Ю В Артамонов - Исследование сезонной изменчивости циркуляции вод южной атлантики по данным спутниковой альтиметрии - страница 1

Страницы:
1 

удк 551.46(269.4)

Ю. В.Артамонов

Морской гидрофизический институт НАН Украины, г.Севастополь

ИССЛЕДОВАНИЕ СЕЗОННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ ЦИРКУЛЯЦИИ ВОД ЮЖНОЙ АТЛАНТИКИ ПО ДАННЫМ СПУТНИКОВОЙ АЛЬТИМЕТРИИ

Исследован сезонный цикл течений на поверхности Южной Атлантики по данным спутниковой альтиметрии за период с 1992 по 2002 гг. Показано, что за­падные и восточные течения усиливаются с фазовой разницей в несколько месяцев, тогда как их широтные смещения квазисинхронны. Для течений тропической зоны наблюдается запаздывание сезонного сигнала с запада на восток в среднем на 2 -3 месяца, в полярных широтах оно увеличивается до 6 месяцев.

Успехи в исследовании циркуляции вод Атлантического океана отно­сятся в основном к описанию изменчивости течений Северного полушария и течения Ломоносова. О сезонном цикле ветвей Южного пассатного тече­ния (ЮПТ), Южного экваториального противотечения (ЮЭП), Южного Ат­лантического течения (ЮАТ), ветвей Антарктического циркумполярного течения (АЦТ) известно очень мало [1 - 4]. Это связано, прежде всего, с тем, что в зимний период Южная Атлантика значительно меньше охвачена наблюдениями, чем летом. В последние десятилетия при исследовании цир­куляции вод нашли широкое применение спутниковые измерения уровня океана [4 - 8]. Эти работы базировались в основном на относительно корот­ких (1 - 3 года) рядах наблюдений. В настоящее время накоплен почти 10 летний ряд данных спутниковой альтиметрии. Цель данной работы - ис­следовать сезонную изменчивость аномалий уровня океана и геострофиче­ских течений на поверхности океана на основе современного массива спут­никовых данных по альтиметрии.

Материалы и методика. В работе использованы поля аномалий уровня океана (АУО) с одноградусным осреднением по пространству и с пятиднев­ным интервалом по времени, охватывающие период с ноября 1992 г. по ав­густ 2002 г., представленные на сайте NASA (daаc.jpl.nasa.gov). При расчете полей АУО были учтены все поправки, вносимые методами спутниковой альтиметрии [4]. По пятидневным значениям АУО рассчитаны средние для каждого месяца значений АУО за весь период наблюдений. Скорости на поверхности океана вычислялись по стандартному геострофическому соот­ношению по разностям динамических высот, которые, в свою очередь, вы­числялись как сумма АУО и среднегодовых значений динамических высот, рассчитанных по массиву [9] относительно 1000 м. Расчеты соотношения среднеквадратического отклонения внутригодовой и межгодовой изменчи­вости АУО показали, что сезонный сигнал в зонах интенсивных течений превышает межгодовую изменчивость на большей части акватории Атлан­тики. Это дало основание для надежного выделения сезонного сигнала в осредненных по месяцам за 10 лет аномалиях уровня океана.

Результаты. Распределение АУО в первую половину года указывает на

© Ю. В. Артамонов, 2005

-70   -60   -50   -40   -30   -20   -10    0     10    20    -70   -60   -50   -40   -30   -20   -10    0     10 20

а б

Рис . 1 . Распределение средних АУО (мм) в период 1992 - 2001 гг. в феврале (а) и августе (б).

понижение уровня в Северном полушарии и на его повышение в Южном. Во вторую половину года наблюдается обратное распределение (рис.1). На картах отмечается ряд зонально ориентированных областей аномалий уров­ня океана, вытянутых вдоль крупномасштабных течений. Распределение АУО на широтно-временных развертках показывает ряд экстремумов, свя­занных с повышением и понижением уровня поперек разных течений (рис.2). В годовом цикле прослеживаются меридиональные смещения об­ластей аномалий уровня одного знака, которые согласуются с сезонными смещениями течений, рассчитанными по гидрологическим данным [1]. Се­зонный ход значений АУО на северной и южной границах течений косвенно характеризует величину наклона поперек течения и, тем самым, изменение его интенсивности. По этому признаку максимальная интенсивность Север­ной ветви ЮПТ и Южного экваториального противотечения наблюдается в октябре. Для Центральной ветви ЮПТ максимум интенсивности отмечается в апреле. Качественно такой сезонный цикл течений совпадает с их изменчиво­стью по гидрологическим данным [1]. Сезонный цикл течений воспроизво­дится лучше с привлечением среднегодового уровня океана, рассчитанного по гидрологическим данным. Аналогичный подход был опробован в [5, 6].

