Часть II. Гидрологический режим. Введение
Баренцево море является одним из крупнейших морей СССР, уступая по площади только Берингову и Охотскому (по объему воды — также Японскому и Черному). По географическому положению оно относится к морям Северного Ледовитого океана и полностью лежит в пределах арктического шельфа, однако отличается своеобразием гидрометеорологического режима, которому присущи черты как арктического, так и умеренного физикогеографического пояса. Баренцево море свободно сообщается с соседними. бассейнами на западе, севере и северо-востоке, в нем хорошо развиты процессы горизонтального и вертикального перемешивания, приливные явления, активно протекает взаимодействие с атмосферой. Рельеф дна не способствует формированию изолированных водных масс. Разнообразие гидрометеорологических условий в значительной степени определяется сезонной и межгодовой изменчивостью ледяного покрова. Вместе с тем основные характеристики гидрометеорологического режима моря в современную эпоху довольно устойчивы, что объясняется большой инерционностью крупномасштабных гидрологических процессов и относительным постоянством других влияющих факторов — морфометрии моря, радиационных условий, водного баланса. Антропогенное влияние на физические характеристики водной среды пока невелико по сравнению с другими европейскими морями.
Океанографические исследования Баренцева моря тесно связаны с гидрометеорологическим обеспечением морских отраслей народного хозяйства, среди которых ведущими являются рыбный промысел, морской транспорт, а в последние годы — также и разведка нефтегазовых месторождений на шельфе. Все эти отрасли заинтересованы в сведениях о гидрометеорологическом режиме моря, прогнозах погоды, гидрологических и ледовых условий. Экспедиционные работы и научные исследования, проводимые организациями разных министерств и ведомств, во многих случаях направлены на решение частных прикладных задач и не обеспечивают изучение Баренцева моря как единого географического объекта. С целью координации этих работ в Мурманском филиале ДАНИИ в 1984 г. разработана долгосрочная программа межведомственных комплексных океанографических исследований Баренцева моря (проект «Баренц»). Программа, согласованная со всеми региональными мореведческими учреждениями, предусматривает проведение экспедиционных работ по оптимальной схеме, включающей наблюдения на мезомасштабных полигонах, формирование информационной базы на технических носителях, а также построение общей модели гидрологического режима, которая будет использоваться для разработки качественно новых расчетных и прогностических методов, моделирования экосистемы моря, оценки антропогенных воздействий на бассейн [2].
Сведения о гидрологическом режиме Баренцева моря содержатся в многочисленных статьях, отчетах, атласах, справочниках, неопубликованных фондовых материалах. Среди изданий последних лет следует выделить том «Баренцево море» справочника по гидрометеорологическим условиям шельфа морей СССР [66] и главу «Океанографические факторы формирования биопродуктивности Баренцева моря» в коллективной работе [129]. Однако гидрометеорологическая изученность Баренцева моря остается крайне неравномерной. Недостает научных обобщений по динамике вод, ледовым условиям, гидрологическим фронтам. Слабо изучена во всех отношениях северная часть моря, в других его районах основной объем натурных данных приходится на безледные периоды.
Основным содержанием части II данной монографии является комплексная характеристика гидрологического и ледового режимов Баренцева моря, предназначенная для широкого круга потребителей гидрометеорологической информации. Справочные данные приводятся в сравнительно небольшом объеме, без дублирования имеющейся литературы, хорошо известной специалистам. Значительное место отведено описанию процессов и явлений, а также режимным функциям распределения и другим вероятностным характеристикам гидрометеорологических элементов, детально рассмотрены методы их расчета.
Глава 1 части II содержит историческую справку и обзор современного состояния океанологической изученности моря. В ней показано развитие системы наблюдений, а также сбора и обработки океанологической информации. Представлена оптимизированная схема сети наблюдений, отвечающая требованиям комплексного многоцелевого изучения гидрологического режима моря.
В главах 2—5 рассматриваются гидрофизические поля Баренцева моря и процессы, их формирующие — теплообмен между морем и атмосферой, адвекция тепла течениями, конвективное перемешивание. Режимные характеристики температуры воды, солености и плотности получены на основе статистической обработки данных гидрологических наблюдений за 1936—1981 гг. (около 60 тыс. станций), выполненной во ВНИИГМИ—МЦД. Наряду со средними многолетними и экстремальными значениями гидрометеорологических элементов получены количественные оценки их изменчивости, приводятся результаты корреляционного и спектрального анализа полей температуры воды. Дана классификация водных масс Баренцева моря, показаны сезонные изменения их границ, выявлены Некоторые особенности структуры и изменчивости фронтальных зон.
