Сравнительный лагранжев анализ гидрологических условий в Норвежском море в летне-осенний период в 2012 и 2014 годах на основе спутниковой альтиметрии

Норвежское море представляет собой динамически активную акваторию, где мезомасштабные вихри определяют перенос и перераспределение водных масс, тепла и биогенных веществ. Они способны захватывать и удерживать планктон, формируя естественные “ловушки” для мелких морских организмов, что приводит к локальной концентрации кормовых объектов и привлекает рыб более высоких трофических уровней, включая промысловые виды. Поэтому вихревая динамика существенно влияет на пространственное распределение скоплений и эффективность рыболовства. Российский промысел атлантической скумбрии (Scomber scombrus) в Норвежском море ведётся ежегодно с июля по сентябрь.
Цель работы – изучение гидрологических условий открытой части Норвежского моря в промысловый сезон за 2010–2024 гг. с использованием лагранжева моделирования, опирающегося на данные спутниковой альтиметрии. Развивается методология ежесуточного разделения района промысла на области с преобладанием струйного и вихревого движения вод. Она позволяет строить лагранжевы SAD-карты по значениям трёх лагранжевых индикаторов: длины траектории лагранжевой частицы (S), её смещения (D) и угла поворота вектора скорости (Angle). Такой подход направлен на выявление связи между динамическими характеристиками вод и распределением промысловых скоплений для последующего прогнозирования рыбопромысловой деятельности.
Для количественной оценки динамики вод в разные промысловые годы использованы лагранжевы индикаторы S, D и Angle, являющиеся функциями траекторий пассивных маркеров. Выделение областей струйного течения проводилось по следующему алгоритму: ежесуточно исследуемая акватория от 13° з.д. до 16° в.д. и от 62° до 73° с.ш. заполнялась пятном лагранжевых маркеров с начальными координатами на равномерной сетке 400×400 узлов; после для каждого начального условия производился расчёт траектории маркера на 15 суток в обратном времени, и на основе полученных траекторий рассчитывались значения лагранжевых индикаторов; затем узлы с высокими значениями D и S, указывающими на активное смещение лагранжевых частиц за время счета, и одновременно низкими значениями Angle (менее одного полного оборота маркера) относились к струям, тогда как узлы со значениями Angle, равными и более 1, интерпретировались как области вихревого движения. На основе сравнения значений лагранжевых индикаторов и их градиентов выделены два контрастных по динамике вод промысловых года – 2012 и 2014. Показано, что в 2012 г. вихревая активность была ниже по сравнению с 2014 г.
Поскольку область исследования имеет значительную меридиональную протяжённость и неоднородные гидрологические условия, она была разделена на северный и южный подрайоны. В северном подрайоне во все промысловые годы средние значения S и D выше, чем в южном, что свидетельствует о более интенсивной динамике вод. Построенные ежесуточные SAD-карты отражают пространственное распределение струйных и вихревых структур и позволяют сравнивать межгодовую изменчивость гидрологических условий в промысловом районе.
Разработанный метод ежесуточного разделения района промысла на области с преобладанием струйного и вихревого движения вод, визуализируемый в виде SAD-карт по значениям трёх лагранжевых индикаторов, даёт основу для количественного и качественного сравнения гидрологических режимов в промысловые сезоны разных лет. Спутниковая альтиметрия обеспечивает регулярную и пространственно распределённую информацию, а лагранжево моделирование переводит её в индикаторы, географическое распределение которых значимо для понимания условий формирования промысловых скоплений. Полученные результаты могут использоваться для краткосрочных прогнозов определения мест скоплений скумбрии и повышения эффективности планирования промысловых усилий.
Работа выполнена при поддержке гранта СПбГУ № 129659573; лагранжев анализ выполнен на высокопроизводительном вычислительном кластере Тихоокеанского океанологического института им. В.И. Ильичёва ДВО РАН (госзадание № 124022100072-5) при поддержке программы Инжинирингового центра по разработке технологий исследования и освоения ресурсов Мирового океана ТОИ ДВО РАН.