АНАЛИЗ T, S-АНСАМБЛЕЙ АТЛАНТИЧЕСКОЙ ВОДНОЙ МАССЫ ЕВРАЗИЙСКОГО БАССЕЙНА АРКТИКИ С ПОМОЩЬЮ КЛАСТЕРНОГО МЕТОДА

  • Д. А. Лыжков Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН
  • Н. В. Журбас Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН
  • Н. П. Кузьмина Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН
DOI: 10.29006/1564-2291.JOR-2023.51(1).2
Ключевые слова: ветви Атлантической воды, Т, S-ансамбли, кластеры, определение средних T, S-значений водных масс

Аннотация

Для кластерного анализа использовались CTD-данные зондирований вод Евразийского бассейна, выполненные в рамках программы NABOS (Nansen and Amundsen Basins Observing System) в 2002–2015 гг. Для расчетов применялся наиболее популярный метод кластеризации, а именно метод k-средних. Рассматривались два случая: разделение на два и три кластера. Выделенные кластеры, которые объединяли точки на θ, S-диаграммах (θ, S – потенциальная температура и соленость соответственно), удовлетворительно соответствовали θ, S-значениям Фрамовской и Баренцевоморской ветвям Атлантических вод (АВ). Для каждого кластера вычислялись термохалинные характеристики центроидов (центров кластеров), то есть средние значения одновременно температуры, солености и потенциальной плотности каждой водной массы. Термохалинные характеристики центроидов, оцененные по имеющимся данным, полученным в различные годы наблюдения, представлялись в θ, S-координатах и θ, σ-координатах (σ – потенциальная плотность). Дополнительно строились зависимости температуры, солености и потенциальной плотности центроидов от года наблюдения. Итоговые результаты позволили получить оценки средних термохалинных характеристик АВ в разные годы наблюдения и изменчивость этих оценок от года к году. В частности получено, что значения средних термохалинных характеристик АВ свидетельствовали о сильном потеплении и осолонении АВ в 2006–2009 гг. (на разрезах вдоль 126° в. д.), причем отклик на потепление наблюдался во всех кластерах АВ. Дана интерпретация полученных результатов. Рассмотрены подходы к выбору наиболее оптимального метода кластерного анализа. Представлены результаты оценки влияния диапазонов изменчивости температуры и солености в анализируемых CTD-данных на точность определения центроидов.

Литература


  1. Журбас Н. В. О спектрах собственных значений в модельной задаче описания образования крупномасштабных интрузий в Арктическом бассейне (на англ. яз.) // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2018. Т. 11. № 1. С. 40–45. https://doi.org/10.7868/S2073667318010045.

  2. Журбас Н. В. Оценка расхода и термохалинных характеристик атлантических вод в Евразийском бассейне // Метеорология и гидрология. 2019. № 9. С. 38–51. https://doi.org/10.3103/S1068373919090048.

  3. Иванов В. В., Аксенов Е. О. Трансформация Атлантической воды в восточной части котловины Нансена по данным наблюдений и моделирования // Проблемы Арктики и Антарктики. 2013. № 1 (95). С. 72–87.

  4. Кузьмина Н. П. Об одной гипотезе образования крупномасштабных интрузий в Арктичес­ком бассейне // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2016. Т. 9. № 2. С. 15–26.

  5. agaard K. On the deep circulation of the Arctic Ocean // Deep Sea Research Part A: Oce­ano­­graphic Research Papers. 1981. Vol. 28. Iss. 3. P. 251–268. https://doi.org/10.1016/0198-0149(81)90066-2.

  6. Beszczynska-Möller A., Fahrbach E., Schauer U., Hansen E. Variability in Atlantic water temperature and transport at the entrance to the Arctic Ocean, 1997–2010 // ICES Journal of Marine Science. 2012. Vol. 69. Iss. 5. P. 852–863. https://doi.org/10.1093/icesjms/fss056.

  7. Dmitrenko I., Kirillov S., Ivanov V., Woodgate R., Polyakov I., Koldunov N., Fortier L., Lalande C., Kaleschke L., Bauch D., Hölemann J., Timokhov L. Seasonal modification of the Arctic Ocean intermediate water layer off the eastern Laptev Sea continental shelf break // Journal of Geophysical Research. 2009. Vol. 114. Iss. C06010. https://doi.org/10.1029/2008JC005229.

  8. Dmitrenko I. A., Rudels B., Kirillov S. A., Aksenov Y. O., Lien V. S., Ivanov V. V., Schauer U., Polyakov I. V., Coward A., Barber D. J. Atlantic Water flow into the Arctic Ocean through the St. Anna Trough in the northern Kara Sea // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2015. Vol. 120. Iss. 7. P. 5158–5178. https://doi.org/10.1002/2015JC010804.

  9. Kuzmina N., Rudels B., Zhurbas V., Stipa T. On the structure and dynamical features of intrusive layering in the Eurasian Basin in the Arctic Ocean // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2011. Vol. 116. C00D11. https://doi.org/10.1029/2010JC006920.

  10. Pfirman S. L., Bauch D., Gammelsrød T. The northern Barents Sea: water mass distribution and modification // The Polar Oceans and Their Role in Shaping the Global Environment, Geophysical Monograph 85. Hoboken, NJ: American Geophysical Union, 1994. P. 77–94.

