Коллектив авторов - Океанография и морской лед

• Название: Океанография и морской лед
• Автор: Коллектив авторов
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2011
• ISBN: 978-5-98797-065-2

В данном томе трудов Международного полярного года (МПГ 2007/2008) отражены результаты исследований, выполненных в рамках научной программы участия Российской Федерации в проведении МПГ по направлению 1 «Гидрометеорологические и гелиогеофизические условия полярных областей» в разделе «Морская среда полярных океанов и морей, морские льды».

---

Рис. 11. Деформация дна килем, стамуха 1, 20.05.2010

Использование подводных необитаемых аппаратов, включая ТПА, позволяет существенно расширить возможности проведения подводных исследований ледяного покрова и его влияния на зоны контакта льда с дном. С помощью ТПА можно проводить исследования нижней поверхности ледяного покрова и изучение процессов образования торосов, осуществлять взятие проб воды и льда, а также проводить специальные гидрофизических эксперименты с использованием высокоточной СТД техники и т. д.

Заключение

Использование современных дистанционных измерительных комплексов и телеметрических систем открывает новые возможности в высокоточном и высокоинформативном исследовании процессов в полярных регионах. Использование беспилотных летательных аппаратов и данных ИСЗ открывает широкие возможности по эффективному проведению подспутниковых экспериментов для изучения ледяного покрова, проведения мониторинга загрязнения природной среды по широкому спектру параметров. Использование магниторезонансных систем для изучения ледяного покрова существенно увеличивает возможности по получению значительных объемов информации о состоянии ледяного покрова. Это позволяет улучшить систему мониторинга ледяного покрова на специальных полигонных исследованиях и существенно повышает оперативность и количество получаемых данных при решении различных прикладных задач при проектировании и строительстве инженерных сооружений в замерзающих морях. Система ледовых масс-балансовых буев находит широкую поддержку у исследователей ледяного покрова в Арктике, но опыт применения этой системы на СП-37 показал, что нельзя однозначно доверять всей информации, поступающей как с сонаров, так и с метеодатчиков без соответствующей проверки. Телеметрические подводные системы и аппараты имеют большую перспективу в применении для решения исследовательских и инженерных задач в районах, покрытых дрейфующими льдами.

V.T.Sokolov, A.L.Rumyantsev, A.E.Klein, V.M.Smolyanitsky. New methods and techniques of experimental studies of sea ice in the Arctic. Arctic and Antarctic Research Institute, St.Petersburg, Russia

Abstract

In the last decade new instruments, methods and techniques have been widely introduced in the field of sea ice cover studies, allowing us to perform highly informative remote sensing observations in addition to traditional contact measurements. It is very important that information on the ice cover and a number of other environmental parameters from these facilities is reported in the digital form, which makes it possible to operationally process, present and assimilate it into the models. The following equipment and instruments allow us to apply new methods and techniques in the ice cover studies: unmanned aircraft systems (UAS), magnetic-resonance ice thickness profiler, ice mass balance buoys, and mobile underwater TV complexes. This paperwork considers the main results of application of different new instruments, methods and technologies at the research «North Pole» drifting stations.

2. Океанологические процессы и особенности распределения гидрологических характеристик в период МПГ в Северном Ледовитом и Южном океанах

2.1 Арктический бассейн

Л.А. Тимохов[48], И.В. Поляков[49], И.А. Дмитренко[50], С.А. Кириллов[51], Н.В. Лебедев[52] Вертикальная термохалинная структура Северного Ледовитого океана в период МПГ2007/2008

Аннотация

Выделены крупномасштабные особенности вертикальной термохалинной структуры Арктического бассейна в период аномальных изменений в Арктике в 2007–2009 гг. и выполнен сравнительный анализ произошедших изменений с историческими данными. Главные черты вертикального термохалинного строения Арктического бассейна и арктических морей в 2007–2009 гг. кардинально не изменились, сохранилось различие кластеров вертикальных профилей температуры и солености Евразийского и Амеразийского суббассейнов. Вместе с тем градации температуры и солености естественных слоев и объемы вод определенных градаций гидрологических характеристик в период 2007–2009 гг. претерпели изменения и в некоторых естественных слоях эти изменения относятся к разряду аномальных. Значительные изменения произошли в поверхностном слое океана. Летние процессы 2007 г. в поверхностном слое оказались экстремальными, и они сформировали значительные как положительные, так и отрицательные аномалии температуры и солености на большей части акватории Арктического бассейна и арктических морей. Потепление вод атлантического происхождения в Евразийском суббассейне оказалось самым значительным за весь исторический период океанографических наблюдений в СЛО. Общий объем атлантических вод с температурой выше 0 °С и соленостью более 34,6 ‰ в 2007 г. вырос на 22 % по сравнению с 1970–1979 гг. В то же время внутри атлантической водной массы произошло изменение парциальных объемов вод для разных градаций температуры. Изменения коснулись и более глубоких слоев. Объем нижних промежуточных вод с температурой от −0,4 °С до 0 °С и соленостью более 34,6 ‰ в 2007 г. уменьшился на 30 %. Нижележащие донные воды стали несколько теплее и менее солеными.

