Синоптические вариации температуры воды в Мартыновой бухте (Черное море) в 2000–2020 годы и определявшие их факторы

Полный текст

Введение

Мартынова бухта расположена на юго-западе Севастопольской бухты, в ее устье. До 1970-х гг. она не входила в состав Севастопольской бухты. В настоящее время от открытого моря бухта отделена южным молом. Ее максимальная глубина 17 м – у оконечности мола. Меридиональная протяженность и ширина на входе около 480 м. Водообмен с открытым морем ограничен. Независимо от направления и силы ветра в Мартыновой бухте преобладает слабое волнение. В открытой части моря за южным молом размещена устрично-мидийная ферма ООО НИО «Марикультура». В этой акватории Институт биологии южных морей (ИнБЮМ) регулярно проводит наблюдения за температурой воды (рис. 1).

Временные ряды наблюдений за параметрами водной среды в прибрежных водах чрезвычайно важны для совершенствования знания в различных областях морской науки. Сочетание прибрежных временных наблюдений с наблюдениями в открытых водах, которые, как правило, представлены в виде пространственных распределений, позволяет раскрыть закономерности временной изменчивости полей океанологических величин в океанах и морях [1, 2].

Прикладная значимость результатов анализа наблюдений в рассматриваемой бухте заключается в их репрезентативности, как для всей акватории Черного моря, так и региона моря у Юго-Западного Крыма, включая бухты и открытые участки севастопольского взморья.

 

Рис. 1. Географическое положение Мартыновой бухты (А – точка наблюдений за температурой воды)

Fig. 1. Geographical position of Martynova Bay (A is the point of water temperature observations)

 

Цель работы – на основе анализа прибрежных наблюдений раскрыть закономерности синоптической изменчивости температуры воды в Мартыновой бухте за временной интервал с 2000 по 2020 г., а также выявить факторы, определяющие соответствующие виды колебаний.

Исходные данные и методы исследования

Для анализа использована выборка ежесуточных (проводимых в 12:00 (GMT +3)) прибрежных наблюдений за температурой воды с 2000 по 2020 г., которые проводились в Мартыновой бухте в районе устрично-мидийной фермы ООО НИО «Марикультура» (точка А на рис. 1).

Сведения об атмосферной синоптической ситуации в Азово-Черноморском бассейне получены путем анализа синоптических карт из архива Гидрометцентра Wetterzentrale (Германия) (URL: http://old.wetterzentrale.de/topkarten/fsreaeur.html). 

Данные о погоде в Севастополе в синоптические сроки взяты на сайте «Погода» МГ «Херсонесский маяк» (URL: http://rp5.am/Погода_на_Херсонесском_маяке).

Для удобства анализа весь исходный массив фактических наблюдений за температурой воды был разделен на две части, относившимся к холодному (ноябрь – апрель) и теплому (май – октябрь) полугодиям. Затем эти данные были усреднены подекадно. Далее для каждого полугодия в системе координат «текущие сутки, текущий год» и «текущая декада, текущий год» построены временные развертки температуры (рис. 2, 3), которые были использованы для оценки отклика рассматриваемой величины на синоптические процессы в атмосфере и в море, а на также локальные региональные процессы.

Усредненные схемы рассчитаны для фильтрации шума и оценки значимости экстремумов, обнаруженных в фактических временных развертках. Детально рассматривались только значимые экстремумы, проявившиеся в средних декадных развертках.

Обсуждение результатов

На временных развертках как фактической, так и средней декадной температуры воды видны положительные и отрицательные локальные экстремумы, свидетельствующие о процессах различного временного масштаба в атмосфере и в море, определявших изменчивость рассматриваемого параметра водной среды (рис. 2, 3).

В холодное время года выявлено три группы таких экстремумов: отчетливо выраженные максимумы в ноябре, минимумы в декабре – феврале и менее значимые максимумы в феврале – марте.

В ноябре во временной развертке фактической температуры воды максимум наблюдался в 15 случаях (годах) из 21, тогда как в развертке средней декадной температуры этот экстремум более или менее четко проявился только 12 раз: в 2000, 2004, 2005, 2007–2010, 2012, 2015, 2018–2020 гг. (рис. 2). 

