ДОЛГОВРЕМЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ТЕЧЕНИЙ В ЗОНЕ СУБАРКТИЧЕСКОГО ФРОНТА АТЛАНТИЧЕСКОГО ОКЕАНА

  • А. К. Амбросимов Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН
  • Н. А. Дианский Государственный океанографический институт им. Н.Н. Зубова
  • А. А. Клювиткин Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН
  • В. А. Мельников Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН
DOI: 10.29006/1564-2291.JOR-2019.47(2).15
Ключевые слова: Северо-Атлантическое течение, Субарктический фронт, Исландский бассейн, хребет Рейкьянес, придонные течения, температура поверхности океана, аномалии уровня моря, геострофические течения, долговременные колебания, мезомасштабная изменчивость

Аннотация

На основе временных рядов скорости течений и температуры, по измерениям в период с июня 2016 г. по июль 2017 г., в трех точках в зоне Субарктического фронта Атлантики, наряду с использованием многолетних (с 1993 г. по настоящее время) спутниковых данных зондирований поверхности океана, изучаются многомасштабные вариации течений на поверхности океана и придонные течения над западным и восточным флангами хребта Рейкьянес, а также вблизи поднятия Хэттон, на плато Роколл. При постановке и снятии буйковых станций были проведены также гидрологические зондирования от поверхности до дна с отсчетами через 10 м. С использованием данных банка гидрологических станций (WOD13), спутниковых массивов температуры поверхности океана (ТПО) (Pathfinder), многолетних рядов уровня моря и геострофических скоростей (AVISO), а также рельефа дна (модель ETOPO-1) определены особенности долговременных циклических колебаний ТПО, уровня моря, геострофических течений на поверхности океана в приполярном регионе Атлантики. Показано, что соответственно крупномасшабной термохалинной структуре Субарктического фронта, на поверхности океана обнаруживаются две ветви Северо-Атлантического течения, одна из которых направлена от поднятия Хэттон в сторону Исландско-Фарерского поднятия, а другая – вдоль западного склона хребта Рейкьянес, к Исландии. Для первой ветви, которая является главным продолжением Северо-Атлантического течения, определен средний (за 25 лет) дрейф вод со скоростью 9.1±0.1 см/c, на северо-восток. Во второй ветви, которая образует восточную часть Субарктического циклонического круговорота, средний дрейф вод со скоростью 4.0±0.1 см/c направлен на север-северо-восток. В промежуточных водах фронтальной зоны наблюдается средний перенос вод со скоростью 2.7±0.1 см/c на север-северовосток, вдоль восточного склона хребта Рейкьянес. За счет разномасштабных составляющих изменчивости, средняя плотность кинетической энергии (ПКЭ) течений суммарных поверхностных течений (109, 45, 97 (±3) эрг/см3) в точках постановки буйковых станций (с востока на запад) намного превышает энергию среднего дрейфа. Придонные течения на флангах хребта Рейкьянес направлены обратно течениям на поверхности океана. Вне Субарктического круговорота, в первой ветви Северо-Атлантического течения, направление среднего переноса сохраняется от поверхности океана до дна. Средняя (за год) ПКЭ течений около дна – 31, 143, 27(±3) эрг/см3, соответственно для трех станций, с востока на запад. В зоне промежуточных вод фронтальной зоны, на восточном склоне хребта Рейкьянес, имеет место мощный реверсивный (относительно Северо-Атлантического течения) придонный поток вод на юго-запад, с большой средней скоростью ~ 15 см/с. ПКЭ течений в течение года изменяется в широких пределах: от нуля до ~ 600 эрг/см3. Общая изменчивость обусловлена циклическими вариациями и перемежаемостью («вспышками») течений. Выделяются многолетние циклы, сезонные колебания, синоптические флуктуации с периодами в интервале 30–300 суток, а также инерционные колебания и полусуточные приливные волны. Перемежаемость колебаний частично связана с изменениями низкочастотных течений, которые могут приводить к доплеровскому сдвигу частоты циклических составляющих спектра. Амплитуда флуктуаций температуры в придонном слое за год составила по средне-квадратическому отклонению (0.07–0.10)±0.01°C. Сезонный ход придонной температуры не обнаруживается. Заметен линейный тренд с потеплением на ~ (0.10–0.15)±0.01°С за год.