Широтные распределения зональной составляющей скорости течений по месяцам показывают, что амплитуды внутригодовых вариаций скорости дос­тигают 20 - 30 см/с в пределах южных тропиков и не превышают 10 - 20 см/с в субтропических и полярных широтах. Сезонный сигнал Северной ветви ЮПТ запаздывает в направлении с востока на запад. Максимальная скорость

Месяцы

ю.пь]

-40     0     40 мм        -40     0      40 -40     0     40 -40     0 40

-40     0     40 -40     0     40 -40     0     40 -40     0 40

-40   0    40 -40   0    40 -40   0    40 -40   0 40

Рис . 2 . Широтное распределение АУО вдоль 30° з.д. по месяцам.

(30 см/c) наблюдается на 10° з.д. в июле, на 30° з.д. - в сентябре (рис.3). В Центральной ветви ЮПТ максимум интенсивности запаздывает в направле­нии с запада на восток. На 30° з.д. максимум скорости (35 см/c) наблюдает­ся в апреле. На Гринвиче максимум скорости (40 см/c) достигается в июле.

Сезонный цикл Южного экваториального противотечения на 20 и 10° з.д. изменяется почти в фазе с ЦВ ЮПТ, достигая максимальных значений скоро­сти (12 см/c) в июле. На 30° з.д. и на Гринвиче его сигнал запаздывает, и мак­симумы скорости наблюдаются в августе и сентябре (15 и 10 см/c соответст­венно). Южная ветвь ЮПТ имеет максимумы скорости на 30° з.д. (14 см/c) и 20° з.д. (9 см/c) в марте, на 10° з.д. и на Гринвиче (9 см/c) - в январе.

В сезонной изменчивости интенсивности ЮАТ наблюдается запазды­вание сигнала с запада на восток почти на полгода. Максимум скорости (20 см/c) на 50° з.д. отмечается в марте. На Гринвиче он уменьшается (8 см/c) и наблюдается в сентябре.

Северная ветвь АЦТ в западной части океана между 50 и 40° з.д. имеет максимум скорости (9 см/c) в октябре. Далее на восток максимум скорости запаздывает и наблюдается в марте на 30° з.д., в апреле на 20 - 10° з.д. и в мае на Гринвиче. Заметное фазовое запаздывание сезонного сигнала наблюдается также в Центральной ветви АЦТ. На западе региона на 50° з.д. максимум скорости (7 см/c) наступает в декабре. Восточнее, он смещается на 30° з.д. на февраль, на 20° з.д. на март, на 10° з.д. на июль и на Гринвиче на август. Таким образом, сезонный сигнал в интенсивности течений субантарктической и по­лярной зон запаздывает в направлении с запада на восток примерно на полгода.

Сезонные смещения стрежней течений, полученные по альтиметрии, согласуются с изменением границ Южного субтропического антициклони­ческого круговорота по гидрологическим данных [10]. В обоих случаях для ЦВ ЮПТ, ЮЭП, ЮВ ЮПТ на 30° з.д. наблюдается одинаковый сигнал с максимальным приближением к экватору в марте и наибольшим отдалени­ем от него в крайнее южное положение в октябре. Течения южной перифе­рии Южного субтропического антициклонического круговорота и полярной

■60 -50 -40 -ЗО -20 -10 О

Рис . 3 . Внутригодовой ход скорости (сплошная линия) и положения стрежней (пунктир) зональных геострофических течений по данным альтиметрии (на врезке: время наступления максимума геострофической скорости для разных течений).

зоны (ЮАТ, СВ и ЦВ АЦТ) занимают крайнее южное положение в первую половину года с марта по май.

Сравнение характеристик течений по спутниковой альтиметрии и гид­рологическим данным показало, что фазы сезонного сигнала большинства течений, полученные по двум независимым базам данных, качественно со­гласуются между собой. Однако абсолютные значения скоростей и широты расположения стрежней течений могут значительно отличаться. Величины скоростей по альтиметрии превышают их абсолютные значения, получен­ные динамическим методом, а стрежни течений по альтиметрии практически во всех случаях располагаются южнее, чем по гидрологическим данным.

