Статья:

Проявления прибрежного апвеллинга по данным дистанционного зондирования в районе крымского шельфа Черного моря

Конференция: XLV Студенческая международная заочная научно-практическая конференция «Молодежный научный форум: естественные и медицинские науки»

Секция: Науки о Земле

Выходные данные
Щербакова Д.Д. Проявления прибрежного апвеллинга по данным дистанционного зондирования в районе крымского шельфа Черного моря // Молодежный научный форум: Естественные и медицинские науки: электр. сб. ст. по мат. XLV междунар. студ. науч.-практ. конф. № 5(45). URL: https://nauchforum.ru/archive/MNF_nature/5(44).pdf (дата обращения: 25.09.2018)
Лауреаты определены. Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Мне нравится
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
на печатьскачать .pdfподелиться

Проявления прибрежного апвеллинга по данным дистанционного зондирования в районе крымского шельфа Черного моря

Щербакова Дарья Дмитриевна
студент, Филиал Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова, РФ, г. Севастополь
Медведева Алеся Викторовна
научный руководитель, инженер, ФГБУН «Морской гидрофизический институт РАН», РФ, г. Севастополь

 

Случаи апвеллинга регистрируются каждое лето в прибрежном районе Южного берега Крыма. Это явление сопровождается резким снижением температуры вод, что оказывает влияние на окружающую среду. В статье дается характеристика апвеллингов, обнаруженных на спутниковых снимках за период 2014–2016 гг., и подтверждается их зависимость от направления и скорости ветра.

Введение. Апвеллинг представляет собой процесс, при котором происходит вынос глубинных вод на поверхность. Типичным признаком его развития в теплое время года является локальное понижение температуры, отличающееся от температуры окружающих вод на 30С и более.

В прибрежной части Южного берега Крыма (ЮБК) формирование крупномасштабного апвеллинга, имеющего экмановский механизм развития, возможно в период с мая по сентябрь под влиянием ветров северо-западного, западного и юго-западного направлений, чему дополнительно способствуют топографические особенности района (резкий свал глубин вблизи берега). Также в возникновении апвеллинга допускается роль Основного черноморского течения [4]. При ветре северного направления возникает апвеллинг сгонного типа и обычно отличается меньшими масштабами и временем существования [5].

В данной работе рассматриваются выраженные случаи апвеллингов, отдельные их характеристики (районы образования, площади охватываемых вод, связь с направлением ветра) за период гидрологического лета в 2014–2016 гг., выявленные с помощью дистанционного зондирования.

Актуальность. Подъем нижележащих вод оказывает значительное влияние на биотические и абиотические составляющие акватории. Так, этот процесс сопровождается выносом биогенных веществ, что способствует развитию кормовой базы. В то же время, длительное и интенсивное снижение температуры вод приводит к ограничению нереста теплолюбивых видов [3].

Апвеллинг является одним из механизмов водообмена и обновления вод бассейна, что имеет особенное значение для Черного моря – акватории, в котором полная замена вод длится более века. Также замечена связь между возникновением апвеллингов и некоторым усилением засушливости климата прибрежной территории за счет подавления атмосферной конвекции [1]. С точки зрения рекреационного потенциала морских курортов апвеллинги способны выступить в роли негативного фактора: выраженное охлаждение прибрежных вод способно снизить их привлекательность.

Методы и материалы. Выявление апвеллингов в исследуемом районе за период май-сентябрь 2014-2016 гг. проводилось по данным измерений радиометров AVHRR (ИСЗ NOAA) из архива Морского портала МГИ [6]. Так как облачный покров представляет собой непроницаемый барьер для дистанционного зондирования в видимом и инфракрасном спектрах, для анализа отдельных характеристик отрицательных температурных аномалий были выбраны те снимки, на которых рассматриваемое явление обнаруживалось полностью. Оценка направления и скорости ветра в зонах формирования апвеллинга осуществлялась с привлечением данных операционной модели NOMADS, NOAA [7] c 6-часовой дискретностью.

Дополнительно для вычисления площади охватываемых вод и размера холодовых ядер апвеллингов использовалась ГИС MapInfo 12.5.

Обсуждение результатов. С 2014 по 2016 гг. за период май-сентябрь по данным дистанционного зондирования в районе ЮБК было выявлено 11 случаев развития апвеллинга, когда минимальная температура контрастировала с окружающими водами на 30С или более. В 2014 г. наблюдалось 3 случая (2 в июне, 1 в сентябре), в 2015 г. – 5 случаев (1 в мае, 2 в июне и 2 в июле), в 2016 г. – 3 (2 в мае, 1 в июле).

Время существования апвеллингов варьировало от часов (около 8 часов по спутниковым снимкам 15 мая и 25 сентября 2014 г.) до 7 суток (период с 15.05 по 21.05.2016 г.), также значительно различались площади захваченной поверхности и минимальные значения температуры в холодовых ядрах (если таковые возможно было выделить) – зонах с наиболее выраженным охлаждением вод. Отдельные характеристики выявленных апвеллингов представлены в таблице (Табл. 1) ниже.

