Популярное

Мифы о звукоизоляции



Как построить дом из пеноблоков



Как построить лестницы на садовом участке



Подбираем краску для ремонта



Каркасные дома из дерева


Главная » Меридиональная структура антарктического

МЕРИДИОНАЛЬНАЯ СТРУКТУРА АНТАРКТИЧЕСКОГО ЦИРКУМПОЛЯРНОГО ТЕЧЕНИЯ В ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ ТИХОГО ОКЕАНА

Голивец СВ. (sergey@sergey.faki-campus.mipt.ru)

Институт океанологии им. ГШ. Ширшова РАН, Москва

Meridional (transverse) structure of Antarctic Circumpolar Current (ACC) in the eastern part of Pacific is analyzed using the data of P17E (meridional) and P19S WOCE (World Ocean Circulation Experiment) sections. On the basis of analysis of temperature-salinity relationships it is shown that in the South East Pacific the ACC may be characterized by two separate and distinct fronts, the Subantarctic front and the Polar front. The geostrophic current components normal to the sections show clearly seen eastward jets associated with these fronts. Mass transport for each of such jet is calculated.

Как известно [1], Антарктическое циркумполярное течение (АЦТ) - крупнейшее течение Мирового океана. Его северной границей служит субтропический фронт, или субтропическая конвергенция (приблизительно 4, ю.ш.), а южной - антарктическая дивергенция, близко подступающая к берегам Антарктиды. Таким образом, ширина течения равна 2500 км. Оно опоясывает земной шар в умеренных широтах непрерывным кольцом в направлении с запада на восток. Свойства водных масс внутри АЦТ в основном однородны зонально и меняются вдоль меридианов [1, 2]. Это позволяет характеризовать АЦТ с помощью нескольких широких, вытянутых вдоль всего течения зон, разделенных относительно узкими фронтами. Такие зоны различаются по термохалинным характеристикам поверхностных и промежуточных водных масс. Расположение зон с севера на юг выглядит следующим образом [2]: Субантарктическая зона, Полярная Фронтальная зона, Антарктическая зона и Континентальная зона. Фронты, разделяющие зоны, совпадают со струями АЦТ, текущими на восток. Фронт, разделяющий Субантарктическую и Полярную зоны, называют Субантарктическим фронтом, разделяющий Полярную и Антарктическую зоны - Южным Полярным фронтом и разделяющий Антарктическую и Континентальную зоны - Континентальной Водной Границей. Аналогичность зональной структуры в различных изученных частях течения позволяет предположить, что в АЦТ можно на всей его протяженности выделить два ярко выраженных фронта и соответствующие им струи течения, а именно, Субантарктический и Южный Полярный.

Для исследования меридиональной (поперечной) структуры АЦТ мы используем данные разрезов P17E (меридиональная часть) и P19S, выполненных в рамках программы ВОСЕ (WOCE - World Ocean Circulation Experiment). В ходе полевой части программы ВОСЕ с1990 по 1997 год при участии специалистов из 25 стран были осуществлены беспрецедентные прямые и спутниковые наблюдения по всему Мировому океану. Этап обработки данных ВОСЕ (WOCE AIMS - Analysis, Interpretation, Modelling and Synthesis) продлится до 2002 года.

Разрезы P17E и P19S были выполнены в декабре 1992 - январе 1993 гг. во время экспедиции на Научно-исследовательском судне <Кнорр под руководством доктора Дж. Свифта из Скриппсовского Океанографического института. Измерения проводились в пределах 51° - 69° ю.ш., 88° - 135° з.д. (рис. 1). Меридиональная часть разреза P17E (далее просто P17E) включает 29 станций (с 139 по 167) в пределах 51° - 66.3° ю.ш., 125° - 126° з.д. При выполнении собственно меридиональной части разреза судно шло на юг от станции 139 к станции 164. Затем, после прохода на север к 52 ю.ш. были выполнены станции 165, 166 и 167, которые мы также относим к меридиональной части разреза P17E. Интересующая нас часть разреза P19S включает 24 станции (с 206 по 229) в пределах 54° - 67° ю.ш., вдоль 88° з.д. Расстояние между соседними станциями вдоль разрезов составляет порядка 30 морских миль (1 м. миля = 1852 м). В настоящей работе используется полученный в ходе