  11. Pnyushkov A. V., Polyakov I. V., Ivanov V. V., Aksenov Ye., Coward A. C., Janout M., Rabe B. Structure and variability of the boundary current in the Eurasian Basin of the Arctic Ocean // Deep Sea Research. Part I: Oceanographic Research Papers. 2015. Vol. 101. P. 80–97. https://doi.org/10.1016/j.dsr.2015.03.001.

  12. Pnyushkov A., Polyakov I., Padman L., Nguyen An T. Structure and dynamics of mesoscale eddies over the Laptev Sea. Ocean Science. 2018. Vol. 14. Iss. 5. P. 1329–1347. https://doi.org/10.5194/os-14-1329-2018.

  13. Polyakov I. V., Beszczynska A., Carmack E. C., Dmitrenko I. A., Fahrbach E., Frolov I. E., Gerdes R., Hansen E., Holfort J., Ivanov V. V., Johnson M. A., Karcher M., Kauker F., Morison J., Orvik K. A., Schauer U., Simmons H. L., Skagseth Ø., Sokolov V. T., Steele M., Timokhov L. A., Walsh D., Walsh J. E. One more step toward a warmer Arctic // Geophysical Research Letters. 2005. Vol. 32. L17605. https://doi.org/10.1029/2005GL023740.

  14. Polyakov I. V., Alexeev V. A., Ashik I. M., Bacon S., Beszczynska-Möller A., Carmack E. C., Dmitrenko I. A., Fortier L., Gascard J.-C., Hansen E., Hölemann J., Ivanov V. V., Kikuchi T., Kirillov S., Lenn Y.-D., McLaughlin F. A., Piechura J., Repina I., Timokhov L. A., Walczowski W., Woodgate R. Fate of Early 2000s Arctic Warm Water Pulse // Bulletin of the American Meteorological Society. 2011. Vol. 92. Iss. 5. P. 561–566. https://doi.org/10.1175/2010BAMS2921.1.

  15. Rudels B., Jones E. P., Anderson L. G., Kattner G. On the intermediate depth waters of the Arctic Ocean // The Role of the Polar Oceans in Shaping the Global Climate. Washington, DC: American Geophysical Union, 1994. P. 33–46.

  16. Rudels B., Björk G., Muench R. D., Schauer U. Double-diffusive layering in the Eurasian Basin of the Arctic Ocean // Journal of Marine Systems. 1999. Vol. 21. Iss. 1–4. P. 3–27. https://doi.org/10.1016/S0924-7963(99)00003-2.

  17. Rudels B., Jones E. P., Schauer U., Eriksson P. Atlantic sources of the Arctic Ocean surface and halocline water // Polar research. 2004. Vol. 23. No. 2. P. 181–208. https://doi.org/10.3402/polar.v23i2.6278.

  18. Rudels B., Korhonen M., Schauer U., Pisarev S., Rabe B., Wisotzki A. Circulation and transformation of Atlantic water in the Eurasian Basin and the contribution of the Fram Strait inflow branch to the Arctic Ocean heat budget // Progress in Oceanography. 2015. Vol. 132. P. 128–152. https://doi.org/10.1016/j.pocean.2014.04.003.

  19. Rudels B. Arctic Ocean circulation, processes and water masses: A description of observations and ideas with focus on the period prior to the International Polar Year 2007–2009 // Progress in Oceanography. 2015. Vol. 132. P. 22–67. https://doi.org/10.1016/j.pocean.2013.11.00.

  20. Ruiz-Castillo E., Janout M., Hölemann J., Kanzow T., Schulz K., Ivanov V. V. Structure and seasonal variability of the Arctic Boundary Current north of Severnaya Zemlya // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2023. Vol. 128. Iss. 1. e2022JC018677. https://doi.org/10.1029/2022JC018677.

  21. Schauer U., Muench R. D., Rudels B., Timokhov L. Impact of eastern Arctic shelf waters on the Nansen Basin intermediate layers // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1997. Vol. 102. Iss. C2. P. 3371–3382. https://doi.org/10.1029/96JC03366.

  22. Schauer U., Loeng H., Rudels B., Ozhigin V. K., Dieck W. Atlantic Water flow through the Barents and Kara Seas // Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 2002a. Vol. 49. Iss. 12. P. 2281–2298. https://doi.org/10.1016/S0967-0637(02)00125-5.

  23. Schauer U., Rudels B., Jones E. P., Anderson L. G., Muench R. D., Björk G., Swift J. H., Ivanov V., Larsson A.-M. Confluence and redistribution of Atlantic water in the Nansen, Amundsen and Makarov basins // Annales Geophysicae. 2002b. Vol. 20. Iss. 2. P. 257–273. https://doi.org/10.5194/angeo-20-257-2002.

  24. Walsh D., Polyakov I., Timokhov L., Carmack E. Thermohaline structure and variability in the eastern Nansen Basin as seen from historical data // Journal of Marine Research. 2007. Vol. 65. No. 5. P. 685–714. https://doi.org/10.1357/002224007783649466.

  25. Zhurbas N., Kuzmina N. Variability of the thermohaline structure and transport of Atlantic water in the Arctic Ocean based on NABOS (Nansen and Amundsen Basin Observing System) hydrography data // Ocean Science. 2020. Vol. 16. P. 405–421. https://doi.org/10.5194/os-16-405-2020.
Опубликован
2023-04-10
Выпуск
Том 51 № 1 (2023): Океанологические исследования
Раздел
Физика океана и климат

Передача авторских прав происходит на основании лицензионного договора между Автором и Федеральным государственным бюджетным учреждением науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук (ИО РАН)