Вопросы динамики вод Баренцева моря — уровня, течений, ветрового волнения — составляют содержание глав 6—8. Для описания этих элементов режима наряду с результатами обобщения натурных данных широко попользованы расчетные методы. На их основе, в частности, получены сведения об уровенном режиме открытого моря, скорости непериодических течений, режимных функциях распределения высот волн. Рассмотрены методы и результаты расчетов высот волн редкой повторяемости, приведены примеры частотных спектров волн при различных условиях волнообразования.
Глава 9 «Ледяной покров» в значительной степени основывается на результатах экспериментальных исследований, выполненных в МФ ДАНИИ и Мурманскгидромете в 1974—1982 гг. и позволивших впервые получить сведения о ряде динамических и геометрических характеристик ледяного покрова, а также о фиэико-механических свойствах льда. Особое внимание в этой главе уделено изменчивости ледовых условий, оказывающей существенное влияние на гидрофизические поля и динамику вод Баренцева моря. Самостоятельное Научно-прикладное значение имеет раздел, посвященный ледовым условиям плавания, в котором сведения о ледяном покрове изложены применительно к задачам морских транспортных операций.
В работе освещены все характеристики гидрологического и ледового режимов, предусмотренные типовым проспектом, за исключением не подлежащих опубликованию, а также тех, которые для Баренцева моря не имеют практического значения (в частности, солевого баланса). Вместе с тем степень подробности тех или иных разделов неодинакова, что объясняется как различным состоянием изученности элементов режима, так и авторским отношением к изложенному материалу. С наибольшей полнотой представлены те направления, по которым проводились работы Мурманским филиалом ДАНИИ в последние годы. Некоторые взгляды авторов носят дискуссионный характер. По мнению научных редакторов выпуска, это не противоречит задачам данного пособия, которое наряду с апробированными сведениями содержит многочисленные положения, подлежащие дальнейшей проработке.
Источник
БА́РЕНЦЕВО МО́РЕ
В книжной версии
Том 3. Москва, 2005, стр. 43
Скопировать библиографическую ссылку:
БА́РЕНЦЕВО МО́РЕ, окраинное море Северного Ледовитого ок., между берегами Сев.-Зап. Европы, о. Вайгач , архипелагами Новая Земля , Франца-Иосифа Земля , Шпицберген и о. Медвежий . Омывает берега Норвегии и России. Имеет естеств. границы на юге (от мыса Нордкап по берегу материка и по линии мыс Святой Нос – мыс Канин Нос, отделяющей Б. м. от Белого м., далее до прол. Югорский Шар) и отчасти на востоке, где ограничено зап. побережьями о. Вайгач и архипелага Новая Земля, далее линией мыс Желания – мыс Кользат (о. Греэм-Белл). В остальных направлениях границами служат условные линии, проведённые от мыса Сёркапп о. Сёркаппёйа у юж. оконечности о. Зап. Шпицберген: на западе – через о. Медвежий к мысу Нордкап, на севере – по юго-вост. берегам островов архипелага Шпицберген к мысу Ли-Смит на о. Северо-Вост. Земля, далее через острова Белый и Виктория до мыса Мэри-Хармсуорт (о. Земля Александры) и по сев. окраине островов архипелага Земля Франца-Иосифа. На западе граничит с Норвежским морем , на юге – с Белым морем , на востоке – с Карским морем , на севере – с Северным Ледовитым ок. Юго-вост. часть Б. м., в которую впадает р. Печора , из-за своеобразия гидрологич. условий часто называют Печорским морем. Пл. 1424 тыс. км 2 (самое большое по площади в Северном Ледовитом ок.), объём 316 тыс. км 3 . Наибольшая глубина 600 м. Наиболее крупные заливы: Варангер-фьорд, Кольский залив , Мотовский, Печорская губа , Порсангер-фьорд, Чёшская губа . Вдоль границ Б. м. много островов, особенно в архипелаге Земля Франца-Иосифа, крупнейшие – в архипелаге Новая Земля. Береговая линия сложная, сильно изрезана, с многочисл. мысами, заливами, бухтами и фьордами. Берега Б. м. преим. абразионные, реже аккумулятивные и ледяные. Берега Скандинавского п-ова, архипелагов Шпицберген и Земля Франца-Иосифа высокие, скалистые, фьордовые, круто обрывающиеся к морю, на Кольском п-ове – менее расчленённые, восточнее п-ова Канин – гл. обр. низкие и пологие, зап. побережье о. Новая Земля невысокое и холмистое, в сев. части прямо к морю подходят ледники.
