УДК 556.113.2(268.46)

ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ БЕЛОГО МОРЯ. ИСТОРИЧЕСКИЙ ЭКСКУРС И СОВРЕМЕННЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Толстиков Алексей Владимирович
Институт водных проблем Севера Карельского научного центра РАН

Аннотация
В статье рассматриваются вопросы изучения температурного режима Белого моря с начала инструментальных измерений на этом водоеме, с XIX века, до настоящего времени, когда стали активно сочетаться контактные и дистанционные методы, а также применяться математическое моделирование.

Ключевые слова: Белое море, математическое моделирование, температурный режим


THE TEMPERATURE REGIME OF THE WHITE SEA. HISTORICAL BACKGROUND AND MODERN RESEARCH DIRECTIONS

Tolstikov Alexey Vladimirovich
Northern Water Problems Institute of Karelian Research Center of RAS

Abstract
The paper deals with the study of the temperature regime of the White Sea since the beginning of instrumental measurements, from the XIX century to the present, when they began to actively combine contact and remote methods and apply mathematical modeling.

Keywords: mathematical modeling, temperature regime, White Sea


Рубрика: 11.00.00 ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Толстиков А.В. Температурный режим Белого моря. Исторический экскурс и современные направления исследований // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 12 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/12/60419 (дата обращения: 21.11.2016).

Изучением температуры Белого моря начали заниматься в XIX в. Первым, кто установил значительное охлаждение глубинных беломорских вод, был А.В. Григорьев (1876 г.) [5]. Он смог измерить температуру воды на глубинах свыше 200 м и установить, что она в течение всего года ниже 0°С. Несколькими годами позднее Н.П. Андрееву удалось выполнить многочисленные измерения температуры и солености поверхностных и глубинных вод Белого моря и опубликовать свои данные в 1888 г. [1].

В 80-х гг. XIX в. начались стационарные наблюдения за температурой и соленостью Белого моря. Первым гидрометеорологическим пунктом стал Архангельск (район Соломбала), а первым биологическим стационаром – Соловецкая биологическая станция (1881 г.). Здесь проводились систематические гидрологические наблюдения, в частности Н.М. Книповичем, который также как и Н.П. Андреев отметил зону глубинной постоянной отрицательной температуры и высказал справедливое предположение, что источник ее происхождения – Баренцево море.

Сначала температурные совместно с соленостными наблюдения проводились на маяках: Терско-Орловский, Сосновец, Жижгин, Жужмуй (1887 г.); Зимнегорский (1892 г.); Святой Нос и Моржовец (1898 г.) [5], и все работы выполняли смотрители маяков, а в 1912 г. была организована гидрометеорологическая служба Белого моря и Северного Ледовитого океана. Появились самостоятельные пункты – гидрометеорологические станции (ГМС). Постепенно развиваясь, сеть гидрометеорологических станций стала приобретать современный вид. Появились стационары в Умбе, на мысе Турий, в Порьей губе и более менее равномерно по всему побережью. Здесь выполнялись одновременно метеорологические, уровенные и ледовые наблюдения. В 30-е гг. ХХ в. была разработана единая схема гидрологических разрезов.

На некоторые вопросы, связанные с температурным режимом Белого моря, смогли пролить свет биологические исследования. Самым ярким представителем здесь по праву считается К.М. Дерюгин. В 1922 г. под его руководством прошла самая в то время крупная беломорская экспедиция. На судне «Мурман» (переименованный «Андрей Первозванный», судно Мурманской научно-промысловой экспедиции в 1900-1906 гг.) была выполнена серия разрезов, и один из них (от Кандалакшского залива до Двинского) позднее назвали «дерюгинским». Оказалось, что по температурам придонных вод Белое море является одним из самых холодных в Мировом океане, и для летнего времени характерны два «пятна» воды – «полюс тепла» и «полюс холода» [11]. В то время не было достаточно убедительного обоснования причин существования подобных температурных аномалий. Сейчас их связывают с положением приливного фронта и процессами, происходящими на этой границе вод с различными свойствами [18]. Так, фронт Двинского залива распространяется от устья р. Северной Двины до м. Зимнегорский, а теплые и холодные области образуются благодаря меандрированию вдоль фронтального течения [7, 12]. Образование антициклонических вихрей в отделившихся справа от основного течения рингах способствует развитию даунвеллигов, в результате чего с глубиной наблюдается положительная аномалия температуры. Ринги, отделившиеся слева от основного течения, формируют циклонические вихри, то есть вызывают апвеллинги.

