода отсутствия льда позволяло колебаться температуре воды, поскольку она не была ограничена точкой замерзания.Аномалии ТПМ также показали повышенную изменчивость в будущем в марте в окрестностях Исландии. Причина этого увеличения неясна, но может быть связано с несколькими факторами, включая изменения в MLD, Североатлантическое колебание, расположение и силу штормовых путей, а также изменчивость круговоротов океана и AMOC.

Прогнозируемый переход к гораздо более теплым условиям к концу этого столетия, вероятно, будет иметь серьезные последствия для морских экосистем.В конце 21 ^{-го и} века температуры в заливе Мэн могут стать более похожими на сегодняшние температуры у залива Нью-Йорк, а ТПМ вдоль западного побережья США у канадской границы могут быть больше похожи на температуры в районе центральной Калифорнии, в то время как ТПМ в северной части Норвежского моря могут быть больше похожи на нынешние условия к востоку от Англии. Потепление может привести к миграции некоторых видов рыб к полюсам, что уже было зарегистрировано в морских экосистемах Северной Америки и Европы (Perry et al., 2005; Най и др., 2009; Pinsky et al., 2013) и приводят к глубоким изменениям в структуре морских экосистем, что может потребовать переоценки границ LME. Сдвиг в распределении SST приводит к исключительно большим экстремальным температурам и исчезновению экстремальных температур по сравнению с концом 20 ^-го века в моделировании RCP8.5. Поскольку рост и воспроизводство многих видов зависит от их термостойкости, экстремальные температуры могут оказать существенное влияние на динамику популяций рыб и биоразнообразие (Pörtner et al., 2001; Пёртнер и Пек, 2010; Линч и др., 2014; Deutsch et al., 2015).

Мы использовали моделирование RCP 8.5 для изучения изменений ежемесячных аномалий ТПО с акцентом на прибрежные районы в северных частях Тихого и Атлантического океана и в Северном Ледовитом океане. При горизонтальном разрешении ~ 1 ° модели CMIP5 не позволяют адекватно разрешить многие процессы, включая океанические водовороты, прибрежный апвеллинг и взаимодействие с топографическими особенностями, а также места, где западные пограничные течения отделяются от побережья.Хотя в нескольких исследованиях использовались модели с более высоким разрешением для оценки воздействия изменения климата на ТПМ (например, Чемберлен и др., 2012 г. и Саба и др., 2016 г.), они были сосредоточены на небольшом регионе или основаны на единственной модели. бегать с идеализированным форсированием. Необходима более широкая оценка изменения климата по широкому спектру океанских переменных с использованием дополнительных сценариев воздействия и моделей с более высоким разрешением, а также в суточных временных масштабах.

Закрытие бюджета температуры смешанного слоя на поверхности моря только на основании наблюдений на месте: операция Advection во время BoBBLE

