Приземное поле давления и воздухообмен над атлантическим сектором Антарктики

Одним из основных направлений повышения благосостояния советских людей, как отмечалось на ХХУ1 съезде партии, является улучшение снабжения населения продуктами питания [2.1 В Продовольственной программе, принятой майским (1982) Пленумом ЦК КПСС, большое внимание уделяется увеличению добычи морских продуктов.

2.2.

Интенсификация усилий добывающего флота, направленная на увеличение вылова, переход от «охоты на рыбу» к ведению рыбного хозяйства, экономические проблемы, сопряженные с промысловыми операциями, требуют целенаправленного исследования гидрологических и метеорологических процессов в океане, имеющих доминирующее влияние на поведение, распределение и доступность объектов промысла.

В рамках научного обеспечения океанического рыболовства метеорологическая информация, как важная составная часть комплексной информации, имеет принципиальное значение. С одной стороны, метеорологические процессы прямо или опосредованно (косвенно) влияют на эффективность всех трудовых операций по освоению биоресурсов океана (навигация, поиск, промысел и т. п.). С другой стороны, нередко именно метеорологическая информация выгодно отличается от биологической, океанографической, промысловой и другой информации в силу большей метеорологической изученности исследуемых регионов, а также более регулярной и оперативной системы сбора, обработки и обмена этой информации [4.18. Особенно важно, что метеорологические процессы влияют (чаще косвенно, через океанографические условия) на все основные биологические аспекты объектов промысла поведение, распределение, урожайность поколений, динамику численности, а также на формирование и эволюцию зон повышенной биологической продуктивности в океане 3.3, 4,1, 5.3, 5.8, 5.19 и др.. С учетом вышесказанного, метеорологическая информация имеет важное и многоцелевое назначение, включая поиск продуктивных зон в океане, краткосрочное и долгосрочное промысловое прогнозирование.

С введением прибрежными государствами 200-мильных экономических зон и резким сокращением в связи с этим традиционных промысловых районов, возникла проблема освоения и широкой рациональной эксплуатации новых районов открытой части Мирового океана, в частности, Атлантического сектора Антарктики.

Специфика промысла в этом районе и относительно малая его изученность ставят перед исследователями задачи обеспечения рыбодобывающего флота надежной гидрометеорологической информацией, необходимой как для ведения промысла, так и для поиска новых перспективных участков лова. С этой точки зрения наиболее важным представляется воссоздание характера циркуляции в поверхностном слое океана: типа циркуляции, основных направлений течений, фронтальных и вергентных зон, поскольку от этих характеристик зависят конкретно условия обитания объектов промысла в Антарктике, тем более, что одним из главных объектов является Eupbausia superba Dana, промысел которого ведется в верхнем слое. Принимая во внимание тот факт, что инструментальные наблюдения по течениям практически отсутствуют, картину циркуляции можно получить только по косвенным признакам, и чаще всего, по метеорологической информации. В этом смысле приземное поле давления может служить исходным материалом для расчета циркуляции.

Учитывая практическое отсутствие внедренных методов прогноза поля температуры поверхности Атлантического сектора Антарктики, основное значение приобретают способы выделения наиболее часто повторяющихся ситуаций, т. е. типовых картин циркуляции вод в поверхностном слое. Исходным материалом для этой цели могут быть соответствующие типовые карты воздушных переносов в приводном слое с выделением траекторий основных барических систем и, прежде всего, циклонов, которые играют решающее значение для определения поля температуры в Антарктике. Как следует из практики, типовые картины синоптических ситуаций, являются во многих случаях почти единственной информацией к прогнозу промысловой обстановки — конечному итогу одного из основных направлений рыб (c)хозяйственных исследований.

Несмотря на определенную изученность атмосферной циркуляции над Южным океаном, до сих пор сохраняется дискуссионный характер ряда вопросов, мало исследованы те аспекты, с которыми связаны динамика вод района, распределение продуктивных зон, ледовая обстановка и другие важные при организации поисковых и промысловых работ характеристики.

