Водные массы и типы структуры вод

В данном разделе рассматривается часть моря, расположенная к северу от 40° с. ш., включающая в себя прибрежные (с глубинами менее 200 м) районы. Эта область включает шельфы Татарского пролива (до пролива Лаперуза), Приморья и Хамгена, исключая солоноватые лагуны, лиманы и эстуарии, а также прибойную зону. При этом рассматриваются только процессы, сопоставимые с пространственными масштабами шельфа и сроками существования водных масс. То есть вертикальные масштабы равны десяткам-сотням метров, горизонтальные - десяткам-сотням миль, а временные - месяцам-годам.

Основным методом классификации водных масс принят статистический TS- анализ (Montgomery, 1955). При этом в отличие от традиционного объемного анализа, который с успехом применялся для глубоководных районов Японского моря (Yasui et. al., 1967), при анализе использовался набор площадных двумерных TS-диаграмм для различных горизонтов наблюдений.

При решении вопросов трансформации водных масс процессами смешения использовались варианты классического T,S-анализа: определение индексов водных масс и построение диаграмм (треугольников и четырехугольников) смешения. Этот метод хорошо описан (Мамаев, 1987). В качестве границ между водными массами принимались (Федоров, 1983) линии максимальных градиентов термохалинных (температура и соленость) характеристик. На статистических TS-диаграммах эти зоны отображаются «ложбинами» в поле повторяемости TS-классов.

Статистический TS-анализ в принципе может быть применен как к натурным, так и к климатическим данным. В данной работе для классификации водных масс использовались натурные данные, т.е. результаты конкретных океанографических съемок, при условии, если они были достаточно масштабными и покрывали настолько большие акватории, чтобы по ним можно было судить о характеристиках нескольких водных масс. Большая часть использованных данных получена в экспедициях ТИНРО на судах ТУРНИФ в период 1960 –1990 гг. Съемки в этих экспедициях проводились по стандартной сетке станций с расстояниями между станциями 5-10 миль над изобатами 50, 100, 200 м. Другая особенность материала по шельфу Японского моря состоит в том, что этот район специально исследовался многими мелкими экспедициями. Но несмотря на то, что каждая из них обследовала небольшой участок шельфа, классификация водных масс оказалась возможной при совместном анализе всех этих данных.

Еще одним источником послужили данные северокорейских наблюдений по сетке стандартных разрезов в экономической зоне КНДР в Японском море за 1990-1991гг. Их использование для анализа расположения и характеристики водных масс позволило восполнить недостаток натурных данных по наиболее южной части района исследований - шельфу Хамгена и зал. Чосонман.

Наибольший интерес представляют термохалинные характеристики, наблюденные в июле-сентябре, как отражающие типично летнюю стратификацию. Зимней структуры вод в районе исследований не существует в полном смысле этого понятия, так как она разрушается конвективным перемешиванием.

Наименование	Аббревиатура	Механизм формирования	Основные особенности
Поверхностная прибрежная	ПП	Интенсивный прогрев на мелководьях, распреснение материковым стоком	Высокая температура, низкая соленость, большая сезонная изменчивость
Поверхностная шельфовая	ПШ	Приливное перемешивание, распреснение материковым стоком	Низкая температура, низкая соленость
Поверхностная субарктическая	ПСА	Прогрев поверхности моря	Высокая соленость
Поверхностная субтропическая	ПСТ	Адвекция в потоках теплых течений	Высокая температура, высокая соленость
Подповерхностная субарктическая	ППСА (ХПС)	Зимняя конвекция при низкой солености	Низкая температура, низкая соленость
Подповерхностная субтропическая	ППСТ	Адвекция в потоках теплых течений	Высокая температура высокая соленость
Глубинная шельфовая	ГШ	Зимой: конвекция при низкой солености. Летом: приливное перемешивание	Зимой: низкие температура и соленость. Летом: высокая температура, низкая соленость.
Глубинная япономорская	ГЯ	Механизм не определен	Низкая температура, высокая соленость
Донная шельфовая	ДШ	Льдообразование и конвекция	Температура < 0°C соленость > 34‰

Комбинации перечисленных водных масс по вертикали образуют следующие типы структуры вод:

-прибрежный, образуемый зимой ДШ, а летом ПП или ПП/ХПС (в Татарском проливе);

-шельфовый, образуемый зимой ГШ или ГШ/ГЯ, а летом ПШ/ГШ, ПШ/ГШ/ГЯ, ПШ/ГШ/ХПС или ПШ/ГШ ХПС/ГЯ (в Татарском проливе);

-субарктический, образуемый ПСА/ГЯ;

-субтропический, образуемый ПСТ/ППСТ/ГЯ или ПСТ/ГЯ.