зондирований на станциях массив температуры воды T и солености S с дискретностью по глубине 2 децибара (дб), а также массив проводившихся как на станциях, так и на переходах между ними, измерений скорости и направления океанского течения судовым акустическим допплеровским профилометром течения (английская аббревиатура: ADCP). Исходный массив данных ADCP представляет собой ряд значений скорости, интерполированных по глубине на сетку с шагом 10 м в пределах некоторого слоя и усредненных по времени с интервалом 1 час.

ЗАПАДНАЯ ДОЛГОТА


Рис.1. Расположение разрезов WOCE P17E и P19S. Положение станций отмечено точками. Числа возле точек - номера станций. Пунктирные линии - границы фронтов. САФ - Субантарктический фронт, ЮПФ - Южный Полярный фронт. Вверху показана зональная часть разрезаР17Е.

Нами было произведено сглаживание исходных распределений T(p) и S(p) (p обозначает давление) на всех станциях косинус-фильтром Тьюки [3] с базой порядка 100 м с целью удаления микроструктуры при сохранении термоклина и верхнего перемешанного слоя в полях температуры и солености. По сглаженному таким образом массиву T и S в соответствии со стандартными процедурами [4] были рассчитаны поля плотности р и потенциальной температуры 0 морской воды. Распределения соответствующих величин на разрезах Р17Е и P19S приведены на рис. 2 - 4, 0 и S - для верхнего слоя океана (0 - 1000 дб). Распределения нормальных к разрезам компонент скорости геострофического течения (рис. 5) рассчитаны динамическим методом. Для каждого разреза бароклинная составляющая геострофического течения рассчитана по полученному полю плотности. Баротропная составляющая получена усреднением нормальной к разрезу компоненты скорости течения (данные ADCP) по глубине в слое, наиболее обеспеченном данными (P17E : слой 150 - 330 м, отсчетный горизонт 240 м; P19S : слой 100 - 180 м, отсчетный горизонт 140 м) и последующим усреднением полученного ряда между соседними станциями вдоль разреза.

Как упоминалось выше, самой северной зоной АЦТ является Субантарктическая зона. Ее отличительной чертой является наличие на юге зоны непосредственно перед Субантарктическим фронтом практически однородного слоя, простирающегося от поверхности до глубины порядка 400 метров. За Субантарктической зоной при движении на юг находится Субантарктический фронт. Он характеризуется относительно высокими меридиональными градиентами плотности, температуры и солености. Кроме того, его отличительной особенностью является то, что в этом месте подповерхностный минимум солености, связанный с Антарктической Промежуточной Водой, совершает быстрое погружение с поверхности до глубин порядка 1000 метров при переходе в Субантарктическую зону. Это погружение минимума солености и наличие упоминавшегося



ранее однородного слоя позволяет определить местонахождение Субантарктического фронта на разрезах. Для разреза Р17Е он расположен между 55 и 56° ю.ш., на 126° з.д., между станциями 144 и 146, а для P19S между 59 и 60° ю.ш., на 88° з.д., между станциями 216 и 218 (рис. 2, 3). На разрезе P19S обнаружение фронта несколько затруднено из-за наличия вихря на южной границе Субантарктической зоны. Этот вихрь различим на распределении плотности (рис. 4, правый рисунок) между 57 и 58.5 ю.ш. (между станциями 212 и 215) по характерной инверсии наклона изолиний, а также на распределении скорости (рис. 5, правый риунок).


Рис.2. Распределение потенциальной температуры ©, °С (левый рисунок) и солености S, psu ()

верхняя шкала - положение станций.

225 220 215 210 225 220 215 210


Рис.3. То же, что на рисунке 2, для pa3pe3aP19S.



