Мезомасштабные вихри Курильской котловины Охотского моря в эпоху альтиметрии: перепись и свойства

Охотское море — крупнейшее окраинное море Тихого океана. Оно имеет важное место для вентиляции промежуточных вод северной части Тихого океана.
Данный регион имеет высокую значимость для российской экономики. В нем ведётся активное освоение месторождений и добычи углеводородов, а также промысел различных видов рыб. Спутниковые изображения с высоким пространственным разрешением показывают наличие многочисленных вихрей в глубоководной Курильской котловине Охотского моря. Вихри — это структуры, которые могут переносить физико-химические свойства, а также биологические вещества на большие расстояния, что может иметь существенное влияние на динамику вод данного региона, а также на климатическую ситуацию в нем. Цель настоящей работы — восполнить пробел в знаниях о мезомасштабных вихрях в Курильской котловине (КК). Под вихрями в KК нужно понимать вихри, которые провели не менее 30 суток в области глубже 3000 м, условно считающейся границей KК.

Мезомасштабные вихри размером более 50 км надёжно идентифицируются в альтиметрическом поле скоростей (один из продуктов AVISO/CMEMS aviso.altimetry.fr) с разрешением 0,25°×0,25° и суточным шагом по времени. Глобальная запись данных о концентрации морского льда [OSI SAF, www.osi-saf.org], показывают, что КК практически круглый год является зоной, свободной ото льда, с некоторыми небольшими участками льда в суровые зимы. Это позволяет использовать данные AVISO о геострофических течениях. Для статистических исследований был использован этот продукт из 28-летних записей высотных измерений уровня моря по одному кадру в день, с 1 января 1993 года по 31 декабря 2021 года. Для обнаружения вихрей мы применяем алгоритм AMEDA. Во-первых, идентифицируются центры вихрей, соответствующие экстремуму локального нормированного углового момента со значением 1 и -1 для циклонических и антициклонических вихрей соответственно. Затем вычисляются линии тока, окружающие этот центр. Локальный параметр Окубо-Вейсса используется для подтверждения того, что обнаруженный центр вихря находится в области потока с преобладанием завихренности. Наконец, чтобы гарантировать, что экстремум локального нормированного углового момента действительно является центром вихря, алгоритм сохраняет экстремум только в том случае, если вокруг него существуют замкнутые линии тока.

Пространственное распределение, вероятность обнаружения, кинематические и динамические свойства мезомасштабных вихрей и фракций различных водных масс в поверхностных ядрах были изучены в глубоководной Курильской
котловине Охотского моря на основе данных альтиметрии в течение 1993–2021 гг. Основное внимание было уделено долгоживущим вихрям, которые провели более 30 дней в Курильской котловине. Используя автоматический алгоритм отслеживания вихрей AMEDA, провели первую систематическую перепись долгоживущих антициклонических и циклонических вихрей в эпоху альтиметрии. Для каждого типа вихрей было обнаружено несколько областей с повышенными значениями частоты встречаемости, в основном в восточной и южной частях Котловины и соседних районах, в соответствии со спутниковыми наблюдениями и выборками. Как антициклоны, так и циклоны часто образовывались на побережье пролива Буссоль и в центральной части КК. Они обычно содержат те же воды, что и мезомасштабные вихри на океанской стороне Курильских островов и над Курило-Камчатским желобом. Обнаружено, что обнаруженные долгоживущие циклоны доминируют над долгоживущими антициклонами отчасти потому, что циклоны разделяются чаще, чем антициклоны. Антициклоны, как правило, крупнее, интенсивнее и устойчивее по сравнению с циклонами. И антициклоны, и циклоны имеют большие значения параметра нелинейности, что означает, что они могут переносить тепло, соль, питательные вещества и биоту. 44 AE и 27 CE имели продолжительность жизни более 300 дней и длину траектории более 1000 км, тогда как смещения их центров редко превышали 300 км. Это означает, что долгоживущие вихри КК циркулировали в ограниченной области. Мы впервые оценили доли воды различного происхождения в поверхностных ядрах вихрей бассейна, используя предложенную методологию отслеживания частиц. Это позволило нам отделить трансформированную субтропическую воду тёплого течения Соя, берущего начало в Японском море, от Охотского моря, воды Восточно-Сахалинского течения и субарктической тихоокеанской воды и оценить сезонные и межгодовые изменения долей этих водных масс и средней температуры и солёности в вихрях бассейна. Доля воды открытого океана в КК периодически меняется во времени, увеличиваясь в холодное время года, когда Оясио усиливается. В среднем антициклоны и циклоны содержат в основном воду открытого океана по сравнению с долями вод тёплого течения Соя и Восточно-Сахалинского течения с незначительными изменениями во времени. Используя данные реанализа GLORYS12V1, было обнаружено, что диаграммы температуры-солёности различаются для вихрей с различными долями водных масс.