Источник
Часть II. Гидрологический режим. 7 Течения и водообмен
7.1. Общая характеристика режима течений
Динамика вод Баренцева моря вносит определяющий вклад в формирование его физических, химических и биологических полей. Она тесно связана с динамикой морских льдов и процессами перемешивания в море. Сведения о характеристиках течений, как мгновенных, так и осредненных за длительные промежутки времени, необходимы для многих практических приложений — навигации, расчетов переноса загрязняющих веществ, литодинамических исследований и др. В последнее время результаты исследований динамики вод, помимо традиционного использования в промысловой океанологии, приобретают возрастающее значение в связи с развитием морского транспорта и геологических работ на шельфе.
На начальном этапе исследований, наиболее полно отраженном в монографии Н. М. Книповича [175], характер циркуляции вод определялся на основании косвенных данных — по распределению температуры, солености и других гидролого-гидрохимических характеристик. Уже в течение века идет процесс накопления натурного материала наблюдений за параметрами, характеризующими динамику вод моря, причем по мере накопления материалов неоднократно предпринимались попытки создания обобщенных моделей динамики вод и расчетов водного баланса.
Инструментальные наблюдения за течениями до 60-х годов оставались эпизодическими и кратковременными и только в период 60—80-х годов после появления вертушек БПВ и разработки технологии постановки автономных буйковых станций (АБС) было получено порядка 200 длительных серий наблюдений за течениями. При этом основная часть наблюдений сконцентрирована в юго-западной части моря, тогда как северная и восточная части освещены лишь отдельными наблюдениями.
Современная изученность режима течений в значительной степени основывается на применении расчетных методов. По результатам расчетов построены известные схемы приливных и постоянных течений (см. п. 7.2, 7.3), на их основе можно оценить изменчивость течений и выявить наиболее общие закономерности циркуляции вод.
Основными факторами, формирующими систему течений Баренцева моря, являются крупномасштабные процессы в системе океан—атмосфера в Северной Атлантике, изменчивость синоптических условий непосредственно над акваторией Баренцева моря, распространение приливной волны из Атлантики в Баренцево море, изменчивость горизонтальной и вертикальной плотностной структуры морских вод, а также сложная морфометрия дна и береговой линии. Моря Северо-Европейского бассейна, куда входит и Баренцево море, по сути дела являются связующим звеном в водообмене между Атлантическим и Северным Ледовитым океанами.
Взаимодействие перечисленных факторов приводит к значительной пространственно-временной изменчивости векторов течений, затрудяющей интерпретацию натурных данных и их сопоставление с результатами расчетов.
На рис. 7.1 показан типичный для Баренцева моря спектр скоростей течений, приведенный в работе [95] со ссылкой на данные Ю. В. Суставова. В спектре наиболее сильно выражена полусуточная приливная составляющая, после ее исключения доминирующими становятся колебания синоптического масштаба с периодом около 4 сут, что соответствует периоду сгонно-нагонных колебаний уровня (см. п. 6.5). Такой характер изменчивости позволяет достаточно обоснованно выделять составляющие суммарного течения и анализировать их по отдельности. Вместе с тем более долгопериодная изменчивость (сезонная, междугодичная) не может быть выявлена непосредственно по данным наблюдений, продолжительность которых, как правило, не превышает 15 сут. Некоторые выводы о ней можно сделать, располагая данными об изменчивости основных режимообразующих факторов.
