Взаимодействие Северо-атлантических глубинных и Антарктических водных масс в тропической части Атлантического океана (РНФ)НИР

Interaction of the North Atlantic Deep and Antarctic water masses in the Tropical Atlantic

Источник финансирования НИР

грант РНФ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 15 мая 2023 г.-31 декабря 2023 г. Взаимодействие Северо-атлантических глубинных и Антарктических водных масс в тропической части Атлантического океана
Результаты этапа: Итоговая база гидрохимических данных включает данные из GLODAP2022, которые прошли экспертный анализ, а также собственные гидрохимические измерения (pH, растворенный кислород, биогенные элементы), которые были получены на океанологических разрезах и станциях в тропической части Атлантического океана с 2021 по 2023 гг. Экспертная проверка гидрохимических данных включала: Отбраковку сомнительных данных, выходящих за допустимые пределы в рассматриваемом регионе; Отбраковку данных при анализе вертикального распределения рассматриваемого гидрохимического параметра, если оно явно не согласовалось с вертикальным изменением других гидрологических и гидрохимических характеристик. Этот метод основан на том, что характер вертикального распределения как гидрологических, так и гидрохимических характеристик для каждого рассматриваемого слоя имеет свои синхронные закономерности. При явном несоответствии характера вертикального распределения одного из параметров по отношению ко всем остальным, он отбраковывался. Отбраковку гидрохимических данных при несоблюдении стехиометрического соответствия одного из гидрохимических параметров. Этот метод применим для глубокого океана, где стехиометрическое соотношение между кислородом, фосфором, азотом и кремнием в целом сохраняется. При этом учитывалось, что абсолютно достоверного способа отбраковки данных нет, в каждом конкретном случае решение принималось на основе анализа всего комплекса данных. Для определения средних значений необходимо знание о пространственных границах водных масс в форме однозначных вертикальных границ. На рис. 1.4-1 показано положение изотерм θ в поле нейтральной плотности, а также положение максимальных градиентов (далее – МГ) потенциальной температуры и солёности воды. Ввиду известной изопикничности положения границ водных масс, видно, что границы водных масс хорошо соответствуют изопикнам нейтральной плотности. Изотермы в качестве границ водных масс, в особенности для южной части Аргентинской котловины (южнее 40º ю.ш.) и района вклинивания Средиземноморских вод (30º с.ш.) использовать крайне затруднительно.
2 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Взаимодействие Северо-атлантических глубинных и Антарктических водных масс в тропической части Атлантического океана
Результаты этапа: 1. Проанализирована структура вод восточной и западной частях Тропической Атлантики. В районе Западной Атлантики выделены водные массы, определены их гидролого-гидрохимические характеристики, локализованы границы водных масс, в том числе компонентов Северо-атлантических глубинных вод (САГВ). Восточнее хребта Сеара обнаружено присутствие тонкого слоя Верхних Циркумполярных вод (ВЦПВ) в слое 1000-1100 м, выделяемого по локальному минимуму температуры и хорошо выраженному максимуму кремния. В западной части Тропической Атлантики была выделена четырехслойная структура САГВ. По минимуму и максимуму кислорода и его дефицита удалось разделить средние САГВ (ССАГВ) на два компонента. Показано, что ССАГВ1 с максимумом кислорода распространяется с севера и в районе Гвианской котловины перенос этих вод на юг сосредоточен в западной пограничной области. ССАГВ2 с минимумом кислорода – это «старые» САГВ, которые распространяются из восточного бассейна в западный, проникая через разломы Срединно-Атлантического хребта и над хребтом на 7-15° с.ш. (разломы Вима, Меркури, Марафон и, возможно, Кабо-Верде и разломы 7-9° с.