Комплексные исследования процессов, характеристик и ресурсов арктических морей России и Северного Ледовитого океана



Скачать 358.75 Kb.
Дата31.10.2016
Размер358.75 Kb.
Отчет о работе за 2003 г.
Подпроект 5.6: «Исследование текущих проявлений изменений климата в природной среде арктических морей»

Подпрограммы ФЦП “Исследование природы Мирового океана” тема: «Комплексные исследования процессов, характеристик и ресурсов арктических морей России и Северного Ледовитого океана».


1. Изучение изменений среднего уровня арктических морей.
В рамках работ данного направления в 2003 году было осуществлено формирование электронного архив уровенных данных по арктическим морям России.

Инструментальные измерения уровня в арктических морях России начались в 1920-ые и 1930-ые годы. Регулярные наблюдения за уровнем были начаты в Карском море на станции о. Диксон в 1933 г., в море Лаптевых в бухте Тикси в 1934 г., в Восточно-Сибирском море на станции бухта Амбарчик в 1939 г., в Чукотском море на станции Мыс Шмидта в 1935 г. В 1980-ые годы наблюдения за уровнем в арктических морях велись на более чем 65 станциях. Однако в 1990-ые годы произошло резкое сокращение сети полярных станций, в настоящее время наблюдения за уровнем моря в Арктике ведутся только на 21 станции.

До конца 1940-ых – начала 1950-ых годов наблюдения за уровнем моря не привязывались к постоянной высотной основе, что делает невозможным использование этих данных в многолетнем анализе изменчивости уровня. По данным наблюдений за уровнем арктических морей после перехода к постоянной высотной основе в Арктическом и антарктическом научно-исследовательском институте были рассчитаны среднемесячные и среднегодовые уровни по каждой станции, а результаты этих вычислений сведены в электронный архив "Аномалии среднемесячных и среднегодовых уровней по станциям арктических морей России" (Таблица 1).

Электронный архив включает в себя числовые массивы, представленные на технических носителях в виде таблиц, записанных в текстовом формате MS-DOS и экспортированных в электронные таблицы Excel. В архиве представлены значения среднемесячных и среднегодовых уровней моря по 71 пункту арктических морей. Географический район, представленный базой данных, охватывает акватории морей Баренцева, Карского, Лаптевых, Восточно-Сибирского и Чукотского, от Шпицбергена до Берингова пролива. Временной интервал рядов данных составляет от 24 до 52 лет.

Числовые массивы данных получены в результате обработки четырехсрочных наблюдений за колебаниями уровня моря, выполняемых в стандартные синоптические сроки: 00, 06, 12, 18 СГВ. Для производства наблюдений используются уровнемерные посты, оборудованные уровенными рейками с ценой деления 1 см. Определение высотного положения нуля уровенной рейки относительно нуля поста и контроля неизменности высотного положения систематически осуществляется нивелирование реперов и измерительных устройств. Высота уровня измеряется относительно нуля поста, за который может быть принят «единый нуль поста», то есть горизонт, лежащий на 5,000 м ниже нуля Кронштадтского футштока (Балтийская система – БС), или условный нуль поста. На большинстве островных станций арктических морей измерения уровня осуществляются относительно условного нуля. При этом необходимо отметить, что при анализе временного хода колебаний уровня, сравнения скоростей и тенденций изменения положения уровня система отсчета высоты уровня существенного значения не имеет, в связи, с чем среднемесячный уровень в базе данных представлен в отклонениях от среднемноголетнего значения.
Таблица 1.

Характеристика электронного архива "Аномалии среднемесячных и среднегодовых уровней по станциям арктических морей России".













Координаты

Система

Период охвата данными и их источник

Индекс

Станция

Море

отсчета

Полный

На основе

На основе










Октант

Широта

Долгота

уровня

период

ЕДМ

оперативной БД

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

25042

Айон о.

Восточно-Сибирское

1

69 56

167 59

БС

1954–2000

1954–2000



25034

Амбарчик

Восточно-Сибирское

1

69 37

162 18

БС

1950–2000

1950–1999

2000

23022

Амдерма

Карское

1

69 45

61 42

БС

1950–2000

1950–1989

1990–2000

21608

Анабар

Лаптевых

1

73 13

113 30

БС

1991–2000

1991–96,98–00



21301

Андрея о.

