Water mass-structure and variability of the Kane gap in the equatorial Atlantic ocean

全文:

Введение

Механизмы взаимодействия и трансформации водных масс, распространяющихся через океанические проливы и проходы – плохо изученная проблема современной океанологии, которая ввиду сложного подводного рельефа и неполноты имеющихся данных натурных наблюдений неадекватно разрешается даже океанскими реанализами. Глубоководных экспедиционных исследований в восточной тропической части Атлантики очень мало. В предлагаемой работе представлены результаты анализа структуры вод, выполненные на океанологическом разрезе вдоль глубоководного прохода Кейн, соединяющего части котловин Зеленого мыса и Сьерра-Леоне между горами Гримальди и материковым склоном африканского континента (рис. 1). Район исследования располагался вблизи разреза НИС “Академик Иоффе” 2000 г. [1] и широтного разреза А06 WOCE, выполненного вдоль 7.5° с. ш. в 1993 и 2000 гг.

 

Рис. 1. Положение станций в 63-м рейсе НИС “Академик Иоффе” (АИ-63) в проходе Кейн. а – картосхема прохода Кейн, красными точками – положение станций; б – картосхема района исследования со схемой циркуляции донных вод. Красным квадратом показан район исследования, а точками – положение станций, серыми стрелками показана схема циркуляции Антарктической донной (ААДВ) и Донной воды северо-восточной Атлантики (СВАДВ) по [7, 9] для котловины Зелёного мыса. Чёрными стрелками – путь СВАДВ в район исследования, восстановленный по реанализу GLORYS12v1

 

Анализ водных масс и циркуляции вод в экваториальной части Атлантики представлен в работах [2–4]. Однако, до сих пор в структуре глубинных и придонных вод остаётся много неясного. Так, количество выделяемых компонентов Североатлантических глубинных вод (САГВ) и их границы, а также источники их формирования, различаются у разных авторов [5, 6]. В работах [3, 7] показано, что не происходит распространения САГВ как единого целого: каждый компонент несёт особенности водных масс, от которых он происходит, и все компоненты имеют различные пути распространения, взаимодействуют с разными по характеристикам водами и в итоге формируют свои уникальные особенности. Именно этим объясняется несовпадение положения по вертикали экстремумов различных характеристик, присущих одной и той же водной массе, но сами различия между компонентами не такие существенные, чтобы выделять их как самостоятельные водные массы. В классической работе [5] показано, что в слое Северо-атлантических глубинных вод следует различать три слоя – верхние САГВ, источником которых являются Средиземноморские воды [5, 2], средние САГВ, которые происходят от Лабрадорских вод (ЛВ) [6], и нижние САГВ, основным источником которых являются воды Датского пролива [5, 6]. Иногда САГВ разделяется на четыре составляющие [6], где средние САГВ делятся на два слоя с минимумом и максимумом кислорода соответственно. При этом составляющие САГВ в более поздних работах представлены уже смесью Средиземноморских, Лабрадорских, Исландско-Шетландских, вод Датского пролива и Антарктических донных вод (ААДВ) в разных пропорциях [2, 6]. А для донных вод восточной части Тропической Атлантики, которые поступают главным образом через разлом Вима и по своим характеристикам отличаются от вод, приходящих через разломы Романш и Чейн [7], в литературе до сих пор нет даже единого названия.

Исследование внутригодовой изменчивости скоростей течений и потенциальной температуры в проходе Кейн проводились ранее с помощью самописцев в течение года [8]. Были выделены гармоники и установлена связь положительных аномалий температуры с течениями юго-восточного направления. Но на климатическом масштабе сведений об изменении характеристик в этом проходе в литературе до сих пор не существует.

В связи с этим цель данной работы – анализ структуры вод и её изменчивости на межгодовых масштабах в слабоизученном районе прохода Кейн на основе собственных данных и реанализа.

Материалы и методы

Описание данных измерений. В работе использовались данные, полученные в 63-м рейсе НИС “Академик Иоффе” с 29.09.2022 по 10.12.2022 г. на продольном разрезе, проходящем через проход Кейн (в дальнейшем АИ-63). Непосредственно в проходе Кейн измерения проводились 19–21 октября 2022 г.