В 1928 году вышел труд К.М. Дерюгина «Фауна Белого моря и условия ее существования» [18], где подробнейшим образом был рассмотрен животный мир моря, найдены некоторые новые для того времени закономерности в гидрологическом режиме и впервые была дана приблизительная оценка численности фитопланктонных организмов. По данным Дерюгина, глубинные воды с температурой -1,4°С и соленостью 30‰ приурочены к глубоководному желобу, протягивающемуся от о. Жижгин до Средних Луд.

В настоящее время изучение температуры и солености основывается на современных методах статистического анализа длительных рядов наблюдений и моделирования, перейдя от констатации к новому качеству – прогнозированию. Применение математических моделей [8, 13, 16, 21, 23, 25], методов дистанционного зондирования [14, 26] и использование новых технологий для обработки накопленного материала позволило создавать расчеты состояния гидрологических характеристик разного временного масштаба в зависимости от влияния на них различных условий среды, как природных, так и антропогенных. Подробные результаты исследований гидрофизических параметров Белого моря и закономерности их изменчивости приведены в работах [4, 6, 17, 24]. Спутниковую информацию по Белому морю можно получить, например, на сайте [режим доступа: http://optics.ocean.ru].

Кроме того, в настоящее время актуальным является изучение взаимодействия пограничных сред море-атмосфера, дно-придонный горизонт и проблем, связанных с изменчивостью температуры на фоне глобального изменения климата. Активно этой проблемой начали заниматься в 90-х г. прошлого века и продолжают в настоящее время [5] [3]. Однако процесс проявления климатических изменений в температуре Белого моря, как основа для моделирования и мониторинга гидрофизических процессов, все еще изучен недостаточно.

Отдельные составляющие водного и теплового балансов Белого моря изучаются с конца XIX в. Так, в 1881 г. [7] начались наблюдения за расходом р. Северная Двина и одновременно за уровнем моря в дельте реки. Тепловой баланс Белого моря впервые был рассчитан В.В. Тимоновым и Л.П. Кузьминым (1939) [19] в 30-е гг. ХХ в. Позднее этим вопросом занимались А.Р. Шишко в 40-е гг. (1948) [22], Н.Я. Арсеньева в 60-е гг. (1964) [2], Г.В. Гирдюк и Т.В. Кириллова в 70-е гг. (1974) [10], В.В. Елисов в 90-е гг. [12].

В 1971 г. издан «Справочник по гидрологическому режиму морей и устьев рек СССР, т. V, Белое море», где была дана схема квазипостоянных течений Белого моря. В 1991 г. увидел свет подробный справочник: «Белое море. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Вып. 1. Гидрометеорологическое состояние» [7]. В 2005 г. опубликована монография «White Sea. Its Marine Environment and Ecosystem Dinamics Influenced by Global Change» [24], а в 2007 г. «Белое море и его водосбор под влиянием климатических и антропогенных факторов» [6]. Новые результаты исследований термохалинного режима Белого моря содержатся в серии Института океанологии РАН «Система Белого моря» [17].

Изучение ледового режима на Белом море началось в конце XIX в. Для этого использовали маяки: Мудьюгский (1894 г.), Зимнегорский (1896 г.), Терско-Орловский и Святой Нос (1898 г.) [7]. Результатом наблюдений за ледовыми условиями стала разработка руководства по плаванию во льдах Белого моря [15]. С 1909-1910 гг. ледовые наблюдения осуществлялись в открытой части моря, а с 1927 г. появилась авиаразведка. Сначала время наблюдений было приурочено к периоду зверобойного промысла, то есть весной. С 1948 г. [5] они проводились с января по май, а с 1951 г. охватывали период с момента ледообразования до схода льда.

Первые обобщения обширного материала наблюдений за состоянием льда были сделаны И.П. Ануфриевым и Э. Лесгафтом в начале ХХ в. [5]. Позднее, в 1932 г., используя личный опыт плаваний во льдах и опыт многих капитанов и промышленников, А.К. Бурке издал «Атлас карт состояния льдов, сжатий и разрежений в северной части и Горле Белого моря и в районах острова Моржовец» [9].