Наиболее устойчивым проявлением водообмена между Атлантическим и Северным Ледовитым океанами является поступление атлантических вод в Баренцево море через его западную границу. Дальнейшее их распространение зависит от морфометрии морского дна, атмосферных процессов, обусловливающих изменчивость синоптического масштаба, и термохалинных факторов, определяющих устойчивость циркуляции к короткопериодным внешним воздействиям. Данный процесс протекает на фоне упорядоченных приливных движений, под* чиняющихся астрономической периодичности и обусловленных главным образом приливной волной, распространяющейся с запада на восток моря. На прогрессивное перемещение приливной волны оказывают влияние перепады глубин, ледяной покров и другие факторы, поэтому в ряде районов моря изменчивость приливных течений отличается от полусуточной и имеет довольно сложный характер. Скорости приливных течений, как правило, больше, чем постоянных, поэтому при нештормовых условиях в суммарных течениях обычно преобладает приливной компонент.
Условия формирования непериодических течений Баренцева моря довольно подробно рассмотрены в работах [66, 67, 129]. Здесь лишь констатируем, что непериодический компонент суммарных течений (кроме дрейфовых течений) традиционно определялся на Баренцевом море динамическим методом и представляет собой плотностные течения. Завершающим этапом в использовании динамического метода явились последние работы, выполненные в Мурманском филиале ААНИИ совместно с Мурманским управлением по гидрометеорологии (см. п. 7.3).
Однако в штормовых условиях нестационарный компонент суммарного течения может значительно превзойти квазистационарный фон, существовавший до начала шторма. Воздействие циклонов проявляется в сильной изменчивости течений даже в струях основных потоков, что указывает на необходимость учета синоптических процессов при анализе и прогнозе реальных движений вод независимо от масштаба осреднения. Этот вывод получен также и в работе [165] на основе сопоставления результатов численного моделирования динамики верхнего слоя моря, выполненного в одном случае по осредненному полю атмосферного давления, а в другом — по фактической последовательности синоптических карт.
Сезонная изменчивость системы течений определяется годовым ходом атмосферных и ледово-гидрологических процессов. К осени интенсивность циркуляции вод достигает годового максимума, что связано с увеличением притока атлантических вод в Баренцевом море и циклогенезом над ним. В этот период разрушается сезонный термоклин, и скорости течений выравниваются по вертикали до глубины порядка 200 м. В весенний период вертикальные градиенты скорости начинают расти, достигая максимальных значений к концу лета при наибольшем прогреве вод и ослаблении атмосферной циркуляции.
Количественные характеристики режима течений (как правило, в виде средних многолетних или преобладающих значений скорости и направлений) приведены в ряде справочных пособий [19, 65— 67]. В целом они отвечают потребности обеспечения судовождения и других видов хозяйственной деятельности. Однако в последние годы требования к информации о течениях значительно повысились в связи с задачами морской нефтегазодобычи и предотвращения загрязнения моря. Возникла необходимость в оценках максимальных скоростей течений, в том числе в придонном слое моря, а также в вероятностных расчетах траекторий переноса загрязняющих веществ. Ввиду недостатка натурных данных полное описание режима течений, особенно С учетом штормовых условий, можно получить только на основе численного моделирования. Работа в этом направлении в последние годы ведется достаточно интенсивно [96, 409].
7.2. Приливные течения
Приливные течения являются одной из главных черт динамики вод Баренцева моря. Их скорости и направления следуют той же периодичности, что и приливные колебания уровня.