Гидрологические измерения в рейсе проводились CTD-зондом высокой точности от поверхности до дна. Для отбора проб воды использовались батометры Нискина на 10 л, размещённые на зондирующем комплексе. Гидрохимический анализ включал определение содержания растворённого в воде кислорода и концентрации биогенных веществ (фосфатов, нитритов, нитратов, силикатов). Пробы воды обрабатывались непосредственно после их отбора в судовой лаборатории, согласно стандартным методикам [10].

Кроме того, был рассчитан квазиконсервативный гидрохимический показатель PO, предложенный в работе [11]:

_{$\text{PO}=135\left[{\text{PO}}_{\text{4}}\right]+{\text{O}}_2,$} (1)

где PO₄ и O₂ – измеренные концентрации фосфатов и растворенного кислорода в µM/кг.

В работе процент содержания водных масс, для случая смешения двух водных масс, был рассчитан как:

${\text{f}}_{ВМ\text{1}}=\left|\left({\text{PO-PO}}_1\right)/\left({\text{PO}}_2{\text{-PO}}_1\right)\right|\ast 100\%$. (2)

Для случая смешения трёх водных масс f_ВМ была составлена система линейных уравнений по формулам аналогичным (2):

$\left\{\begin{array}{l}{\text{f}}_{ВМ\text{1}}=\left|\left(\text{PO}-{\text{PO}}_1\right)/\left({\text{PO}}_2-{\text{PO}}_1\right)\right|\ast 100\%/3\\ {\text{f}}_{ВМ\text{2}}=\left|\left(\text{PO}-{\text{PO}}_2\right)/\left({\text{PO}}_3-{\text{PO}}_2\right)\right|\ast 100\%/3\\ {\text{f}}_{ВМ\text{3}}=\left|\left(\text{PO}-{\text{PO}}_3\right)/\left({\text{PO}}_1-{\text{PO}}_3\right)\right|\ast 100\%/3\end{array}\right.$, (3)

где РО – рассчитанная концентрация (по формуле 1) по измеренным концентрациям фосфатов и растворенному кислороду; PO₁, РО₂ и PO₃ – значения РО в источниках водных масс, рассчитанные по исходным значениям из работы [4].

Для промежуточных и глубинных вод по показателю РО была рассчитана доля каждой из вод в смеси. В слое ниже 500 м рассматривались Антарктические промежуточные, Средиземноморские, Лабрадорские, Исландско-Шетландские глубинные и Антарктические донные воды (ААПВ, СПВ, ЛВ, ИШГВ и ААДВ, соответственно). Причём ставилось ограничение на присутствие тех или иных вод в смеси ниже и выше ядра граничащих вод исходя из структурных особенностей, так что максимальное количество вод в смеси составляло три. Так, в слое 500–1200 м рассматривалась смесь ААПВ и СПВ, в слое 1200–2000 м к ним добавлялась ЛВ. В слое глубинных вод 2000–3500 м оценивалась доля СПВ, ЛВ и ИШГВ, а в придонном – смесь САГВ и ААДВ.

Для анализа гидрологических характеристик и описания их изменчивости на сезонном и межгодовом масштабах в проходе Кейн Тропической Атлантики использовался реанализ GLORYS12v1 с шагом сетки 1/12° за период 1993–2022 г. и анализировались температура, солёность и компоненты скорости течений на придонном горизонте 4405 м в координатах прохода.

Из исходных рядов среднемесячных значений реанализа GLORYS12v1 вычитался линейный тренд и проводился спектральный анализ. Полученные детрендированные ряды представлялись в виде совокупности гармонических функций с различными периодами и амплитудами с помощью быстрого преобразования Фурье. Исходные ряды межгодовых значений, анализируемых параметров сначала преобразовывались в ряды кратные 2^N, при N = 10. Полученные ряды преобразованных данных проверялись на нормальность распределения по критерию Колмогорова-Смирнова (>0.05). Далее анализировались периодограммы и выделялись периоды, вносящие наибольший вклад в суммарную дисперсию исходного ряда. С помощью полосно-пропускающего оконного фильтра Хэмминга выделялись соответствующие периоды (0.5–1, 2–4, 10–30 лет). К исходным и фильтрованным рядам применялся корреляционный анализ. Оценивалась значимость полученных результатов по t-критерию Стьюдента. Для среднемесячных характеристик значимые корреляции на 5% доверительном интервале лежали в диапазоне от –0.3 до 0.3. Значимость долговременных тенденций исходных рядов среднемесячных и среднегодовых скоростей течений, а также потенциальной температуры воды за 1993–2022 гг. оценивалась по критерию Манна-Кендалла.