Литература


  1. Алексеев Г.В. Исследования взаимодействия океана и атмосферы в северной полярной области по программам крупномасштабных натурных экспериментов «НЭВ», «ПОЛЭКС-СЕВЕР», «РАЗРЕЗЫ» в 1960–1980-е годы // Проблемы Арктики и Антарктики. 2014. № 1(99). C. 41–52.

  2. Вязилова А.Е., Алексеев Г.В., Смирнов А.В. Связь термохалинных аномалий в северозападной Атлантике и Северо-европейском бассейне с колебаниями климата // Проблемы Арктики и Антарктики. 2014. № 3(101). C. 48–61.

  3. Дианский Н.А., Володин Е.Н., Гусев А.В. Воспроизведение современного климата в совместной модели общей циркуляции атмосферы и океана // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2010. T. 46. № 4. С. 448–466.

  4. Марчук Г.И., Кондратьев К.Я., Козодеров В.В., Саркисян А.С., Хворостьянов В.И. Энергоактивные зоны: концептуальные вопросы // Итоги науки и техники. Сер. Атмосфера, Океан, Космос, программа Разрезы. 1989. Т. 10. 240 c.

  5. Мельников В.А. Особенности разномасштабных вариаций в геофизических сплошных средах // Процессы в геосредах. М.: ИПМех. РАН, 2015. T. 2. № 3. C. 49–61.

  6. Нестеров Е.С. Североатлантическое колебание: атмосфера и океан // М.: Триада, 2013. 144 c.

  7. Сарафанов А.А., Фалина А.С., Соков А.В. Многолетние изменения характеристик ициркуляция глубинных вод на севере Атлантического океана: роль региональных и внешних факторов // ДАН. 2013. Т. 450. № 4. С. 470–473.

  8. Саркисян А.С. Крупномасштабные океанографические эксперименты // Вестник АН СССР. 1983. № 10. С. 83–89.

  9. Berx B., Payne M.R. The Sub-Polar Gyre Index – a community data set for application in fisheries and environment research // Earth System Science Data. 2017. Vol. 9. P. 259–266.

  10. Bower A.S., Le Cann B., Rossby T., Zenk W., Gould J., Speer K., Richardson P.L., Prater M.D., Zhang H.M. Directly measured mid-depth circulation in the northeastern North Atlantic Ocean // Nature. 2002. Vol. 419. P. 603–607.

  11. Broecker W.S. The biggest chill // Natural History. 1987. Vol. 96. P. 74–82

  12. Broecker W.S. The great ocean conveyor // Oceanography. 1991. Vol. 4. No. 2. P. 79–89.

  13. Broecker W.S., Peng T.H. Tracers in the Sea // Eldigio Press, Palisades, New York. 1982. 690 p.

  14. Buckley M.W., Marshall J. Observations, inferences, and mechanisms of Atlantic Meridional Overturning Circulation variability: A review // Rev. Geophys. 2016. Vol. 54. P. 1–59.

  15. Cunningham S., Baringer M., Johns B., Toole J., Osterhus S., Fischer J., Piola A., McDonagh E. The Present and Future System for Measuring the Atlantic Meridional Overturning Circulation and Heat Transport // In: Proceedings of OceanObs’09: Sustained Ocean Observations and Information for Society (Vol. 2). Venice, Italy, 21–25 September 2009, Hall J., Harrison D.E., Stammer D., Eds. ESA Publication WPP–306, 2010. P. 1–16.