Instruments

Температура и соленость в верхних 500 м водной толщи в местоположении временного ряда, TSE (8 ° N, 89 ° E), многократно измерялись примерно с 3-часовыми интервалами с использованием CTD (SeaBird Electronics, SBE 9/11 +), развернутого с RV Sindhu Sadhana.Мы развернули два планера, оборудованных датчиками КТ, примерно на \ (16 \) км к юго-западу (7,9 ° с.ш., 88,9 ° в.д.) и юго-востоку от TSE (7,9 ° с.ш., 89,1 ° в.д.) соответственно. Эти планеры измеряли профили от поверхности до примерно 1000 м с вертикальным разрешением 0,5–1 м. Данные о температуре и солености с планеров и CTD были оптимально интерполированы на двумерную сетку время-глубина с шагом сетки 1 час и \ (1 \) м. Более подробная информация представлена ​​в Matthews et al . ²² . Однако эффективное временное разрешение этих наборов данных с координатной привязкой составляет примерно 2–3 часа, что соответствует приблизительным временным интервалам между последовательными CTD-профилями планера и корабля.Два вертикальных участка температуры и солености были измерены каждый день примерно в 14:00 (UTC) и 19:00 (UTC), соответственно к югу и западу от TSE, с использованием uCTD (Ocean Sciences-Teledyne underway CTD), буксируемого судном. Каждый из этих вертикальных участков имел длину примерно \ (10 ​​\) км и длился примерно один час. Мы измерили профили температуры и солености с помощью uCTD, когда судно двигалось с постоянной скоростью 6 узлов. Зонд uCTD позволяли свободно падать в течение 2 минут с вертикальной скоростью 1.5–2,5 м с ^–1 от поверхности до глубины 180–300 м, охватившей ГЛ. Скорость океанских течений измерялась с помощью ADCP с рабочей частотой 150 кГц. Данные были обработаны ³² для определения скорости течения в верхней части глубины 11–180 м с вертикальным разрешением 2 м и временным разрешением 2 минуты. Данные были скорректированы на угол несовпадения, а данные, собранные во время внезапных ускорений, были отброшены. Затем данные были временно усреднены за часовой интервал для согласования с данными CTD и планера.Для оценки коэффициента диффузии вертикальных вихрей ( K _Z ) температуры использовался свободно привязанный VMP (Rockland Scientific, VMP-250), оснащенный двумя аэродинамическими датчиками сдвига и датчиком CT. Вертикальные профили измерялись максимум на 250 м пять раз в день (03:30, 07:30, 12:00, 18:00 и 23:30 по всемирному координированному времени) с использованием VMP. AWS на борту судна, установленного на высоте около 15 м над поверхностью моря, давал измерения скорости ветра (RM Young), температуры атмосферы (YSI), давления (Honeywell), относительной влажности (Rotronic) и всех других параметров. компоненты поверхностных тепловых потоков (инфракрасный газоанализатор LI-COR с системой вихревой ковариации на основе трехмерного звукового анемометра).Для количественной оценки проникающего коротковолнового излучения использовался гиперспектральный подводный радиометр (Satlantic HyperProII). Комплект инструментов был оборудован датчиками для измерения нисходящей освещенности (Ed), восходящей яркости (Lu), флуоресценции хлорофилла, окрашенной флуоресценции растворенного органического вещества, обратного рассеяния, проводимости и температуры. Три профиля измерялись с помощью радиометра в верхней части 150 м каждый день с 06:00 до 07:00 (UTC) в TSE.

Уравнение баланса тепла

Уравнение баланса тепла, усредненное в океанической ML, зависящей от пространства-времени, с применением приближений несжимаемости и Буссинеска, записывается следующим образом (подробный вывод см. В приложении Moisan and Niiler, 1998 ³³ ).{2}} \ right) dz}} \ limits _ {\ text {Horizontal} \, \ text {turbulent} \, \ text {mix}} \\ \, + \, \ mathop {\ underbrace {\ left (\ frac {{T} _ {a} — {T} _ {- h}} {h} \ right) \ left (\ frac {\ partial h} {\ partial t} + {u} _ {- h} \ frac {\ partial h} {\ partial x} + {v} _ {- h} \ frac {\ partial h} {\ partial y} + {w} _ {- h} \ right)}} \ limits _ {\ текст {Entrainment}} = \ mathop {\ underbrace {\ frac {{q} _ {0} — {q} _ {- h}} {{\ rho} _ {0} {c} _ {p} h} }} \ limits _ {\ text {Net} \, \ text {heat} \, \ text {flux}} \ mathrm {}. \ end {array} $$

(2)

Здесь \ ({\ rho} _ {0} \), \ ({c} _ {p} \) и \ (T \) — плотность (предполагается, что она постоянная, 1025 кг м ⁻³ ), удельной теплоемкости (3940 Дж · кг ⁻¹ ° C ⁻¹ ) и температуре морской воды соответственно, а \ (h \) — MLD.{0} \, v \, dz. $$

(3)