ш.). Они вклиниваются в более «новые» САГВ, распространяющиеся в системе Западного глубинного пограничного течения. На основе баз данных GLODAPv2, WODB18 и экспедиционных данных участников проекта были рассчитаны доли САГВ и ААДВ в зоне их смешения, а также доля антарктической промежуточной воды (ААПВ) с учетом ее смешения с водами моря Лабрадор (ЛВ) и Средиземноморскими водами (СМВ). Установлено, что нижняя граница САГВ примерно соответствует изотерме θ=1.6-1.8°С и соотношению Si/P, равному 33. Для придонного слоя рассчитана доля Антарктических донных вод (ААДВ), максимальная процентная доля которых составила 40% от первоначального. Получено, что поток ААДВ прижат к восточному склону хребта Сеара. Здесь наблюдалась максимальная доля ААДВ, минимальные значения температуры, растворенного кислорода и максимальные концентрации биогенных элементов. При приближении к Срединно-Атлантическому хребту ААДВ поднималась выше по склону, толщина ее слоя увеличивалась, при этом доля ее уменьшалась до 30% в ядре. Для разреза через Гвианскую котловину по реанализу GLORYS12 (повторяющего маршрут 60 рейса НИС «Академик Иоффе» по 4-8° с.ш.) и долговременного ряда наблюдений MOVE (15° с.ш.). На основе прямого и сдвигового корреляционных анализов установлены связи переносов САГВ, ААДВ и потенциальной температуры на низкочастотных масштабах 6–8 лет, а с соленостью – на высокочастотных масштабах 2–3 года. Установлена значимая положительная связь со сдвигом 6–8 лет переносов САГВ по данным MOVE и реанализов, свидетельствующая о передаче аномалий переносов из тропических в экваториальные широты с запаздыванием 6–8 лет. 2. В Северной Атлантике на разрезе по 60° с.ш. была проанализирована структура промежуточных и глубинных вод, в том числе тех, которые участвуют в формировании составляющих САГВ. В придонном слое по максимуму растворенного кремния и минимуму растворенного кислорода удалось проследить донную воду Восточного бассейна. Показано, что эти воды представляют собой продукт трансформации Антарктической донной водной массы, проникающей в восточный бассейн Северной Атлантики через разлом Вима. Доля «чистых» ААДВ не превышает в них 6%. Получено, что характеристики и толщина слоя исследуемых водных масс сильно меняются год от года. В слое промежуточных вод были выделены два периода: с 2002 г. по 2014 г. с трендом на увеличение температуры и уменьшение содержания растворенного кислорода и после 2015 г. - когда глубокая зимняя конвекция 2015-2016 гг. привела к резкому увеличению растворенного кислорода и уменьшению температуры и солености во всем слое. Для глубинных вод наблюдался разнонаправленный тренд: в слое Исладско-Шетландской глубинной воды - рост температуры и солености и уменьшение содержания растворенного кислорода, что наиболее выражено было в море Ирмингера, а в слое Северо-западной глубинной воды - уменьшение температуры, увеличение солености и содержания растворенного кислорода, а также уменьшение концентрации биогенных элементов. 3. Трансформные разломы Романш и Чейн расположены в экваториальной части Атлантического океана и являются одними из наиболее важных областей в отношении динамики абиссальных водных масс. Для оценки переносов ААДВ, а также для выделения структуры водных масс в районах разломов использовались данные, полученные в 63-м рейсе НИС «Академик Иоффе» 2022 г. На поперечном разрезе через разлом Романш в районе 19° з.д. Основной перенос как ААДВ, так и НСАГВ сосредоточен у северной стенки разлома. Восточный перенос ААДВ составляет 1.24-1.35 Св, а перенос вышележащих НСАГВ 1.18-0.94 Св (рисунок в приложении). 4. Исследована структура вод малоизученного района восточного бассейна Тропической Атлантики (проход Кейн) по данным 63 рейса НИС «Академик Иоффе» 2022 г., а также изменчивость среднемесячных характеристик этих вод по реанализу GLORYS12v1 за 1993–2022 гг. Показано, что промежуточные воды на разрезе представлены смесью Антарктической промежуточной воды и Средиземноморской воды (доля последней достигает 26%). Установлено, что комплекс Северо-атлантической глубинной воды представлен двумя слоями: Верхней САГВ с максимумом солености и Средней САГВ с максимумом кислорода. В слое донных вод присутствует смесь ААДВ, Нижней и Средней составляющих САГВ. Эту смесь, поступающую главным образом из района разлома Вима, правильно называть Донной водой Северо-восточной Атлантики (СВАДВ). Ее верхняя граница соответствовала изотерме 1.95°С и соотношению Si/P, равному 33. В работе по консервативному показателю РО рассчитана доля ААДВ в СВАДВ, которая составляла около 20%. По реанализу GLORYS12v1 на сезонном масштабе в придонном слое установлена значимая отрицательная связь между изменчивостью потенциальной температуры и меридиональной скоростью течений. Выявлена значимая тенденция увеличения среднегодовых значений потенциальной температуры (на 0.06 °С) и уменьшения солености (на 0.005 епс) в целом за период 1993–2022 гг.