Лаптевых

1

76 48

110 45

условная

1951–1999

1951–1990

1991–1999

23058

Антипаюта

Карское

1

69 05

76 51

БС

1965–1988

1965–1988



20107

Баренцбург

Гренландское

1

78 04

14 15

условная

1948–1993

1948–1993



23024

Белый Нос м.

Баренцево

1

69 36

60 13

условная

1957–1980

1957–1980



25062

Биллингса м.

Восточно-Сибирское

1

69 53

175 46

БС

1953–1995

1953–1995



20946

Болванский Нос (им.Федорова) м.

Карское

1

70 27

59 05

БС

1951–1993

1951–1989

1990–1993

21541

Земля Бунге

Восточно-Сибирское

1

74 53

142 07

БС

1951–1987

1951–1987



21826

Буорхая м.

Лаптевых

1

71 57

132 46

БС

1954–1993

1954–1993



21821

Быков Мыс

Лаптевых

1

72 00

129 07

БС

1991–1998

1991–96,98



21978

Валькаркай

Восточно-Сибирское

1

70 05

170 56

БС

1956–1993

1956–1993



25282

Ванкарем

Чукотское

7

67 50

175 50

БС

1950–2000

1950–2000



20069

Визе о.

Карское

1

79 30

76 59

условная

1953–2000

1953–1989

1990–2000

21982

Врангеля о.

Чукотское

7

70 59

178 29

условная

1950–2000

1950–2000



20294

Гейберга о.

Карское

1

77 36

101 31

условная

1951–1995

1951–1989

1990–1995

20087

Голомянный о.

Карское

1

79 33

90 37

условная

1954–2000

1954–1989

1990–2000

20674

Диксон о.

Карское

1

73 30

80 24

условная

1950–1997

1950–1989

1990–1997

21613

Дунай о.

Лаптевых

1

73 56

124 30

условная

1951–2000

1951–2000



20353

Мыс Желания

Карское

1

76 57

68 33

условная

1951–1996

1951–1989

1990–1996

21358

Жохова о.

Восточно-Сибирское

1

76 09

152 50

БС

1959–1993

1959–1993



20471

Известия ЦИК о–ва

Карское

1

75 57

82 57

условная

1954–2000

1954–1989

1990–2000

20277

Исаченко о.

Карское

1

77 09

89 12

условная

1954–1993

1954–1989

1990–1993

21636

Кигилях м.

Лаптевых

1

73 20

139 52

БС

1951–2000

1951–2000



25286

Колючин о.

Чукотское

7

67 29

174 39

условная

1950–1991

1950–1991



20696

Косистый м.

Лаптевых

1

73 39

109 44

условная

1954–1989

1954–1989



21432

Котельный о.

Лаптевых

1

76 00

137 52

БС

1951–2000

1951–2000



20186

Краснофлотские о–ва

Карское

1

78 36

98 50

условная

1954–1987

1954–1987



20046

им. Кренкеля (Хейса о.)

Баренцево

1

80 37

58 03

условная

1962–1991

1962–1991



20766

Лескина м.

Карское

1

72 19

79 34

условная

1951–1989

1951–1989



20744

Малые Кармакулы

Баренцево

1

72 22

52 42

БС

1950–2000

1950–1980

1981–2000

Продолжение таблицы 1.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

20199

Малый Таймыр о.

Лаптевых

1

78 05

106 49

условная

1950–1991

1950–1991



21728

Малышева о.

Лаптевых

1

 

 

условная

1954–1980

1954–1980



21405

Марии Прончищевой б.

Лаптевых

1

75 32

113 26

условная

1951–1970

1951–1970



20856

Моржовая (Харасавей м.)

Карское

1

71 25

67 35

БС

1954–1994

1954–1989

1990–1994

21825

Муостах о.

Лаптевых

1

71 33

130 02

условная

1951–1995

1951–1995



22113

Мурманск

Баренцево

1

68 58

33 03

БС

1952–2000

1952–2000



25173

Мыс Шмидта

Чукотское

7

68 54

179 22

БС

1950–1994

1950–1994



21923

Найба

Лаптевых

1

70 51

130 45

БС

1979–1995

1979–1995



21853

Немкова о.

