Межгодовая изменчивость термического состояния верхнего квазиоднородного слоя Берингова моря в зимний период
https://doi.org/10.26428/1606-9919-2023-203-601-617
Аннотация
Особенности структуры межгодовой изменчивости термического состояния верхнего квазиоднородного слоя (ВКС) в холодный период года (с декабря по март) на свободной ото льда акватории Берингова моря рассмотрены на основании всех доступных к настоящему времени материалов глубоководных океанографических наблюдений (12 430 станций за период с 1943 по 2022 г.). Впервые (по данным временного коэффициента первой компоненты разложения полей по эмпирическим ортогональным функциям (ЭОФ), отражающей синхронные колебания на всей акватории) выделен статистически значимый линейный тренд, свидетельствующий о потеплении вод ВКС Берингова моря зимой за 1958−2022 гг. По результатам спектрального анализа выделены статистически значимые колебания: у первой компоненты разложения полей по ЭОФ — от квазидвухлетних до 17−20 лет, а у второй — квазидвухлетние и 3–4-летние. Линии полиномиальных трендов первой и второй компонент разложения по ЭОФ свидетельствуют о возможности существования более длительных колебаний (соответственно до 30 и 40 лет). В термическом состоянии ВКС (согласно предложенным критериям) выделены «экстремально холодные», «холодные», «нормальные» и «теплые» годы, а «экстремально теплых» лет выявлено не было.
Ключевые слова
Об авторе
В. А. ЛучинРоссия
Лучин Владимир Александрович, доктор географических наук, ведущий научный сотрудник
690041, г. Владивосток, ул. Балтийская, 43
Список литературы
1. Арсеньев В.С. Течения и водные массы Берингова моря : моногр. — М. : Наука, 1967. — 135 с.
2. Басюк Е.О. Динамика вод и особенности сезонной и межгодовой трансформации низкотемпературных вод северо-западной части Берингова моря // Вопр. промысл. океанол. — 2009. — Вып. 6, № 1. — С. 222–238.
3. Волков А.Ф. Результаты исследований зоопланктона Берингова моря по программе NPAFC (экспедиция «BASIS»). Часть 1. Восточные районы // Изв. ТИНРО. — 2012. — Т. 169. — С. 45–66.
4. Волков А.Ф. Элементарная трофология тихоокеанских лососей в Беринговом море. Видовые и региональные отличия. Обеспеченность пищей при различных условиях среды // Изв. ТИНРО. — 2016. — Т. 187. — С. 162–186. DOI: 10.26428/1606-9919-2016-187-162-186.
5. Давыдов И.В. К вопросу об океанологических основах формирования урожайности отдельных поколений сельди западной части Берингова моря // Изв. ТИНРО. — 1972. — Т. 82. — С. 281–307.
6. Давыдов И.В., Куцых А.Г. Температура ядра холодного промежуточного слоя как прогностический показатель термического состояния вод, прилегающих к Камчатке // Изв. ТИНРО. — 1968. — Т. 64. — С. 301–308.
7. Елисеева И.И., Юзбашев М.М. Общая теория статистики : учеб. / под ред. И.И. Елисеевой. — 5-е изд., перераб. и доп. — М. : Финансы и статистика, 2004. — 656 с.
8. Зуенко Ю.И., Басюк Е.О. Влияние изменений океанологических условий на состав и обилие зоопланктона в наваринском промысловом районе Берингова моря и их значение для российского минтаевого промысла // Изв. ТИНРО. — 2017. — Т. 189. — С. 103–120. DOI: 10.26428/1606-9919-2017-189-103-120.
9. Лучин В.А. Средние многолетние параметры верхнего квазиоднородного слоя Берингова моря (нижняя граница, температура, соленость) и их внутригодовая изменчивость// Изв. ТИНРО. — 2019. — Т. 199. — С. 214−230. DOI: 10.26428/1606-9919-2019-199-214-230.
10. Лучин В.А., Жигалов И.А. Межгодовые изменения типовых распределений температуры воды в деятельном слое Охотского моря и возможность их прогноза // Изв. ТИНРО. — 2006. — Т. 147. — С. 183–204.