Субтропические воды проникают на шельф северо-западной части моря только летом, обычно в четырех примерно постоянных районах, соответствующих направлению некоторых ветвей теплых течений: на шельф зал. Чосонман (с западной ветвью Восточно Корейского течения), на шельф зал. Посьета или в юго-западную часть зал. Петра Великого (с восточной ветьвью Восточно-Корейского течения), на шельф Приморья между 44-45°с.ш. (с ветвью Цусимского течения, направленной из района Сангарского пролива на северо-запад) и на шельф восточной части Татарского пролива (с основным потоком Цусимского течения). Последний район отличается наиболее мощными вторжениями субтропических вод: с июля по сентябрь они занимают почти весь шельф о. Сахалин к югу от мыса Ла-Манон и могут распространятся на север в виде поверхностных или внутритермоклинных вихрей, а иногда на запад, достигая азиатского шельфа в районе мыса Золотой. Типичное положение различных типов структуры вод на шельфе северо-западной части Японского моря в зимний и летний сезоны представлено на рис. 1, а схема расположения водных масс в вертикальных структурах – на рис. 2. В таблице 3 даны значения характерных температур и соленостей водных масс шельфа.

Рисунок 1 - Положение различных типов вертикальной структуры вод на шельфе Японского моря в зимний (вверху) и в летний (внизу) сезоны. Заштрихованы зоны с шельфовым типом вод

Рисунок 2 - Схема расположения водных масс и типов вертикальной структуры вод на условном разрезе поперек шельфа северо-западной части Японского моря в феврале (вверху) и в августе (внизу). Аббревиатура и название водных масс даны в таблице 2

Рассмотрим роль различных океанологических процессов в формировании отдельных типов вертикальной структуры вод на шельфе северо-западной части Японского моря:

Прибрежный тип. Основным признаком этого типа является большая сезонная изменчивость характеристик поверхностных вод: зимой они наиболее холодные и соленые и представлены типом ДШ, летом – наиболее теплые и распресненные и представлены типом ПП. В разные сезоны состояние прибрежных поверхностных вод определяется разными процессами. Зимой основную роль играет интенсивное льдообразование и термохалинная конвекция, при этом для образования ВП имеет значение не ледовитость района, а количество образуемого там льда, который должен выноситься из района льдообразования отжимными ветрами.

Таблица 3 - Характеристика структур вод и водных масс в северо-западной части Японского моря (числитель – февраль, знаменатель – август)

Структура вод	Водные массы	Глубина залегания, м.	Температура, °С	Соленость, %о
Субтропическая	ПСТ	0-50 0-20
	ППСТ	Отсутствует 30-200
Субарктическая	ПСА	Отсутствует 0-20
	Глубинная	Отсутствует >20
Прибрежная	ПП	Отсутствует 0-20
	ДШ	0-дно Отсутствует
	ППСА	Отсутствует 20-100(дно)
Шельфовая	Зоны конвекции на шельфе	0-дно Отсутствует
	ПШ	Отсутствует 0-20
	ГШ	Отсутствует >200

Примечание. В феврале поверхностная и глубинная водные массы субарктической структуры не различаются по своим термохалинным характеристикам.

Другими необходимыми условиями для формирования ДШ (ГЯ) в ходе интенсивного льдообразования является низкая температура воды, (что обеспечивается низким теплозапасом вод на мелководье) и относительно высокая соленость (что обеспечивается в условиях Японского моря ветровым перемешиванием и прибрежными апвеллингами осенью). В то же время высокая соленость вод, приносимых на шельф юго-западного Сахалина Цусимским течением, не обеспечивает формирование ДШ (ГЯ), т.к. эти воды имеют в течение всего года положительную температуру.

Летом сильно прогретая ПП образуется благодаря слабой тепловой инерции на малых глубинах и сильному распреснению материковым стоком. Поскольку материковый сток в залив Петра Великого значительно меньше, чем в Татарский пролив, а сток с побережья Приморья к востоку от м. Поворотного вообще несущественен, ПП занимает обширную акваторию в Татарском проливе, в меньшей степени распространена в зал. Петра Великого и практически отсутствует на шельфе Приморья за пределами этих заливов. В Татарском проливе прибрежный тип структуры вод может включать ХПС, лежащий непосредственно у дна (Зуенко, 1992 б). На больших глубинах сильный прогрев ПП обеспечивается высокой устойчивостью пикноклина, свяязанной с тем, что поверхностный слой распреснен, а подповерхностный - имеет очень низкую температуру.

Итак, наибольшее значение для формирования прибрежного типа вертикальной структуры вод в Японском море имеют особенности теплового баланса на мелководье, материковый сток и интенсивное льдообразование в условиях повышенной солености, приводящее к термохалинной конвекции. Прибрежный тип занимает верхнюю часть шельфа в районах наличия материкового стока и отсутствия адвекции теплых и соленых вод открытого моря.

