Климатическая структура динамических и температурных фронтов в море Скоша и прилегающих акваториях

Ю. В. Артамонов✉, Е. А. Скрипалева, Н. В. Никольский

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: artam-ant@yandex.ru

Аннотация

Цель. Уточнить пространственную структуру климатических динамических фронтов (стрежней геострофических течений) и оценить связь их положения с положением крупномасштабных температурных фронтов на поверхности в море Скоша и прилегающих акваториях юго-западной части Атлантического сектора Антарктики – цель данной работы.

Методы и результаты. Использовались среднесуточные данные массивов реанализа CMEMS за период 1993–2017 гг. и реанализа NOAA OI SST за период 1982–2017 гг. в узлах регулярной сетки с шагом 0,25°. Реанализ CMEMS содержит значения составляющих геострофической скорости, реанализ NOAA OI SST – значения температуры на поверхности, которые приводились к климатическому виду путем их осреднения для каждого месяца за соответствующие периоды. Положение стрежней течений и температурных фронтов определялось по максимумам составляющих скорости и экстремумам горизонтальных градиентов температуры. Построена уточненная схема среднемноголетнего положения динамических фронтов и показано, что в районах с наиболее выраженными неоднородностями рельефа дна (северная граница Фолклендского плато и шельфа Огненной Земли, границы шельфа Фолклендских о-вов и банки Бердвуд, хребет Шеклтона, свал глубин шельфа Южно-Шетландских о-вов) фронты не изменяют широтное положение во все месяцы. Показано, что на большей части акватории максимумам геострофической скорости (динамическим фронтам) соответствуют экстремумы горизонтальных градиентов температуры (температурные фронты). В поле температуры наиболее четко проявляются Северная и Центральная ветви Антарктического циркумполярного течения. В целом на акватории среднегодовое широтное положение Субантарктического и Антарктического полярного фронтов смещено к югу относительно положения стрежней Северной и Центральной ветвей Антарктического циркумполярного течения на 0,25–0,5° и на 0,25–1° соответственно.

Выводы. Показано, что крупномасштабные струи геострофических течений под влиянием особенностей рельефа дна формируют интенсивные топографические меандры и рециркуляционные ветви, устойчиво проявляющиеся на климатическом масштабе. Ветви системы Антарктического циркумполярного течения под влиянием донной топографии могут сливаться, формируя общие потоки, а затем расходятся, снова образуя систему отдельных струй. Установлено, что основные пространственные особенности фронтальной структуры в поле геострофических скоростей сохраняются в течение всего года и обусловливаются преимущественно донной топографией. Показано, что большинство динамических фронтов четко проявляется в поле температуры на поверхности в течение всех месяцев. Выявлен высокий уровень линейной связи между положением температурных фронтов и стрежней течений, значения коэффициентов корреляции составляют 0,6–0,97.

Ключевые слова

море Скоша, пролив Дрейка, море Уэдделла, температура поверхности океана, спутниковая альтиметрия, горизонтальные градиенты температуры, геострофические течения, рельеф дна

Благодарности

Работа выполнена в рамках государственного задания ФГБУН ФИЦ МГИ по теме № 0555-2021-0004 «Фундаментальные исследования океанологических процессов, определяющих состояние и эволюцию морской среды под влиянием естественных и антропогенных факторов, на основе методов наблюдения и моделирования».

Для цитирования

Артамонов Ю. В., Скрипалева Е. А., Никольский Н. В. Климатическая структура динамических и температурных фронтов в море Скоша и прилегающих акваториях // Морской гидрофизический журнал. 2022. Т. 38, № 2. С. 127–150. EDN OKWWJW. doi:10.22449/0233-7584-2022-2-127-150

Artamonov, Yu.V., Skripaleva, E.A. and Nikolsky, N.V., 2022. Climatic Structure of the Dynamic and Temperature Fronts in the Scotia Sea and the Adjacent Water Areas. Physical Oceanography, 29(2), pp. 117-138. doi:10.22449/1573-160X-2022-2-117-138