Занимался изучением ледовой обстановки Белого моря и В.Ю. Визе (1925, 1926 г.), и Н.Н. Зубов (1942 г.), и В.В. Тимонов (1942, 1958, 1961 г.) [см. в: 7]. В настоящее время ежегодно выпускаются обзоры ледового режима Белого моря, активно используются дистанционные методы. Информацию по ледовой обстановке в Белом море можно получить, например, в Интернете на сайте: [режим доступа: http://sputnik.infospace.ru/welcomer.htm]. Современные исследования ледяного покрова выполнены разными авторами с использованием дистанционных методов [24] и моделирования [6]. Можно воспроизводить ледовые условия на Белом море, например, с помощью объединенной модели И.А. Неелова и О.П. Савчука [25] и модели Н.Г. Яковлева в модификации И.А. Чернова [21, 23].

В течение нескольких десятилетий в Белом море различными научными организациями проводились комплексные экспедиции, позволившие собрать уникальный материал по гидрофизическим и гидрохимическим показателям, оценить многолетнюю изменчивость параметров, расширить знания о функционировании экосистем этого водоема. Заметную роль в исследовании температурного режима Белого моря играл ИВПС КарНЦ РАН наряду с другими институтами: ИБ КарНЦ РАН, ЗИН РАН, ИО РАН, включая филиал в Санкт-Петербурге и отделения в Архангельске и Калининграде, ММБИ КНЦ РАН, Международный центр по окружающей среде и дистанционному зондированию имени Нансена, ИЭПС УрО РАН и другие. Значительный вклад внесли постоянно действующие стационары на островах и побережьях Белого моря: ББС ЗИН РАН, ББС МГУ и СПбГУ, находящиеся на территории водосбора ООПТ. В последнее десятилетие как никогда активно используется спутниковая информация, современные методы обработки больших массивов данных, математическое моделирование процессов различных временных и пространственных масштабов для формирования подходов к прогнозированию состояния Белого моря, 3-D визуализация, алгоритмы усвоения данных на основе фильтра Калмана. Все накопленные знания о Белом море свидетельствуют, этот водоем, как ни один другой, подходит для роли микромодели Арктики. Относительно небольшие размеры (600 на 450 км), глубины (67 м – средняя и 350 м – максимальная), сложная конфигурация береговой линии, океанографический режим (отрицательные температуры глубинной водной массы, мощные течения), ледовый режим, климатические условия делают Белое море удобным полигоном для проверки результатов численных экспериментов на математических моделях, а также практических испытаний новой техники, предназначенной для работы в условиях Севера. Но на сегодняшний день многие вопросы остаются до сих пор слабо изученными, например, изменение, а также изменчивость температурного режима, особенности ледового режима, как важной составляющей теплообмена водоема, расчет и прогноз гидрометеорологических состояний Белого моря при разном комплексе климатических условий, термогидродинамическое и биогеохимическое моделирование.

Работа выполнена при поддержке Программы Президиума РАН «Поисковые фундаментальные научные исследования в интересах развития Арктической зоны Российской Федерации» по теме «Оценка влияния изменений климата и антропогенных факторов на экосистему и  биоресурсы  Белого моря и водосбор» на 2015  г.