  16. Cunningham S.A., Kanzow T.O., Rayner D., Barringer M.O., Johns W.E., Marotzke J., Longworth H.R., Grant E.M., Hirschi J.J.M., Beal L.M., Meinen C.S., Bryden H.L. Temporal variability of the Atlantic meridional overturning circulation at 26.5°N // Science. 2007. Vol. 317. P. 935–938.

  17. Daniault N.,Mercier H., Lherminier P., Sarafanov A., Falina A., Zunino P., Pérez F.F., Ríos A.F., Ferron B., Huck T., Thierry V., Gladyshev S. The northern North Atlantic Ocean mean circulation in the early 21st century // Progress in Oceanography. 2016. Vol. 146. P. 142–158.

  18. Diansky N.A., Sukhonos P.A. Multidecadal Variability of Hydro-Thermodynamic Characteristics and Heat Fluxes in North Atlantic // Physical and Mathematical Modeling of Earth and Environment Processes. 2018. P. 125–137.

  19. Dickson R., Boscolo R. The Arctic-Subarctic Ocean Flux Study (ASOF): Rationale, Scope and Methods // CLIVAR Exchanges. 2002. No. 25. P. 1–2.

  20. Dickson R.R., Meincke J., Rhines P. Arctic Sub-Arctic Ocean fluxes: Defining the role of the Northern Seas in Climate // Springer. 2008. 734 p.

  21. Hurrell J.W., Visbeck M., Busalacchi A., Clarke R.A., Delworth T.L., Dickson R.R., Johns W.E., Koltermann K.P., Kushnir Y., Marshall D., Mauritzen C., McCartney M.S., Piola A., Reason C., Reverdin G., Schott F., Sutton R., Wainer I., Wright D. Atlantic climate variability and predictability: a CLIVAR perspective // J. Climate. 2006. Vol. 19. No. 24. P. 5100–5121.

  22. Kanzow T., Zenk W. Structure and transport of the Iceland Scotland Overflow plume along the Reykjanes Ridge in the Iceland Basin // Deep-Sea Research, part I. 2014. Vol. 86. P. 82–93.

  23. Kanzow T.O., Cunningham S.A., Rayner D., Hirschi J.J.M., Johns W.E., Barringer M.O., Bryden H.L,. Beal L.M., Meinen C.S., Marotzke J. Flow compensation associated with the MOC at 26.5°N in the Atlantic // Science. 2007. Vol. 317. P. 938–941.

  24. Lavender K.L., Davis R.E., Owens W.B. Mid-depth circulation observed in the interior Labrador and Irminger Seas by direct velocity measurements // Nature. 2000. Vol. 407. P. 66–68.

  25. Lavender K.L., Owens B.W., Davis R.E. The mid-depth circulation of the subpolar North Atlantic Ocean as measured by subsurface floats // Deep Sea Res. Part I. 2005. Vol. 52. P. 767–785.

  26. Lozier M.S., Bacon S., Bower A.S., Cunningham S.A., Femke de Jong M., de Steur L., de Young B., Fischer J., Gary S.F.,Greenan B.J.W., Heimbach P., Holliday N.P., Houpert L.M.E., Johns W.E., Johnson H.L., Karstensen J., Li F., Lin X., Mackay N., Marshall D.P., Mercier H., Myers P.G., Pickart R.S., Pillar H.R., Straneo F., Thierry V., Weller R.A., Williams R.G., Wilson C., Yang J., Zhao J., Zika J.D. Overturning in the Subpolar North Atlantic Program: A New International Ocean Observing System // Bulletin of the American Meteorological Society (BAMS). 2017. Vol. 98. No. 4. P. 737–752.