В эти годы для ноября по архивным синоптическим картам был выполнен анализ атмосферной синоптической ситуации, который показал следующее. Погода над Черным морем определялась влиянием южной юго-западной периферии Сибирского антициклона (Закавказье), что обусловливало вынос тепла из прогретого континента (рис. 4). 

 

Рис. 2. Временной ход температуры воды в Мартыновой бухте в течение холодного полугодия за 2000–2020 гг.: суточной (a), средней декадной (b)

Fig. 2. Time variations of water temperature in Martynova Bay during the cold half of the year for 2000–2020: daily (a), average ten-day (b)

 

Рис. 3. Временной ход температуры воды в Мартыновой бухте в течение теплого полугодия за 2000–2020 гг.: суточной (a), средней декадной (b)

Fig. 3. Time variations of water temperature in Martynova Bay during the warm half of the year for 2000–2020: daily (a), average ten-day (b)

 

Рис. 4. Синоптическая ситуация, иллюстрирующая вынос тепла из Закавказья на Черное море в системе циркуляции южной юго-западной периферии Сибирского максимума, в 12:00 (GMT) 12.11.2019

Fig. 4. Synoptic situation illustrating the transfer of heat from Transcaucasia to the Black Sea in the circulation system of the southern south-western periphery of the Siberian High, map on 12 November 2019, 12:00 GMT

 

В течение этого атмосферного естественного антициклонального синоптического периода продолжительностью от 1 до 2 декад воздух в Севастополе прогревался до 15–20 °С, а температура воды в Мартыновой бухте на фоне сезонного выхолаживания повышалась на 0.6–1.7 °С и достигала 15.1–17.4 °С.

В подобных ситуациях в севастопольских бухтах происходит заметный прогрев мелководных кутовых частей, где также формируется вертикальная стратификация поля температуры. На границе с центральными областями бухт возникают достаточно выраженные фронтальные температурные разделы. В утренние часы при максимальной разности температуры воды и воздуха (до 10 °С) над кутовыми частями бухт наблюдается парение моря.

Еще один значимый атмосферный естественный синоптический процесс, способствовавший экстремальному выхолаживанию прибрежных вод в холодное полугодие, обусловлен арктическими вторжениями холодных воздушных масс. Характерная для арктического вторжения синоптическая ситуация определялась тыловой частью меридионально ориентированной с Карского на Черное море ложбины (рис. 5). Наиболее мощные затоки арктического холода, наблюдавшиеся в декабре – феврале, сопровождались значительным (до −17…−15 °С) падением температуры воздуха в Севастополе, а температура воды в Мартыновой бухте понижалась до минимальных значений (4–6 °С).

Во временном ходе фактической температуры воды локальные минимумы, связанные с арктическими вторжениями, наблюдались в 9 случаях (годах) из 21 (см. рис. 2, а). В развертке средней декадной температуры за холодное полугодие наиболее значительные экстремумы проявились 8 раз: в 2001, 2003–2005, 2011, 2014–2016 гг. (рис. 2, b).

Незначительное повышение температуры воды, отмечавшееся в феврале – марте, было обусловлено локальным метеорологическим явлением – фёновым эффектом.

Фён в Севастополе, как правило, наблюдается в феврале при юго-восточномпереносе в атмосфере. При этом сухой теплый ветер с отрогов Крымских гор способствует затоку теплого воздуха и установлению сухой ясной погоды с температурой воздуха в Севастопольском регионе до 20 °С и выше. Подобные периоды иногда называют февральскими окнами (URL: https://www.c-inform.info/news/id/83349).

 

Рис. 5. Синоптическая ситуация в условиях арктического вторжения на Черное море в 12:00 (GMT) 12.04.2004

Fig. 5. Synoptic situation during the polar invasion of the Black Sea, map on 12 February 2004, 12:00 GMT

 

Фён как локальное явление, длящееся от нескольких суток до декады, не приводит к более или менее значительному повышению температуры воды. По анализируемым данным, как правило, приращение температуры воды, обусловленное фёновым эффектом, не более 0.5 °С; в отдельных случаях 0.6–0.8 °С. 