В практике морского рыболовства особый интерес представляют и широко используются сведения об областях повышенной повторяемости циклонов, в частности, областях стационирования циклонов, о траекториях и скоростях движения барических образований, количественных характеристиках интенсивности воздушных переносов, типах синоптических ситуаций и связанных с ними условий погоды и т. д.

Вопрос о существовании у берегов Антарктиды областей повышенной повторяемости циклонов в настоящее время приобрел дискуссионную остроту. Наряду с традиционной точкой зрения, по которой такие области судествуют 4.15, 5.120 и др. высказывается альтернативное мнение, базирующееся на спутниковых данных.

5.15 Значимость проблемы выходит за рамки чисто метеорологической: с областями повышенной повторяемости циклонов связаны дрейфовые течения, вынос льдов в более низкие широты, формирование в океане зон повышенной биологической продуктивности и т. п.

В научной литературе не существует также единого мнения о характере распределения траекторий циклонических образований, позволяющих уточнить районы стационирования циклонов и способствующих расчетам более экономичных морских переводов.

Из работы П. Д. Астапенко.

4.4 следует, что основные траектории циклонов над океаном в Южном полушарии — меридиональные,.

5.24 гострого локализованные. Исследования Н. Г. Давыдовой ворят о первостепенности кольцевых траекторий циклонов как в умеренных широтах, так и в субантарктической зоне. Э.П.Лы-саков^5.-56 утверждает, что пути циклонов распределяются равномерно в обширной зоне, но раздельно сгруппировать траектории в умеренных и высоких широтах трудно, а переход циклонов на меридиональные траектории может осуществляться в любом районе.

Большой практический интерес представляют количественные оценки интенсивности переноса массы воздуха в широтном и меридиональном направлениях, поскольку изменение знака направленности атмосферной циркуляции определяет тенденцию изменения гидрологических условий, что, в свою очередь, отражается на промысловой обстановке.

До настоящего времени в литературе отсутствовали достоверные средние многолетние данные, характеризующие интенсивность воздушных переносов над океанами Южного полушария. В немногочисленных работах, как правило, на непродолжительном материале анализируется, в основном, сезонный ход интенсивности циркуляции. Большинство исследователей установили, что интенсивность зональной циркуляции уменьшается летом и в начале зимы и увеличивается в конце зимы — начале весны. Некоторые исследователи выявили существование вторичного максимума зональных переносов в начале осени 5,7, 4,13, 5.54, 5.77 .

По мнению одних авторов, в годовом ходе интенсивности меридиональной циркуляции максимум отмечается зимой, минимумлетом и лета.

5.72. Другие выделяют два максимума: в середине зимы.

5.54, 5.58 и два минимума: в конце зимы — начале весны и в начале осени.

5.54.

Сущность противоречий результатов отдельных авторов, на наш взгляд, заключается в неоднородности и ограниченности исходного материала.

Типизация атмосферных процессов, как метод синоптического обобщения материалов, находится в полном соответствии с положениями диалектического метода исследований. В. И. Ленин в работе «К вопросу о диалектике» писал: «Раздвоение единого и познание противоречивых частей его. есть суть (одна из сущностей, одна из основных, если не основная, особенностей или черт) диалектики» 1,1, с. 316. Типизация предполагает выделение и осреднение в данном районе за исследуемый период всех синоптических ситуаций, характеризующихся каким-либо одним и тем же признаком, выбранным в качестве ведущего.

Существующие типизации атмосферных процессов над океанами в Южном полушарии объединены одним общим свойством: географическим подходом. Исследователи исходят из локализации основных центров действия атмосферы, определяющих направление переноса и условия развития и перемещения циклонических серий. В большинстве случаев 5.27, 5.69 и др. типизация синоптических ситуаций проводилась только для летнего сезона, в других — на непродолжительном материале и для всего Южного океана в целом «в третьих — носила региональный характер [» 5.26 и др. ]. По пространственным и временным масштабам ни одна из существующих типизаций полностью не отвечает требованиям конкретной задачи: типизации синоптических процессов в целях последующего определения гидрологических и промысловых ситуаций в антарктических районах от 70° з.д. до 60° в.д. (районы, в которых проводит рыбохозяйственные исследования Атлантический научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии) для любого времени года.