3 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. Взаимодействие Северо-атлантических глубинных и Антарктических водных масс в тропической части Атлантического океана
Результаты этапа: На основе собственных экспедиционных измерений, результатов моделирования INMOM и реанализа GLORYS12v1 проведен сравнительный анализ данных из различных источников для оценки переноса Антарктических донных вод (ААДВ) через разлом Вима в Срединно-Атлантическом хребте. Модель и реанализ в среднем завышают температуру на 0.08°С и 0.13°С, соответственно, а также они занижают скорости течений на 0.07 м/c и иногда неверно воспроизводят направление. Модель и реанализ занижают глубины дна в рассматриваемом участке разлома в среднем на 50 м и 150 м, соответственно. Установлено, что границе ААДВ/САГВ лучше всего соответствует изотерма θ=1.5°С. Перенос ААДВ через разлом Вима по прямым измерениям, результатам моделирования и данным реанализа показывает, что при выборе этой изотермы суммарный перенос составляет 0.9 Св (измерения), 0.8 Св (модель), 0.7 Св (реанализ). В связи с завышением моделью значений температуры, перенос наиболее холодных ААДВ (θ<1.5°С) не воспроизводится, при том, что по измерениям он составляет более 60% суммарного. Перенос НСАГВ по всем источникам в районе главной седловины незначителен и не превышает 0.1 Св. Результаты опубликованы в статье [Potryakhaev et al., 2025]. На основе собственных экспедиционных исследований определена структура вод на океанологическом разрезе вдоль разлома Чейн в Срединно-Атлантическом хребте, а также в разломе Романш, в 63-м рейсе НИС «Академик Иоффе». В разломах выделены водные массы, определены их гидролого-гидрохимические характеристики, локализованы границы водных масс и их компонентов, а также рассчитаны переносы водных масс (НСАГВ и ААДВ). Выявлена четырехслойная структура САГВ с двумя компонентами средней САГВ, которые определяются минимальными и максимальными концентрациями кислорода. Верхняя граница антарктической донной воды (ААДВ) приблизительно соответствует изотерме θ=1,5 °C. Оцененная доля ААДВ в придонном слое у западного входа в разломе составляет 50% и не превышает 33% у восточной окраины разлома. Впервые проведены инструментальные наблюдения в западной части разлома Чейн. На востоке разлома поток ААДВ имеет интенсивность около 0,02–0,5 Св в зависимости от верхней границы ААДВ и движется через проход в северной стене разлома (на 13° з.д.), а не через основной порог. Результаты опубликованы в [Demidov et al., 2025]. Создана общая схема смешения водных масс Атлантики. Основной метод исследования – усовершенствованный оптимальный многопараметрический анализ (ОМА), [Karstensen, Tomczak, 1998].Суть метода заключается в определении пропорции смешения известных а priori первоначальных источников исследуемой водной массы путем решения системы линейных уравнений для каждой точки наблюдения. Подтверждено, что структура Северо-атлантических глубинных вод (САГВ) состоит из 4х-слоев [Rhein et al., 1995] - компонентов в тропической и южной части Атлантического океана. Установлено, что верхний компонент глубинных вод состоит из Лабрадорских вод - ЛВ (~60%), Антарктических промежуточных- ААПВ (~20%), Исландско-Шетландских – ИШГВ (~10%) и Средиземноморских вод СМВ (~10%), средний компонент - ИШГВ (~80%), Лабрадорских (~10%) и ААДВ (~10%), нижний - ИШГВ (~70%), ААДВ (~20%) и вод Датского пролива – ДПВ (~10%) Определен количественный вклад промежуточных и донных вод в Северо-атлантическую