DOI

10.22449/0233-7584-2022-2-127-150

Список литературы

  1. Гурецкий В. В. Поверхностные термические фронты в атлантическом секторе Южного океана // Метеорология и гидрология. 1987. № 8. С. 81–89. URL: https://www.researchgate.net/publication/263766610 (дата обращения: 15.02.2022).
  2. Peterson R. G., Stramma L. Upper-level circulation in the South Atlantic Ocean // Progress in Oceanography. 1991. Vol. 26, iss. 1. Р. 1–73. doi:10.1016/0079-6611(91)90006-8
  3. Orsi A. H., Whitworth Th. III, Nowlin W. D. Jr. On the meridional extent and fronts of the Antarctic Circumpolar Current // Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 1995. Vol. 42, iss. 5. P. 641–673. doi:10.1016/0967-0637(95)00021-W
  4. Structure and Seasonal Variability of Large-Scale Fronts in the Southwestern Atlantic and Adjacent Basins of the Antarctica Based on Hydrological and Satellite Data / Yu. V. Artamonov [et al.] // Oceanology. 2005. Vol. 45, iss. 5. P. 617–630.
  5. Sokolov S., Rintoul S. R. Circumpolar structure and distribution of the Antarctic Circumpolar Current fronts: 1. Mean circumpolar paths // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2009. Vol. 114. C11018. doi:10.1029/2008JC005108
  6. Sokolov S., Rintoul S. R. Circumpolar structure and distribution of the Antarctic Circumpolar Current fronts: 2. Variability and relationship to sea surface height // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2009. Vol. 114. C11019. doi:10.1029/2008JC005248
  7. Defining Southern Ocean fronts and their influence on biological and physical processes in a changing climate / C. C. Chapman [et al.] // Nature Climate Change. 2020. Vol. 10. P. 209–219. doi:10.1038/s41558-020-0705-4
  8. Масленников В. В. Климатические колебания и морская экосистема Антарктики. М. : ВНИРО, 2003. 295 с. URL: http://www.atlant.vniro.ru/images/stories/foto_sobitij/sys_inspectirovania_antkom/systema_nau4nogo_nablydenija/ruk_i_spravo4naj_literatura/knigi/Klimati4eskie_kolebania.pdf (дата обращения: 10.02.2022).
  9. Turner J. The El Niño – Southern Oscillation and Antarctica // International Journal of Climatology. 2004. Vol. 24, iss. 1. P. 1–31. doi:10.1002/joc.965
  10. Sallée J. B., Speer K., Morrow R. Response of the Antarctic Circumpolar Current to Atmospheric Variability // Journal of Climate. 2008. Vol. 21, iss. 12. P. 3020–3039. doi:10.1175/2007JCLI1702.1
  11. On the interannual variability of ocean temperatures around South Georgia, Southern Ocean: Forcing by El Niño/Southern Oscillation and the Southern Annular Mode / M. P. Meredith [et al.] // Deep-Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography. 2008. Vol. 55, iss. 18–19. P. 2007–2022. doi:10.1016/j.dsr2.2008.05.020
  12. Sokolov S., Rintoul S. R. On the relationship between fronts of the Antarctic Circumpolar Current and surface chlorophyll concentrations in the Southern Ocean // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2007. Vol. 112. C07030. doi:10.1029/2006JC004072
  13. Fronts and habitat zones in the Scotia Sea / H. Venables [et al.] // Deep-Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography. 2012. Vol. 59–60. P. 14–24. doi:10.1016/j.dsr2.2011.08.012
  14. Large-Scale, Persistent Nutrient Fronts of the World Ocean: Impacts on Biogeochemistry / J. B. Palter [et al.] // Chemical Oceanography of Frontal Zones / Ed. I. M. Belkin. Berlin, Heidelberg : Springer, 2013. 38 p. doi:10.1007/698_2013_241
  15. Lohmann R., Belkin I. M. Organic pollutants and ocean fronts across the Atlantic Ocean: A review // Progress in Oceanography. 2014. Vol. 128. P. 172–184. doi:10.1016/j.pocean.2014.08.013
  16. Немировская И. А., Кравчишина М. Д. Изменчивость концентрации взвеси и органических соединений во фронтальных зонах Атлантического и Южного океанов // Океанология. 2016. Т. 56, № 1. С. 60–69. doi:10.7868/S0030157416010123
  17. Patterson S. L., Sievers H. A. The Weddell-Scotia Confluence // Journal of Physical Oceanography. 1980. Vol. 10, iss. 10. P. 1584–1610. doi:10.1175/1520-0485(1980)0101584:TWSC2.0.CO;2