Кроме того, для Южного полушария не выработаны критерии разделения атмосферных процессов на зональные и меридиональные. Субъективный подход исследователей сказывается на оценке условий циркуляции за тот или иной период. Физически обоснованной оценкой может служить интенсивность переноса массы воздуха в широтном и меридиональном направлениях, которая зависит от распределения давления вдоль меридианов и параллелей и может быть вычислена, в частности, по методике, предложенной А. Л. Кацем.

4.7.

Цель работы состоит в исследовании особенностей приземного барического поля, структуры, интенсивности и изменчивости воздушных переносов, являющихся прямыми или косвенными показателями состояния динамики и структуры вод, для научного обеспечения океанического рыболовства в Атлантическом секторе Антарктики и прилегающих к нему районах (70° з.д. — 60° в.д.).

Для реализации этой цели были решены следующие задачи:

1. На основании 12-летнего ряда ежедневных данных рассчитана месячная и сезонная повторяемость центров циклонов и обосновано существование у берегов Антарктиды областей их ста-ционирования.

2. Исследована внутригодовая изменчивость областей повышенной повторяемости циклонов.

3. Проанализированы статистические характеристики (первые четыре момента распределения) основных параметров циклонов (географических координат, глубины и размеров).

На основе спутниковой информации исследованы особенности перемещения центральных и периферийных частей тыловой границы облачности холодных фронтов.

5. С использованием данных судовых гидрометеорологических наблюдений проверена методика определения направления и скорости ветра в циклонах Южного полушария по спутниковым снимкам.

6. За два летних сезона построены траектории барических образований и проанализирована их скорость.

7.Разработан алгоритм и составлена программа для автоматизированного подсчета индексов циркуляции, предложенных А, ХКацем.

8. Рассчитаны климатические значения интенсивности зональных и меридиональных переносов воздуха у поверхности исследуемой акватории.

9. Исследована пространственно-временная изменчивость показателей атмосферной циркуляции.

10. Выявлен критерий для отнесения определенного синоптического процесса к зональной или меридиональной формам циркуляции.

11. Проведена типизация синоптических ситуаций с помощью количественных показателей и учетом географической локализации основных особенностей барического поля,.

12. Получены и проанализированы количественные характеристики типов: повторяемость, преемственность и продолжительность во времени.

Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю кандидату географических наук, доценту Б. А. Семенчен-ко за общее руководство работой, научному консультанту доктору географических наук В. Н. Яковлеву за ряд ценных советов и обсуждение полученных результатов, кандидату географических наук Р. Б. Абрамову, а также сотрудникам кафедры метеоролргии и климатологии МТУ, принявшим участие в обсуждении работы на разных этапах ее выполнения.

На основании ежедневных синоптических карт Южного полу шария за 12'-.летний период (19б81 975, 1977*1980 гг .), спутни ковых снимков и данных судовых гидрометеорологических наблюде ний за два летних сезона (I979-I980, I98I гг.) автором проведе* но целенаправленное исследование приземного поля давления и (для научного обеспечения океанического рыболовства). Проана лизированы циклоническая деятельность, структура, интенсив ность и изменчивость воздушных переносов на уровне моря, ос новные типы синоптических процессов, являющиеся прямыми или косвенными показателями состояния океана и его экосистемы. В результате анализа циклонической деятельности установ лено существование над Атлантическим сектором Антарктики об ластей повышенной повторяемости циклонических центров. Впервые на основе средних месячных и средних сезонных карт за много летний период исследована пространственная и временная измен чивость климатических циклонов и их интенсивность. Выявлены основные климатические центры, существующие в течение всего года, и второстепенные, носящие сезонный характер. К основным климатическим центрам относятся циклоны, распо лшенные над морями Рисер-Ларсена и Космонавтов, морем Скотия и пр. Дрейка. Первый из них активизируется зимой и весной, два других — летом и осенью. Таким образом, в отличие от результа тов других исследователей, мы обнаружили устойчивость во време ни климатических циклонов над морем Скотия и пр. Дрейка. Второстепенные климатические центры отмечены к западу от.