Члены уравнения. 2 слева направо: тенденция (скорость изменения температуры, усредненная по MLD), горизонтальная адвекция, горизонтальное турбулентное перемешивание, унос и чистый тепловой поток. Чистый тепловой поток включает \ ({q} _ {0} \), чистый тепловой поток на поверхности океана, и \ ({q} _ {- h} \), который представляет собой сумму проникающих потерь коротковолнового излучения. (\ ({q} _ {pen} \)) и вертикальное турбулентное перемешивание в основании ML.Moisan and Niiler, 1998 ³³ , интегрировали температурное уравнение от постоянной изотермы, расположенной ниже термоклина к поверхности, и, следовательно, проигнорировали проникающее коротковолновое излучение и унос. Однако этими условиями нельзя пренебречь, если нижний предел интеграции является базовым для ML. Мы принимаем наиболее широко используемую параметризацию на основе второй производной температуры для вертикального и горизонтального турбулентного перемешивания. {0} \, \ frac {\ partial} {\ partial z} \ left ({\ kappa} _ {Z} \ frac {\ partial T} {\ partial z} \ right) dz = — \, \ frac {1} {h} {\ left [{\ каппа} _ {Z} \ frac {\ partial T} {\ partial z} \ right]} _ {- h} $$

(4)

Здесь \ ({\ kappa} _ {Z} \) — коэффициент вертикальной вихревой диффузии, оцененный по измерениям вертикальной микроструктуры.{2}} \ right) $$

(9)

Термин уноса состоит из трех компонентов, как указано ниже.

$$ \ left (\ frac {{T} _ {a} — {T} _ {- h}} {h} \ right) \ left [\ mathop {\ underbrace {\ frac {\ partial h} { \ partial t}}} \ limits _ {\ text {ML} \, \ text {tendency}} + \ mathop {\ underbrace {{u} _ {- h} \ frac {\ partial h} {\ partial x} + {v} _ {- h} \ frac {\ partial h} {\ partial y}}} \ limits _ {\ text {Lateral} \, \ text {индукция}} + \ mathop {\ underbrace {{w} _ { -h}}} \ limits _ {\ text {Vertical} \, \ text {advection}} \ right] $$

(10)

Первый член возникает из тенденции (скорости изменения) MLD. {2}} \ right)}} \ limits _ {\ text {Horizontal} \, \ text {смешивание}} — \ mathop {\ underbrace { \ frac {1} {h} {\ left [{\ kappa} _ {Z} \ frac {\ partial T} {\ partial z} \ right]} _ {- h}}} \ limits _ {\ text {По вертикали } \, \ text {смешивание}} \\ & & — \, \ mathop {\ underbrace {\ left (\ frac {{T} _ {a} — {T} _ {- h}} {h} \ right ) \ left (\ frac {\ partial h} {\ partial t} + {w} _ {- h} + {u} _ {- h} \ frac {\ partial h} {\ partial x} + {v} _ {- h} \ frac {\ partial h} {\ partial y} \ right)}} \ limits _ {\ text {Entrainment}} + \ mathop {\ underbrace {\ frac {{q} _ {0} — { q} _ {pen}} {{\ rho} _ {0} {c} _ {p} h}}} \ limits _ {\ text {Net} \, \ text {heat} \, \ text {flux}} \ mathrm {}.\ end {array} $$

(11)

Оценка условий

MLD

MLD (h) вычислялась с использованием критерия плотности. Он определяется как глубина, на которой увеличение плотности от ее поверхностного значения соответствует снижению температуры на 0,8 ° C ^21,35,36 . Для типичного южного BoB солености 34 psu и температуры 28 ° C падение температуры на 0,8 ° C приведет к увеличению потенциальной плотности на 0,258 кг м ⁻³ .Анализ представлен Джорджем и др. . ²¹ , с теми же критериями MLD, с использованием данных VMP, собранных во время BoBBLE, показывает, что скорость рассеяния полной кинетической энергии (TKE) была больше 10 ⁻⁷ Вт кг ⁻¹ в ML, примерно на два порядка величина выше, чем эта, была оценена чуть ниже MLD. Кроме того, они показали, что максимумы вертикального сдвига, оцененные с использованием данных ADCP, совпадают с MLD. Эти результаты подтверждают выбранные в данной статье критерии MLD.

