Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Физико-географическая и промыслово-океанологическая характеристика района Юго-Восточной Атлантики 12
1.1. Климатические зоны 13
1.2. Морфологические характеристики 13
1.3. Атмосферная циркуляция 16
1.4. Океанологические условия 17
1.3.1 .Течения, фронтальные зоны, апвеллинг 17
1.3.2. Водные массы 22
1.5.Основные виды промысловых рыб шельфовой зоны ЮВА и ареалы их распространения 24
Глава 2. Материалы и методы исследования 27
2.1. Материалы 27
2.1.1. Гидрометеорологические данные 27
2.1.2. Глубоководные океанологические наблюдения 28
2.1.3. Данные спутниковой альтиметрии 30
2.1.4. Характеристики уровня пополнения пелагических рыб 30
2.2. Методы исследования 30
2.2.1. Общий обзор 30
2.2.2. Анализ временных рядов 32
2.2.2. Множественный регрессионный анализ 33
2.2.3. Метод главных компонент 35
2.2.4. Метод факторного анализа 37
2.2.5. Метод кластерного анализа 40
Глава 3. Сезонная изменчивость океанологических условий в районе Бенгельского апвеллинга 44
3.1. Внутригодовая изменчивость пассатной циркуляции 44
3.2. Сезонный цикл в полях температуры поверхности океана и прибрежного апвеллинга 51
3.3. Сезонные изменения горизонтальной циркуляции вод по данным спутниковой альтиметрии 62
3.4. Сезонная изменчивость температуры и солености воды на шельфе Юго-Западной Африки 76
Глава 4. Межгодовые изменения структуры и динамики вод в районе ЮВА и их связь с пополнением запаса пелагических рыб системы Бенгельского апвеллинга 89
4.1. Межгодовые колебания температуры поверхности океана 89
4.2. Межгодовые изменения горизонтальной циркуляции вод 103
4.3. Зависимость пополнения запаса капской ставриды от факторов внешней среды в Юго-Восточной Атлантике 108
Заключение 114
Библиографический список использованной литературы 117
- Морфологические характеристики
- Анализ временных рядов
- Сезонные изменения горизонтальной циркуляции вод по данным спутниковой альтиметрии
- Межгодовые изменения горизонтальной циркуляции вод
Введение к работе
Промысловый район Юго-Восточной Атлантики (ЮВА) является важной областью океанического рыболовства с высокой биологической
продуктивностью в зонах прибрежных государств Анголы, Намибии и ЮАР. Здесь находится один из наиболее продуктивных районов Южного полушария -район Бенгельского апвеллинга. Не так давно - в 70-80 годы XX столетия - наша страна была в числе ведущих держав по освоению и изучению этого района. Здесь добывалось ежегодно 2.1-3.2 млн. тонн хека, ставриды, скумбрии, сардинопса и других ценных видов рыб (Биоресурсы экономических зон государств Западной Африки, 1988)
С начала 60 годов XX столетия наша страна внесла большой вклад в изучение района ЮВА. Ей принадлежит приоритет в промысловом освоении открытых районов ЮВА, таких как хребты Китовый и Вавилова (1977- 1978 гг.).
В первых научных экспедициях (РТ «Муксун», 1961; СРТМ «Вяндра», 1965; НИС «Звезда», 1967-1968 гг.) было начато изучение гидрологического режима и циркуляции района ЮВА. Океанографические исследования осуществлялись в рамках гидрометеорологического обеспечения промыслового флота (площадные океанографические съемки, гидрологические разрезы, инструментальные измерения течений с заякоренного судна). Изучалось влияние факторов среды на формирование промысловых концентраций рыб и их перемещение во времени и пространстве, определялись океанологические ориентиры при поиске этих скоплений. Изучались причины колебаний промысловых уловов. Таким образом, начиная с первых экспедиций, создавалась научная информационная база для обслуживания промыслового флота рекомендациями по поиску рыбы и его передислокации в случае заметного и устойчивого снижения уловов. Было обнаружено новое течение, условно названное "южным" (встречное по направлению известному Бенгельскому течению). В экспедициях НИС "Звезда" была получена принципиально новая схема циркуляции вод в ЮВА (8-23° ю.ш.) для зимнего и летнего периодов года. Выяснилось, что "южное" течение формируется на 8-10° ю.ш. при слиянии южной ветви течения Ломоносова и
Южного экваториального подпассатного противотечения. К югу от 10° ю.ш. оно движется вдоль шельфа Анголы и как подповерхностное течение проникает в северную часть Намибии. После экспедиции НИС "Академик Курчатов" (апрель-июнь 1968 г.) это течение получило название Ангольское (Промыслово-океанологические исследования..., 2002).
В последующих отечественных экспедициях было собрано большое количество материала по термохалинному и гидрохимическому режиму района ЮВА и Бенгельского апвеллинга, а также биостатический материал, включающий промеры и биоанализы основных промысловых рыб ЮВА.
Автор за период с 1986 по 2004 г принимал личное участие в создании и пополнении баз океанологической информации по многим промысловым районам Атлантического океана, в том числе и по району ЮВА. На данный момент база данных по ЮВА из материалов отечественных экспедиций включает 167 рейсов с более чем 7800 океанологическими станциями, включающими наблюдения за температурой, соленостью, растворенным кислородом, минеральным фосфором и натрием, кремнием.
Отечественными учеными в XX веке проводилось изучение режима пассатной циркуляции, апвеллинга, интенсивности прибрежных течений в связи с сезонными перемещениями основных центров действия атмосферы, циклами геомагнитной активности, лунно-солнечным приливом, переносом воздушных масс в верхних слоях атмосферы (Яковлев, 1969; Кудерский, 1975; Стецюк,1975; Федосеев, 1976; Кудерский, 1990). Определялись зависимости между различными параметрами океана, атмосферы и производительностью промысла (Кудерский, 1967; Строгал ев, 1985). По данным гидрологических съемок исследовался термический режим океана, определялись сроки и продолжительность гидрологических сезонов (Леонов, 1973). В 80-90 гг. XX века проводились исследования пространственной структуры полей ТПО и ее аномалий, были применены впервые методы многомерного статистического анализа (Яковлев, Альтман, 1980; Walker, 1987; Плякин, 1994), изучались структурообразующие процессы в апвеллинговых зонах - системы поперечных струй, сезонные активизации ячеек апвеллинга и флюктуации границ фронтальных зон в связи с изменчивостью гидрометеорологических условий (Костяной, 2000).
Сбор океанографической информации с февраля 1989 г. в районе ЮВА практически прекратился, когда последняя отечественная научно-исследовательская экспедиция на СТМ "Очер" покинула этот район. Отсутствие в настоящий момент надлежащего числа российских судов в районе ЮВА, связанное с объективными трудностями, переживаемыми отраслью, не должно трактоваться, как потеря интереса к этому району, его бесперспективностью. Наметившаяся в последнее время положительная тенденция, связанная с приоритетом добычи морепродуктов в открытых районах Мирового океана, должна вернуть нашу страну в число лидеров в области изучения и рационального освоения биологических ресурсов основных промысловых районов Атлантики, к числу которых относится ЮВА.
В связи с повсеместным введением начиная с 1978 г большинством прибрежных государств 200-мильных экономических зон и ограниченными возможностями рыболовства в открытых частях океанов, следует рассматривать отечественное рыболовство в зонах иностранных государств как экономическую необходимость.
Большинство шельфовых районов морского рыболовства находится в последние годы под контролем международных правовых организаций, таких как ФАО - Продовольственная сельскохозяйственная организация ООН, НАФО - Международная комиссия по рыболовству в Северо-Западной Атлантике (СЗА), ИКЕС - Международный совет по исследованию моря, НЕАФК -Комиссия по рыболовству в Северо-Восточной Атлантике (СВА), КЕСАФ -Комитет по рыболовству в Центрально-Восточной Атлантике (ЦВА), ИККАТ -Международная комиссия по сохранению атлантических тунцов, АНТКОМ -комиссия по сохранению живых морских ресурсов Антарктики. Промысловые районы ЮВА ранее находились под патронажем ИКСЕАФ - Международной комиссии по рыболовству в ЮВА. В настоящее время функции контроля по рыболовству вне экономических зон прибрежных государств в ЮВА выполняет недавно созданная правовая международной организации по рыболовству -СЕАФО.
Изучение среды обитания организмов является необходимым элементом экологических исследований. Своеобразие абиотических условий и биотического окружения определяет многие существенные особенности биологии и образа жизни, закономерности распространения и количественного распределения рыбных сообществ. Промыслово-океанологические исследования последних десятилетий показали наличие связи между метеорологическими и океанологическим характеристиками Бенгельского апвеллинга и различными параметрами, характеризующими продуктивность вод ЮВА. Однако возможность комплексного описания изменений структуры и динамики вод этого района с использованием данных с высоким пространственно-временным разрешением при помощи современных вычислительных методов и средств появилась лишь в последние годы. Кроме того, принципиально новые виды дистанционных измерений океана, такие измерения концентрации хлорофилла в поверхностном слое и альтиметрические спутниковые измерения уровенной поверхности океана, позволяют более детально исследовать особенности биологической продуктивности и циркуляции вод.
Исходя из этих предпосылок, необходимость выявления закономерностей сезонной и межгодовой изменчивости структуры и динамики вод апвеллинга, а также их влияние на продуктивность вод этого района является весьма актуальной.
Представляемая работа имеет своей целью изучить изменчивость океанологических условий в районе Бенгельского апвеллинга на основе накопленной к настоящему времени информации, а также выявить влияние этих условий на изменения состояния популяций пелагических рыб.
Поставленные цели определили следующие задачи исследований:
- обобщить данные по метеорологическим и океанологическим процессам, особенностям формирования биологической продуктивности вод исследуемого района;
изучить сезонную изменчивость гидрометеорологических и океанологических условий в районе Бенгельского апвеллинга и выявить районы, различающиеся по характеру сезонной изменчивости этих условий;
- изучить межгодовые изменения структуры и динамики вод и произвести классификацию района Бенгельского апвеллинга по характеру межгодовой изменчивости океанологических условий;
- определить степень влияния межгодовых изменений термического режима вод на параметры пелагической экосистемы Бенгельского апвеллинга, состояние запаса популяций пелагических рыб, уровень их пополнения на примере популяции капской ставриды
В основу работы положены данные из различных массивов гидрометеорологической и океанологической информации, составной частью которых являются материалы научно-исследовательских экспедиций АтлантНИРО и управления «Запрыбпромразведка» (ЗРПР) с 1960 по 1989 г. В двух экспедициях в район ЮВА - в 1987 на РТМА «Эврика» и 1988 г на СРТМ «Монокристалл» - автор принимал непосредственное участие.
Структура вод исследуемого района определялась с использованием методов Т,8-анализа (Мамаев, 1987) и изопикнического анализа данных глубоководных гидрологических наблюдений. Горизонтальная циркуляция вод рассчитывалась динамическим методом (Зубов, Мамаев, 1956), а также восстанавливалась по спутниковым альтиметрическим измерениям уровенной поверхности океана (Фукс, 2003).
Анализ полей метеорологических и океанологических характеристик проводился с помощью методов многомерного статистического анализа (МСА). Были использованы метод главных компонент (разложение полей на естественные ортогональные функции) и кластерный анализ.
Для изучения процессов, происходящих в атмосфере и океане, были рассчитаны индексы, характеризующие интенсивность воздушных переносов и прибрежного апвеллинга.
Степень влияния абиотических факторов на состояние популяций пелагических рыб оценивалась методом множественной линейной регрессии.
Впервые с использованием большого колличества накопленной информации, включая принципиально новый вид данных - результаты спутниковых альтиметрических измерений уровенной поверхности океана, а также современные методы многомерного статистического анализа - выполнено описание сезонных и межгодовых изменений структуры и динамики вод района Бенгельского апвеллинга и выявлены их закономерности. Получены, имеющие прогностическое значение, статистически значимые связи уровня пополнения пелагических рыб с океанологическими условиями.
Результаты, полученные в представляемой диссертации, используются для оценки запаса пелагических рыб в районе ЮВА, а также при разработке отраслевых квартальных, годовых и перспективных прогнозов возможного вылова пелагических рыб ЮВА.
Результаты исследования уровня океана по данным спутниковой альтиметрии могут быть использованы как методическая основа для мониторинга динамических процессов, происходящих в ЮВА.
В теоретическом плане результаты работы могут быть использованы при разработке математических моделей взаимодействия океана и атмосферы, а также моделей функционирования промысловой экосистемы Бенгельского апвеллинга.
Работа выполнена в лаборатории промысловой океанологии АтлантНИРО. Апробация результатов проводилась на семинарах и коллоквиумах АтлантНИРО.
Отдельные части работы, а также диссертация полностью докладывались и обсуждались на коллоквиумах лаборатории промысловой океанологии АтлантНИРО, а также представлялись на отечественных и международных конференциях, наиболее важные из которых: VIII Всероссийская конференция по проблемам рыбопромыслового прогнозирования (Мурманск, 2001 г.); XII Международная конференция по промысловой океанологии (Светлогорск, 2002 г.).
По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, 3 работы приняты к печати.
Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения и библиографического списка используемой литературы.
В первой главе на основе литературных данных представлены географическая и промыслово-океанологическая характеристики района Бенгельского апвеллинга. Дано описание трех климатических зон, в пределах которых располагается исследуемый район, показаны особенности атмосферной циркуляции в ЮВА, рассматриваются характеристики водных масс и структуры вод исследуемого района, приводится описание горизонтальной циркуляции и прибрежного апвеллинга.
Во второй главе представлены материалы и методы исследований.
Третья глава посвящена изучению сезонной изменчивости океанологических условий в районе ЮВА. Приводится анализ сезонных колебаний температуры поверхности океана (ТПО) в прибрежной зоне ЮВА и рассчитанного по ТПО индекса апвеллинга. Выполнен анализ среднемесячных полей аномалий уровня океана. Произведено районирование ЮВА по характеру сезонной изменчивости горизонтальной циркуляции вод. На основе средних многолетних значений температуры и солености рассмотрена внутригодовая изменчивость структуры вод на шельфе Юго-Западной Африки.
В четвертой главе представлены результаты исследования межгодовой изменчивости структуры и динамики вод в районе Бенгельского апвеллинга. Рассматриваются межгодовые колебания ТПО. Произведено районирование ЦВА по характеру межгодовой изменчивости ТПО. Выполнен анализ межгодовой изменчивости горизонтальной циркуляции по данным спутниковой альтиметрии. Дана интерпретация межгодовой изменчивости аномалии уровня океана и интенсивности потоков основных течений. Выполнен множественный регрессионный анализ на основе данных ТПО, термического индекса апвеллинга, индекса пассатной циркуляции и численности годовиков капской ставриды для периодов 1973-1989 и 1991-2002 гг. Показана значимая связь между этими рядами и возможность прогноза на 1-2 года уровня пополнения капской ставриды.
В заключении сформулированы основные результаты и выводы работы, их значимость для успешного прогнозирования промыслового запаса одного из основных видов пелагических рыб - капской ставриды -и приведен список используемой при подготовке диссертационной работы литературы.
Текст работы изложен на 125 страницах, содержит 8 таблиц и 50 рисунков. В списке литературы 117 названий, из которых 50 на иностранных языках.
Автор выражает искреннюю признательность и благодарность за помощь и постоянное внимание к работе своему научному руководителю канд. геогр. наук. П.П. Чернышкову, доктору геогр. наук профессору В.Н. Яковлеву, С.К. Кудерскому, канд. геогр. наук A.M. Сироте, а также коллегам из лаборатории промысловой океанологии и других подразделений АтлантНИРО.
Отдельная благодарность руководству и сотрудникам кафедр географии океана и геоэкологии Калининградского Государственного Университета - В.А. Гриценко, Л.А.Захарову, Е.В. Краснову, Г.М. Бариновой - за содействие в подготовке, рецензировании и оформлении рукописи диссертации.
Морфологические характеристики
Экономическая зона Народной Республики Ангола расположена между 6 и 17ю.ш. В районе устья р. Конго ширина шельфа не превышает 10-15 миль и постепенно уменьшается с севера на юг по мере повышения прибрежной части суши и приближения гор к берегу (рис. 2а). У мыса Палмейриньяш шельф сужается до 3-4 миль, затем расширяется до 20-25 миль и у мыса Сан-Жозе снова становится не шире 3 миль. Переход шельфа в материковый склон происходит на глубине 120-160 м. Крутизна верхней части склона не превышает 6. С глубиной склон выглаживается до 2-3 (Лушин,1972).
Экономическая зона Республики Намибия расположена между 17 и 29.5 ю.ш. В отличие от расположенных к северу районов у побережья Западной Африки, шельф и материковый склон у Намибии не отличаются большой крутизной, и бровка континентального шельфа здесь находится на значительно большей глубине (300-400 м). Китовый хребет, берущий начало у мыса Кабу-Фриу (1830 ю.ш., 1200 в.д.), разделяющий Ангольскую и Капскую котловины и простирающийся на юго-запад до о-вов Тристан-да-Кунья (3700 ю.ш., 1230 з.д.), образует переходную зону к более широкому шельфу Намибии и ЮАР (рис.26). Ширина шельфа у м. Кабу-Фриу достигает 25-30 миль, у Уолфиш-Бея (23 ю.ш.) - 80-90 миль. Южнее шельф сужается и у Людерица (2530 ю.ш.) его ширина становится не более 15 миль. Затем шельф вновь расширяется и, примерно на 29 ю.ш., у Порт-Ноллота составляет 120 миль.
Экономическая зона Южно-Африканской Республики расположена к югу от 2930 ю.ш. Обширный участок шельфа, берущий начало у устья реки Оранжевой и далеко выступающее в море, является своего рода дамбой, подразделяющей здесь Капскую котловину. После очередного сужения до 12 миль около 33 ю.ш. шельф снова расширяется до 35 миль у Кейптауна и заканчивается на юге отмелью Агуль-яс, простирающейся в океан до 120 миль (рис. 2в).
Для рассматриваемого района в целом характерно необычно низкое положение края шельфа, пологий наклон его поверхности, выровненность и относительно малая расчлененность рельефа. Форма перехода шельфа к материковому склону (вид бровки шельфа) - в основном округлый, плавный перегиб. Глубина внешнего края шельфа (бровки) варьирует в пределах от 275 до 520 м.(у м.Кабу-Фриу - 275 м, у м.Кросс - 350-400 м, у Уолфиш-Бея - 300 м, у Порт-Ноллота - 520 м).
На шельфе выделяются две морфологические зоны: внутренняя и внешняя. Внутренняя (прибрежная) зона охватывает глубины до 100 м, углы наклона дна здесь - от 5-8 до 25 , поверхность шельфа характеризуется значительной расчлененностью. Внешняя зона расположена между глубинами 100-110 м и бровкой шельфа, хорошо выровнена, углы наклона дна 8 - 10 . К югу от устья реки Кунене до Уолфиш-Бея выделяется полоса глубин 150 - 200 м, характеризующаяся значительной расчлененностью и уклонами дна до 2 . Ширина этой полосы изменяется от 1 до 3 миль. Материковый склон до глубины 1000 м относительно пологий, углы наклона его поверхности составляют от 40 до 1 25 (Лушин, 1972).
Сезонные вариации основных гидрологических и промыслово-биологических характеристик в ЮВА связаны с изменением поля ветра, которое в свою очередь находится в прямой зависимости от перестройки атмосферного барического поля в течение года (рис.3). Причиной доминирующего здесь юго-восточного пассата, устойчивость которого более 80%, является макромасштабный градиент атмосферного давления между Южноатлантическим антициклоном (океаническая область высокого давления в Южной Атлантике) и экваториальной депрессией (зона низкого давления вблизи экватора), распространяющаяся в виде ложбины к югу, над материком Африки (Промыслово-океанологические исследования..., 2002). Наибольшее сгущение изобар, или максимальный градиент давления, расположены на границе раздела «океан-материк», т.е. в прибрежной зоне Юго-Восточной Атлантики. Наблюдается сложный характер пространственно-временной изменчивости локального градиента давления (вблизи раздела океан-материк), связанный с внутри-годовыми колебаниями давления в области депрессии над сушей и в области антициклона над океаном, а также с перемещениями этого центра действия атмосферы в пространстве.
Анализ временных рядов
В физико-математическом моделировании существует несколько направлений. К физическим методам исследований относятся такие методы, как TS-анализ водных масс, изопикнический анализ (Мамаев, 1986), динамический метод расчета морских течений (Зубов, Мамаев, 1956; Мамаев, 2000). Эффективным направлением исследования природных процессов является статистическая обработка имеющейся информации, представленной в виде пространственно-временного распределения наблюдений за параметрами среды. Она позволяет выявлять определенные закономерности в структуре информации и, на основании их, проводить достоверный анализ и прогноз. В рамках этого направления можно выделить методы одномерного и многомерного анализа. Основой методов одномерного анализа временных рядов является теория стационарных случайных функций (Яглом, 1981), применяемая при исследовании внутренней структуры прогнозируемых рядов. Современные разработки теории случайных функций применительно к коротким нестационарным временным рядам, позволили создать методы прогнозов, учитывающие периодическую нестационарность второго порядка, т.е. когда математическое ожидание, дисперсия и корреляционная функция являются периодическими функциями (Борис, 1976). Учет волновой структуры (межгодовая, годовая, суточная ритмика) и нестационарности длинных гидрометеорологических рядов наблюдений привел к разработке современных моделей для периодически нестационарных случайных процессов, в которых систематизация результатов анализа проводится по моментным функциям первых двух порядков: математическому ожиданию, дисперсии, корреляционной функции или ее преобразования Фурье - спектральной плотности (Драган, Рожков, 1987). Затем, по результатам вероятностного анализа, осуществляется моделирование случайного процесса, т.е. по заданному набору вероятностных характеристик строится ансамбль реализаций, статистически эквивалентный гидрометеорологическим временным рядам, с присущими им характерными особенностями в различных диапазонах изменчивости (Рожков, Трапезников, 1990). Для моделирования используются процессы авторегрессии -скользящего среднего АРСС (Бокс, Дженкинс, 1974). Перспективным направлением в исследовании океана как плохо организованной диффузной системы является многомерный статистический анализ (Вайновский, Малинин, 1992). Методы МСА хорошо зарекомендовали себя в автоматизированном диагнозе структуры вод океана (Галеркин и др., 1978), выделении водных масс (Саруханян, Смирнов 1986), фронтальных зон (Романцев, Буб, 1976), исследовании изменчивости термохалинных полей Мирового океана (Яковлев, Альтман, 1985). Наибольшее применение в практике анализа временных и пространственных рядов нашли методы множественной регрессии, главных компонент, факторного анализа и автоматической классификации. Остановимся подробнее на технологии применения статистических методов в данной работе. Анализ временных рядов проводился с использованием стандартных методов одномерного статистического анализа (Вайновский, Малинин, 1991). Для выделения долгопериодных тенденций, присутствующих во временной изменчивости рассматриваемых характеристик, применялся тренд-анализ. Аппроксимация тренда осуществлялась линейным уравнением вида Y=aX+b. Оценка значимости тренда выполнялась на основе оценивания значимости коэффициентов тренда и коэффициента детерминации R . Изучение периодической структуры рядов осуществлялось с помощью расчета их автокорреляционной функции и функции спектральной плотности. Сглаживание рядов с целью выделения колебаний, период которых превышает некие заданные величины, проводилось с помощью метода скользящего среднего или с помощью сезонного сглаживания. В практике гидрометеорологических исследований метод множественной линейной регрессии (МЛР) наиболее широко применяется для описания и предсказания отдельных переменных на основе статистического учета влияния нескольких влияющих факторов. В общем случае любую регрессионную зависимость можно представить в следующем виде где у - независимая переменная (функция отклика), Xj - зависимая переменная (фактор), к - степень уравнения регрессии, m - число независимых переменных. Задавая численные значения величин кит, можно получить различные виды уравнений регрессии. При к=1, т 2 имеем модель множественной линейной регрессии (МЛР) Ej - вектор остатков (ошибок), которые не описываются уравнением регрессии. Для построения эффективной модели МЛР необходимо выполнение следующих условий: - ошибки МЛР должны иметь нулевое среднее, - гомоскедастичность регрессионных остатков, т.е. дисперсия их должна быть постоянной, - ошибки должны быть независимы (некоррелированы) с факторами и функцией отклика; - отсутствие мультиколлинеарности между независимыми переменными; - желательно, но не обязательно, нормальное распределение остатков, - анализ регрессионных остатков Очевидно, нет необходимости останавливаться на вычислительных аспектах построения модели МЛР, которые достаточно хорошо известны и реализованы практически во всех пакетах прикладных статистических программ (ППСП). Это делает доступным использование различных вариантов МЛР в практических расчетах. В данной работе были использованы такие ППСП, как "Statistica 6.0" (StatSoft, Inc., 2001) и "SPSS 11.0.1" (SPSS, Inc., 1989-1999). Оценка надежности расчетов. Должна проводиться строгая комплексная оценка всех параметров модели МЛР, ибо в противном случае всегда могут возникать сомнения в правомерности полученных результатов. В эту проверку должны входить: - оценка стандартных погрешностей самой модели МЛР и ее параметров: коэффициентов регрессии и коэффициента множественной корреляции (детерминации); - построение доверительных интервалов для параметров МЛР;- оценка значимости параметров регрессионной модели;- оценка адекватности модели МЛР по критерию Фишера;- оценка вклада различных факторов в коэффициент детерминации.
Сезонные изменения горизонтальной циркуляции вод по данным спутниковой альтиметрии
Крупномасштабная циркуляция в районе Юго-Восточной Атлантики (ЮВА), ее сезонная изменчивость, а также связанное с ней положение основных фронтальных разделов ЮВА во многом определяет гидрологические условия на шельфе юго-западной Африки. В то же время гидрологические условия шельфовой зоны ЮВА и связанные с ними лимитирующие факторы, влияющие на первичный продукционный процесс, определяют состояние сырьевой базы основных видов промысловых рыб и производительность базирующегося на ней промысла.
Уровень океана, его наклон и их изменения во времени являются отображением процессов, происходящих в океане с различными пространственными и временными масштабами. Очевидно, что циркуляция вод имеет свое непосредственное отражение в уровеннои поверхности океана. Метод альтиметрических спутниковых наблюдений за уровнем океана, значительно усовершенствованный в течение последнего десятилетия, обеспечивает покрытие океанской поверхности с высоким пространственно-временным разрешением: 100-200 км по пространству и 10-30 суток по времени (Fu et al., 1994). Исследование циркуляции океана как крупномасштабной, так и региональной является одной из задач, для успешного решений которых все более активно применяются данные спутниковой альтиметрии (AVISO, 1998, 2001). Существуют и успешно применяются методы расчета геострофических течений по данным топографии поверхности океана, получаемым с использованием спутниковой альтиметрии (Morrow et al., 1994; Qiu, 1995; Strub et al., 1998; Stammer, Dieterich, 1999; Ducet et al., 2000; Chelton, Schlax, 2001). Многими авторами показано, что характеристики поверхностных течений, рассчитанные с помощью альтиметрических данных, соответствуют сведениям натурных наблюдений за течениями (Imawaki et al., 1997; Isogushi et al., 1997; Vivier, Provost, 1999; Imawaki et al., 2001).
В этой связи, использование данных спутниковой альтиметрии для исследования горизонтальной циркуляции вод ЮВА является весьма перспективным. Однако на первом этапе работ с этими данными, как нам представляется, необходимо исследовать структуру самого поля уровня океана и его изменчивость.
В данном разделе проводится анализ альтиметрических данных уровня океана в ЮВА за период с мая 1992 г. по апрель 2002 г. (аномалии уровня океана, полученные с использованием альтиметра спутника TOPEX/POSEIDON). С помощью методов многомерного статистического анализа исследуется пространственная структура района по характеру сезонной изменчивости уровня океана. По пространству данные ограничены районом 0-20в.д. и 5-40ю.ш. (569 точек). Временной интервал составил 120 месяцев (май 1992 г. - апрель 2002 г.).
Анализ данных уровня осуществлялся с помощью методов многомерного статистического анализа. Эти методы позволяют рассматривать в комплексе пространственно-временную изменчивость исследуемой характеристики, оценивать ее преобладающие масштабы и периоды. Были использованы метод
главных компонент (разложение полей на естественные ортогональные функции) и метод иерархической классификации.
Основными элементами крупномасштабной циркуляции ЮВА являются потоки Бенгельского и Южного пассатного течения, а также Южного экваториального подпассатного противотечения, которое, сливаясь с южным ответвлением течения Ломоносова при приближении к африканскому континенту, формирует прибрежное Ангольское течение.
Система течений у берегов Юго-Западной Африки подвержена сезонным вариациям. В летний период (декабрь - март), когда при смещении центра Южно-Атлантического антициклона на юг юго-восточный пассат на севере района ослабевает, система Бенгельского и Южного пассатного течений смещается на запад. В этот период в северной части района усиливаются Южное экваториальное подпассатное противотечение течение и прибрежное Ангольское течение. В зимний период, вместе со смещением к северу центров Южно-Атлантического антициклона, Южно-Африканской депресии и, соответственно, зоны пассатных ветров, происходит усиление и проникновение Бенгельского течения далеко на север.
Таким образом, в исследуемом районе основными можно назвать две системы течений: северную, включающую течения тропической части Атлантики, и южную, включающую течения субтропического круговорота. Характер их взаимодействия, сезонная изменчивость взаимного расположения и интенсивности во многом определяют режим шельфовых вод ЮВА. Отсюда и возникает необходимость детального изучения особенностей циркуляции этого района.
Общее представление о пространственной структуре аномалий уровня океана и о величине их временной изменчивости можно получить по среднемноголетнему распределению этих величин и его стандартному квадратическому отклонению (рис. 19). Наибольшие градиенты и экстремальные значения аномалий уровня наблюдаются в потоках основных течений данного района в местах их взаимодействия друг с другом или с водами шельфа/открытого океана.
Из анализа распределения аномалии уровня (рис.19 а) и ее среднеквадратического отклонения (рис. 19 б) видно, что область максимальной изменчивости уровня океана находится на юге, в районе выхода теплых вихрей течения Агульяс. Обращает на себя внимание также область пониженных значений уровня с центром в координатах 32 ю.ш., 7 в.д., связанная возможно со среднемноголетним положением центра Южноатлантического антициклона. Другая область повышенных значений среднеквадратического отклонения находится на севере у побережья Африки, в районе влияния Южного экваториального подпассатного противотечения и его прибрежной ветви -Ангольского течения.
Межгодовые изменения горизонтальной циркуляции вод
Рассмотрим межгодовую изменчивость уровенной поверхности океана в ЮВА на основе альтиметрических данных. В качестве характеристик уровня мы будем использовать полученные в главе 3.3 с помощью кластерного анализа среднеклассовые значения аномалий уровня океана в трех подрайонах (см. гл. 3.3). Нумерация классов сохранена в соответствии с произведенной классификацией. Распределение классов (подрайонов) по пространству приведено нарис. 28 (см. гл. 3.3).
Практически для всех полученных подрайонов характерно наличие положительного линейного тренда, указывающего на тенденцию повышения уровня океана в системе субтропического круговорота в течение последнего десятилетия в среднем на 2 см (см. рис 29).
Для оценки межгодовой изменчивости аномалий уровня океана в ЮВА из рядов среднемесячных аномалий уровня по подрайонам был удален линейный тренд и осуществлено сезонное сглаживание. Полученные таким образом аномалии уровня демонстрируют наличие значительных межгодовых изменений (рис. 46). Характер этой изменчивости различается по подрайонам.
Сильное понижение уровня океана в подрайоне 2 наблюдалось в 1997 г. во время тихоокеанского Эль-Ниньо и было связано с аномально северным положением Южно-Атлантического антициклона, ростом давления в его центре, ослаблением Ангольского течения, усилением Бенгельского течения и прибрежного апвеллинга в северной части ЮВА (Промыслово-океанологические исследования..., 2002).
В 3 подрайоне повышенный уровень наблюдался в 1992, 1998-1999 и 2002 гг., пониженный - в 1994 -1995, 1997 и 2000-2001 гг.
С целью выделения однородных по времени периодов изменчивости уровня океана в ЮВА была проведена классификация временной шкалы сглаженных средних по подрайонам аномалий уровня иерархическим методом Уорда. Оптимальное число классов было принято равное 3 (рис 47). Класс 1 характеризуется повышенным уровнем по всему исследуемому району ЮВА, кроме района к югу от 30 ю.ш.
Максимальные аномалии уровня наблюдаются в прибрежной и океанической частях до 26 ю.ш., что соответствуют значительному усилению южного Экваториального подпассатного противотечения и ослаблению всей системы течений восточной части субтропического круговорота. Такая ситуация наблюдалась в 1992, 1995-1996, 1998-1999, 2002 гг
Класс 2 соответствует повышенному уровню океана в прибрежной части до 22 ю.ш. с максимумом между 12 - 17ю.ш. и близкими к норме значениями уровня в западной, юго-западной частях района ЮВА, что соответствует повышенной интенсивности прибрежного Ангольского течения и средней интенсивности течений субтропического круговорота. Эта ситуация характерна для 1993,1994, первой половине 1995, 2000, 2001 гг.
Класс 3 характеризуется общим понижением уровня в прибрежной и океанической частях ЮВА до 20 ю.ш. и его повышением в районе распространения Южного пассатного течения. Эта ситуация соответствует ослаблению южного Экваториального подпассатного противотечения и активизации Бенгельского и Южного пассатного течений. Она наблюдалась в конце 1996, 1997 гг., в период Тихоокеанского Эль-Ниньо.
Таким образом, получены климатические распределения аномалий уровня океана соответствующие существующим представлениям о схеме поверхностной крупномасштабной циркуляции вод в ЮВА. Альтиметрические данные позволяют более детально оценить межгодовую изменчивость циркуляции, интенсивность и направление основных течений.
Оценена межгодовая изменчивость уровня океана в ЮВА. Показано наличие положительного тренда во временном ходе аномалий уровня за последнее десятилетие. С помощью кластерного анализа выделены схожие по состоянию уровня океана периоды и дано их описание.
Одной из важнейших задач рыбопромысловых научных исследований является понимание закономерностей (процесса) формирования пополнения популяций морских рыб. Для определения уровня пополнения достаточно часто используются параметры, характеризующие мезомасштабные океанские процессы, а также атмосферные условия, влияющие на них (Borja, 1998; Boyd, 1979; Яковлев, Сирота, 2001).
Существует множество различных гипотез, объясняющих механизмы, ведущие к изменению пополнения (Heath, 1992). Как правило, эти гипотезы основываются на физических (апвеллинг, изменчивость температуры поверхности океана) или экологических (пресс хищников, обеспеченность питанием) процессах (Одум, 1986).
Исследуемое состояние запаса пелагических рыб, обитающих у юго-западного побережья Африки, представлено индексами пополнения капской ставриды {Trachurus trachurus capensis), распространенной от анголо
Похожие диссертации на Структура и динамика вод в районе Бенгельского апвеллинга и их влияние на величину пополнения популяции капской ставриды