0. Буве (летом и зимой) и в северо-западной части моря Уэдделла (зимой и весной). Эти области повышенной повторяемости цик лонических центров ранее не были известны. Над восточной частью моря Уэдделла повторяемость цикло нов меньше, чем было установлено предшествующими исследовате лями. Наибольшие значения повторяемости отмечены в переходные периоды. Для этого района характерно наиболее частое стациони рование циклонов. Повторяемость продолжительности пребывания здесь циклонических образований двое и более суток в два раза превышает таковую над морями Рисер-Ларсена и Космонавтов и на порядок больше, чем в других районах повышенной повторяемос ти циклонов. Аналоги приведенных в работе статистических характеристик основных параметров циклонов в научной литературе отсутствуют, Статистика распределения широты и долготы циклонических цент ров подтверждает приуроченность климатических областей повы шенной повторяемости к определенным географическим районам. Сезонные колебания интенсивности циклонической деятельности в целом по району выражены слабо. Наиболее низкое давление в циклонах отмечено весной в районах повышеш-юй циклонической деятельности. В результате анализа особенностей передвижения барических образований в летний сезон выделены четыре группы траекторий. Одна из них, расположенная в квазиширотном направлении к северу отражают перемещения полярнофронтовых циклонов. Кольцевая груп па ориентируется вдоль 50*^ ю. ш., под небольшим углом к ней и испытывает наибольшие изменения во времени. Меридиональные траектории практически не изменяются в течение летнего сезона.депрессий. Четвертая группа траекторий располагается южнее Анализ скорости перемещения барических образований пока зал, что Б течение летнего сезона возрастает повторяемость подвижных антициклонов и малоподвижных депрессий. Для поляр нофронтовых циклонов характерен более широкий диапазон скорос ти перемещения и сдвиг преобладающей скорости в область более высоких значений по сравнению с циклонами антарктического фронта. На основе спутниковой информации впервые (для Южного по лушария) исследованы особенности передвижения центральных и периферийных частей тыловой границы облачности холодных фрон тов. Установлена нестабильность перемещения центральных час тей в отличие от периферийных. Впервые с использованием данных судовых гидрометеорологи ческих наблюдений проверена методика определения направления и скорости ветра в циклонах Южного полушария по спутниковым снимкам. Предварительно сделан вывод об определенном несоот ветствии в Ш квадранте циклона рассчитанных по методике пара метров ветра и наблюденных. До настоящего времени в научной литературе отсутствовали климатические характеристики интенсивности воздушных переносов над океанами Южного полушария. Рассчитанные по методике А, Л"Ка ца на основе ежедневных синоптических карт за 1^ *-летний пери од средние месячные индексы циркуляции позволили детально ис следовать и описать климатическую структуру, интенсивность и изменчивость атмосферных переносов в приземном слое атмосферы. Структура средних многолетних полей атмосферных перено сов хорошо согласуется с характерными особенностями баричес кого поля. В системе зонального воздухообмена господствует западный перенос воздушных масс, обусловленный постоянно существующим меридиональным градиентом давления между субтропическими и Структура меридионального воздухообмена характеризуется наличием климатических областей преобладания южных и северных переносов. Первые формируются на юге под влиянием тыловых час тей климатических депрессий, на севере — передних частей кли матических гребней субтропических антициклонов, вторые опре деляются в южных районах циркуляцией в передних частях цикло нов, в северных — в тыловых частях гребней. В исследуемом В годовом ходе интенсивности зонального воздухообмена и его западной составляющей установлены два максимума (в нача ле осени и весной) и два минимума (летом и в начале зимы).БнутригодоБые изменения интенсивности восточной составляющей циркуляции имеют противоположный характер, Меридиональные переносы в целом по району усиливаются в холодное время года и ослабевают в теплое" При этом, максимум интенсивности приходится на конец зимы-начало весны, минимум ;