11. Лучин В.А., Соколов О.В. Межгодовая изменчивость и возможность прогноза термического состояния деятельного слоя вод Берингова моря // Изв. ТИНРО. — 2007. — Т. 151. — С. 312–337.
12. Плотников В.В. Использование алгоритмов многоцелевой оптимизации при решении задач гидрометеорологических (ледовых) прогнозов // Метеорол. и гидрол. — 1988. — № 8. — С. 57−66.
13. Плотников В.В. Эволюция ледовых условий дальневосточных (Японское, Охотское, Берингово) морей России во второй половине ХХ века // Вестн. ДВО РАН. — 2003. — № 2. — С. 126–133.
14. Привальский В.Е. Климатическая изменчивость (стохастические модели, предсказуемость, спектры) : моногр. — М. : Наука, 1985. — 184 с.
15. Ростов И.Д., Дмитриева Е.В., Воронцов А.А. Тенденции климатических изменений термических условий в прибрежных акваториях западной части Берингова моря и прилегающих районах за последние десятилетия // Изв. ТИНРО. — 2018. — Т. 193. — С. 167–182. DOI: 10.26428/1606-9919-2018-193-167-182.
16. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач : моногр. — М. : Наука, 1979. — 288 с.
17. Фигуркин А.Л. Некоторые особенности формирования и распространения вод ХПС в западной части Берингова моря // Океанологические основы биологической продуктивности северо-западной части Тихого океана. — Владивосток : ТИНРО, 1992. — С. 20–29.
18. Хен Г.В. Пространственно-временная характеристика вод Анадырского залива и прилегающей области шельфа в летне-осенний период // Изв. ТИНРО. — 1999а. — Т. 126. — С. 587–602.
19. Хен Г.В. Межгодовая изменчивость // Гидрометеорология и гидрохимия морей. Т. 10 : Берингово море, вып. 1 : Гидрометеорологические условия. — СПб. : Гидрометеоиздат, 1999б. — С. 101−105.
20. Хен Г.В., Воронина В.Ф. Межгодовые колебания южной границы холодных шельфовых вод восточной части Берингова моря в связи с крупномасштабной синоптической изменчивостью // Тр. ДВНИГМИ. — 1986. — Вып. 125. — С. 10–20.
21. Alexander M.A., Scott J.D. and Deser C. Processes that influence sea surface temperature and ocean mixed layer depth variability in a coupled model // J. Geophys. Res. — 2000. — Vol. 105, № C7. — P. 16823−16842. DOI: 10.1029/2000JC900074.
22. Brainerd K.E. and Gregg M.C. Surface mixed and mixing layer depths // Deep-Sea Res. I. — 1995. — Vol. 42, Iss. 9. — P. 1521–1543. DOI: 10.1016/0967-0637(95)00068-H.
23. Chen D., Busalacchi A.J., Rothstein L.M. The roles of vertical mixing, solar radiation, and wind stress in a model simulation of the sea surface temperature seasonal cycle in the tropical Pacific Ocean // J. Geophys. Res. — 1994. — Vol. 99, Iss. C10. — P. 20345–20359. DOI: 10.1029/94JC01621.
24. de Boyer Montegut C., Madec G., Fischer A.S. et al. Mixed layer depth over the global ocean: An examination of profile data and a profile-based climatology // J. Geophys. Res. — 2004. — Vol. 109, Iss. C12. DOI: 10.1029/2004JC002378.
25. Dickson R.R., Kelly P.M., Colebrook J.M. et al. North winds and production in the eastern North Atlantic // Journ. Plankton Res. — 1988. — Vol. 10, Iss. 1. — P. 151−169. DOI: 10.1093/plankt/10.1.151.
26. Dong S., Sprintall J., Gille S.T., Talley L. Southern Ocean mixed-layer depth from Argo float profiles // J. Geophys. Res. — 2008. — Vol. 113. — P. C06013. DOI: 10.1029/2006JC004051.