Тенденция

Скорость изменения температуры (тенденция) в TSE оценивалась по данным CTD. Данные сначала усреднялись в ML, а затем производная по времени оценивалась с часовым разрешением с использованием схемы центрированного дифференцирования. Эволюция SST согласовывалась с температурой ML, но была немного теплее в среднем на 0,06 ° C и демонстрировала более сильную суточную цикличность (рис. S2A). Обратите внимание, что мы сознательно выбрали определение ML, которое остается глубже, чем дневные теплые слои, поскольку они не являются предметом внимания данного исследования, поэтому эти различия ожидаемы.{2}] $$

(13)

Мы сделали несколько оценок Δ T , используя температурные профили, измеренные с помощью uCTD, разбросанных в различных местах вдоль линейного разреза (см. Схематическую диаграмму на рис. S3). Предполагая, что существует смещение \ (\ delta \) и случайная изменчивость \ (\ varepsilon (x) \), наблюдаемую разницу температур между двумя точками можно записать следующим образом.

$$ \ Delta {T} _ {obs} = {T} _ {uCT {D} _ {i}} — {T} _ {uCT {D} _ {1}} = \ frac {\ partial T } {\ partial x} \ Delta x + \ delta + \ varepsilon (x) $$

(14)

, где смещение \ (\ delta \) связано с изменчивостью выборки и обычно очень мало (рис.S4 и S5). \ (\ Varepsilon (x) \) объясняет случайную изменчивость и может быть идентифицирован с членами более высокого порядка O [Δ x ² ] из уравнения. 13. Здесь суффикс i относится к профилю uCTD i ^th вдоль линейного разреза, а суффикс 1 обозначает первый профиль, ближайший к TSE. Аналогичное выражение можно записать для меридионального градиента температуры в y-направлении. Наблюдаемая Δ T _obs затем была построена как функция Δ x с использованием западного сечения uCTD (рис.S4) и Δ y с использованием южного разреза (рис. S5) для каждого дня. Затем были подобраны прямые линии в предположении, что разброс удовлетворяет приближению первого порядка, представленному в формуле. 13. Наклон линии (уравнение 14) дает градиент температуры, а точка пересечения дает смещение (\ (\ delta \)). Любой разброс относительно прямой будет из-за случайной изменчивости, включая члены более высокого порядка. Этот метод линейной аппроксимации предполагает, что горизонтальный градиент температуры имеет пространственный масштаб около 10 км и, следовательно, любая изменчивость, масштаб длины которой меньше 10 км, является ошибкой.Аналогичным образом оценивались градиент температуры в меридиональном направлении и связанные с ним ошибки. Мы обнаруживаем, что данные на рис. S4 и S5 действительно лежат приблизительно вдоль прямых линий, и можно сделать вывод, что линейное приближение, сделанное в формуле. 13 действительно. Здесь мы могли бы получить оценки неопределенностей, связанных с вычислением градиента, что невозможно с оценками градиента на основе планера. Смещения 5 июля в оценке \ (dT / dx \) и \ (dT / dy \) составили -0,04 и -0.004 ° C, а случайная изменчивость составила 0,03 и 0,01 ° C. Смещения были удалены при представлении окончательной оценки градиентов.

Горизонтальная адвекция от профилей планера

Мы расположили корабль и два планера в L-образной конфигурации (см. Рис. S6). Поскольку планеры не являются стационарными, их положения менялись каждый раз при измерении профиля. Следовательно, разница температур (усредненная в ML) между планером и CTD равна

$$ \ Delta {T} _ {1,2} = {T} _ {1,2} — {T} _ {CTD } = \ frac {\ partial T} {\ partial x} \ Delta {x} _ {1,2} + \ frac {\ partial T} {\ partial y} \ Delta {y} _ {1,2} $ $

(15)

Здесь Δ \ ({x} _ {1,2} = {x} _ {1,2} — {x} _ {CTD} \) и Δ \ ({y} _ {1,2} = {y} _ {1,2} — {y} _ {CTD} \).Суффиксы 1 и 2 обозначают два разных планера. Решая для \ (\ partial T / \ partial x \) и \ (\ partial T / \ partial y \), мы получаем

$$ \ frac {\ partial T} {\ partial x} = \ frac {\ Delta {T} _ {2} \ Delta {y} _ {1} — \ Delta {T} _ {1} \ Delta {y} _ {2}} {\ Delta {x} _ {2} \ Delta {y } _ {1} — \ Delta {x} _ {1} \ Delta {y} _ {2}}; \ frac {\ partial T} {\ partial y} = \ frac {\ Delta {T} _ {2 } \ Delta {x} _ {1} — \ Delta {T} _ {1} \ Delta {x} _ {2}} {\ Delta {y} _ {2} \ Delta {x} _ {1} — \ Delta {y} _ {1} \ Delta {x} _ {2}} $$