Восточно-Сибирское

1

71 25

150 45

условная

1956–1980

1956–1980



25392

Неттен

Чукотское

7

66 58

171 56

БС

1950–1995

1950–1995



25051

Певек

Восточно-Сибирское

1

69 42

170 15

БС

1950–2000

1950–2000



20097

Песчаный м.

Лаптевых

1

79 26

102 29

условная

1962–1993

1962–1993



20667

им. Попова (Белый о.)

Карское

1

73 20

70 03

БС

1951–1989

1951–1989



20388

Правды о–ва

Карское

1

76 16

94 46

условная

1950–1994

1950–1989

1990–1994

21504

Преображения о.

Лаптевых

1

74 40

112 56

условная

1951–1991

1951–1991



25594

Провидения

Берингово

7

64 25

173 14

условная

1951–1983

1951–1983



25493

Ратманова о.

Чукотское

7

65 51

169 08

условная

1950–1992

1950–1992



25044

Рау–Чуа

Восточно-Сибирское

1

69 30

166 35

БС

1950–2000

1950–2000



20357

Русская Гавань

Баренцево

1

76 11

62 35

условная

1953–1993

1953–1993



20289

Русский о.

Карское

1

77 10

96 26

условная

1951–1989

1951–1989



21627

Сагыллах–Ары о.

Лаптевых

1

 

 

условная

1962–1980

1962–1980



21535

Санникова пр.

Лаптевых

1

74 40

138 54

БС

1950–2000

1950–2000



21733

Святой Нос м.

Лаптевых

1

72 50

140 44

БС

1951–1987

1951–1987



20967

Се–Яха

Карское

1

70 09

72 34

БС

1967–1992

1967–1989

1992

20291

Солнечная б.

Карское

1

78 12

103 16

условная

1951–1989

1951–1989



20871

Сопочная Карга

Карское

1

71 52

82 42

условная

1958–1998

1958–1989

1990–1998

20476

Стерлегова м.

Карское

1

75 25

88 54

условная

1950–1995

1950–1989

1990–1995

20964

Тадибе–Яха

Карское

1

70 22

72 34

БС

1955–1989

1955–1989



21611

Терпяй–Тумса м.

Лаптевых

1

73 33

118 40

БС

1956–1998

1956–1998



21824

Тикси

Лаптевых

1

71 35

128 55

БС

1949–2000

1949–2000



20274

Уединения о.

Карское

1

77 30

82 12

условная

1953–1995

1953–1989

1990–1995

23029

Усть–Кара

Карское

1

69 15

64 31

БС

1950–2000

1950–1989

1990–2000

21711

Усть–Оленек

Лаптевых

1

73 00

119 52

условная

1950–1998

1950–1980

1995–1998

20292

им. Федорова (Челюскина м.)

Карское

1

77 43

104 18

условная

1950–2000

1950–1989

1990–2000

21965

Четырехстолбовой о.

Восточно-Сибирское

1

70 38

162 29

условная

1951–1994

1951–1994



21647

Шалаурова м.

Восточно-Сибирское

1

73 11

143 14

БС

1950–2000

1950–1999

2000

23021

Югорский Шар пр.