Результаты

Структура вод в проходе Кейн. Для района прохода Кейн характерна структура вод, типичная для восточной части Тропической Атлантики. На разрезе АИ-63 в проходе Кейн нами были выделены следующие водные массы (рис. 2).

 

Рис. 2. Распределения потенциальной температуры, °С (а), солёности, епс (б), содержание растворённого кислорода, μM/кг (в), силикатов, μM/кг (г), θ,S-диаграмма (д), и содержание фосфатов, μM/кг (е) на разрезе АИ63 в проходе Кейн. Серыми линиями даны границы водных масс, белой линией на (г) – положение Si/P = 33

 

Поверхностные воды были представлены верхним квазиоднородным слоем (до глубины 30 м), в котором температура варьировала от 28 до 29 °С, содержание растворенного кислорода изменялось в пределах 200–203 μM/кг, а процентное его насыщение во всём слое было более 100%. Этот слой также характеризовался низкими концентрациями биогенных элементов.

Глубже верхнего перемешенного слоя располагались Центральные воды (ЦВ), в которых происходила аккумуляция биогенных элементов с активным потреблением растворённого кислорода. На глубине 350–450 м содержание растворённого кислорода, достигала своего минимума (40–60 μM/кг), а концентрации биогенных элементов, наоборот, резко возрастали и в минимуме кислорода изменялись в пределах: фосфаты – 1.8–2.0 μM/кг; силикаты – 14–26 μM/кг; нитраты – 31–34 μM/кг. Нижней границей этих вод можно считать положение минимума кислорода на глубине 400–460 м.

Ниже этой границы до 1050 м, залегали промежуточные воды, главным образом представленные Антарктической промежуточной водной массой (ААПВ), с ядром – минимумом солёности (около 34.7 епс) на глубине 800–900 м. Нижняя граница ААПВ близка к изотерме θ = 5 °С и находилась на глубине 1050 м. ААПВ характеризовалась низким содержанием растворённого кислорода (110–120 μM/кг), а также максимумом биогенных элементов, достигающим в ядре очень высоких концентраций: фосфаты – до 2.24 μM/кг, нитраты – до 34 μM/кг; силикаты – до 30 μM/кг (см. рис. 2). В нижнем слое ААПВ по нашим расчётам присутствует значительная доля Средиземноморских вод – от 17 до 26%.

Глубже промежуточного слоя залегал комплекс Североатлантических глубинных вод (САГВ), представленный в проходе Кейн верхним и средним компонентами. Верхняя Североатлантическая глубинная водная масса (ВСАГВ) выделялась на разрезе по максимуму солёности (более 34.97 епс) и по минимуму силикатов (21–35 μM/кг), а также по минимумам фосфатов (1.33–1.40 μM/кг) и нитратов (19–21 μM/кг) в слое 1050–2700 м. Нижняя граница этих вод, рассчитанная по максимуму вертикальных градиентов гидролого-гидрохимических характеристик [12], была близка к изотерме θ = 2.7 °С. Кроме того, для ВСАГВ было характерно увеличение с глубиной концентрации растворённого кислорода, содержание его увеличивалось от верхней границы ВСАГВ (230 μM/кг) до нижней (248 μM/кг), соответственно. Мы предполагаем, что в районе прохода Кейн ВСАГВ представлена смесью Лабрадорских, Антарктических промежуточных и Средиземноморских вод. Доля Лабрадорских вод составляла по нашим расчётам, в соответствии с формулой (2) около 30%, (с максимумом в слое 2500–2700 м), Антарктических промежуточных – 24–50% (вблизи верхней границы), а Средиземноморских – 10–34%. Благодаря Средиземноморским водам этот слой характеризовался максимумом солёности, при этом основная их доля сосредоточена в слое 1000–2000 м.

Как отмечено выше, для нижележащих компонентов САГВ до сих пор в мировой литературе нет чёткого понимания о количестве составляющих и их происхождении, т.к. положение экстремумов различных характеристик не совпадает по глубине. В табл. 1 мы приводим имевшиеся ранее сведения об источниках компонентов глубинных вод в этом районе в сравнении с полученными в работе результатами.