Возникновение наиболее продолжительных апвеллингов обнаруживается 27 июня 2015 г. и 15 мая 2016 г. В первом случае отследить все изменения температурной аномалии по спутниковым данным не представляется возможным из-за непроницаемого облачного покрова, тем не менее, по отдельным снимкам возможно определить день возникновения, а также то, что явления, начавшиеся 20 июня и 27 июня 2015 г., не являются фазами одного апвеллинга.

Таблица 1.

Характеристики апвеллингов, выявленных по ДДЗ за 2014–2016 гг.

Дата возникновения апвеллинга

Время существования

Минимальная температура (0C)

Температура окружающих вод (0C)

Наибольшая площадь апвеллинга (км2)

15.05.2014 г.

<1 суток

15,5

21-22

634,71

26.06.2014 г.

6 суток

10,0

20-22

2596,08

25.09.2014 г.

<1 суток

10,0

17,5-19

587,98

17.05.2015 г.

4 суток

10,0

14,5-15

2071,02

20.06.2015 г.*

4 суток

16,5

21-23

4441,96

27.06.2015 г.*

7 суток

15,0

20,5-21

3810,11

06.07.2015 г.

3 суток

17,5

21-21,7

241,01

15.07.2015 г.

3 суток

15,0

22,5-23,5

609,94

15.05.2016 г.

7 суток

9,9

15,2-17,1

2493,07

30.05.2016 г.

2 суток

11,5

18,0-18,5

558,79

23.07.2016 г.

3 суток

15,0

23-24

728,59

*Частично (из-за облачного покрова) апвеллинги обнаруживаются 20.06.2015 г. и 27.06.2015 г., достоверно фиксируются с 21.06.2015 г. и 30.06.2015 г. соответственно

 

Начало формирования апвеллинга 15 мая 2016 г. было обнаружено в утренние часы, и его развитие прослеживается до 21 мая 2016 г. включительно. В период появления и первые часы развития явления охлаждение вод равномерное (12,90С при температуре окружающих вод около 160С), холодовое ядро не выделяется, площадь ограничивается 305,6 км2. Возникновение холодового ядра отмечается 15 мая 2016 г. в дневные часы (в 14:57 UTC по ДДЗ), его температура составляет 11,00С, а площадь – 268,5 км2, при том, что площадь охваченных апвеллингом вод на это время возросла до 783,3 км2.

Наименьшее значение температуры наблюдается 16 мая 2016 г. в 19:00 UTC – 9,90С (в холодовом ядре, площадь которого составляет 320,5 км2) при средней температуре вод апвеллинга вне ядра 14,60С (площадь всего апвеллинга равна 794,4км2), а окружающих вод – около 160С (Рис. 1). Этот случай характеризуется не только максимальной продолжительностью существования явления, но и наименьшим зафиксированным по использованным данным дистанционного зондирования значением температуры апвеллинга.

 

Рисунок 1. Апвеллинг в районе ЮБК, зафиксированный инфракрасным радиометром 16.05.2016 г.

 

Тем не менее, наибольшая разница между минимальной температурой ядра и температурой окружающих вод отмечается в 2014 г. во время существования апвеллинга общей продолжительностью 6 дней – с 26 июня по 1 июля. Температура холодового ядра опускается до 10,00С и сохраняется таковой в 2:21 UTC и 3:34 UTC 28 июня 2014 г. при том, что температура поверхности окружающих апвеллинг вод колеблется в пределах 20-210С (Рис. 2).

 

Рисунок 2. Проявление апвеллинга в прибрежной зоне ЮБК 28.06.2014 г.

 

Для всех случаев апвеллинга оценивались скорость и направление ветра в исследуемом районе как в периоды существования температурных явлений, так и в часы, предшествующие их возникновению. В 6 случаях из 11 перед возникновением апвеллинга наблюдался устойчивый ветер северо-западного направления без изменения курса от 11 часов и более. В 2 случаях наблюдался северный ветер и также в 2 – юго-западный. Единожды возникновению апвеллинга предшествовал ветер западного направления (Табл. 2).

Таким образом, во всех случаях наблюдались благоприятные метеорологические факторы для подъема глубинных вод к поверхности: соответствующее направление ветра, отличавшееся длительной устойчивостью и (или) высокие скорости.

Таблица 2.

Скорость и устойчивое направление ветра, зарегистрированные непосредственно перед появлением апвеллингов

Дата возникновения апвеллинга

Продолжительность ветра без смены направления (ч.)

Направление ветра

Максимальная скорость (м/с)

Минимальная скорость (м/с)

15.05.2014 г.

12

С

3,5

2,5

26.06.2014 г.

≈ 2

Ю-З

7

7

25.09.2014 г.

> 24

С-З

12

7

17.05.2015 г.

≈ 13

С-З

4

2

20.06.2015 г.