(16)

Если наблюдения были выровнены по осям x и y, уравнение.16 упрощается до знакомых конечно-разностных оценок.

Затем усредненные компоненты скорости умножались на соответствующие градиенты температуры, чтобы получить компоненты горизонтальной температурной адвекции. Перед усреднением компонентов скорости, полученных с помощью ADCP, в ML предполагалось, что верхние 11 м (глубина первого интервала измерения ADCP) водного столба имеют скорость, равную скорости на 11 м. Были протестированы альтернативные методы экстраполяции, но они оказались нереалистичными.

Горизонтальное смешение

Мы используем данные uCTD для оценки второй горизонтальной производной средней температуры ML. Этот метод аналогичен методу, применяемому для вычисления горизонтального градиента из профилей uCTD, с заменой разницы в температуре первой производной, оцененной с использованием схемы прямой разности. Мы сделали несколько оценок Δ T / Δ x , используя температурные профили, измеренные с помощью uCTD, разбросанные в разных местах вдоль оси x.{2} \) порядка 10 ⁻⁹ ° С м ⁻² .

\ ({\ kappa} _ {H} \) — функция масштаба длины ³⁷ . Для масштаба длины \ (10 ​​\) км порядок величины \ ({\ kappa} _ {H} \) составляет около 10 м ² с ⁻¹ . Тогда член горизонтального перемешивания имеет порядок 10 ⁻³ ° C день ⁻¹ и имеет незначительный вклад по сравнению с горизонтальной адвекцией (рис. {2} \).{2} \)) оценивалась по данным CTD. Конечно-разностное разложение члена вертикального перемешивания (уравнение 4) было выполнено с использованием прямой разностной схемы, примененной в основе ML.

Унос

Тенденции MLD и изотермы глубины 27 ° C были получены с применением прямой разностной схемы. Градиент MLD был оценен с использованием уравнения, аналогичного уравнению. 16, при этом переменная температура (T) заменяется на MLD (h).

Вертикальная адвекция оценивалась как тенденция изотермы 27 ° C, расположенной в термоклине, при условии, что основание ML колеблется с той же скоростью, что и термоклин ⁴³ .Здесь предполагается, что унос происходит, когда есть разница в вертикальном движении ML и вертикальном движении термоклина. Добавляя тенденцию ML и член вертикальной адвекции (которые имеют противоположные знаки), мы вычисляем разницу в вертикальном движении этих двух поверхностей. Мы предполагаем, что эта разница в вертикальном движении отражает увлечение воды в ML, поскольку адиабатические волны будут перемещать обе поверхности согласованно. Внутренние волны, которые растягивают или сжимают как термоклин, так и ML, не приводят к переносу тепла через основание ML и, таким образом, не влияют напрямую на температуру ML.Короче говоря, предполагается, что океан внутри адиабатичен, и частицы воды не пересекают пикноклин.

Чистый поверхностный тепловой поток

Оценка явных и турбулентных скрытых тепловых потоков проводилась с использованием метода вихревой ковариации ^44,45,46 .

Проникающее коротковолновое излучение

q _pen рассчитано на основе Lotliker et al . ⁴⁷ . Коэффициент диффузного ослабления фотосинтетически доступного излучения (ФАР) на длинах волн от 400 до 700 нм (\ ({k} _ {PAR} \)) оценивался с помощью следующего уравнения.{-}, \ lambda) \) представляет спектральную нисходящую освещенность непосредственно под поверхностью моря. \ ({k} _ {PAR} \) варьировалось от 0,0635 до 0,0759 м ^-1 во время наблюдений временных рядов на TSE.

No related posts.