Введение

Термохалинная структура Северного Ледовитого океана (СЛО) является важнейшим показателем его состояния. При отсутствии систематических наблюдений за течениями на различных глубинах всего океана, данные по температуре и солености являются единственно измеряемыми параметрами СЛО, на основании которых можно составить представление о циркуляции вод (Тимофеев, 1957; Никифоров и Шпайхер, 1980; Aagaard, Swift, Carmack, 1985), произвести верификацию гидродинамических моделей (Holloway et al., 2007), получить оценки климатической изменчивости СЛО и его отдельных районов (Никифоров и Шпайхер, 1980; Polyakov et al., 2004, Polyakov et al., 2008).

Атмосферные процессы в Арктике в период МПГ 2007/08 стали одной из главных причин экстремального сокращения площади ледяного покрова в летний период, аномального распреснения и прогрева морской воды на освободившейся ото льда акватории Арктического бассейна и арктических морей (Фролов и др., 2009). Эти обстоятельства ставят актуальной задачу оценки вариаций температуры и солености воды в СЛО и установления масштабов изменений термохалинной структуры в целом. Большой массив океанографических данных, собранный в 2007–2009 гг., позволяет составить достаточно полное представление о термохалинном состоянии СЛО в период МПГ 2007/08 и оценить изменения температуры и солености, произошедшие в водных колонках океана от поверхности до дна.

При исследовании вертикальной термохалинной структуры используются понятия водных масс и термохалинный (ТС) анализ. Исследованию строения СЛО и определению водных масс (структурных зон) СЛО посвящено много публикаций (Ширшов, 1938; Тимофеев, 1948, Никифоров и Шпайхер, 1980; Aagaard, Swift, Carmack, 1985). По современным представлениям (Никифоров и Шпайхер, 1980) в строении Арктического бассейна выделяются четыре основные структурные зоны: поверхностная, промежуточная, глубинная (воды атлантического происхождения) и донная. Воды каждой зоны имеют характерные значения океанографических характеристик (температуры, солености, плотности, гидрохимических показателей) и пределы изменения параметров, которые в совокупности и составляют параметры конкретной структурной зоны.

Поверхностная структурная зона включает холодные, наиболее распресненные воды и располагается от поверхности до скачка плотности (первый экстремум второй производной плотности по глубине) на глубинах 15–50 м в зависимости от сезона. Этот слой, наиболее однородный по вертикали, занимает всю акваторию бассейна. Температура воды в слое преимущественно отрицательная, причем в зимнее время близка к температуре замерзания, и изменяется незначительно (от –1 °С до –1,7 °С). В противоположность температуре, соленость поверхностного слоя варьирует в больших пределах. В Амеразийском суббассейне поверхностный слой более распреснен (соленость составляет 29–32 ‰), чем в Евразийском суббассейне (соленость составляет 31–34,5 ‰). Такое отличие является следствием различных региональных условий ледообразования и таяния льда, поступления материковых вод и особенностей циркуляции вод и льдов в регионе.

Промежуточная структурная зона располагается между поверхностным слоем и слоем атлантических вод на глубинах от 15–50 м до 100–200 м. Верхняя граница располагается, как указано выше, на глубине первого изгиба профиля плотности, а нижняя граница условно проходит на глубине положения второго изгиба профиля плотности (второй экстремум второй производной плотности по вертикальной координате) и располагается близко к нулевой изотерме. В промежуточной структурной зоне располагается главный пикноклин АБ. В Евразийском суббассейне промежуточные воды составляют переходную зону от распресненных и холодных поверхностных вод к теплым и соленым атлантическим водам. Периодически здесь наблюдаются прослойки более холодных и сравнительно соленых вод, составляющих так называемый холодный халоклин. Холодный халоклин составляют воды, образующиеся в окраинных районах суббассейна в результате охлаждения и осолонения при ледообразовании и распространяющиеся вглубь бассейна иногда на значительное расстояние, так называемые «шельфовые воды» (Никифоров и Шпайхер, 1980). Но в центральной части суббассейна холодный халоклин может формироваться и в результате зимней конвекции. В Амеразийском суббассейне промежуточные воды наблюдаются на всей акватории и состоят из нескольких прослоек: из шельфовых вод, тихоокеанских вод летнего (летние тихоокеанские воды) и зимнего (зимние тихоокеанские воды) происхождения (Никифоров и Шпайхер, 1980).