Фёны – довольно часто наблюдаемое явление в конце зимы. В поле фактической температуры воды они фиксировались почти ежегодно за исключением четырех лет с наиболее низкой зимней температурой – 2004, 2005, 2011, 2016 гг. (рис. 2, а).

Самые интенсивные фёны, вызывавшие прогрев вод в Мартыновой бухте на 0.6–0.8 °С, достаточно редки и наблюдались только в 2015 и 2018–2020 гг. (рис. 2, b).

Для Севастопольского региона фёновый эффект чрезвычайно важен в экологическом плане. Резкое повышение температуры воздуха в конце зимы вызывает интенсивное таяние снега на водосборах крымских рек, которые традиционно считаются загрязненными [3]. Расход воды в реках почти мгновенно возрастает до значений, которые на порядок превышают средние. При этом в бухты и открытые участки моря поступает огромное количество загрязняющих веществ. Эти явления детально рассмотрены для района Балаклавской бухты в книге [4].  

В теплое время года во временном ходе температуры воды выявлены две группы экстремумов: отчетливо выраженные максимумы в июне – августе и минимумы в июне – сентябре (см. рис. 3).

Высокая фактическая температуры воды (26–28 °С) наблюдалась в 2005, 2007, 2012, 2014–2017 гг. Максимально (до 28–30 °С) море в анализируемой бухте прогревалось в 2001 и 2010 гг. (рис. 3, a). В 2001, 2010, 2014–2017 гг. максимумы температуры (27–28 °С) проявились в средней декадной развертке (рис. 3, b).

Рассмотренные выше случаи обусловлены экстремально высокой температурой воздуха (до 33–37 °С). В июле – августе перегретые воздушные массы распространялись на Азово-Черноморский бассейн северо-восточным ветром из района Сальских степей, где средняя температура воздуха в летний период достигает 35–45 °С [5]. При этом синоптическая ситуация определялась восточной юго-восточной периферией Азорского антициклона (рис. 6).

Наблюдавшиеся в июне – сентябре циклические изменения температуры воды на временном масштабе от нескольких суток до 2–3 декад, которые сопровождались существенным ее понижением, были обусловлены прибрежным черноморским апвеллингом. Прибрежный черноморский апвеллинг – наиболее значимый механизм, реализующий водообмен между шельфовой и глубоководной зонами моря, относительно хорошо изучен для глубоководных акваторий, расположенных по периметру Черного моря. Природу этого явления связывают с влиянием атмосферной циркуляции над Азово-Черноморским бассейном [6–8].

 

Рис. 6. Синоптическая ситуация, обусловливающая вынос перегретого воздуха на Черное море из Сальских степей, в 12:00 (GMT) 14.08.2010

Fig. 6. Synoptic situation in conditions of superheated air outflow to the Black Sea from the Sal steppes, map on 14 August 2010, 12:00 GMT

 

Особенности прибрежного черноморского апвеллинга в Мартыновой бухте и на Севастопольском взморье проанализированы в статье [9] и кратко перечислены ниже. Наиболее мощные апвеллинги были отмечены в июне 2001 г., июне – июле 2005 г., сентябре 2006 г., сентябре 2007 г., июле – августе 2011 г., июле – августе 2013 г., июле – августе 2015 г., июле и сентябре 2017 г., июле 2019 г., июле 2020 г. (рис. 5). Всего за временной интервал с 2000 по 2020 г. зафиксировано 42 случая апвеллинга с размахом температуры 2–7 °С. Их длительность изменялась от 4 до 32 сут.

Наиболее часто в Мартыновой бухте апвеллинги фиксировались в июне – июле. Самые интенсивные были отмечены в июне. Такая же закономерность типична для апвеллинга в районе свала глубин у западного берега Крыма [7]. Наибольшую повторяемость (31 %) имели апвеллинги с длительностью цикла 4–8 сут. Гораздо реже наблюдались апвеллинги с циклом 20–32 сут. Их суммарная повторяемость 11 %.

К характерным свойствам гидрологического режима севастопольских бухт относят сгонно-нагонные явления [10]. Анализируемый массив в силу дискретности наблюдений не позволяет рассмотреть подобные явления.