На рис. 7.2 приводится схема расчетных полусуточных приливных течений в навигационном слое Баренцева моря при средней величине прилива, разработанная в последние годы авторским коллективом в составе Ю. В. Суставова, Г. П. Каминского, В. А. Потанина, В. И. Турчанинова, С. П. Савельевой, Т. А. Эрштадт. Она наглядно иллюстрирует направление и скорости перемещения приливных и отливных потоков. На схеме выделяются четыре условные зоны приливных течений (пронумерованы римскими цифрами): в зоне I генеральные перемещения вод в проливе м. Нордкап — о. Медвежий происходят в направлении северо-восток—юго-запад, что отражает вхождение приливной волны в Баренцево море с запада на приливе и вынос вод в обратном направлении на отливе. Севернее, в проливе о. Медвежий—м. Серкаппе, генеральный перенос вод на приливе-отливе имеет более меридиональный характер (с северо-северо-запада на юго-юго-восток и обратно). В зоне II, охватывающей северную часть Баренцева моря, генеральное перемещение вод на приливе-отливе происходит с востока-юго-востока на запад-северо-запад и обратно. В зоне III, охватывающей центральную и частично южную часть моря, генеральное перемещение вод на стадии прилива происходит от востока-северо-востока на севере с поворотном против часовой стрелки до юго-восточного направления в южной части, а на отливе — наоборот. В зоне IV, относящейся к юго-востоку Баренцева моря, генеральное перемещение вод на фазе, относящейся к приливу в зонах I и III, происходит с юго-востока на северо-запад, а иа фазе отлива в упомянутых зонах — наоборот. Таким образом, явление прилива в юго-восточной части моря происходит в противофазе по отношению к большей части Баренцева- моря
Расчетные скорости приливных течений при средней величине прилива в Баренцевом море могут достигать в открытой части моря 0,2—0,4 уз, в Воронке Белого моря— 1,2—1,3 уз, на юго-востоке — 0,6—0,8 уз, на западной границе моря — 0,6—1,0 уз.
Однако схема на рис. 7.2 отражает лишь общие черты проявления приливных течений на Баренцевом море. Реальный же процесс формирования прилива и отлива и возникающих при этом прилив ных течений более сложен и представлен на рис. 7.3—7.4 с часовой дискретностью. На этих схемах, использовано время приливо-отливного цикла в Екатерининской Гавани — основном уровенном пункте на Баренцевом море. Продолжительность приливо-отливного цикла разделена на двенадцать частей, что соответствует общепринятому в океанологии понятию «водного часа». Фаза прилива пронумерована водными часами от —V (начало прилива в Екатерининской Гавани) до 0 (момент полной воды в Екатерининской Гавани ±1/2 водного часа от этого момента), фаза отлива — от ±1 (начало отлива) до ±V I 1/4 (момент малой воды). По принятым представлениям продолжительность всех водных часов равна 1 ч обычного времени, тогда как продолжительность водного часа ±VI 1/4 несколько больше, поскольку общая продолжительность приливо-отливного цикла при полусуточном типе прилива в среднем равна 12 ч 25 мин.
Другая Шкала на этих схемах сбответствует номерам лунных часов, связанных с кульминацией Луны на меридиане Гринвича. Принцип организации этой шкалы идентичен шкале водного времени: 0-й лунный час относится к моменту кульминации Луны ±1/2 лунного часа; продолжительность всех лунных часов равна 1 ч обычного времени, а лунный час ±VI 1/4 — несколько больше, так как лунный цикл больше 12 ч.
Приливные течения на фоне прилива в Баренцевом море выражены несколькими зонами, границами между которыми служат линии раздела конвергирующих или дивергирующих потоков. В целом приливная ситуация может быть охарактеризована наличием конвергенции потоков в западной части моря и на юго-востоке, а дивергенции — в центральной и северо-западной частях. Динамика перемещения границ раздела между зонами на фазе прилива (см. рис. 7.3) сводится к тому, что за 6 ч происходит замена линий раздела с дивергирующими потоками на конвергирующие (и наоборот). Поэтому к моменту полной воды в Екатерининской Гавани (0-й водный час) конвергенция потоков наблюдается в центральной части моря, а дивергенция — на юго-востоке и крайнем севере.
На фазе отлива в Баренцевом море процесс повторяется в том же порядке: возникшая в +1 водный час линия дивергирующих потоков на западе моря постепенно смещается к востоку и северу и замещает линию конвергирующих потоков, в свою очередь смещающуюся к северу. В момент малой воды (водный час ±VI 1/4) дивергирующие потоки занимают центральную часть моря, тогда как конвергирующие— юго-восток и крайний север.
В лунном времени фаза прилива выглядит так:
прилив начинается за час или во время кульминации Луны на меридиане Гринвича и продолжается до ±IV лунного часа. В остальные лунные часы происходит отлив.
