Полимодальная вихревая динамика в районе Куросио и Субарктического фронта к востоку от Японии – от многосудовых океанографических наблюдений до эпохи дистанционных съемок из космоса

Минуя анализ первых попыток использования спутниковых данных в океанологии в начале 1970-х гг., рассмотрим некоторые результаты конца ХХ и начала ХХI века, когда дистанционные методы стали занимать ведущую роль в исследованиях океана, в том числе и по субъективным причинам - резкого сокращения морских экспедиций во всех мореведческих НИИ России. Будут рассмотрены результаты дистанционных исследований в районе Куросио и САФ, океанография же будет привлекаться как сопутствующая информация.
Одним из ветеранов разработки, освоения и внедрения спутниковых методов в океанологии на Дальнем Востоке является И. В. Булатов, начавший заниматься этой проблемой в 1973 г. В юбилейном сборнике «ТИНРО-75» он делает следующие обобщения. На снимках визуального дешифрирования, в отличие от карт динамической топографии, стали видны узкие струи, спиралевидные, грибовидные и стреловидные течения, не выделявшиеся в данных океанографических съемок. Основной чертой горизонтальной структуры вод оказалось чередование струйных потоков и вихрей противоположного вращения. Течение Куросио на ИК-изображениях выделяется между 130º и 160º в.д., как зона экстремально высоких температур шириной 20-30 миль, уменьшаясь по вертикальной мощности от 250 до 150 м в восточном направлении. По океанографическим данным параметры Куросио значительно отличаются от приведенных (Павлычев, 1977), что сейчас не удивительно, но прежде вызывало неопределенности в интерпретации снимков. Вдоль Японских и Курильских островов часто прослеживается цепь антициклонических вихрей с расстоянием между их центрами от 120 до 180 миль. Уже первые серии ИК-изображений показали высокую динамичность вторжений стриммеров Куросио в антициклонические вихри, отслежены отрывы вихрей от основной струи течения и их обратный захват меандрами Куросио. Периодичность возникновения и распада стриммеров оказалась близка к 15-30 суткам, долгопериодная эволюция вихрей – от нескольких месяцев до 4 лет (Ильичев и др., 1979; Лобанов и др., 1991; Булатов, 2000).
Наиболее эффективным оказывается мониторинг синоптической изменчивости океана из космоса, когда можно наблюдать горизонтальные тонкоструктурные особенности эволюции вихревых и струйно-вихревых взаимодействий в верхнем слое океана. Булатову удавалось установить также короткопериодную климатическую изменчивость Куросио. Он обнаружил, что волны-меандры наблюдавшиеся вдоль оси течения с длиной волновых возмущений около 150 км смещались в восточном направлении в 80-е гг. ХХ столетия, а в 90-е годы длина волн увеличивалась в среднем в 2 раза – до 240-360 миль и они смещались в западном направлении. Смена направлений движения волн оказывала соответствующее влияние и на перемещение вихревых систем, взаимодействующих с главным струйным течением и его стриммерами. Было установлено крупномасштабное экстремально быстрое вторжение теплых вод Куросио через САФ до северного сектора теплого ринга Куросио, локализованного у кластера подводных гор Эримо. Фронт был пересечен за месяц, что трудно было бы отследить, применяя метод океанографических съемок, которые, как известно, требуют много времени на подготовку судна и его экипажа. Вышеуказанные факты можно объяснить глобальными атмосферными перестройками над восточной Азией. Нами было установлено, что в период 1959-1977 гг. максимальная циклоническая активность наблюдалась над Японским морем, уменьшаясь последовательно в Охотском и Желтом морях (Пестерева, Дарницкий, 1999). После климатического сдвига 1976-1978 гг. максимальная активность циклонической деятельности сместилась в Берингово море с резким ее уменьшением над Японским и Желтым морями в 1985-1989 гг.