Шельфовый тип. Основным признаком этого типа является ослабленная стратификация при пониженной солености. Зимой она обусловлена конвекцией, которая из-за низкой солености перемешиваемых вод происходит при низких температурах в относительно тонком слое и может не достигать дна (Зуенко, 1986). Летом причиной ослабления стратификации является приливное перемешивание (Зуенко, 1992 а), которое в Татарском проливе происходит в условиях значительного влияния материкового стока. В результате неполного приливного перемешивания формируются относительно холодные и распресненные воды ПШ, подстилаемые относительно теплыми и распресненными водами ГШ. В районах с особенно сильным распреснением приливное перемешивание может не достигать поверхности и ПШ перекрываются или замещаются ПП.

Локализация формирования шельфового типа вертикальной структуры вод летом обусловлена взаимодействием процессов, усиливающих стратификацию (прогрев, распреснение поверхностного слоя) и разрушающих ее (приливное перемешивание), а также глубиной места. При прочих равных условиях шельфовый тип вертикальной структуры вод в Японском море занимает среднюю часть шельфа с глубинами не более 150 м, но он вообще не наблюдается в районах, занятых в поверхностном слое сильно распресненными водами (запад и север Татарского пролива) или сильно прогретыми субтропическими водами (шельф Сахалина, за исключением пр. Лаперуза). Зимой шельфовый тип занимает большую часть шельфа северо-западной части Японского моря.

В зоне шельфового типа вертикальной структуры вод наблюдается наиболее сильное из течений северо-западной части Японского моря – Приморское. В потоке этого течения шельфовые воды, в основном ПШ, могут распространяться за пределы районов формирования, в том числе за пределы шельфа. Вместе с тем циркуляция вод на шельфе в ряде случаев препятствует формированию шельфовых вод – при адвекции в районы возможного приливного перемешивания прогретых или распресненных поверхностных вод.

Таким образом, основными процессами, формирующими шельфовый тип вертикальной структуры вод в Японском море, являются приливное перемешивание и конвекция. Кроме того, на формирование вод этого типа оказывают влияние материковый сток и циркуляция вод на шельфе.

Субарктический тип. Субарктический тип структуры вод зимой и летом наблюдается там, где отсутствует влияние вышеперечисленных факторов формирования прибрежного и шельфового типов. Поскольку в Японском море эти факторы действуют на большей части шельфа, распространение субарктических вод ограничено его внешней частью, летом за исключением также районов вторжения на шельф субтропических вод.

Субтропический тип. Проникновение субтропических вод на шельф северо-западной части Японского моря в четырех районах, перечисленных выше, является исключительно следствием особенностей крупномасштабной циркуляции вод. Схема циркуляции постоянна в межгодовом плане, но отличается большой сезонной изменчивостью. Поэтому субтропические воды наблюдаются на шельфе северо-западной части Японского моря только летом и примерно в одних и тех же районах.

Таким образом, формирование различных типов вертикальной структуры вод на шельфе северо-западной части Японского моря происходит благодаря следующим особенностям океанологических процессов на шельфе:

- особенности теплового баланса на малой глубине зимой приводят к возникновению более интенсивной конвекции у побережья, а летом к более сильному прогреву прибрежных вод, и имеют наибольшее значение для формирования прибрежного типа структуры вод;

- материковый сток обуславливает пониженную соленость шельфовых вод зимой и прибрежных и шельфовых вод летом. Однако, являясь одной из отличительных особенностей шельфовых вод, низкая соленость поверхностного слоя препятствует процессу, формирующему их – приливному перемешиванию;

- ветровое перемешивание осенью создает условия для того, чтобы зимой в прибрежных водах льдообразование происходило при более высокой солености, т.е. имеет некоторое значение для формирования вод прибрежного типа зимой;

- приливное перемешивание в Японском море происходит под влиянием материкового стока, особенно сильного в Татарском проливе, и там, где оно все же происходит, обуславливает формирование шельфового типа структуры вод;

- прибрежные апвеллинги обуславливают повышение солености в прибрежных водах осенью, т.е. имеют некоторое значение для формирования прибрежного типа зимой;

- конвекция является основным процессом, формирующим три типа зимней структуры вод, а различия между ними связаны с разной соленостью конвективного слоя: высокой (из-за льдообразования и осеннего осолонения) в водах прибрежного типа, низкой (из-за материкового стока) в водах шельфового типа и соответствующей солености глубинных вод – в водах субарктического типа;

- циркуляция вод обуславливает проникновение в отдельные районы шельфа летом субтропических вод, а также отчасти влияет на распространение на шельфе шельфового типа вертикальной структуры.

Можно заключить, что формирование различных типов вертикальной структуры вод на шельфе северо-западной части Японского моря происходит под воздействием всего комплекса особенностей океанологических процессов на мелководье.