 

Таблица 1. Составляющие компонентов глубинных вод тропической части Атлантики по мнению разных авторов

	Wust 1935 [5]	Tsuchiya et al., 1992*	Rhein et al., 1995 [6]	Schmitz, 1996*	Andrie et al., 1998 [2]	Liu, Tanhua, 2019 [4]	de Carvalho Ferreira, Kerr, 2017 [13]	Настоящая работа
ВСАГВ	CПВ	CПВ + ЛВ	верхняя ЛВ	ЛВ +СПВ	ЛВ	ИШВ + ЛВ		ЛВ, ААПВ, СПВ
ССАГВ	ЛВ	ИШГВ + ВДВ +ДПВ	ЛВ	ИШГВ +ААДВ	ЦВ+ЛВ + ИШГВ	ИШГВ +ДПВ+(ЛВ)	ЛВ +ДПВ+ ИШГВ +(СПВ)	ИШГВ, ЛВ, СВАДВ
			ЧГВ
НСАГВ (западная часть)	ДПВ	ААДВ +ДПВ	ДПВ	ДПВ+ ААДВ	ДПВ		ДПВ+ УГВ	ЧГВ, ААДВ, ДПВ

Примечание. ААПВ – Антарктические промежуточные, СПВ – Средиземноморские промежуточные, ЛВ – Лабрадорские, ИШГВ – Исландско-Шетландские глубинные, ЧГВ – воды разлома Чарли-Гиббс, ДПВ – воды Датского пролива, УГВ – глубинные воды моря Уэдделла, ААДВ Антарктические донные воды, ВДВ – донные воды восточного бассейна, СВАДВ – донные воды Северо-восточной Атлантики. В скобках подразумевается незначительное количество воды в смеси. Звёздочкой (*) помечены результаты, взятые из работы [7].

 

На разрезе в слое 2700–4100 м выделялись средние САГВ (ССАГВ) по максимуму растворённого кислорода (245–249 μM/кг). Эти воды с повышенным значением кислорода, возможно, приходят в исследуемый район с запада. Мы предполагаем, что в районе прохода Кейн происходит трансформация вод, главным образом представленных смесью Исландско-Шетландских и Лабрадорских (доли 40–70% и 30–40% соответственно), к которым после прохождения разломов в Срединно-Атлантическом хребте (САХ) на 5–11° с. ш. в котловине Зелёного мыса добавляются сильно трансформированные глубинные воды с низким содержанием кислорода. Этот минимум формируется в районе материкового склона Африки в результате минерализации большого количества органического вещества в акватории Канарского апвеллинга [14].

Придонный слой в исследуемом районе занимали Донные воды северо-восточной Атлантики (СВАДВ). Варианты названия и граница СВАДВ в сравнении с предшествующими работами представлены в табл. 2. Эти воды на разрезе характеризовались минимумами потенциальной температуры (1.85–1.95 °С) и солёности (менее 34.88 епс), более низким содержанием растворённого кислорода (241–245 μM/кг), а также более высокими концентрациями силикатов (50–56 μM/кг), фосфатов (1.5–1.62 μM/кг) и нитратов (20–22 μM/кг), чем вышележащие САГВ. СВАДВ, вероятно, представляет собой смесь ССАГВ, НСАГВ и ААДВ, взаимодействующих по мере прохождения разломов в САХ. Эти воды поступают с глубинным течением из разлома Вима в котловину Зелёного мыса и по своим характеристикам отличаются от вод, поступающих через разломы Романш и Чейн. (см. рис. 1). Причём перенос, согласно реанализу, направлен не напрямую от разлома Вима, как это считалось раннее [9], а зонально вдоль южной оконечности котловины. В районе прохода Кейн СВАДВ взаимодействуют с местными глубинными водами с низким содержанием растворённого кислорода и высокими концентрациями биогенных элементов [14], а затем через этот проход распространяются далее на юг. Правда, как показано в работе [8], по данным самописцев течений и по реанализу (см. врезку рис. 3), в придонном слое прохода Кейн фиксируются разнонаправленные течения как южного, так и северного направления, что говорит о нестационарном характере этого переноса. Как свидетельствуют новейшие данные рельефа GEBCO 15’, к югу от гор Гримальди располагается безымянный глубоководный проход (глубины над седловинами более 4000 м), через который также может проходить СВАДВ.