Наблюдения за температурой воды, которые велись в Севастопольском морском рыбном порту в Камышовой бухте и на пляже в б. Круглой (Омега) с дискретностью 6 ч, показали, что колебания температуры воды, вызываемые сгонно-нагонными ветрами, незначительны. Их размах не превышает 1 °С, а длительность цикла, как правило, не более 1 сут.

Данный эффект можно объяснить морфометрическими особенностями и расположением бухт северного берега Гераклейского полуострова, а также ветровым режимом Севастопольского региона. Осевые линии бухт – от Казачьей до Южной – (см. рис. 1) ориентированы по меридиану, а сами бухты обращены открытыми частями на север. Ветры северной четверти вызывают нагон, ветры южной четверти – сгон.

Особое свойство бризовой циркуляции в Севастопольском регионе заключается в том, что дневной северо-западный бриз, как и ночной северо-восточный бризовый ветер, обладают значимой северной составляющей, которая в теплое время года часто превалирует над градиентным ветром. Поэтому в теплое полугодие северный берег Гераклейского полуострова с его бухтами в основном подвержен влиянию нагонного ветра. Сгонные ветры южной четверти, вызывающие понижение температуры воды, редки, к тому же в пределах каждой из бухт они обладают крайне ограниченным разгоном, а смежная акватория севастопольского взморья имеет относительно небольшую глубину.

Отмеченное выше позволяет полагать, что у северного берега Гераклейского полуострова и в соответствующих бухтах сгонно-нагонные колебания температуры воды небольшие, их размах не более 1 °С.

Заключение

На основе анализа выборки ежесуточных прибрежных наблюдений рассмотрены закономерности временной изменчивости температуры поверхностного слоя вод в Мартыновой бухте с 2000 по 2020 г., проанализированы факторы, приводившие к этой изменчивости.

Во временном ходе температуры воды, как фактической, так и средней декадной, отслежен отклик (в виде положительных и отрицательных экстремумов) на синоптические процессы в атмосфере и в море.

В холодное время года выявлено три группы таких экстремумов: отчетливо выраженные максимумы в ноябре, минимумы в декабре – феврале и менее значимые максимумы в феврале – марте.

Повышение температуры воды в ноябре на 0.6–1.7 °С на фоне сезонного выхолаживания определялось выносом на Черное море теплой воздушной массы из Закавказья в системе циркуляции южной юго-западной периферии Сибирского максимума. Падение температуры воды до минимума 4–6 °С в декабре – феврале обеспечивали арктические вторжения. Фёны в феврале – марте сопровождались прогревом воды в Мартыновой бухте примерно на 0.5 °С.

В теплое полугодие во временном ходе температуры воды выделены две группы экстремумов: максимумы в июне – августе и минимумы в июне – сентябре.

Экстремально высокая температура воды 28–30 °С была обусловлена перегретыми воздушными массами, которые распространялись на Черное море из района Сальских степей, где средняя температура воздуха в летний сезон достигает 45 °С. При этом синоптическая ситуация над Черным морем определялась восточной юго-восточной периферией Азорского антициклона.

Наблюдавшиеся в июне – сентябре циклические изменения температуры воды на временном масштабе от нескольких суток до 2–3 декад, которые сопровождались ее понижением на 2–7 °С, были обусловлены черноморским апвеллингом.

В бухтах северного берега Гераклейского полуострова колебания температуры воды, вызываемые сгонно-нагонными ветрами, незначительны. Их размах не превышает 1 °С, а длительность цикла, как правило, не более 1 сут.

Об авторах

Павел Демьянович Ломакин

Морской гидрофизический институт РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: p_lomakin@mail.ru
SPIN-код: 5419-9884
Scopus Author ID: 6701439810
ResearcherId: V-7761-2017

ведущий научный сотрудник, доктор географических наук, профессор

Россия, Севастополь

Марк Александрович Попов

Институт биологии южных морей им. А. О. Ковалевского РАН

Email: mark.a.popov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0220-1298
SPIN-код: 4600-2656
Scopus Author ID: 57197871255

старший научный сотрудник, кандидат географических наук

Россия, Севастополь

Список литературы

Дополнительные файлы