  18. Артамонов Ю. В., Скрипалева Е. А. Структура и сезонная изменчивость крупномасштабных фронтов Атлантического океана по спутниковым данным // Исследование Земли из космоса. 2005. № 4. С. 62–75.
  19. Артамонов Ю. В., Ломакин П. Д., Скрипалева Е. А. Сезонная и межгодовая изменчивость характеристик Фронта моря Скотия по спутниковым измерениям температуры поверхности океана // Морской гидрофизический журнал. 2008. № 1. С. 66–76.
  20. Артамонов Ю. В., Скрипалева Е. А. Океанографические исследования Морского гидрофизического института в Южном океане // Морской гидрофизический журнал. 2016. № 6. С. 63–73. doi:10.22449/0233-7584-2016-6-63-73
  21. Freeman N. M., Lovenduski N. S., Gent P. R. Temporal variability in the Antarctic Polar Front (2002–2014) // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2016. Vol. 121, iss. 10. P. 7263–7276. doi:10.1002/2016JC012145
  22. Абсолютные геострофические течения в проливе Дрейка по наблюдениям 2003 и 2005 гг. / М. Н. Кошляков [и др.] // Океанология. 2007. Т. 47, № 4. С. 487–500.
  23. Гладышев С. В., Кошляков М. Н., Тараканов Р. Ю. Течения в проливе Дрейка по данным наблюдений 2007 г. // Океанология. 2008. Т. 48, № 6. С. 821–833.
  24. Течения в западной части пролива Дрейка по данным наблюдений в январе 2010 г. / М. Н. Кошляков [и др.] // Океанология. 2011. Т. 51, № 2. С. 197–209.
  25. Течения в проливе Дрейка по данным наблюдений в октябре – ноябре 2011 г. / М. Н. Кошляков [и др.] // Океанология. 2013. Т. 53, № 1. С. 5–16. doi:10.7868/S0030157413010073
  26. Тараканов Р. Ю., Гриценко А. М. Струи Антарктического циркумполярного течения в проливе Дрейка по данным гидрофизических разрезов // Океанология. 2018. Т. 58, № 4. С. 541–555. doi:10.1134/S003015741804010X
  27. Naveira Garabato A. C., Stevens D. P., Heywood K. J. Water Mass Conversion, Fluxes, and Mixing in the Scotia Sea Diagnosed by an Inverse Model // Journal of Physical Oceanography. 2003. Vol. 33, iss. 12. Р. 2565–2587. doi:10.1175/1520-0485(2003)0332565:WMCFAM2.0.CO;2
  28. Southern Ocean fronts: Controlled by wind or topography? / R. M. Graham [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2012. Vol. 117. C08018. doi:10.1029/2012JC007887
  29. Variability of the southern Antarctic Circumpolar Current front north of South Georgia / S. E. Thorpe [et al.] // Journal of Marine Systems. 2002. Vol. 37, iss. 103. P. 87–105. doi:10.1016/S0924-7963(02)00197-5
  30. Артамонов Ю. В., Скрипалева Е. А., Никольский Н. В. Пространственная структура и внутригодовая изменчивость фронта моря Уэдделла по данным реанализа NOAA OISST // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2020. № 4. С. 89–102. doi:10.22449/2413-5577-2020-4-89-102
  31. Наумов Л. М., Гордеева С. М. Боковой перенос тепла и соли в Лофотенском бассейне: сравнение на основе трех баз данных // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2020. Т. 13, № 3. С. 43–55. doi:10.7868/S207366732003003X
  32. Система оперативного моделирования Северного Ледовитого океана и прилегающих к нему акваторий на основе российской модели INMOM-Арктика / В. В. Фомин [и др.] // Арктика: экология и экономика. 2021. Т. 11, № 2. С. 205–218. doi:10.25283/2223-4594-2021-2-205-218
  33. Daily High-Resolution-Blended Analyses for Sea Surface Temperature / R. W. Reynolds [et al.] // Journal of Climate. 2007. Vol. 20, iss. 22. P. 5473–5496. doi:10.1175/2007JCLI1824.1
  34. Niiler P. P., Amos A., Hu J.-H. Water masses and 200 m relative geostrophic circulation in the western Bransfield Strait region // Deep Sea Research Part A. Oceanographic Research Papers. 1991. Vol. 38, iss. 8–9. P. 943–959. doi:10.1016/0198-0149(91)90091-S
  35. Результаты океанографических исследований в западной части пролива Брансфилда в марте 2002 года / Ю. В. Артамонов [и др.] // Украинский антарктический журнал. 2003. № 1. C. 7–16. URL: http://uaj.uac.gov.ua/index.php/uaj/article/view/614/510 (дата обращения: 03.02.2022).
  36. Zhou M., Zhu Y., Dorland R. D., Measures C. I. Dynamics of the current system in the southern Drake Passage // Deep-Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 2010. Vol. 57, iss. 9. P. 1039–1048. doi:10.1016/j.dsr.2010.05.012

Скачать статью в PDF-формате