на лето. Интенсивность зонального воздухообмена в северной части как правило, усиливается с широтойв восточных районах ло кализована область пониженной интенсивности. В Атлантическом секторе Антарктики зональный и меридио нальный воздухообмен в приземном слое атмосферы имеют один порядок. В северных районах зональный обмен вдвое больше ме ридионального, а в южных — их интенсивности выравниваются. Обнаружены особенности внутригодовой изменчивости струк туры воздушных переносов, В периоды интенсификации зональных переносов область повышенной интенсивности расширяется и сме щается к югу от среднемноголетнего положения, в периоды ос лабления — область сужается и смещается к северу. При усиле нии меридионального воздухообмена область пониженной интен сивности в восточных районах размывается, при ослаблении •;

распространяется на большую площадь. В многолетнем ряду по характеру воздухообмена выделены года-^гомологи: близкие к среднемноголетним, с усилением и ослаблением переносов. Для зональных переносов при их ослаблении выделены года, когда ось зоны максимальных переносов аномально смещается на север в восточных районах, и года, когда это происходит в за падных районах. При усилении меридиональных переносов выделены года с интенсификацией центральной области южных потоков и года с ее смещением в восточные районы и разрушением, вследствие этого, западной области северных потоков. При ослаблении меридиональ ного воздухообмена выделены года с существенным ослаблением центральной области южных переносов и года с ослаблением западной области южных потоков, Таким образом, по характеру среднегодовых полей атмос ферных переносов для зональных переносов выявлено четыре типа полей, для меридиональных пять, На протяжении исследуемого периода атмосферные переносы на уровне моря характеризовались постоянным усилением. В большинстве работ, посвященных типизации барических полей над океанами Южного полушария, авторы ограничивались качественной оценкой атмосферных процессов. Нами установлен количественный • критерий для систематизации форм циркуляции. В результате классификации, проведенной по этому критерию, выявлено повышение повторяемости зональной формы циркуляции от зимы к лету. Обнаружено, что в среднем за год зональные процессы (с общим индексом циркуляции 7<0,бб) незначительно преоблада ют над меридиональными (с общим индексом циркуляции У:^ 0,66), Детализация первой основной классификации по принципу географической локализации особенностей приземного баричес кого поля позволила разделить зональные процессы на два типа, а меридиональные — на пять. Один тип процессов (переходный) характеризует частично зональное или меридиональное состоя ние циркуляции. Зональные типы процессов характеризуются интенсивным западно-восточным переносом. При этом междуширотный обмен воздушных масс ограничен узкой полосой субполярных циклонов. Типы зональной циркуляции различаются широтой расположения пояса циклонических образований, Б переходном типе процессов активная циклоническая дея тельность приводит к нарушению непрерывности субтропического пояса высокого давления. Появляются меридиональные слагающие циркуляции при общем преобладании зонального переноса воздуш ных масс, При меридиональных типах процессов происходит нарушение западно-восточного переноса, усиление циклонической деятель ности и междуширотного обмена воздуха, учащение стациониро вания циклонов. Возрастает вероятность изменения характера процессов в деятельном слое океана. Меридиональные типы про цессов различаются географической локализацией зоны нарушения зонального переноса. По характеру годового хода повторяемости синоптические процессы делятся на летние, зимние и переходных периодов. Средняя продолжительность основных типов синоптических процессов не превышает двух, а максимальная — девяти суток. Продолжительность любого типа возрастает в периоды его наи большей повторяемости. Полученные климатические характеристики структуры, интен*;

сивности, внутригодовои и межгодовой изменчивости характерных особенностей приземного поля давления и воздухообмена могут служить основой целенаправленных промыслово-океанологических исследований в Атлантическом секторе Антарктики и в настоящее время находят практическое применение.