  27. Lozier S., Send U., Kanzow T., Marotzke J., Rhein M., Garzoli S., Rintoul S., Sloyan B., Speich S., Talley L., Baehr J., Meinen C., Treguier A.M., Lherminier P. The Present and Future System for Measuring the Atlantic Meridional Overturning Circulation and Heat Transport // In:Proceedings of OceanObs’09: Sustained Ocean Observations and Information for Society (Vol. 2). Venice, Italy. 21–25 Sept. 2009. Hall J., Harrison D.E., Stammer D., Eds. ESA Publication WPP–306, 2010. P. 1–16.

  28. Marzocchi A., Hirschi J.J.M., Holliday N.P., Cunningham S.A., Blaker A.T., Coward A.C. The North Atlantic subpolar circulation in an eddy-resolving global ocean model // Journal of Marine Systems. 2015. Vol. 142. P. 126–143.

  29. Moshonkin S.N., Diansky N.A., Gusev A.V. Influence of the interaction between the Atlantic and the Arctic Ocean on the Gulf Stream // Oceanology. 2007. Vol. 47. Part 2. P. 178–190.

  30. Ott E. Chaos in dynamical systems // Cambridge University Press. 2002. 323 p.

  31. Richardson P.L. On the history of meridional overturning circulation schematic diagrams // Progress in Oceanography. 2008. Vol. 76. P. 466–486.

  32. Sarafanov A., Falina A., Sokov A., Zapotylko V., Gladyshev S. Ship-Based Monitoring of the Northern North Atlantic Ocean by the Shirshov Institute of Oceanology. The Main Results // The Ocean in Motion. Springer Oceanography. M.G. Velarde et al. (eds.). 2018. P. 415–427.

  33. Seager R., Battisti D.S., Yin J., Gordon N., Naik N., Clement A.C., Cane M.A. Is the Gulf Stream responsible for Europe’s mild winters? // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 2002. Vol. 128(586). P. 2563–2586.

  34. Serreze M.C., Holland M.M., Stroeve J. Perspectives on the Arctic’s shrinking sea-ice cover // Science. 2007. Vol. 315. P. 1533–1536.

  35. Smith W.H.F., Sandwell D.T. Global seafloor topography from satellite altimetry and ship depth soundings // Science. 1997. Vol. 277. P. 1957–1962.

  36. Straneo F., Heimbach P. North Atlantic warming and the retreat of Greenland’s outlet glaciers // Nature. 2013. Vol. 504. P. 36–43.

  37. Sutton R.T., McCarthy G.D., Robson J., Sinha B., Archibald A.T., Gray L.J. Atlantic Multidecadal Variability and the U.K. ACSIS Program // Bulletin of the American Meteorological Society. 2018. Vol. 99(2). P. 415–425.

  38. Thompson B.J., Crease J., Gould J. The Origins, Development and Conduct of WOCE // In: Ocean Circulation and Climate: Observing and Modelling the Global Ocean, edited by Siedler G., Church J., Gould J. International Geophysics Series. Academic Press, San Diego. 2001. Vol. 77. P. 31–43.

  39. Treguier A.M., Theetten S., Chassignet E.P., Penduff T., Smith R., Talley L., Beismann J.O., Böning C. The North Atlantic subpolar gyre in four high-resolution models // J. Phys. Oceanogr. 2005. Vol. 35. P. 757–774.

  40. Yeager S.G., Karspeck A., Tribbia G., Teng H.A. decadal prediction case study: Late twentiethcentury North Atlantic Ocean heat content // J. Climate. 2012. Vol. 25. P. 5173–5189

  41. Zhao J., Bower A., Yang J., Lin X., Holliday N.P. Meridional heat transport variability induced by mesoscale processes in the subpolar North Atlantic // Nature Communications 2018. Vol. 9.

  42. Zhao J., Bower A., Yang J., Lin X., Zhou C. Structure and Formation of Anticyclonic Eddies in the Iceland Basin // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2018. Vol. 123. P. 1–19.
Опубликован
2019-07-10
Раздел
Посвящается 90-летию Ю.А. Иванова. Физика океана