 

Таблица 2. Название и характеристики Донных вод восточной части Атлантики

Название	Верхняя граница, θ, °C	Авторы
Антарктическая донная вода (ААДВ/AABW)	2	Wust, 1935 [5]
	1.9 (4–11° с. ш.) 2.0 (36° с. ш.)	McCartney et al., 1991 [9]
	1.8 (11° с. ш.), 1.9 (36° с. ш.)	Macdonald, 1998*
Донная (абиссальная) вода восточного бассейна (ВДВ/EBW)	–	Добролюбов и др., 1995*
	1.8–2.0 (0° с. ш.)	Morozov et al., 2010 [7]
	1.8	Stephens, Marshall, 2000*
Нижняя глубинная водная масса (LDW)	1.8	Van Aken, 2007 [16]
Глубинная вода северо-восточной Атлантики (lNEADW)	1.98±0.03	Garcia-Ibanez et al., 2015 [17]
Донная вода северо-восточной Атлантики (СВАДВ/NEABW)	1.95	Liu, Tanhua, 2019 [4], Настоящая работа

Примечание. Звёздочкой (*) помечены взятые из работы [7].

 

Рис. 3. Межгодовая изменчивость среднемесячных значений потенциальной температуры (θ, °С) (а), меридиональной скорости течений (V, см/c) (б) в проходе Кейн по океаническому реанализу GLORYS12v1 за все месяцы 1993–2022 гг. На врезке (справа) увеличен фрагмент 2009–2012 гг. Чёрные точки – по оценкам разных авторов из табл. 4. Серая заливка – среднеквадратические отклонения для рядов среднемесячных значений реанализа GLORYS12v1, рассчитанные за 11 месяцев скользящим окном (+5 и – 5 месяцев от центрального значения)

 

Верхняя граница СВАДВ в проходе Кейн по нашим оценкам соответствовала максимальным вертикальным градиентам солёности и кислорода, соотношению Si/P, равному 33 [15] и концентрации силикатов 50 μM/кг. Выделенная граница совпадала с изотермой θ = 1.95 °С, предложенной [4], что немного ниже “классической” границы 2 °С [5].

Наибольший интерес связан с долей ААДВ в СВАДВ из-за трансформации антарктических донных вод при прохождении разломов САХ из западной части Атлантического океана в восточную. В проходе Кейн по консервативному показателю РО рассчитанная доля ААДВ в СВАДВ составила около 20%. В районе самого прохода их доля была ниже 15%, тогда как в близлежащих котловинах доля ААДВ составляла чуть более 20%. Таким образом, мы разделяем мнение большинства исследователей (см. табл. 2), что ААДВ в восточной Атлантике в чистом виде нет, их доля здесь составляет менее 25%. Если же принять за 100% содержание ААДВ в донных водах на входе в разлом Вима, то на выходе из него в восточную Атлантику доля ААДВ составляет уже около 60% от тех вод, которые подошли к разлому с запада.

Межгодовая изменчивость. Спектральный и корреляционный анализ

Наибольший интерес в проходе Кейн, ввиду отсутствия океанологических разрезов для сравнения, представляет изменение температуры и скорости течений на главной седловине. В работе сравнивались измерения среднемесячных значений потенциальной температуры и меридиональной компоненты скорости течений, полученные разными авторами и с помощью реанализа GLORYS12v1. Использовались значения в точке 9.333° с. ш., 19.833° з. д. на горизонте 4405 м, характеризующие придонный слой мощностью около 400 м (табл. 3, рис. 4). Также эти характеристики сравнивались с данными самописцев в проходе Кейн на глубинах 4350–4570 м. в ноябре 2010 г. – октябре 2011 г. [8].

 

Таблица 3. Потенциальная температура (θ) и меридиональная компонента скорости течения (V) над седловиной прохода Кейн

Авторы	Годы	Месяцы	Глубина, м	θ, °С	V, см/c	Направление потока
Morozov et al., 2010 [7]	2009	4	4552 / 4405	1.856 / 1.914	–10 / –3	ЮВ / ЮВ
Morozov et al., 2013 [18]	2009	10	4536–4567 / 4405	1.846 / 1.983	5…10 / 4	СЗ / С
	2010	10	4444–4545 / 4405	1.836 / 1.968	2 / –15	СЗ / ЮВ
	2011	10	4387–4566 / 4405	1.855 / 1.921	–5…5 / 15	0 / СЗ
	2012	10	4284–4558 / 4405	1.832 / 1.924	5 / 10	СЗ / CЗ
Наши данные (2 рейс НИС “Ак. Трешников”)	2014	5	4424 / 4405	1.877 / 1.825	– / –13	– / ЮВ
Наши данные (63 рейс НИС “Ак. Иоффе”)	2022	10	4550 / 4405	1.858 / 1.878	– / –12	– / ЮВ

Примечание. Вверху – по данным измерений разных лет, внизу – по реанализу GLORYS12v1 за 1993–2022 гг. (Положительное значение скоростей течений указывает направление на север).