27. Eisner L.B., Siddon E.C., Strasburger W.W. Spatial and temporal changes in assemblage structure of zooplankton and pelagic fish in the eastern Bering Sea across varying climate conditions// Изв. ТИНРО. — 2015. — Т. 181. — С. 141−160. DOI: 10.26428/1606-9919-2015-181-141-160.
28. Falkowski P.G., Barber R., Smetacek V. Biogeochemical controls and feedbacks on ocean primary production // Science. — 1998. — Vol. 281, Iss. 5374. — P. 200–206. DOI: 10.1126/science.281.5374.200.
29. Heintz R.A., Siddon E.C., Farley E.V.Jr., Napp J.M. Correlation between recruitment and fall condition of age-0 walleye pollock (Theragra chalcogramma) from the eastern Bering Sea under varying climate conditions // Deep-Sea Res. II. — 2013. — Vol. 94. — P. 150–156. DOI: 10.1016/j.dsr2.2013.04.006.
30. Holte J., Talley L.D. A new algorithm for finding mixed layer depths with application to Argo data and subantarctic mode water formation // J. Atmos. Oceanic Technol. — 2009. — Vol. 26. — P. 1920–1939. DOI: 10.1175/2009JTECHO543.1.
31. Jang C.J., Park J., Park T., Yoo S. Response of the ocean mixed layer depth to global warming and its impact on primary production: a case for the North Pacific Ocean // ICES J. Mar. Sci. — 2011. — Vol. 68, Iss. 6. — P. 996–1007. DOI: 10.1093/icesjms/fsr064.
32. Jo C.O., Lee J.Y., Park K.A. et al. Asian dust initiated early spring bloom in the northern East/ Japan Sea // Geophys. Res. Lett. — 2007. — Vol. 34. — P. L05602. DOI: 10.1029/2006GL027395.
33. Kara A.B., Rochford P.A., Hurlburt H.E. An optimal definition for ocean mixed layer depth // J. Geophys. Res. — 2000. — Vol. 105, Iss. C7. — P. 16803–16821. DOI: 10.1029/2000JC900072.
34. Kara A.B., Rochford P.A., Hurlburt H.E. Mixed layer depth variability over the global ocean // J. Geophys. Res. — 2003. — Vol. 108, Iss. C3. DOI: 10.1029/2000JC000736.
35. Luchin V.A., Menovshchikov V.A., Lavrentiev V.M., Reed R.K. Thermohaline structure and water masses in the Bering Sea // Dynamics of the Bering Sea / eds T.R. Loughlin, K. Ohtani. — Fairbanks : Univ. of Alaska Sea grant, 1999. — P. 61–91.
36. Luchin V.A., Semiletov I.P., Weller G.E. Changes in the Bering Sea region: atmosphere-icewater system in the second half of the twentieth century // Progress in Oceanography. — 2002. — Vol. 55, Iss. 1/2. — P. 23–44. DOI: 10.1016/S0079-6611(02)00068-X.
37. Mann K.H. Physical oceanography, food chains and fish stocks: a review // ICES J. Mar. Sci. — 1993. — Vol. 50, Iss. 2. — P. 105−119. DOI: 10.1006/jmsc.1993.1013.
38. Monterey G. and Levitus S. Seasonal Variability of Mixed Layer Depth for the World Ocean : NOAA Atlas NESDIS 14. — Washington, D.C. : Natl. Oceanic and Atmos. Admin., Silver Spring, Md., 1997. — 96 p.
39. Mueter F.J., Hunt G.L.Jr., Litzow M.A. The Eastern Bering Sea shelf: a highly productive seasonally ice-covered sea : ICES CM2007/D:04. — 2007. — 10 p.
40. Mueter F.J., Litzow M.A. Sea ice retreat alters the biogeography of the Bering Sea continental shelf // Ecol. Appl. — 2008. — Vol. 18, Iss. 2. — P. 309–320. DOI: 10.1890/07-0564.1.
41. Noh Y., Jang C.J., Yamagata T. et al. Simulation of more realistic upper-ocean processes from an OGCM with a new ocean mixed layer model // J. Phys. Oceanogr. — 2002. — Vol. 32. — P. 1284–1307.