глубинную воду, он составил 10-40%. Получены основные пути распространения компонентов САГВ в Атлантике. На основе собственных данных, полученных в 64-м рейсе НИС “Академик Иоффе” в 2023 г., а также гидрологических разрезов из WODB23 и реанализа GLORYS12v1 были определены границы и построены схемы распространения Антарктических промежуточных (ААПВ) и Средиземноморских вод (СМВ) в Северной Атлантике. Показано, что СМВ в исследуемом районе движется в системе нескольких крупных круговоротов, тогда как движение ААПВ происходит в целом вдоль берегов Африки и Америки с наличием квазиширотных переносов между этими ветвями в тропической части Атлантики. Южной границей распространения СМВ является область её перехода в глубинный слой. Граница ААПВ и СМВ представляет собой зону от 20 до 45° с.ш., где присутствуют обе водные массы. Результаты опубликованы в [Samborskaia et al., 2025]. В регионе формирования основных компонентов САГВ (субполярная Северная Атлантика) проанализирована межгодовая изменчивость гидролого-гидрохимических характеристик в слоях промежуточных и глубинных вод (ЛВ, ИШГВ, ДПВ) в ХХI веке. Наибольшая изменчивость отмечена для ЛВ, объемы и характеристики которой зависят от глубины проникновения зимней конвекции: за период наблюдения наиболее глубокая конвекция отмечалась в 2014-2016 гг. и сопровождалась резким увеличением кислорода, уменьшением температуры, солености и биогенных элементов во всем слое ЛВ. Для слоя ИШГВ выявлена тенденция к увеличению температуры и солености, а также к уменьшению содержания кислорода и биогенных элементов. Установлено, что в слое ДПВ с 2002 по 2009 г. происходил рост температуры, солености и биогенных элементов, а также уменьшение содержания кислорода, в 2010 г. температура резко понизилась, содержание кислорода возросло и до 2021 г. сильных изменений в слое не наблюдалось. На фоне долговременных тенденций уменьшения переноса САГВ на разрезе через Гвианскую котловину происходило увеличение температуры и солености. По реанализу GLORYS12v1 за 1993–2023 гг. выделяются периоды усиления переноса САГВ: 1995–1998, 2001–2005, 2013–2016. В периоды, соответствующие интенсификации или ослаблению переноса САГВ, наблюдались разнонаправленные тенденции температуры и солености. По реанализу фиксировалось усиление переноса ААДВ в 1996–1999, 2004, 20013–2016, 2018–2023 гг. На основе WOD2023 и собственных измерений исследованы межгодовые изменения термохалинных характеристик в источниках формирования ААДВ и Антарктической шельфовой воды (ААШВ) на шельфе в море Содружества, на средней части склона в море Уэдделла. Согласно [Solodoch et al., 2022] более 90% ААДВ в Атлантическом океане образованы в море Уэдлелла (60%) и море Содружества (32%). В районе полыньи Барриеревика в море Содружества в 2024 г. соленость ААШВ превысила 34.5 епс. В предыдущих годах в данном районе в летний период наблюдались менее плотные ААШВ. В 2015 г в районе полыньи в промежуточном слое зафиксированы наиболее холодные модификации ААШВ. Определенного тренда изменений термохалинных характеристик ААШВ, т. е. основной компоненты ААДВ, в море Содружества не выявлено. На склоне в море Содружества, в районе-источнике ААДВ, можно выделить тренд на понижение солености ААДВ в период с 1990-х по 2016 гг. В юго-восточной части моря Уэдделла наименьший слой теплых и соленых ААДВ зафиксирован в 1999 г. В 1995 г. температура и соленость в ААДВ повысилась. Для восточной части Тропической Атлантики глубже 2000 м (в слое Средних САГВ и