Помимо полусуточных приливных течений существуют и другие их разновидности, определяемые характером приливов (рис. 7.5). На схеме показаны значения коэффициента
При Кпр 3 или 95 мм слоя
Количественные оценки водообмена на западной границе и некоторых других сечениях моря ранее были получены В. К. Агеноровым [6 ], В. П. Новицким [262], Н. С. Ураловым [372], Б. П. Кудло [194], В. Н. Морецким и С. И. Степановым [255] и другими авторами. Водообмен с Белым морем рассматривался В. М. Альтшулером и др. [ 12]. Сводка данных о водообмене через новоземельские проливы содержится в отчете ААНИИ (авт. Туранов И. М., рук. Никифоров Е. Г., 1963). Расчеты водообмена на границах моря с использованием многолетних данных океанографических наблюдений на разрезах были выполнены также В. А. Потаниным и др. [129, 286].
Как следует из сопоставления указанных источников, наиболее достоверно устанавливается результирующий водообмен между Баренцевым и Белым морями, составляющий около 230 км 3 /год, что соответствует пресноводному балансу Белого моря. Вместе с тем оценки приходной и расходной составляющих водного баланса Белого моря у разных авторов не совпадают. Так, по данным работы [ п п . поступление воды из Баренцева моря в Белое оценивается примерно в 2200 к м 3 / год , а в обратном направлении — в 2000 км 3 /год, тогда как по данным работы [ 12] — соответственно 5600 и 5400 км 3 /год.
Значения результирующего водообмена на западной границе моря, рассчитанные с использованием динамического метода, составляют, по разным источникам, от 49 до 74 тыс. км 3 /год (в ряде случаев они относятся только к створу м. Нордкап— о. Медвежий, на который приходится основной приток атлантических вод, тогда как данные о водообмене между о. Медвежий и Шпицбергеном противоречивы [129]). По расчетам В. Н. Морецкого и С. И. Степанова [2551, которые получили низшую из указанных оценок, сезонная изменчивость водообмена выражена слабо (средние месячные значения в феврале—июле составляют около 3.5 тыс. км 3 , в августе—январе — около 4,5 тыс. км 3 ) , а межгодовая довольно значительна (за 1946— 1968 гг. расходы изменялись от 23,2 тыс. км 3 в 1948 г. до 72,6 тыс. км 3 в 1959 г.).
Б. П. Кудло [194] выполнил расчеты водообмена непосредственно по данным измерений течений (изменчивость которых не рассматривалась), получив при этом сложную структуру потоков на граничном разрезе, складывающуюся из нескольких струй противоположных направлений. Отсюда следует, что результирующий перенос может представлять собой малую разность больших величин. Это подтверждается и прямым сопоставлением фактической скорости суммарных течений со средней скоростью результирующего переноса на разрезе м. Нордкап—о. Медвежий, не превышающей 1.5 см/с (см. данные о площадях разрезов в разделе «Физико-географическая характеристика»). Поэтому не исключено, что водообмен, полученный при непрерывном прослеживании течений на граничных разрезах, оказался бы значительно больше, чем рассчитанный по динамическому методу.
Сведения о водообмене в юго-восточных проливах Баренцева моря, полученные непосредственно по результатам измерений течений (ДАНИИ, 1963), подтверждают, что интенсивность водообмена в этом случае оказывается довольно значительной. На западном створе Карских Ворот годовой сток из Баренцева моря в Карское составляет около 20 тыс. км3/год. На проливы Югорский Шар и Маточкин Шар, площади сечений которых на 1—2 порядка меньше, приходится соответственно 350 км 3 и 40 км 3 годового стока в том же направлении.
Наименее достоверны количественные оценки водообмена на северной и северо-восточной границах моря. Так, В. П. Новицким [262] получены очень небольшие значения приходной и расходной составляющих в слое 0—200 м на разрезах м. Желания—о. Сальм и о. Виктория—о. Земля Александры (от 0,6 до 1,15 км 3 /ч или 5—10 тыс. км 3 /год).
Как следует из рассмотренных нами оценок, при объеме моря около 300 тыс. км 3 период обновления его вод составляет около 5 лет. Однако применительно к Баренцеву морю такой расчет очень условен. Хотя многие выводы о средних многолетних и текущих гидрологических условиях моря основываются на представлении об упорядоченных движениях водных масс, реальные траектории водных частиц, вовлеченных в горизонтальные и вертикальные движения разных масштабов, значительно сложнее. Синоптическая и долгопериодная изменчивость течений приводит к тому, что скорость, обновления вод в разных районах моря и в разные периоды времени может значительно отличаться от средней.
Источник