 

Рис. 4. Периодограмма среднемесячных рядов (а) и изменчивость фильтрованных детрендированных среднемесячных значений меридиональной скорости течения (V, м/c, синим) и потенциальной температуры (θ, °С, красным), на периодах 0.5–1 (б); 2–4 года (в), 10–30 лет (г) в проходе Кейн по океаническому реанализу GLORYS12v1

 

Сравнение реанализа и самописцев показало удовлетворительное соответствие ежемесячных изменений температуры воды и плохое воспроизведение скоростей течений (см. рис. 3). Совпадения по направлению меридиональной компоненты скорости выявлены лишь эпизодически (декабрь 2010, январь, март, май 2011). В целом можно отметить, что периоды повышения температуры соответствуют юго-восточным направлениям течений (из котловины Зелёного мыса в сторону котловины Сьерра-Леоне).

Это подтверждается максимальными значениями потенциальной температуры, полученными по реанализу (более 2 °C), которые наблюдались в январе–марте 1996 г., апреле–сентябре 1999 г., январе–марте 2003 г., феврале – ноябре 2010 г., декабре 2011 г., январе–июне 2020 г. при течениях юго-восточного направления. Минимальные температуры по реанализу (~1.8 °C) наблюдались в июле–октябре 1995 г., декабре 2004 г., июне 2005 г. при усилении скоростей течений противоположного северо-западного направления. Правда, в июне–ноябре 1996 г., январе–феврале 1997 г., феврале–марте 2013 г., июне–июле 2014 г., были выявлены периоды пониженной температуры (~1.85 °C) как раз при течениях юго-восточного направления. Таким образом, по реанализу периоды повышения/понижения температуры не всегда соответствуют закономерностям, выделенным по самописцам.

Анализ периодограммы на рис. 4 показал, что в изменчивости меридиональной скорости течений выделяются годовая (1 год) и полугодовая (0.5 года) гармоники, а также период 2–4 года. Амплитуда годовой гармоники меридиональной скорости течений равна 0.045 м/c. В изменчивости температуры и солёности выделяются периоды 1, 2–4, 10 лет. Амплитуды гармоники температуры равны 0.007, 0.015, 0.027 °С, соответственно.

Спектральный анализ данных рядов потенциальной температуры и придонной скорости течений в разломе Романш также показал важную роль полугодовой и годовой гармоники [19]. На 26° с. ш. для ААДВ аналогично выделялась годовая гармоника переноса с амплитудой 0.6 Св и амплитудой потенциальной температуры 0.01°С [20].

Сопоставление рис. 3 и рис. 4 в, г показывает преобладание скорости течения юго-восточного направления в 2006, 2008, 2019, 2022 гг. и северо-западного направления в 1996, 2005, 2009, 2018, 2020, 2021 гг.

Мы проанализировали также корреляционные связи между исходными рядами среднемесячных значений солёности, потенциальной температуры, меридиональной и зональной скоростей течений за период 1993–2022 гг. (табл. 4). Установлена значимая отрицательная связь меридиональной и зональной компонент скорости течений (r = –0.92) для придонных вод, что свидетельствует о доминировании в проходе Кейн либо течений северо-западного (43% случаев), либо – юго-восточного направлений (50% случаев). Наибольшие отрицательные связи меридиональной и зональной скоростей течений наблюдаются на масштабе 2–4 года (r = –0.94). На низкочастотном периоде 10–30 лет появляется отрицательная связь температуры с меридиональной компонентой скорости (r = –0.34) (табл. 4). Таким образом, при северо-западном направлении течений потенциальная температура в проходе Кейн уменьшается, что подтверждает результаты [8].