≈ 14

С

3

2

27.06.2015 г.

> 24

С-З

6

4

06.07.2015 г.

≈ 14

С-З

2,5

1,5

15.07.2015 г.

≈ 11

С-З

6

5

15.05.2016 г.

> 24

Ю-З

6

4,5

30.05.2016 г.

12

З

5,5

3,5

23.07.2016 г.

14

С-З

6

4

 

Продолжительность периодов существования апвеллингов имеет также тесную связь с ветром: развитие явления продолжается при ветре западных румбов или северном, а его угасание – при низких скоростях или смене направления на северо-восточное, восточное, юго-восточное или южное.

Такие ситуации отмечаются при оценке апвеллингов с коротким периодом жизни (2 или менее суток): апвеллинг в сентябре 2014 г. прекратил свое существование на фоне ослабления северо-западного ветра до штиля, а подъем вод июньского апвеллинга 2014 г. и майского 2016 г. завершился при смене ветра на северо-восточный и южный соответственно.

Схожие ветровые условия отмечаются при наблюдении за динамикой продолжительных (время жизни от 6 суток) апвеллингов. В двух случаях (июнь 2015 г. и май 2016 г.) в исследуемом районе перед зарождением явлений преобладал благоприятный устойчивый ветер более 24 часов со скоростями 4–6 м/с, что, вероятно, способствовало высокой интенсивности подъема глубинных вод. В последующие дни формирование апвеллингов также поддерживалось ветрами северо-западного направления (июнь 2015 г.) и западных румбов (май 2016 г.) (Рис. 3 б, в). Ослабление и прекращение существования июньского апвеллинга происходит параллельно со снижением скорости ветра до 1–2 м/с, а затем – до 0 м/с. Роль в угасании майского апвеллинга определяется сменой ветра сначала на южное направление, затем – на юго-восточное.

Более сложная ситуация прослеживается в случае развития июньского апвеллинга в 2014 г. (Рис. 3 а). Ветер перед его появлением сохраняет стабильное направление сравнительно недолго (около 2 часов), хотя и с высокими скоростями – 7 м/с. Тем не менее, в первые сутки существования явления скорость продолжает оставаться высокой (постепенно снижается от 7,5 до 5 м/с), а направление меняется с юго-западного на северо-западное. С 4 дня жизни явления направление вновь изменяется, и до момента исчезновения апвеллинга отмечается ветер преимущественно восточных румбов.

 

Рисунок 3. Повторяемость направления ветра в период существования апвеллингов: а – 26.06–01.07.2014 г., б – 27.06.–03.07.2015 г., в – 15.05–21.05.2016 г.

 

Заключение. Рассмотрены случаи возникновения и формирования апвеллингов на протяжении расширенного лета (май-сентябрь) в течение 2014–2016 гг. в районе Южного берега Крыма. По данным дистанционного зондирования выявлено 11 апвеллингов с продолжительностью существования от 8 часов до 6–7 суток. Выделены основные характеристики – минимальная температура холодового ядра, разница с температурой окружающих вод, наибольшие площади распространения в поверхностном слое, а также – фоновые ветровые условия. Подтвердилось, что появление апвеллинга стимулируется длительно устойчивым ветром северного направления или западных румбов. Время существования исследуемых явлений также определяется ветровыми характеристиками: при ветре благоприятного направления умеренной или высокой скорости развитие апвеллинга продлевается, в противном случаи происходит его угасание.

 

Список литературы:
1. Джиганшин Г. Ф., Полонский А. Б., Музылева М. А. Апвеллинг в северо-западной части Черного моря в конце летнего сезона и его причины // Морской гидрофизический журнал. 2010. №4. С. 45–57.
2. Иванов В.А., Михайлова Э.Н. Апвеллинг в Черном море. – Севастополь: НПЦ «ЕКОСИ-Гидрофизика». – 2008. – С. 92.
3. Климова Т.Н., Загородняя Ю.А., Чекменева Н.И., Доценко В.С. Состояние зоо- и ихтиопланктонных комплексов в бухте Ласпи в 2009–2010 гг. – Заповедники Крыма. Биоразнообразие и охрана природы в Азово-Черноморском регионе. Материалы VI Международной научно-практической конференции (Симферополь, 20–22 октября 2011 г.). – Симферополь, 2011. – С. 297–302.
4. Михайлова Э. Н., Музылёва М. А. Ветровые условия возникновения апвеллинга в северо-западной части Черного моря и у ЮБК // Системы контроля окружающей среды. – 2007. – С. 284.
5. Щуров С. В. и др. Исследование апвеллингов в районе мидийной фермы в бухте Ласпи (Черное море) //Современные рыбохозяйственные и экологические проблемы Азово-Черноморского региона. – 2013. – С. 157.
6. Морской портал ФГБУН «Морской гидрофизический институт РАН» – http://dvs.net.ru.
7. Оперативная модель NOMADS, NOAA - http://www.nomad3.ncep.noaa.gov/.