Библиографический список
  1. Андреев Н.П. Очерки Белого моря в гидрологическом и метеорологическом отношении // Записки по гидрографии, 1888. С. 39-136.
  2. Арсеньева Н.Я. Тепловой баланс Белого моря и его изменения во времени и пространстве // Труды ГОИН. – 1964. – Вып. 81. – С.62-93.
  3. Астафьева Н.М., Раев М.Д. Влияние крупномасштабного удаленного атмосферного окружения на траектории тропических циклонов // Современ. проблемы дистанц. зондирования Земли из космоса: Физ. основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов: Сб. науч. ст. Т. 7. М.: ДоМира, 2010. № 1. С. 61–74.
  4. Бабков А.И. Гидрология Белого моря. СПб.: Беломорская биостанция, 1998. 94 с.
  5. Белое море. Биологические ресурсы и проблемы их рационального использования. – (Исследование фауны  морей. Вып. 42(50)), В 2-х ч. – СПб.: Изд. Зоол. ин-та РАН, 1995.
  6. Белое море и его водосбор под влиянием климатических и антропогенных факторов / Под ред. Н.Н. Филатова, А.Ю. Тержевика. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2007. 335 с.
  7. Белое море. Справочник “Проект “Моря СССР”. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Т. II. Вып.1. Гидрометеорологические условия. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 240 с.
  8. Бердников С.В. Прогнозирование изменений в морских экосистемах на основе математических моделей // Современные информационные и биологические технологии в освоении ресурсов шельфовых морей. М.: Наука, 2005. С.60-82.
  9. Бурке А.К. Материалы для составления Атласа льдов Белого моря // Зап. по гидрографии, 1932. № 61. С. 71-81.
  10. Гирдюк Г.В., Кириллова Т.В. Методика расчета составляющих радиационного баланса поверхности океана // Метеорология и гидрология. 1974. № 12. С.63-69.
  11. Дерюгин К.М. Фауна Белого моря и условия ее существования. – Л.: Изд. Гос. Гидрол. ин-та, 1928. 510 с.
  12. Европейский Север России: прошлое, настоящее, будущее // Материалы междунар. науч. конф., Архангельск, 1999. 394 с.
  13. Клеванный К.А. Моделирование длинноволновых процессов в геофизической гидродинамике: Дис. …докт. физ.-мат. наук. Спб., 1999. 314 с.
  14. Коросов А.А. Разработка и применение процедуры комплексного дистанционного зондирования для исследования внутриводных процессов в морях и крупных озерах // Авотреф. на соиск. уч. степ. канд. физ.-мат. наук. Спб. 2007. 26 с.
  15. Морозов Н. Руководство для плавания во льдах Белого моря. – Петроград, 1921. 69 с.
  16. Семенов Е.В. Численное моделирование динамики Белого моря и проблема мониторинга // Изв. Рос. Акад. Наук. Физика атмосферы и океана. 2004. Т. 40, № 1, С. 128-141.
  17. Система Белого моря. Водная толща и взаимодействующие с ней атмосфера, криосфера, речной сток и биосфера. М.: Научный мир, Т. 2. 2012. 784 с.
  18. Солянкин Е.В., Зозуля С.А., Кровнин А.С., Масленников В.В. Термохалинная структура и динамика вод Белого моря летом 1991 г. // Комплексные исследования экосистемы Белого моря: Сборник научных трудов. – М.: ВНИРО, 1994. С.8-25.
  19. Тимонов В.В., Кузьмин П.П. Опыт приближенного определения теплового баланса Белого моря // Труды ГГИ. 1939. Вып. 8. С. 22-51.
  20. Тимонов В.В. Схема общей циркуляции вод бассейна Белого моря и происхождение его глубинных вод // Труды Гос. океанограф. ин-тута. 1947. Вып. 1. С.118-131.
  21. Чернов И.А., Толстиков А.В. Численное моделирование крупномасштабной динамики Белого моря // Труды КарНЦ РАН. No 4. Сер. Математическое моделирование и информационные технологии. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2014. C. 137-142.
  22. Шишко А.Р. Новое вычисление теплового баланса Белого моря // Метеорология и гидрология. 1948. № 5. С. 67-75.
  23. Chernov I. Numerical Modelling of large-scale Dynamics of the White Sea // Universal Journal of Geoscience. Vol. 1(3). 2013. P. 150-153.
  24. Filatov N.N., Pozdnyakov D.V., Johannessen O.M. et al. White Sea. Its Marine Environment and Ecosystem Dinamics Influenced by Global Change. Chichester: Springer-Praxis Publishing, 2005. 472 p.
  25. Neelov I.A. and Savchuk O.P. 3-D IO RAS-AARI Coupled Hydrodinamic-biogeochemical Model of the White Sea (Final report of INCO-Copernicus Project “WHITESEA” No. ICA2-CT-2000-10014: «Sustainable management of the marine ecosystem and living resources of the White Sea»), 2003. 220 p.
  26. Pozdnyakov D.V., Pettersson L.N., Johannessen O.M., Lyaskovsky A.V., Filatov N.N., Bobylev L.P. SeaWiFS maps water quality parameters of the White Sea // Int. J. Rem. Sens. 2003. V. 24. № 21. P. 4065-4071.


Все статьи автора «Толстиков Алексей Владимирович»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация