Применение метода оптимального многопараметрического анализа для оценки распределения водных масс на примере измерений в Баренцевом море летом 2017 года


Method application of optimal multi-parameter analysis to assess the distribution of water masses as an example of CTD data of the Barents Sea in summer 2017

Якубенко В.Г.¹, Чульцова А.Л.²

Valeriy G. Yakubenko, Anna L. Chultsova

¹Институт океанологии имени П.П. Ширшова РАН, Южное отделение (Геленджик, Россия)
²Институт океанологии имени П.П. Ширшова РАН, Северо-Западное отделение (Архангельск, Россия)
 

¹Shirshov Institute of Oceanology RAS, Southern Branch (Gelendzhik, Russia)
²Shirshov Institute of Oceanology RAS, North-Western Branch (Arkhangelsk, Russia)
 

УДК 551.465

Идентификация водных масс в районах со сложной динамикой вод представляет не простую задачу, которая обычно решается методом экспертных оценок. В настоящей работе предлагается использовать формальную процедуру, основанную на применении метода оптимального многопараметрического анализа (ОМР-анализ). В качестве материала для исследований используются данные натурных измерений, полученные в 68-м рейсе НИС «Академик Мстислав Келдыш» летом 2017 г. в Баренцевом море по распределению температуры, солености, концентрации кислорода, кремния, азота и фосфора. Сравнение полученных результатов с данными о распределении водных масс в литературных источниках, основанных на экспертных оценках (Oziel et al., 2017), позволяют сделать вывод об их близком структурном сходстве. Некоторые отличия связаны с пространственными и временными сдвигами измерений. Это указывает на целесообразность использования методики ОМР-анализа в океанологических исследованиях для получения количественных данных о пространственном распределении различных водных масс.

Ключевые слова: водные массы; многопараметрический анализ; Баренцево море.

Identification of water masses in areas with complex water dynamics is a complex task, which is usually solved by the method of expert assessments. In this paper, it is proposed to use a formal procedure based on the application of the method of optimal multiparametric analysis (OMP analysis). The data of field measurements obtained in the 68th cruise of the R/V “Academician Mstislav Keldysh” in the summer of 2017 in the Barents Sea on the distribution of temperature, salinity, oxygen, silicates, nitrogen, and phosphorus concentration are used as a data for research. A comparison of the results with data on the distribution of water masses in literature based on expert assessments (Oziel et al., 2017), allows us to conclude about their close structural similarity. Some differences are related to spatial and temporal shifts of measurements. This indicates the feasibility of using the OMP analysis technique in oceanological studies to obtain quantitative data on the spatial distribution of different water masses.

Keywords: water masses; multiparameter analysis; Barents Sea.

Введение

Одной из главных задач физической океанологии является идентификация водных масс (ВМ). Это задача легко решается в условиях, когда существует одна–две ВМ (классические методы исследования водных масс такие как изопикнический или T,S-анализ). Но она значительно усложняется, когда формируется новая ВМ на основе смешения нескольких водных масс, имеющих разный генезис и соответственно существенно отличающиеся характеристики. Часто оценка типа ВМ основывается на статистических данных о характеристиках ВМ в районах их формирования. При таком подходе авторы, используя накопленный объем информации, разделяют водные массы на основе оценок отдельных параметров. Другой подход к решению задачи состоит в определения долей различных типов водных масс в смеси нескольких заранее известных типов ВМ. Эта задача решается с помощью метода Optimum Multi Parameter (OMP) analysis (Thompson, Edwards, 1981; Tomczak, 1999; Tomczak, Large, 1989).

В математическом плане анализ OMP представляет собой подход, который решает задачу смешивания различных ВМ с известными физико-химическими характеристиками с помощью метода наименьших квадратов. Однако пока этот метод применяется, в основном, при изучении крупномасштабных (океанских) процессов смешивания ВМ, например, для Южного океана, где происходит смешение большого количества ВМ (Pardo et al., 2012). В настоящей работе мы ставили своей целью исследовать возможности применения этого метода на примере Баренцева моря, в которое поступает вода из Атлантики и из арктического бассейна. Баренцево море является составной частью Мирового океана, где на основе сложного взаимодействия североатлантических и арктических вод и происходит формирование ВМ, характеризующих собственные баренцевоморские воды (рис. 1 по Oziel et al., 2017). Соотношение этих ВМ оказывает существенное влияние на климат Европы. Движения ВМ Баренцева моря в значительной степени определяются особенностями рельефа дна, которому свойственна сильная расчлененность. Большая часть моря имеет глубины 300–400 м. На расстояниях десятков километров перепады глубин составляют 50-100 м. В море выделяются равнины (Центральное плато), возвышенности (Центральная, Персея – минимальная глубина 63 м), впадины (Центральная – максимальная глубина 386 м) и желоба (Западный – максимальная глубина 600 м, Франц-Виктория – 430 м). Южная часть дна имеет глубины менее 200 м и отличается выровненным характером. Наиболее глубокие места расположены в западной части моря. Здесь же находится и максимальная глубина.

Рис. 1. Схема циркуляции ВМ в Баренцевом море по (Oziel et al., 2017)

Стрелками показаны основные пути распространения ВМ: красная – атлантической, синяя – арктической, зеленая – прибрежной (норвежской), фиолетовая – собственно баренцевоморской ВМ. Там же показано расположение Полярного Фронта (PF – синяя сплошная линия), который восточнее 32–35º в.д. расщепляется на два: северный NF, связанный с большими градиентами солености (пунктирная синяя линия), и южный SF, характеризующийся большими температурными градиентами (точечная линия пунктир). Соленостная стратификация в северной части моря, связанная с таянием льдов, играет более существенную роль, чем термическая стратификация в остальной части моря

В структуре вод Баренцева моря различают четыре основные ВМ (Oziel et al., 2017):

1) AW – Атлантические воды (от поверхности до дна), поступающие с юго-запада, с севера и северо-востока из Арктического бассейна (от 100-150 м до дна). Это – теплые и соленые воды. Характеризуются соленостью S > 34,7‰, температурой T > 3ºС и плотностью, более 27,6 кг/м³.

2) ArW – арктические воды, входящие в виде поверхностных течений с севера и северо-востока. Они имеют самую низкую (вплоть до отрицательных) температуру и пониженную соленость менее 34,4‰.

3) CW – прибрежные воды, приходящие с материковым стоком из Белого моря и с прибрежным течением вдоль берегов Норвегии из Норвежского моря. Летом эти воды характеризуются высокой температурой и малой соленостью, а зимой – низкими температурой и соленостью. Характеристики зимних прибрежных вод близки к арктическим (S < 34.4 ‰ и T > 3 ºС).

4) BSW – баренцевоморские воды образуются в самом море в результате трансформации атлантических вод под влиянием местных условий. Эти воды отличаются низкой температурой менее 3ºС, соленостью более 34,7‰ и плотностью более 27,8 кг/м³.

Согласно средним многолетним данным, в летнее время вся северная часть Баренцева моря заполнена арктическими водами, центральная часть – атлантическими, а самая южная часть – прибрежными. При этом арктические и прибрежные воды занимают поверхностные горизонты (0–50 м). На глубинах 60–150 м в северной части моря располагаются баренцевоморские воды, а в южной части – атлантические. Температура воды на поверхности, в общем, понижается с юго-запада на северо-восток.

Летом значения температуры на поверхности воды и температуры воздуха близки. На юге моря температура на поверхности равна 8–9ºС, в центральной части 3–5ºС, а на севере она понижается до отрицательных значений. Весной распределение и величины температуры воды на поверхности мало отличаются от зимних, а осенью – от летних значений.

Распределение температуры в толще воды в значительной мере зависит от распространения теплых атлантических вод, от зимнего охлаждения, распространяющегося на значительную глубину, и от рельефа дна. В связи с этим изменение температуры воды с глубиной происходит в разных районах моря по-разному.

В юго-западной части, наиболее подверженной влиянию атлантических вод, температура плавно и сравнительно слабо понижается с глубиной до дна. Наибольшая соленость на поверхности моря (35‰) наблюдается в юго-западной части, в районе Нордкапского желоба, где проходят соленые атлантические воды и не бывает льдов. К северу и востоку соленость понижается до 34,5‰ в результате смешивания атлантических вод с арктическими водами. Наиболее распреснены (до 32–33‰) воды в северо-восточной части моря, когда туда поступают талые воды из центральной Арктики. Поэтому значительные внутригодовые изменения солености на поверхности моря имеют ясно выраженный сезонный характер.

Обычно летом сокращается приток атлантических вод, тают льды, распространяется речная вода, поэтому повсюду соленость понижается. В юго-западной части соленость равна 34,5‰, в северо-восточной – 29‰, а иногда достигает 25‰.

Сезонные изменения вертикального распределения солености на большей части акватории моря выражены довольно слабо. Летом поверхностный слой опреснен, а с горизонтов 25–30 м начинается резкое увеличение солености с глубиной. Зимой галоклин на этих горизонтах несколько сглаживается. Более заметно изменяются величины солености с глубиной в северо-восточной части моря. Разность солености на поверхности и у дна здесь может достигать нескольких единиц.

Разделение на типы ВМ, приведенное в работе (Oziel et al., 2017) и основанное на усредненных многолетних данных, носит скорее экспертный характер, нежели характер формальной оценки. В настоящей работе сделана попытка применить формальные методы оценки с использования метода оптимального многопараметрического анализа (OMP) (Tomczak, 1981, 1999; Tomczak, Large, 1989; Hinrichsen, Tomczak, 1993).

Основной задачей работы является получение количественных оценок пространственного распределения типичных именно для данной акватории ВМ, характеризуемых определенным комплексом гидрологических и экологических параметров (температура (temp), соленость (sal), плотность (den), кислород (oxy), фосфор фосфатный (ph), азот нитратный (ni), кремний растворенный (si)).

Методы и исходные данные

Натурные данные были получены в июле-августе 2017 года в 68-м рейсе НИС «Академик Мстислав Келдыш» (Кравчишина и др., 2019). Положение океанологических станций дано на рис. 2. Измерения гидрологических характеристик и концентрации растворенного кислорода выполнялись от поверхности до дна с использованием зондирующего комплекса SBE9p, включающего в себя зонд CTD-зонд SBE 9+ с кассетой 10-литровых батометров Нискина (24 шт.), в которые на заданных горизонтах при каждом зондировании отбирались пробы для определения гидрохимических параметров (растворенного кислорода, фосфатного фосфора, нитратного азота и растворенного кремния). Использовались два датчика температуры S/N 5677 (точность измерения до 0,001°С), два датчика электропроводности S/N 2827 (до 0,001), датчик давления S/N 0743 (0,001 гПа) и датчик кислорода S/N 430727 (0,05 мл/л). Все датчики были предварительно откалиброваны.

Концентрации растворенного кислорода, фосфатного фосфора, нитратного азота и растворенного кремния определяли по стандартным методикам (~500 проб, 67 станций) (Современные методы…, 1992; Руководство…, 1993).

Исходя из расположения станций, для оценки пространственного распределения ВМ выбраны три вертикальных сечения толщи Баренцева моря: разрез 1 – через станции 21–26, 41, 46, 47, 72–67–59; разрез 2 – через станции 79–75, 49, 53–59 и разрез 3 – через станции 40, 27–32 (рис. 2). 

 Рис. 2. Маршрут и расположение станций измерений в 68-м рейсе НИС «Академик Мстислав Келдыш»
летом 2017 года

Идея метода ОМР состоит в расчете по результатам натурных измерений количественных характеристик (доли в процентах) наличия каждого заданного типа ВМ в каждой точке вертикального сечения.

Каждый исходный тип ВМ задается набором гидрофизических и гидрохимических параметров (например: температура, соленость, кислород, нитраты, фосфаты, силикаты и т.п.).

Как и в работе (Tomczak, Large, 1989), положим, что мы определили, что таких типов ВМ четыре для пяти параметров (гидрологических, гидробиологических, гидрохимических, экологических и т.п.). В каждой точке пространства, в которой производилось измерение соответствующих пяти параметров, существует некая смесь всех четырех типов ВМ. Естественно считать, что суммарный вклад (т.е. сумма долей) от каждого типа вод в измеряемый параметр составит 100%.

Исходя из этого, можно составить такую систему линейных уравнений:

где Tobs, Sobs, O₂obs, PO₄obs, NO₃obs – измеренные значения температуры, солености, концентрации растворенного кислорода, концентрации фосфатного фосфора и нитратного азота, R – вектор невязок для соответствующих параметров (невязки связаны с использованием при решении переопределенной системы линейных уравнений методом наименьших квадратов, основанный на минимизации суммы квадратов отклонений). Значения T_i, S_i, O_2,i, PO_4,i и NO_3,i (i = 1, ..., 4) представляют собой предопределенные (известные) значения параметров, характеризующих выбранные типы ВМ. Последняя строка – условие сохранения ВМ.

В матричной записи эта система линейных уравнений записывается в виде:

G x = d + R,

где G – матрица типов ВМ, d – вектор измеренных данных, R – вектор невязок и x – вектор решений, представляющий доли каждого типа вод.

Результаты

Исходя из проведенного предварительного гидрологического анализа, для данных 68-го рейса НИС «Академик Мстислав Келдыш» были выбраны следующие типы ВМ для верхнего (до глубины 50–60 м) U и нижнего D (глубины 70–150 м) слоев: северо-восточный, юго-западный (NEU/NED, AWU/AWD) типы, а также собственно баренцевоморской ВМ (BSW). С одной стороны, эти типы наиболее близки к типам ВМ принятым в работе (Oziel et al., 2017; Tomczak, Large, 1989): AWD/AWU, ArWU/ArWD, BSW (рис. 1). С другой стороны, они выделены с учетом того факта, что атлантические и арктические воды доходят до границ полигона уже несколько трансформированными из-за процессов перемешивания по пути из районов их формирования.

Средние значения гидролого-гидрохимических параметров для выделенных типов вод выбирались на основе полученных в рейсе данных (табл. 1).

Используя методику, изложенную в (Tomczak, 1999; Tomczak, Large, 1989; Tomczak, Large, 1989) и MATLAB-программу ОМР2 (Morgan, 1994), для разрезов 1 и 2, был выполнен оптимальный многопараметрический анализ (ОМР) ВМ.

Таблица 1. Средние показатели выбранных гидролого-гидрохимических параметров ВМ

На рис. 3–6 показаны вертикальные распределения этих типов ВМ (в процентах) на разрезе 1 (с юго-запада на северо-восток). По вертикальным осям отложены глубины в метрах (или давление в дб), по нижним горизонтальным осям – расстояние в км от начала соответствующего разреза, а над верхними горизонтальными осями – номера станций. Изолинии отражают относительное содержание исследуемого типа ВМ в каждой точке разреза и проведены через 10%. Аналогичные результаты для разреза 2 приведены на рис. 7–10.

ВМ из Атлантики (AW) распространены в западной части полигона во всем исследованном диапазоне глубин (0–200 м) вплоть до станции 72 (37º в.д.), а в верхнем 50-метровом слое и до станции 69 (52º в.д.) (рис. 3).

Рис. 3. Распределение водной массы AW (AWU+AWD) на разрезе 1

На рис. 4 показано распределение концентрации водной массы NEU, поступающей через северо-восточную границу полигона в верхнем надпикноклинном слое из арктической зоны, и которую можно представить как трансформированную талую (из арктического льда) ВМ.

Рис. 4. Распределение водной массы NEU на разрезе 1

В подпикноклиной зоне на разрезе 1 арктические воды распространены во всей восточной части полигона вплоть до станции 72 (37º в.д.). Ядро этой ВМ располагается в диапазоне глубин от 50 до 150 метров в районе станций 67–62 проливе между Новой Землей и Землей Франца-Иосифа (рис. 5).

Рис. 5. Распределение водной массы NED на разрезе 1

Собственно баренцевоморские воды BSW образуются в самом Баренцевом море в результате трансформации атлантических и арктических вод под влиянием местных условий. На рис. 6 показано распределение водной массы BSW на разрезе 1 летом 2017 года. Ядро этой ВМ на разрезе 1 располагается на глубинах 50–100 метров в районе станций 72–70. В других частях разреза присутствие этой ВМ незначительно.

Рис. 6. Распределение водной массы BSW на разрезе 1

Распределение атлантической водной массы AW на разрезе 2 показано на рис. 7. В верхних слоях моря, до глубин 50–70 метров эти воды обнаруживаются в южной части разреза до широты 74º с.ш. (станция 48), а на более глубоких горизонтах в 150–200 метров – только до 72º с.ш. (станции 79–77).

Рис. 7. Распределение атлантической водной массы AW на разрезе 2

Воды из арктического бассейна распространены в северной части разреза 2 на станциях 53–56. Арктическая вода поступает на акваторию полигона в надпикноклинном поверхностном слое в виде талой воды пониженной до 33–34‰ солености, смешанной с типичной арктической ВМ (рис. 8).

Рис. 8. Распределение водной массы NEU на разрезе 2

В подпикноклинном поверхностном слое Арктические воды обнаруживаются на тех же станциях северной части разреза 2 на глубинах от 40–50 до 150 метров (рис. 9).

Рис. 9. Распределение водной массы NED на разрезе 2

Остальной, основной объем вод на широтном разрезе 2 вдоль 37º в.д. можно считать собственно баренцевоморской водной массой BSW (рис. 10).

Рис. 10. Распределение водной массы BSW на разрезе 2

Дополнительную и уточняющую информацию о трансформации ВМ на полигоне можно получить из анализа скорости геострофических течений на полигоне. На рис. 11 и 12 представлены оценки вертикальных сечений полей геострофических течений на разрезах через юго-западную (станции 40–32) и северо-восточную (станции 67–60) границы полигона.

Видно (рис. 11), что через западную границу полигона, в основном, поступают воды из Атлантики, кроме ее северной части, где южнее Шпицбергена отмечается поток арктических (полярных) ВМ, направленных на юго-запад.

Рис. 11. Скорости (см/сек) геострофических течений через юго-западную границу полигона. Отрицательные значения – поток на восток-северо-восток (из Атлантики в Баренцевo моря), положительные – на запад-юго-запад (из Баренцева моря)

Несколько более сложная структура течений показана на рис. 12, где приводятся геострофические скорости течений на разрезе между Новой Землей и Землей Франца-Иосифа. Между станциями 65 и 63 течение направлено из Баренцева моря на северо-восток в Арктический бассейн, а на остальной части пролива осуществлялся перенос арктических вод в Баренцево море. Причем, максимальные скорости этого переноса отмечены вблизи северной оконечности Новой Земли.

Рис. 12. Скорости (см/сек) геострофических течений через северо-восточную границу полигона.
Отрицательные значения – поток на северо-восток (из Баренцева моря) положительные – на юго-запад восток
(в Баренцево море)

Как и на западной границе полигона, наибольшие скорости течений отмечались верхнем, надпикноклинном слое, толщиной 30–45 метров.

В общем, приведенные на рис. 11 и 12 данные хорошо согласуются с полученными в результате проведенного выше ОМР-анализа и дополняют его информацией о влиянии адвекционных процессов на формирование гидрологической структуры бассейна (в частности, на горизонтальную структуру).

Горизонтальные распределения типов ВМ верхнего (надпикноклинного) 45-метрового слоя показаны на рис. 13–15.

В приповерхностном (надпиклокинном) слое атлантическая водная масса преобладает вплоть до 76º с.ш. (рис. 13).

Рис. 13. Горизонтальное распределение водной массы AW

Горизонтальные распределения арктической водной массы в нижнем (подпикноклинном) (глубины 55–90 м) и верхнем (надпикноклинном) 45-метровом слое и показаны на рис. 14 и 15, соответственно.

Рис. 14. Горизонтальное распределение водной массы ArWD

Рис. 15. Горизонтальное распределение водной массы ArWU

Совместный анализ данных, представленных на рис. 12, 14 и 15, позволяет сделать вывод о том, что адвекция арктических вод в северо-восточную часть акватории Баренцева моря летом 2017 года происходила двумя потоками с севера и востока, а между ними существовал противоположно направленный поток на северо-восток, выносящий воду из Баренцева моря.

Выводы

Представляется интересным сравнить результаты, полученные в нашей работе, с имеющимися данными в литературе для Баренцева моря в конце летнего сезона – начале осеннего сезона.

В работе (Oziel et al., 2017) приводятся данные о распределении ВМ на разрезе с юга на север вдоль 31º в.д. (разрез Vardø (Oziel et al., 2017)) в сентябре 2003 и 2007 гг. (рис. 16). Этот разрез почти совпадает с приведенным в настоящей работе разрезом 2 (вдоль 34º в.д.).

На рис. 7–10 представлены распределения концентрации ВМ в западной части Баренцева моря. Сравнение данных этих рисунков с данными о распределении ВМ на рис.16 позволяет сделать вывод о близком структурном сходстве распределения этих ВМ. Некоторые отличия связаны с пространственными и временными сдвигами измерений. Кроме того, следует отметить, что выделение границ ВМ на рис. 16 производилось экспертным методом, а на рис. 7–10 для выделения ВМ использовались количественные данные, характеризующие степень трансформации выбранных из результатов измерений исходных ВМ исследуемой акватории.

Рис. 16. Выделение типов ВМ вдоль разреза Vardø (по 31ºв.д.) по (Oziel et al., 2017). Аномалия потенциальной условной плотности (σ₀)

Представленные в работе результаты показывают целесообразность использования методики ОМР-анализа в океанологических исследованиях для получения количественных данных о пространственном распределении концентрации различных водных масс, присутствующих в районах выполнения комплексных натурных измерений и их трансформации от точки к точке. Такие данные рекомендуется применять в прикладных целях в различных областях океанологических исследований (экологических, гидробиологических, гидрохимических и т.п.).

Благодарности. Авторы благодарят начальника экспедиции М.Д. Кравчишину за предоставленные материалы и полезные замечания к рукописи статьи, С.В. Гладышева, А.А. Агаркова, В.М. Пятакова и А.В. Толстикова за помощь в получении и калибровке гидрологических данных, а также экипаж НИС «Академик Мстислав Келдыш».

Экспедиционные исследования выполнены при поддержке госбюджета (финансирование морских экспедиций) и Российского научного фонда (проект № 14-50-00095). Камеральные работы и подготовка статьи проводились в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования РФ (тема №0149-2019-0014).

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, требующего раскрытия в данной статье.

Список литературы

1. Кравчишина М.Д., Новигатский А.Н., Саввичев А.С., Паутова Л.А., Лисицын А.П. Исследование седиментосистем Баренцева моря и Норвежско-Гренландского бассейна в 68-м рейсе научно-исследовательского судна «Академик Мстислав Келдыш» // Океанология. 2019. Т.59, №1. С. 173–176. DOI: https://doi.org/10.31857/S0030-1574591173-176
2. Руководство по химическому анализу морских вод. РД 52.10.243–92. – С.-Пб.: Гидрометеоиздат, 1993. – 315 с.
3. Современные методы гидрохимических исследований океана. – М.: Институт океанологии им.П.П. Ширшова АН СССР, 1992. – 200 с.
4. Hinrichsen H.H., Tomczak M. Optimum multiparameter analysis of the water mass structure in the western North Atlantic Ocean // Journal of Geophysical Research. 1993. V.98, №С P. 10155–10169. DOI: https://doi.org/10.1029/93JC00180
5. Morgan P.P. SEAWATER: A library of MATLAB computational routines for the properties of sea water // Technical Report 222, CSIRO Marine Laboratories, 1994. – 28 p.
6. Oziel L., Neukermans G., Ardyna M., Lancelot C., Tison J-L., Wassmann P., Sirven J., Ruiz-Pino D., Gascard J-C. Role for Atlantic inflows and sea ice loss on shifting phytoplankton blooms in the Barents Sea // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2017.122. P. 5121–5139. DOI: https://doi.org/10.1002/2016JC012582
7. Pardo P.C., Pérez F.F., Velo A., Gilcoto M. Water masses distribution in the Southern Ocean: Improvement of an extended OMP (eOMP) analysis // Progress in Oceanography. 2012. V.103. P. 92–105. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.pocean.2012.06.002
8. Thompson R.O., Edwards R.J. Mixing and water-mass formation in the Australian Subantarctic // Journal of Physical Oceanography 1981. V.11, №10. P. 1399– DOI: https://doi.org/10.1175/1520-0485(1981)011<1399:MAWMFI>2.0.CO;2
9. Tomczak M. A multi-parameter extension of temperature/salinity diagram techniques for the analysis of non-isopycnal mixing // Progress in Oceanography. 1981. V.10, №3. P. 147–171. DOI: https://doi.org/10.1016/0079-6611(81)90010-0
10. Tomczak M. Some historical, theoretical and applied aspects of quantitative water mass analysis // Journal of Marine Research. 1999. V.57, №2. P.275–303. DOI: https://doi.org/10.1357/002224099321618227
11. Tomczak M., Large D.G. Optimum multiparameter analysis of mixing in the thermocline of the eastern Indian Ocean // Journal of Geophysical Research. 1989. V.94, №C11, P. 16141–16149. DOI: https://doi.org/10.1029/JC094iC11p16141
    
    

Статья поступила в редакцию 06.09.2019
После доработки 05.12.2019
Статья принята к публикации 09.12.2019

Об авторах

Якубенко Валерий Георгиевич – Valeriy G. Yakubenko

кандидат физико-математических наук
инженер, Южное отделение ФГБУН «Институт океанологии им. П.П.Ширшова РАН», Геленджик, Россия (Southern branch of the P.P. Shirshov Institute of Oceanology RAS, Gelendzhik, Russia)

v_yakub@mail.ru

https://orcid.org/0000-0003-4621-0727

Чульцова Анна Леонидовна − Anna L. Chultsova

научный сотрудник, Северо-Западное отделение ФГБУН «Институт океанологии им. П.П.Ширшова РАН», Архангельск, Россия (North-Western Branch of the P.P. Shirshov Institute of Oceanology RAS, Arkhangelsk, Russia)

an-2345@yandex.ru

https://orcid.org/0000-0001-8037-5483

Корреспондентский адрес: Россия, 353467, Краснодарский край, г. Геленджик, ул. Просторная, д. 1-г, ЮО ИОРАН. Телефон (861)41-280-89.

ССЫЛКА:

Якубенко В.Г., Чульцова А.Л. Применение метода оптимального многопараметрического анализа для оценки распределения водных масс на примере измерений в Баренцевом море летом 2017 года // Экология гидросферы. 2019. № 2 (4). С. 38–51. URL: http://hydrosphere-ecology.ru/180

DOI – https://doi.org/10.33624/2587-9367-2019-2(4)-38-51

При перепечатке ссылка на сайт обязательна

Method application of optimal multi-parameter analysis to assess the distribution of water masses as an example of CTD data of the Barents Sea in summer 2017

Valeriy G. Yakubenko¹, Anna L. Chultsova²

¹Shirshov Institute of Oceanology RAS, Southern Branch (Gelendzhik, Russia)
²Shirshov Institute of Oceanology RAS, North-Western Branch (Arkhangelsk, Russia)

Identification of water masses in areas with complex water dynamics is a complex task, which is usually solved by the method of expert assessments. In this paper, it is proposed to use a formal procedure based on the application of the method of optimal multiparametric analysis (OMP analysis). The data of field measurements obtained in the 68th cruise of the R/V “Academician Mstislav Keldysh” in the summer of 2017 in the Barents Sea on the distribution of temperature, salinity, oxygen, silicates, nitrogen, and phosphorus concentration are used as a data for research. A comparison of the results with data on the distribution of water masses in literature based on expert assessments (Oziel et al., 2017), allows us to conclude about their close structural similarity. Some differences are related to spatial and temporal shifts of measurements. This indicates the feasibility of using the OMP analysis technique in oceanological studies to obtain quantitative data on the spatial distribution of different water masses.

Key words: water masses; multiparameter analysis; Barents Sea.

References

1. Hinrichsen H.H., Tomczak M. Optimum multiparameter analysis of the water mass structure in the western North Atlantic Ocean. Journal of Geophysical Research. 1993. V.98, №С6. P. 10155–10169. DOI: https://doi.org/10.1029/93JC00180
2. Kravchishina M.D., Novigatsky A.N., Savvichev A.S., Pautov L.A., Lisitzin A.P. Sedimentation systems definition of the Barents Sea and Norwegian-Greenland basin during 68th cruise of the research vessel Academic Mstislav Keldysh. Okeanologiya [Oceanology]. V.59, №1. P. 173–176. DOI: https://doi.org/10.31857/S0030-1574591173-176 (in Russ.)
3. Morgan P.P. SEAWATER: A library of MATLAB computational routines for the properties of sea water. Technical Report 222, CSIRO Marine Laboratories, 1994. 28
4. Oziel L., Neukermans G., Ardyna M., Lancelot C., Tison J-L., Wassmann P., Sirven J., Ruiz-Pino D., Gascard J-C. Role for Atlantic inflows and sea ice loss on shifting phytoplankton blooms in the Barents Sea. Journal of Geophysical Research: Oceans. V.122. P. 5121–5139. DOI: https://doi.org/10.1002/2016JC012582
5. Pardo P.C., Pérez F.F., Velo A., Gilcoto M. Water masses distribution in the Southern Ocean: Improvement of an extended OMP (eOMP) analysis. Progress in Oceanography. 2012. V.103. P. 92–105. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.pocean.2012.06.002
6. Rukovodstvo po himicheskomu analizu morskih vod. RD 52.10.243–92. [Guidance on the chemical analysis of seawater]. Gidrometeoizdat, Sankt-Peterburg, 315p. (in Russ.).
7. Sovremennye metody gidrohimicheskih issledovanij okeana [Modern methods of hydrochemical research of the ocean]. Institut okeanologii im. P.P.SHirshova Akademii nauk SSSR, Moscow, 1992. 200 (in Russ.)
8. Thompson R.O., Edwards R.J. Mixing and water-mass formation in the Australian Subantarctic. Journal of Physical Oceanography. 1981. V.11, №10. P. 1399-1406. DOI: https://doi.org/10.1175/1520-0485(1981)011<1399:MAWMFI>2.0.CO;2
9. Tomczak M. A multi-parameter extension of temperature/salinity diagram techniques for the analysis of non-isopycnal mixing. Progress in Oceanography. V.10, №3. P. 147–171. DOI: https://doi.org/10.1016/0079-6611(81)90010-0
10. Tomczak M. Some historical, theoretical and applied aspects of quantitative water mass analysis. Journal of Marine Research. V.57, №2. P. 275–303. DOI: https://doi.org/10.1357/002224099321618227
11. Tomczak M., Large D.G. Optimum multiparameter analysis of mixing in the thermocline of the eastern Indian Ocean. Journal of Geophysical Research. 1989. V.94, №C11, P. 16141–16149. DOI: https://doi.org/10.1029/JC094iC11p16141

Authors

Yakubenko Valeriy G.

Southern Branch of the P.P. Shirshov Institute of Oceanology RAS, Gelendzhik, Russia

v_yakub@mail.ru

https://orcid.org/0000-0003-4621-0727

Chultsova Anna L.

North-Western Branch of the P.P. Shirshov Institute of Oceanology RAS, Arkhangelsk, Russia

an-2345@yandex.ru

https://orcid.org/0000-0001-8037-5483

ARTICLE LINK:

Yakubenko V.G, Chultsova A.L. Method application of optimal multi-parameter analysis to assess the distribution of water masses as an example of CTD data of the Barents Sea in summer 2017. Hydrosphere Еcology. 2019. № 2 (4). P. 38–51. URL: http://hydrosphere-ecology.ru/180

DOI – https://doi.org/10.33624/2587-9367-2019-2(4)-38-51

When reprinting a link to the site is required

Уважаемые коллеги! Если Вы хотите получить версию статьи в формате PDF, пожалуйста, напишите в редакцию, и мы ее вам с удовольствием пришлем бесплатно. 

Адрес - info@hydrosphere-ecology.ru

При перепечатке ссылка на сайт обязательна

На ГЛАВНУЮ

К разделу ПУБЛИКАЦИИ