42. Oh D.C., Park M.K., Choi S.H. et al. The air-sea exchange of CO2 in the East Sea (Japan Sea) // J. Oceanogr. — 1999. — Vol. 55. — P. 157–169.
43. Pickard G.L. and Emery G.W. Descriptive Physical Oceanography: An Introduction. — N.Y. : Elsevier, 1990. — 320 p.
44. Polovina J.J., Mitchum G.T., Evans G.T. Decadal and basin-scale variation in mixed layer depth and the impact on biological production in the Central and North Pacific, 1960–88 // Deep-Sea Res. I. — 1995. — Vol. 42, Iss. 10. — P. 1701–1716. DOI: 10.1016/0967-0637(95)00075-H.
45. Polovina J.J., Mitchum G.T., Graham N.E. et al. Physical and biological consequences of a climate event in the central North Pacific // Fish. Oceanogr. — 1994. — Vol. 3, Iss. 1. — P. 15−21. DOI: 10.1111/j.1365-2419.1994.tb00044.x.
46. Siddon E.C., Kristiansen T., Mueter F.J. et al. Spatial match-mismatch between juvenile fish and prey provides a mechanism for recruitment variability across contrasting climate conditions in the eastern Bering Sea // PLoS ONE. — 2013. — Vol. 8(12). e84526. DOI: 10.1371/journal.pone.0084526.
47. Spencer P.D. Density-independent and density-dependent factors affecting temporal changes in spatial distributions of eastern Bering Sea flatfish // Fish. Oceanogr. — 2008. — Vol. 17, Iss. 5. — P. 396–410. DOI: 10.1111/j.1365-2419.2008.00486.x.
48. Sprintall J. and Roemmich D. Characterizing the structure of the surface layer in the Pacific Ocean // J. Geophys. Res. — 1999. — Vol. 104, Iss. C10. — P. 23297–23311. DOI: 10.1029/1999JC900179.
49. Steele J.H. and Henderson E.W. The significance of interannual variability // Towaards a model of ocean biogeochemical processes / G.T. Evans and M.J.R. Fasham (eds) : NATO ASI Series. — 1993. — Vol. 10. — P. 237−260. DOI: 10.1007/978-3-642-84602-1_12.
50. Takenouti A.Y., Ohtani K. Currents and water masses in the Bering Sea: a review of Japanese work // Oceanography of the Bering Sea. — Fairbanks, 1974. — P. 39–57.
51. Thomson R.E., Fine I.V. Estimating mixed layer depth from oceanic profile data // J. Atm. Oceanic. Techn. — 2003. — Vol. 20. — P. 319–329.
52. Venrick E.L., McGowan J.A., Cayan D.A., Hayward T.L. Climate and chlorophyll а: long-term trends in the central North Pacific Ocean // Science. — 1987. — Vol. 238, Iss. 4823. — P. 70−72. DOI: 10.1126/science.238.4823.70.
53. Yamada K., Ishizaka J., Yoo S. et al. Seasonal and interannual variability of sea surface chlorophyll a concentration in the Japan/East Sea (JES) // Prog. Oceanogr. — 2004. — Vol. 61, Iss. 2–4. — P. 193–211. DOI: 10.1016/j.pocean.2004.06.001.
54. Zhang R.-H. and Zebiak S.E. Effect of penetrating momentum flux over the surface boundary/ mixed layer in a z-coordinate OGCM of the tropical Pacific // J. Phys. Oceanogr. — 2002. — Vol. 32. — P. 3616–3637. DOI: 10.1175/1520-0485(2002)032<3616:EOPMFO>2.0.CO;2.
Рецензия
Для цитирования:
Лучин В.А. Межгодовая изменчивость термического состояния верхнего квазиоднородного слоя Берингова моря в зимний период. Известия ТИНРО. 2023;203(3):601-617. https://doi.org/10.26428/1606-9919-2023-203-601-617
For citation:
Luchin V.A. Interannual variability in thermal state of the upper mixed layer in the Bering Sea in winter. Izvestiya TINRO. 2023;203(3):601-617. (In Russ.) https://doi.org/10.26428/1606-9919-2023-203-601-617