Карское

1

69 49

60 45

БС

1950–1989

1950–1989



21834

Юэдей

Лаптевых

1

71 31

136 25

условная

1953–1994

1953–1980

1988–1994

2. Изучение изменений циркуляции вод арктических морей.
На начальном этапе работ данного направления была осуществлена подоборка натурной информации по течениям слабо освещенных наблюдениями сильноледовитых западных частей морей Лаптевых и Восточно-Сибирского , а также обособленной ранее зарубежной восточной части Чукотского моря. Информация эта использована при составлении, впервые построенных карт непериодических течений поверхностного слоя (0-10 м) всех морей Сибирского шельфа, от Новой Земли до Аляски, в теплый сезон (август–сентябрь). Все расчеты остаточных течений выполнены с использованием графо–аналитического метода расчета структуры остаточного течения (сокращенно метод ГРАМ), предложенного Г.А. Баскаковым. Метеорологической основой метода ГРАМ является типизация атмосферных процессов над морями Российской Арктики, разработанная в ОДМП ААНИИ А.А. Дмитриевым. В результате появилась возможность впервые составить карты течений не по одной карте, что в силу ряда соображений малосовершенно, а раздельно по выделенным нами двум группам типов атмосферных процессов – группе А и группе Б, что полнее отражает реальную картину течений в море. При атмосферных условиях, отражаемой типами группы А, в поверхностном слое морей Карского и Чукотского формируются или усиливаются выносные течения, идущие в генеральном направлении из южной половины горизонта в северную. В морях Лаптевых и Восточно-Сибирском в таких ситуациях преобладают переносы вод в генеральном направлении с запада на восток. При условиях, отражаемых атмосферными процессами групп Б – картина обратная: в поверхностном слое морей Карского и Чукотского преобладает перенос вод с севера на юг, а в море Лаптевых и Восточно-Сибирском – с востока на запад.

Создан электронный архив данных натурной информации по течениям, измеренным на многосуточных АБС у о-ва Белого в теплый сезон (август-октябрь), в период с 1957 по 1979 гг. Характеристики течений (направление и скорость) фиксировались на АБС самописцами системы Ю.К.Алексеева типов БПВ и ЭСТ.

Архив содержит информацию о метаданных (год, день и час постановки и снятия прибора с горизонта, географические координаты места постановки – широта и долгота, глубина моря, название судна, с которого производилась постановка АБС, шифр экспедиции и дискретность измерений), а также непосредственно измеренные значения суммарных течений. Всего по стандартной точке №1 занесено в банк данных 8077 отпечатков характеристик течений. Уникальный массив натурной информации дает возможность исследовать изменчивость динамики вод – течений и колебаний уровня моря, в районе о-ва Белый.
3. Исследование гидро- и биогеохимических характеристик морей восточного сектора Арктики.

В 2003 г. в рамках проекта проводилось изучение биогеохимического и седиментационного режима морей Восточной Арктики. С этой целью были выполнены три экспедиции: в Чукотское море (работы под припайным льдом, февраль-март 2003 г.); верховья реки Лены – дельта - море Лаптевых (июнь-август 2003 г.); Восточно-Сибирское море (сентябрь 2003 г.). Отобраны пробы воды, донных осадков и взвеси для анализа (биогены, биомаркеры, растворенное и взвешенное органическое вещество, размерный, изотопный и химический состав) с целью изучения роли терригенного вещества в биогеохимическом и седиментологическом режиме полярных шельфов. Дополнительно исследовалась гидробиологическая структура вод и бентосная фауна.




3.1. Российско-американская экспедиция в Восточно-Сибирское море

Работы проводились в прибрежно-шельфовой зоне Восточно-Сибирского моря от пролива Дмитрия Лаптева до пролива Лонга на борту ГС «Иван Киреев» 12-23 сентября 2003 г. (рисунок 1). Выполнено 44 океанологических станции.


Рисунок 1. Схема расположения станций (ГС «Иван Киреев»)


Для выполнения программы работ экспедиция была оснащена новейшим научным оборудованием. Так, например, выполнены прямые инструментальные измерения парциального давления СО2 с использованием высокопрецизионного мембранного сенсора SAMI CO2, что позволило получить распределение величины рСО2 по трассе работы судна. Кроме того, проводились прямые измерения вертикального распределения мутности, флюоресценции, фотосинтетически активной проникающей солнечной радиации.

Предварительные результаты исследований позволяют районировать изученную акваторию моря на две различные биогеохимических провинции: восточную - высокопродуктивную и подверженную влиянию Тихоокеанских вод, и западную - низкопродуктивную и подверженную сильному влиянию речного стока Лены - Колымы – Индигирки и выносу взвешенного реликтового органического вещества.