 

Таблица 4. Корреляционная матрица исходных рядов, фильтрованных среднемесячных рядов (0.5–1, 2–4, 10–30 лет) потенциальной температуры воды (θ), зональной (U) и меридиональной скорости течений (V) на глубине 4405 м по реанализу GLORYS12v1 в 1993–2022 гг. Значимые корреляции на 5% доверительного интервала лежат в диапазоне –0.3>r>0.3

Параметры	θ, °C	V, м/c	U, м/c
θ, °C	–	–0.14, 0.05, 0.20, –0.34	0.19, 0.05, 0.20, 0.46
V, м/c	–0.14, 0.05, 0.20, –0.34	–	–0.92, –0.82, –0.94, –0.68
U, м/c	0.19, 0.05, 0.20, 0.46	–0.92, –0.82, –0.94, –0.68	–

 

При анализе многолетних трендов изменения гидрологических характеристик в проходе Кейн за 1993–2022 гг. по критерию Манна-Кендалла выявлены значимая тенденция уменьшения солёности (на 0.005 епс) и увеличения потенциальной температуры воды (на 0.03 °С). Значимых тенденций изменений скоростей течений за указанный период выявлено не было.

Выводы

Анализ данных 63-го рейса НИС “Академик Иоффе” в 2022 г. показал, что для района прохода Кейн характерна структура вод, типичная для восточной части Тропической Атлантики.

Получено, что в нижнем слое промежуточных вод, представленных главным образом ААПВ, по нашим расчётам присутствует от 17 до 26% доли Средиземноморских вод.

Установлено, что в восточной части тропической Атлантики комплекс САГВ представлен двумя слоями: ВСАГВ с максимумом солёности и ССАГВ – с максимумом кислорода. По нашим расчётам, ВСАГВ — это смесь вод, состоящая из Лабрадорских вод (доля до 30%), Антарктических промежуточных (до 50% у верхней границы) и Средиземноморских (до 34%) вод.

В районе прохода Кейн происходит трансформация ССАГВ, которые представляют собой смесь Исландско-Шетландских глубинных и Лабрадорских вод, а после прохождения разломов 7–12° с. ш. к ним добавляются сильно трансформированные глубинные воды с низким содержанием кислорода, приходящие из района материкового склона Африки.

Получено, что ААДВ в восточной части Атлантики в чистом виде нет (расчётная доля менее 25%). Для вод, проходящих через разломы САХ в котловину Зелёного мыса и распространяющихся глубже САГВ, введён термин Северо-восточная донная вода (СВАДВ), её верхняя граница близка к изотерме θ = 1.95 °С.

Выявлена отрицательная связь меридиональной скорости течений и потенциальной температуры (–0.34) только на масштабе 10–30 лет, т.е. при северо-западном направлении потока температура в проходе Кейн будет уменьшаться, а при юго-восточном – увеличиваться.

Получена значимая тенденция уменьшения среднегодовых значений солёности (на 0.005 епс) и увеличения значений потенциальной температуры воды (на 0.03 °С) в придонном слое прохода Кейн за 1993–2022 гг.

Благодарности

Авторы благодарят Ф.Н. Гиппиуса, С.А. Бабича, Н.Ю. Родионову, а также весь экипаж и научный состав НИС “Академик Иоффе” и НЭС “Академик Трешников”, которые помогали в проведении экспедиционных исследований.

Источники финансирования

Работа выполнена в рамках государственных заданий по темам госзаданий МГУ № 121031900090-6, ФИЦ ИнБЮМ № 124030100137-6. При поддержке гранта РНФ № 23-17-00032 были выполнены описания гидролого-гидрохимических характеристик.

作者简介

А. Demidov

Lomonosov Moscow State University

编辑信件的主要联系方式.
Email: tuda@mail.ru

Faculty of Geography

俄罗斯联邦, Moscow

K. Artamonova

Lomonosov Moscow State University; Russian Federal Research Institute of Fisheries and Oceanography

Email: tuda@mail.ru

Faculty of Geography

俄罗斯联邦, Moscow; Moscow

S. Krasheninnikova

Lomonosov Moscow State University; A.O. Kovalevsky Institute of Biology of the Southern Seas, Russian Academy of Sciences

Email: tuda@mail.ru

Faculty of Geography

俄罗斯联邦, Moscow; Sevastopol

S. Dobrolyubov

Lomonosov Moscow State University

Email: tuda@mail.ru

Faculty of Geography, Academician of the RAS

俄罗斯联邦, Moscow

参考

补充文件