160 155 150 145 140 167 225 220 215 210


-i-1-1-1-1-1-1---г-1-1-1-1-1-1 i-1-1-1-1-1-1-1-

Дб 65 60 55 6 5 60

Рис. 4. Распределение плотности p(T,S,0)-1000, кг/м3 на разрезах Р17Е (левый рисунок) и P19S (правый рисунок). Нижняя шкала - градусы южной широты, верхняя шкала - положение станций.


Рис. 5. Распределение нормальной к разрезу компоненты скорости геострофического течения,

/ P17E P19S

соответствуют течению на восток, зеленые - на запад, синие - ноль. Нижняя шкала - градусы южной широты, верхняя шкала - положение станций.

За Субантарктическим фронтом следует Полярная Фронтальная зона. Здесь происходит перемешивание теплых и соленых вод из Субантарктической зоны и холодных и менее соленых вод с юга из Антарктической зоны. Полярную Фронтальную и Антарктическую зоны разделяет Южный Полярный фронт, который, как и Субантарктический фронт, характеризуется высокими градиентами температуры, солености и плотности. Южный Полярный фронт также является северной границей ярко выраженного слоя подповерхностного минимума температуры в Антарктической зоне. По этому признаку этот фронт можно идентифицировать на рассматриваемых разрезах. На разрезе Р17Е он расположен между 59° и 60° ю.ш., на 126° з.д., между станциями 152 и 154, а на P19S между



61.6° и 62.3° ю.ш., на 88° з.д., между станциями 221 и 222 (рис. 2, 3). Упомянутый выше минимум температуры в Антарктической зоне соответствует основанию слоя зимнего перемешивания. Последующее летнее нагревание и таяние льда обеспечивает уменьшение солености и увеличение температуры поверхностного слоя, что в свою очередь и приводит к появлению подповерхностного минимума температуры [2].

На распределениях нормальных к разрезам компонент скорости геострофического течения (рис. 5) отчетливо видны направленные на восток струи, соответствующие выделенным и описанным выше Субантарктическому и Южному Полярному фронтам. Рассчитанные нами расходы этих струй в Свердрупах (1 Св = 106 м3с-1) приведены ниже.

Заметим, что хотя расходы соответствующих струй меняются от разреза к разрезу, суммарный расход обеих струй остается практически неизменным, 118.4 Св для P17E и 114 Св для P19S.

Таким образом, на основе анализа новейших данных измерений нами показано, что в восточной части Тихого океана в меридиональной структуре АЦТ отчетливо наблюдаются Субантарктический и Южный Полярный фронты, которые соответствуют ярко выраженным струям океанского течения, направленным на восток. Взаимное расположение фронтов и струй течения на разрезах может указывать на волнообразную структуру течения [1], обусловленную влиянием рельефа дна и особенностями взаимодействия с атмосферой на поверхности океана.

Автор выражает благодарность научному сотруднику Лаборатории морских течений ПО РАН А.Ю. Гольдину за помощь в работе. Автор благодарит доктора Дж. Свифта и американских коллег за выполнение наблюдений и предоставление данных в общее пользование. Настоящая работа поддержана грантом РФФП № 97-05-64586 и грантом господдержки ведущих научных школ РФ № 96-15-98456.

ЛПТЕРАТУРА

1. Океанология. Физика океана. т.1, Гидрофизика океана. М.: Наука, 1978.

2. Antarctic Sector of the Pacific. Ed. by G.P. Glasby. Elsevier, Amsterdam - Oxford - New York - Tokyo, 1990.

3. Кошляков М.Н., Грачев Ю.М. Среднемасштабные течения на гидрофизическом полигоне в тропической Атлантике Атлантический гидрофизический Полигон-70 / Под ред. Корта В.Г., Самойленко В.С. М.: Наука, 1974.

4. Algorithms for computation of fundamental properties of seawater. UNESCO technical papers in marine science / UNESCO, 1983.

Субантарктический фронт Южный Полярный фронт

разрез P17E 53.7

64.7

разрез P19S

77.2 36.8



© 2017 РубинГудс.
Копирование запрещено.