Исследование гипотезы о волновом механизме больших балтийских затоков на основе спутниковой альтиметрической информации

В Балтийском море в последние десятилетия наблюдаются заметные межгодовые изменения гидрологических процессов. На фоне повышения температуры моря, которое большинство исследователей связывают с глобальным потеплением климата на Земле, отмечается значительное уменьшение частоты больших балтийских затоков (ББЗ). В отличие от очень частых, но слабых внедрений североморских вод с объёмами 10–20 км3, которые не оказывают значительного влияния на океанологический режим глубинных вод центральной Балтики, случаи появления ББЗ весьма эпизодичны и отмечаются, в основном, 1-2 раза в год – один раз в несколько лет только в осенне-зимний период (наиболее часто между ноябрём и январём) при определенных гидрометеорологических условиях, однако, при этом, высокосоленые и богатые кислородом воды больших затоков проникают далеко в открытую часть Балтийского моря, обновляя придонные и глубинные воды глубоководных впадин (Антонов, 1987; Основные тенденции эволюции экосистемы. В.4, 1989; Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Балтийское море. 1992; Lepparana, Myrberg, 2009). По оценкам Маттеуса (Matthaus, 2006) продолжительность ББЗ варьируется от 6 до 29 суток, но при этом их объём достигает 90-258 км3 и может составлять около 40% от результирующего годового водообмена между Северным и Балтийским морями. После 1983 года частота ББЗ сократилась в 5 раз по сравнению с предыдущим тридцатилетием; интервал между ними, который ещё называют периодом стагнации, стал достигать 10-11 лет. Предпоследний большой заток произошёл в 2003 году, после чего в течение 11 лет это явление не наблюдалось. Последний большой заток произошёл в декабре 2014 года и, по предварительным оценкам немецких исследователей, его объём составил 150 км3.
Ранее считалось, что механизм формирования затоков известен. Согласно Маттеусу в Балтийском море в предшествующий затокам период всегда отмечается понижение уровня. В дальнейшем, над Северным морем начинают дуть интенсивные и продолжительные (около 3 недель) ветры западных направлений, под действием которых происходит значительный нагон атлантических вод в Северное море и их последующее внедрение в Балтику в виде большого затока. Однако за последний период стагнации (2004-2014 гг.), подобные особенности гидрометеорологических процессов в системе Балтийского и Северного морей отмечались неоднократно (Marine Environmental Monitoring…; NCEP/DOE AMIP-II Reanalysis), но не приводили к большим затокам североморских вод в Балтику. По-видимому, механизм больших затоков несколько иной и требует уточнения на основе дополнительных исследований.
В докладе исследуется гипотеза, согласно которой, большие затоки североморских вод в Балтийское море рассматриваются как часть крупномасштабного волнового процесса синоптического масштаба, связанного с динамикой аномальной по амплитуде поступательно-стоячей градиентно-вихревой волной в системе Балтийского и Северного морей, генерирующейся в результате резонанса с анемобарическими силами, узловая зона которой отмечается в районе Датских проливов, а пучности в Северном и Балтийском морях.
В пользу этой гипотезы говорят результаты статистического анализа спутниковых альтиметрических измерений уровня в системе Балтийского и Северного морей. Разложение альтиметрических полей уровня на комплексные ЕОФ показывает, что, в отличие от стационарного приближения, в периоды ББЗ пространственное распределение амплитуд и фаз первых ЕОФ действительно свидетельствует о поступательно-стоячем характере волнового движения в поле уровня. Для феноменологического описания изменчивости поля уровня моря в геострофическом приближении предлагается модель стояче-поступательной волны в виде прогрессивной градиентно-вихревой волны, амплитудно-модулированной огибающей стоячей волной. Модуляция определяется сезонным ходом анемобарических процессов. Это выражение для уровня моря может быть подставлено в интегральное уравнение неразрывности для оценки дивергенции и конвергенции потоков (Фукс,2003), тем самым объясняя резонансный механизм ББЗ.
Гранты РФФИ №12-05-00008, 12-05-00009, 14-05-31048, СПбГУ № 18.50.2101.2013, 18.37.140.2014