ДВ) получено, что содержание растворенного кислорода в целом увеличилось (на 5 µМ/кг) при сравнении результатов экспедиций 1990-х и 2022-2023 гг. Для уточнения положения границы НСАГВ и ААДВ использовалось соотношение Si/P, равное 33. Получено, что граница вод НСАГВ и ААДВ находится в Тропической Атлантике значительно ниже изотермы потенциальной температуры 2º С [Wust, 1936]. Установлено, что в ААПВ и ВСАГВ доля Средиземноморских вод достигает 26% и 34%, соответственно. Рассчитано, что в ВСАГВ доля Лабрадорских вод составляет около 30%, а ССАГВ в основном сформированы Исландско-Шетландскими водами. Получено, что ААДВ в восточной части Атлантики в чистом виде нет (расчетная доля менее 25%). Для вод, проходящих через разломы САХ в котловину Зеленого мыса и распространяющихся глубже САГВ, введен термин Северо-восточная донная вода, ее верхняя граница близка к изотерме θ=1.95° С. Тенденции изменения среднего содержания нитратов и силикатов на разрезе А05 (24-26° с.ш.) для верхней и нижней части САГВ за последние 30 лет одинаковы. Концентрации биогенных элементов в нижней части САГВ выше. Концентрации фосфатов изменяются в незначительном диапазоне во временных масштабах для каждой части. В 1998 году отмечается наименьшие концентраци биогенных элементов в комплексе САГВ, также в этом году в глубинных водах разреза А05 отмечались повышенное содержание растворенного кислорода. Ослабление Атлантической меридиональной циркуляции прослеживается с середины XX в., а в наиболее выраженном виде с начала XXI в. [Ramstorf et al., 2015]. Циркуляция в 1990–2010 гг. замедлилась на 30% [Smeed et al., 2018]. Зафиксировано ослабление переноса САГВ по GLORYS12v1 в Гвианской котловине. В 1996, 2002, 2012–2013 гг. и 2021 г. зафиксированы минимумы переноса САГВ. Для оценки времени добегания водных масс от 24° с.ш. (данные буев RAPID) до 15° с.ш. (район массива MOVE) применялся метод многократного расчёта кросс-корреляции между временными рядами наблюдений с последовательным сдвигом по дням. Время добегания определялось как величина сдвига по дням, соответствующая максимальному значению коэффициента корреляции между рядами. Наилучшая корреляционная связь (r = 0,52) выявлена при сдвиге в примерно 18 лет. Временной сдвиг между усилением конвекции в субполярной Атлантике и возможным усилением АМЦ на 26 с.ш. определяется временем распространения сигнала из области конвекции. Общее время распространения вод из субполярной Атлантики до Гвианской котловины (4–8 °с.ш.) составляет 21–23 года по реанализу GLORYS12v1, что близко к оценке [Rhein et al., 2017] 20–22 года. Потепление и осолонение Северо-атлантических глубинных вод за период 1993–2023 гг. подтвердилось по данным АИ-60 и реанализу GLORYS12v1. На фоне общего потепления (на 0.1 °С) при ослаблении (на 2 Св) САГВ выделяются более высокочастотные периоды изменения температуры и солености. В межгодовой изменчивости переносов САГВ выделяются периоды: 2–3 года, 6–8, 11 лет с максимальными амплитудами (1.6, 1.4, 2.7 Св), ААДВ: 2–3 года, 8 лет (0.4, 0.8 Св) соответственно. Выделены годовая и полугодовая гармоники в изменчивости переносов и потенциальной температуры САГВ. Охлаждение (–0.5 °С) и опреснение (–0.003 епс) ААДВ на разрезе через Гвианскую котловину (на 4–8° с.ш.) по разнице данных контактных наблюдений (рейса АИ60 за 2022 г. и данных WAGHC за 1986–2016 гг.). За период 1993–2023 гг. по реанализу GLORYS12v1 получены противоположные тенденции.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".