К концу 90-х закончилась 10-летняя национальная программа «РАЗРЕЗЫ» и в океанологическом плане Куросио оказалось одним из наиболее изученных районов Мирового океана. Удалось установить долгопериодные циклы в системе Куросио длительностью 13-14 лет, 7-8 лет и короткопериодные 2-3-летние циклы, некоторые из которых наблюдались и ранее (Нелезин, 1993). Эти циклы уточнялись, изменялись и приводились многими исследователями на различных данных (Баталин, 1961, Нелезин, Манько, 1999, Дарницкий, Нелезин, 1999, Лучин и др., 2005). Подобные циклы отмечались и в дистанционных исследованиях например, в районе интенсивного вихреобразования к востоку от полуострова Босо (Япония) (Булатов, 2000). Дополнение океанографической информации архивом Левитуса и дробление периодов осреднения данных по сезонам показало их гораздо большую изменчивость, в том числе и во внутригодовом аспекте (Дарницкий, Ищенко, 2008). Не наблюдается, например, полной когерентности циклических процессов даже в относительно тонком верхнем 600 м слое. Напротив, часто отмечается несовпадение фаз цикличностей в различных слоях, которые затем перемежаются с частичной когерентностью циклов, а в переходные периоды наблюдается хаотическая перемежаемость циклов. Это касается и циклической динамики сопряженного с САФ Субтропического круговорота (Дарницкий, 2011). Если учесть, что пока нет достаточного количества данных по тонкой вертикальной структуре вод изучаемого района, полного понимания разнопериодных процессов не может быть достигнуто. Объясняется это сложной вертикальной структурой вод, находящейся под воздействием различных процессов в атмосфере и океане, вызывающих хаотические перемещения водных масс различных модификаций в зависимости от смены преобладающих процессов в условиях сложного сочетания островных дуг, подводных хребтов и гор Японского архипелага. Тонкая структура расслоения вод способствует увеличению хаоса в системе за счет увеличения количества прослоек различных масштабов по вертикали(Darnitskiy, Vologdin, Rostov, 2003).
Анализ океанографических данных экспедиционных наблюдений и доступных дистанционных съемок (в основном видимый диапазон) позволяет сделать следующие выводы:
- не смотря на то, что основные (генеральные) направления дрейфа вихрей, установленных ранее на большом статистическом материале (Бурков, Павлова, 1979), в их локальной динамике может наблюдаться любое направление перемещения, включая обратный захват вихрей основной струей Куросио, движением вихрей против направления преобладающих течений, нутационные движения центров вихрей над подводными горами и т.д.
- существенное влияние на течения в западной части САФ и районе отрыва Куросио от Японии оказывают подводные горы, их кластеры и подводные хребты, входящие в систему Японского архипелага. Основное влияние подводных гор – выражается в блокировке водных масс в виде куполов над вершинами или понижением динамического рельефа и круговые движения вихрей вокруг гор, не смотря на направления фоновых течений. Часто их сопровождают короткопериодные разрывные течения (Дарницкий, Булатов, 2002; Дарницкий, 2010).
- между основными течениями, а также вихрями различного генезиса, движения водных масс подвержено хаотическим и периодическим колебаниям различных масштабов, обусловленным развалом мезомасштабных вихрей или их деструктурированием и постоянным возникновением новых мелкомасштабных структур различных форм движения, наблюдающихся во всевозможных сочетаниях грибовидных, стреловидных и чечевицеообразных фрагментов различных конфигураций, находящихся в постоянном взаимодействии. Это подтверждается также сложной вертикальной структурой водной толщи, имеющей большую пространственно-временную изменчивость (Darnitskiy, 2003).
- на космических снимках в видимом диапазоне спектра часто хорошо видны элементы водообмена между различными соседними вихрями посредством соединяющих их стриммеров наподобие шлангов, а также с основной струей Куросио и его ветвей (Дарницкий, Булатов, 2005). Таким же образом на снимках можно наблюдать накручивание водных масс в виде полос на тело одного развивающегося вихря из области притяжения другого, затухающего или менее интенсивного вихря (Дарницкий, 2010).
В заключение автор выражает признательность Булатову И. В. за представление космических снимков, дешифрированных и использовавшихся им ранее для других целей. Некоторые особенности новых элементов движения вод в приповерхностном слое будут рассмотрены по данным дрейфа буев системы Арго и др.данным (Дарницкий, Каневский, 2006)