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
- Андреев Н.П. Очерки Белого моря в гидрологическом и метеорологическом отношении // Записки по гидрографии, 1888. С. 39-136.
- Арсеньева Н.Я. Тепловой баланс Белого моря и его изменения во времени и пространстве // Труды ГОИН. – 1964. – Вып. 81. – С.62-93.
- 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.
- Бабков А.И. Гидрология Белого моря. СПб.: Беломорская биостанция, 1998. 94 с.
- 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.
- 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.
- Белое море. Справочник “Проект “Моря СССР”. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Т. II. Вып.1. Гидрометеорологические условия. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 240 с.
- 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.
- Бурке А.К. Материалы для составления Атласа льдов Белого моря // Зап. по гидрографии, 1932. № 61. С. 71-81.
- Гирдюк Г.В., Кириллова Т.В. Методика расчета составляющих радиационного баланса поверхности океана // Метеорология и гидрология. 1974. № 12. С.63-69.
- Дерюгин К.М. Фауна Белого моря и условия ее существования. – Л.: Изд. Гос. Гидрол. ин-та, 1928. 510 с.
- Европейский Север России: прошлое, настоящее, будущее // Материалы междунар. науч. конф., Архангельск, 1999. 394 с.
- Клеванный К.А. Моделирование длинноволновых процессов в геофизической гидродинамике: Дис. …докт. физ.-мат. наук. Спб., 1999. 314 с.
- 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.
- Морозов Н. Руководство для плавания во льдах Белого моря. – Петроград, 1921. 69 с.
- 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.
- Система Белого моря. Водная толща и взаимодействующие с ней атмосфера, криосфера, речной сток и биосфера. М.: Научный мир, Т. 2. 2012. 784 с.
- 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.
- Тимонов В.В., Кузьмин П.П. Опыт приближенного определения теплового баланса Белого моря // Труды ГГИ. 1939. Вып. 8. С. 22-51.
- 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.
- 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.
- Шишко А.Р. Новое вычисление теплового баланса Белого моря // Метеорология и гидрология. 1948. № 5. С. 67-75.
- Chernov I. Numerical Modelling of large-scale Dynamics of the White Sea // Universal Journal of Geoscience. Vol. 1(3). 2013. P. 150-153.
- 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.
- 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.
- 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.