3.2. Исследования цикла углерода в зимне-весенний период в Чукотском море

Впервые выполнены высокопрецизионные измерения рСО2 под припайным льдом Чукотского моря при помощи автономного сенсора SAMI-CO2. Сенсор помещался под лед на глубину 2.5 м и каждые 30 мин фиксировал температуру и рСО2. Работа осуществлялась совместно с IARC/UAF и ААНИИ (ФЦП «Мировой океан»). В конце февраля продолжался рост парциального давления СО2 в подледной воде, а в марте наблюдалось резкое снижение величин рСО2 (от 410 до 288 μатм) (рисунок 2). Первые результаты подтверждают гипотезу о раннем начале фотосинтеза подо льдом в морях Арктики.



Рисунок 2. Распределение величин рСО2 в подледной воде Чукотского моря:

- в дневное время, - в ночное время.
Совместно с Международным Арктическим научным центром Университета Аляска, Фэрбанкс начаты исследования по переносу СО2 через толщу морские льдов в разные сезоны года.

Трехмерные потоки углекислого газа над припайным льдом вблизи м. Барроу определялись с помощью метеорологической установки и рСО2-сенсора, а также камерно-динамическим методом. Предварительные результаты, полученные на припайном льду вблизи мыса Барроу в июне, показали значимый сток атмосферного СО2 через толщу льда.


3.3. Исследование структуры потоков и седиментации осадочного материала в пределах арктического пролива с термоабразионными берегами

Для изучения осадочных и биогеохимических процессов в прибрежно-шельфовой криолитозоне арктических морей Северо-востока России, в проливе Дмитрия Лаптева Восточно-Сибирского моря в начале сентября 2000 и 2002 г.г. выполнен обширный комплекс океанографических наблюдений. Они включали седиментологические, биогеохимические, гидрофизические, гидрохимические и гидробиологические виды работ. Ниже представлены краткие результаты проведенных исследований.


3.3.1. Формирование пространственной структуры распределения осадочного материала

Пространственное распределение взвеси в безледный период отражает взаимодействие двух сопоставимых по значимости факторов - рельефа дна и характера циркуляции вод между смежными морями Лаптевых и Восточно-Сибирским. Особенности циркуляции вод определялись влиянием нестационарных потоков синоптического масштаба, мобилизующих осадочный материал из берегового источника и постоянным течением в Восточно-Сибирское море, генерирующим вдольбереговой перенос осадочного материала. По указанным причинам в проливе сформировалась циркумтерральная широтная структура (вдоль изобат, параллельно береговой линии) распределения взвеси с минимальными значениями в водах осевой фронтальной части пролива.

За исключением вод над термокарстовой западиной и реликтом субаэрального банкой Святого Диомида, различия в характере вертикального распределения взвеси во впадине пролива отсутствуют.

Взаимодействие донного рельефа и динамики вод обусловливает формирование мелкомасштабных барьерных зон (механических седиментационных, гидродинамических), контролирующих локализацию участков эрозии, транзита и аккумуляции осадочного материала.


3.3.2. Элементный и изотопный состав органического вещества взвеси

Для выявления генетической природы органического вещества осадочного материала, во взвеси пролива изучены несколько информативных аналитических параметров, характеризующих его состав на элементном (общий азот TN, органический углерод OC, молярное отношение C/N) и изотопном (13C) уровнях.

Основные черты распределения органического углерода заключаются в следующем:

- содержание варьировало в невысоких пределах и в среднем составляло 0.25%;

- максимальные значения (более 1%) отмечены вне пределов сгонных осушек - над склонами, впадиной пролива и реликтовыми формами субаэрального рельефа. Вертикальная изменчивость величин ОС здесь достигала 2-3 раз с максимумами величин как в поверхностных водах, так у дна;

- величины от 1 до 0.1% зафиксированы во взвеси только над осушками и прилегающими к ним надсклоновыми водами. Характер вертикального распределения ОС здесь стабилен и однороден по значениям.

Распределение общего азота в целом повторяет отмеченную схему, очевидно вследствие того, что азот участвует в совместных биогеохимических циклах.

Диапазон величин молярного C/N-отношения невелик. Крайние величины ряда были ограничены значениями 7.5-9.7 (8.1), что может указывать на терригенный источник.