Полученные разными методами результаты расходятся: во-первых, из-за погрешностей спутниковой альтиметрии [7 - 8], во-вторых, из-за недос­татков динамического метода, в-третьих, из-за различной обеспеченностиобоих массивов измерениями. Погрешность определения АУО не превыша­ет 3 - 5 см, что существенно меньше перепада уровня океана, достигающего в зоне интенсивных геострофических течений 50 - 70 см [3]. Основной вклад в различия между циркуляцией вод, рассчитанной по гидрологиче­ским данным и по альтиметрии, вносят погрешности динамического метода, который не учитывает баротропную составляющую течений. Известно, что в полярных течениях значительный вклад вносит баротропная составляю­щая, и это может существенно занижать скорости течений, полученных ди­намическим методом. Ошибка может возникать из-за не всегда правильного выбора отсчетной поверхности. В данной работе динамические высоты рас­считывались от отсчетной поверхности 1000 м, несмотря на то, что в тропи­ческой зоне бароклинный сдвиг лучше проявляется в верхнем 500-метровом слое [1, 3], а в полярных широтах он заглубляется до 2000 - 3000 м [3]. Вы­бор разной глубины отсчетной поверхности может изменять поверхностную геострофическую скорость на 30 %. Использование сложных диагностиче­ских моделей, учитывающих баротропную и бароклинную составляющие течений, позволяет минимизировать различия между характеристиками те­чений, полученными по гидрологическим и спутниковым данным [2, 8].

Заключение. Выполненные расчеты показали, что спутниковые данные по альтиметрии, являются хорошим инструментом для исследования сезон­ной изменчивости крупномасштабной циркуляции вод и полученные этим методом фазы сезонного сигнала для большинства течений качественно со­гласуются с результатами по динамическому методу. Использование альти-метрических данных позволило установить, что в тропиках, ближе к Юж­ной Америке, интенсивность западных и восточных течений меняется асин­хронно. Вследствие запаздывания сезонного сигнала в Центральной ветви ЮПТ с запада на восток, ее интенсивность между 20° и 10° з.д. изменяется в фазе с Южным экваториальным противотечением.

В Южной Атлантике во всех течениях, кроме Южной ветви ЮПТ, се­зонный сигнал распространяется с запада на восток, при этом его макси­мальное фазовое запаздывание наблюдается в Южно-Атлантическом тече­нии и в Северной ветви Антарктического циркумполярного течения, со­ставляя в обоих случаях почти 6 месяцев.

Список литературы

1. Артамонов Ю.В., Булгаков Н.В., Ломакин П.Д. Циркуляция вод деятельного слоя Южной Атлантики. Препринт.- Севастополь: МГИ НАНУ, 2001.- 86 с.

2. Didden N., Schott F. Eddies in the North Brazil current retrofletion region observed by GEOSAT altimetry // J. Geophys. Res.- 1993.- 98.- P.20121-20131.

3. Peterson R.G., Stramma L. Upper-level circulation in the South Atlantic Ocean //

Prog. Oceanogr.- 1991.- 26.- P.1-73.

4. Костяной А.Г., Гинзбург А.И., Лебедев С.А., Франкиньюль М., Делиль Б. Фрон­ты и мезомасштабная изменчивость в южной части Индийского океана по аль-тиметрическим данным TOPEX / POSEIDON и ERS-2 // Океанология.- 2003.­43, №5.- C.671-682.

5. Chelton D.B., Schlax M.G., Witter D.L., Richman J.G. Geosat altimeter observations of the surface circulation of the Southern Ocean // J. Geophys. Res.- 1990.- 95, №C10.- P.17877-17903.

6. Le Traon P.Y., Nadal F., Ducet N. An improved mapping method of multisatellite altimeter data // J. Atmos. Oceanic Technol.- 1998.- 15.- P.522-533.

7. Park Y.H., Gamberoni L. Large-scale circulation and its variability in the South Indian Ocean from TOPEX / POSEIDON altimetry // J. Geophys. Res.- 1995.- 100, №C12.- P.24911-23929.

8. Carton J. A., Kats E.J. Estimates of the zonal slope and seasonal transport of the Atlantic North equatorial countercurrent // J. Geophys. Res.- 1990.- C95, №C3.-P.3091-3100.

9. Levitus, S., Boyer, P.T. World ocean Atlas. U.S. CD-ROM Data Sets.- National Oceanographic Data Center, Ocean Climate Laboratory, Washington, D.C, June.-

1994.

10. Артамонов Ю. В. Сезонная динамика крупномасштабных круговоротов, гидро­логических фронтов и поверхностных водных масс в Южной Атлантике // Сис­темы контроля окружающей среды.- Севастополь, 2004.- С.211-213.

Материал поступил в редакцию 12.05.2005 г.

Страницы:
1 


Похожие статьи

Ю В Артамонов - Исследование сезонной изменчивости циркуляции вод южной атлантики по данным спутниковой альтиметрии