Горизонтальный транспорт соли и биогенов в Черном море по модельным и спутниковым данным

Настоящая работа посвящена изучению влияния крупномасштабной динамики Черного моря на сезонную изменчивость водо-, солеобмена и обмена биогенными веществами в бассейне. Циклоническая циркуляция ветра над Черным морем вызывает дивергенцию вод, которая способствует обмену солью между центральной частью моря и периферией. Дивергенция вод компенсируется подъемом вод. Кросс-шельфовый обмен и вертикальные движения значительно влияют на транспорт питательных веществ в эвфотический слой центральной части моря, определяя функционирование морской экосистемы (Булгаков, Коротаев, 1984; Зацепин и др., 2002; Кубрякова, Коротаев, 2013; Zatsepin et al., 2003; Korotaev et al., 2001; Kubryakov, Stanichny, 2015; Shapiro et al., 2010). Летом при ослаблении дивергенции опресненная вода притекает обратно в центр моря.
В работе на основе альтиметрических измерений уровня выделены зоны дивергенции и конвергенции вод, связанных с действием крупномасштабной завихренности ветра. По данным альтиметрии оценена изменчивость хода уровня в различных частях моря и интенсивности оттока вод в различные сезоны. Рассчитана сезонная изменчивость кросс-шельфового переноса.
Для изучения вертикальной структуры горизонтального водо- и солеобмена была создана боксовая гидродинамическая модель Черного моря, основанная на POM (Kubryakov, Stanichny, 2015; Кубрякова, Коротаев, 2016). На основе модельных расчетов проведены оценки водо-, солеобмена и потоков органического и неорганического азота между континентальным склоном и центральной частью бассейна. Показано, что в поверхностном слое вод экмановская дивергенция вносит значительный вклад в отток соли из центра моря. В глубинных слоях действие вертикальной ячейки циркуляции приводит к транспорту вод континентального склона в центральную часть моря.
На основе одномерной модели (Oguz, 2000) была создана боксовая биогеохимическая модель Черного моря, которая позволила рассчитать вклад горизонтальных и вертикальных движений на суммарный перенос органического и неорганического азота в центральной части моря. Эксперименты показали, что при увеличении вертикальной скорости в центре моря происходит значительное опускание богатыми биогенами вод на континентальном склоне. Горизонтальный перенос питательных веществ осуществляется на больших глубинах, слой максимума нитратов заглубляется и расширяется, а концентрация нитратов в нем уменьшается. Это может оказывать негативное влияние на вовлечение нитратов в верхний слой при зимней конвекции и на цветение фитопланктона.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ в рамках научных проектов № 16-35-60036 мол_а_дк, 14-45-01548.

Литература

1. Булгаков С.Н., Коротаев Г.К. Возможный механизм стационарной циркуляции вод Черного моря // Комплексные исследования Черного моря. – Севастополь: МГИ АН УССР. 1984. С. 32 – 40.
2. Зацепин А.Г., Гинзбург А.И. и др. Вихревые структуры и горизонтальный водообмен в Черном море/ Комплексные исследования северо-восточной части Черного моря. М.: Наука. 2002. С. 55-81.
3. Кубрякова Е.А., Коротаев Г.К. Сезонная изменчивость циркуляции и формирование солености поверхностных вод Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 2013. №3. С. 3-12.
4. Кубрякова Е.А., Коротаев Г.К. Механизм горизонтального массо- и солеобмена между водами континентального склона и центральной части Черного моря // ФАО. 2016 (в печати).
5. Zatsepin A.G., Ginzburg, A. I., Kostianoy, A.G., Kremenetskiy, V.V., Krivosheya, V.G., Poulain P.- M., Stanichny S.V. Observation of Black Sea mesoscale eddies and associated horizontal mixing // J. Geophys. Res. 2003. Vol. 108, Issue C8. P. 1-27.
6. Korotaev G.K., Saenko O.A., Koblinsky C.J. Satellite altimetry observations of the Black Sea level // J. Geophys. Res. 2001. Т. 106, № C1. P. 917 – 933.
7. Kubryakov A.A., Stanichny S.V., Seasonal and interannual variability of the Black sea eddies and its dependence on characteristics of the large-scale circulation // Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 2015. T. 97. P. 80-91.
8. Mellor G.L. One-dimensional, ocean surface layer modeling: a problem and a solution // J. Phys. Oceanogr. 2001. 31. P. 790 – 809.
9. Oguz T. Role of physical processes controlling oxycline and suboxic layer structures in the Black Sea // Global Biogeochemical Cycles. 2000. Vol. 16, № 2. P. 101029-101042.
10. Shapiro G.I., Stanichny S.V., Stanichna R.R. Anatomy of shelf-deep sea exchanges by a mesoscale eddy in the North West Black Sea as derived from remotely sensed data // Remote Sensing of Environment. 2010. V. 114, № 4. P. 867 – 875.