Пространственные различия величин стабильного изотопа 13C выражены слабо и ограничены диапазоном -26.44 - -27.45 ‰ (-26.81 ‰). Исходя из этого, при изотопном различии всего 1.01 ‰, состав органического вещества взвеси определяется терригенным источником за счет вклада продуктов термоабразии. Наблюдаемая относительная пространственная однородность изотопного состава 13Сорг может объясняться:

- сходством генетической природы органического вещества;

- унаследованностью изотопного состава наземного органического вещества вследствие близости его источника;

- однородной пространственной и вертикальной гидрологической структурой вод;

- отстутствием или слабо проявляющимся влиянием органического вещества, поставляемого с речным стоком.
3.4. Анализ материалов экспедиций в Восточную Арктику 2000-2002 гг.
3.4.1. Трансарктическая экспедиция – 2000.

Детально рассмотрена гидрологическая и гидрохимическая структура вод Восточно-Сибирского моря, где по T-S характеристикам в Восточно-Сибирском море выделяются три группы вод различного происхождения.

Распресненные воды западной части моря имеют однородную по вертикали структуру. Двухслойная структура вод обнаружена на самой северной станции «индигирского» полигона, в зоне смешения во р.Колымы. а также в восточной части моря и проливе Лонга.

Распределение биогенных элементов главным образом, определяется двумя причинами. Продукционно-деструкционными процессами (главная причина для "соленых" вод, S> 26.5 psu) и влиянием речного стока (играет заметную роль для вод S< 26 psu). В придонных горизонтах играет роль взаимодействие в системе вода - донные осадки, а в непосредственной близости к береговой линии – разрушение берегов.

Изменчивость силикатов связана с процессами смешения в распресненных водах и позволяет использовать их в качестве трассера последних.

Концентрация фосфатов более 1,5мкМ также относятся к придонным водам высокой солености, от 1 до 1,5мкМ – к «колымским» водам, а меньше 1мкМ - к распресненным водам пролива Дм.Лаптева и поверхностным водам восточной части и пролива Лонга.

Содержание растворенного неорганического азота на большинстве станций составляет 0-2 мкМ, увеличиваясь до 5,5 мкМ в районах влияния речных вод и побережья и до 10-15 мкМ в придонных слоях полива Лонга.

Исследования соотношения между содержанием неорганического азота (суммы нитритов и нитратов) и фосфатов позволило выявить «дефицит» нитратов. Соотношение между этими формами биогенных элементов существенно ниже известных стехиометрических соотношений Ричардса–Редфильда и не превышает 4 в распресненных водах западной части моря, в то время как в восточной части моря достигает 6,6. Значительное увеличение N/P отношения в водах восточной части обусловлено "потерей" биогенного азота за счет денитрификации в осадках исследуемого района. Причем, в придонных горизонтах прибрежных вод пролива Лонга относительный прирост неорганического азота происходит в десятки, и даже сотни раз быстрее, чем фосфатов.


3.4.2. Зимняя санно-тракторная экспедиция - 2002

На примере изучения вод залива Неелова и губы Буорхая в зимний сезон показано, что даже при минимальном речном стоке в период зимней межени речные воды оказывают значимое влияние на гидрохимический режим прибрежных вод.

Динамика карбонатной системы вод и высокие значения парциального давления двуокиси углерода обусловлены как сменой режима речного питания, так и деструкцией органического вещества аллохтонного и автохтонного происхождения.
3.5. Изучение межгодовой изменчивости гидрохимических характеристик вод

Исследовано распределение гидрохимических характеристик Чукотского моря при разных фазах арктических осцилляций (АО). В качестве индикатора водных масс был выбран кремний. На основе данных гидрохимического атласа (Hydrochemical Atlas of the Arctic Ocean /AARI-IARC) и материалов, имеющихся в ТОИ ДВО РАН, выполнен предварительный анализ распределения растворенного кремния в водах Чукотского моря. С целью выяснения особенности распределения гидрохимических параметров при различных циркуляционных модах в отдельные годы были рассчитаны средние характерные для разных фаз АО поля гидрохимических параметров (кремния), построены карты распределения кремния на поверхности, на глубине 30 м и придонном горизонте, а также разрезы через пролив Лонга из Восточно-Сибирского моря в Чукотское.



11.12.2003

Научный руководитель подпроекта И.М. Ашик


База данных защищена авторским правом ©bezogr.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница