Глава 2 Гидрофизические исследования

  ГЛАВА 2.

Гидрофизические исследования

2.1. Гидрофизические измерения и результаты экспедиции 2018 г.

1) Температура, электропроводность в приповерхностном слое измерялись по всей траектории движения судна с помощью проточной зондирующей системы, состоящей из подающего забортную воду центробежного насоса производительностью около 1 л/с и CTD зонда YSI 6600, помещенного на палубе в специальный контейнер емкостью 30 литров. Частота опроса датчиков CTD зонда составляла 1 Гц.

2) Вертикальные распределения величин температуры, электропроводности, направления и скорости течения посредством CTD-зондирований с использованием зонда Seaguard CTD, частота измерений 2–10 Гц (Рис.2.1).

(б)_))

(а)_))

Рис. 2.1. Проведение вертикального CTD-зондирования.

В рамках данной экспедиции были проведены комплексные исследования термохалинной структуры прибрежных вод, включавшие в себя как измерения в приповерхностном слое воды, так и вертикальные зондирования от поверхности до дна. Соленость и температура воды измерялись непрерывно вдоль курса судна с помощью проточной CTD-системы.

Полученные распределения поверхностной солености и температуры на экспедиционном полигоне за период 4–7 июля 2018 года приведены на рис. 2.2–2.4. Маршрут судна по полигону показан чёрным цветом. Температура поверхностного слоя колебалась в пределах - от 14,5 до 21˚С. Минимальные значения температуры были зафиксированы в самой западной части озера (станция 4). Возможно, это следствие действия западного ветра, который наблюдался на станциях в западной части озера. Необходимо иметь в виду, что в силу того, что измерения проводились в течение четырех дней круглосуточно, полученное распределение температуры не является мгновенным и искажено суточными колебаниями температуры воды, которые достигали 3˚С. Поэтому «мгновенная» температурная карта озера, построенная на основе спутниковых данных за 06.07.2018 (Рис. 2.3) обнаруживает неполное соотвествие с натурными данными.

Как видно из построенной карты поверхностного распределения солености, термохалинная структура приповерхностного слоя в восточной части озера во многом определялась стоком пресных вод (Рис. 2.4). Поверхностная соленость на полигоне менялась от 4.8 до 6.8 г/кг (значения солености, измеренные CTD зондом, умножались на 1.24 для коррекции в связи с отличным от океанского ионно-солевым составом).

Полученные результаты измерения вертикальной термохалинной структуры с помощью CTD-зонда Seaguard на экспедиционном полигоне 4–7 июля 2018 г. представлены на рис. 2.5–2.7. Зондирования проводились в 18-ти различных точках полигона от поверхности до дна (Рис. 1.2, табл. 1.1). В ряде случаев фиксировался ярко выраженный термоклин. Так на станциях 7a, 17, 18bis, 19 наблюдалось резкое понижение температуры в поверхностном слое. Графики профилей солености, представлены на рис. 2.6.

Впервые за все время исследования озера Иссык-куль были измерены профили течения от поверхности до дна водоема (Рис. 2.7). Можно сказать, что характер течения практически не менялся с глубиной. Наиболее интересными получились графики течений, построенные по всей площади озера на разных горизонтах (Рис. 2.8–2.10). Видно, что в большинстве случаев направление течения совпадает с направлением ветра на станциях (Рис. 2.11). Показания ветра измерялись портативной метеостанцией, установленной на мачте судна. Однако, надо заметить, что максимальное значения скорости ветра на станциях не превышало 6 м/с.

На рис. 2.12–2.13 представлены графики изменения температуры воздуха и атмосферного давления за все время экспедиции.

Рис. 2.2. Температура на поверхности озера по данным проточной CTD-системы.

Рис. 2.3. Температурный снимок озера Иссык-куль, сделанный 06.07.2018 спутником Sentinel 3.

Рис. 2.4. Соленость на поверхности озера по данным проточной CTD-системы.

Рис. 2.5. Зависимость температуры (⁰С) от глубины (м).

Рис. 2.6. Зависимость солености (г/кг) от глубины (м).

Рис. 2.7. Скорость течения (cм/c) по всей глубине (м) водоема.

Рис. 2.8. Скорость течения, осредненная по всей глубине водоема.

Рис. 2.9. Скорость течения на поверхности водоема.

Рис. 2.10. Скорость течения на дне водоема.

Рис.2. 11. Скорость ветра на станциях полигона.

Рис.2. 12. Изменения температуры (⁰С) воздуха за все время экспедиции.

Рис. 2.13. Изменения давления воздуха (гПа) за все время экспедиции.

2.2. Гидрофизические измерения и результаты экспедиции 2019 г. На рис. 2.14 представлены вертикальные профили температуры, солености, концентрации хлорофилла и мутности. На станциях 1 – 2 была зафиксирована двухслойная термическая структура вод. Верхний перемешанный слой с температурой около 11˚С распространялся до глубин 40 – 45 м, под ним находился резкий термоклин и придонный слой со значениями температуры, плавно убывающими от 6 ˚С до 5 ˚С. На относительно мелководных станциях 3 – 4 водная толща была перемешана от поверхности до дна. Стоит отметить, что на станции 4, наиболее близкорасположенной к берегу, температура перемешанного слоя была на 1˚С ниже.

На рис. 2.15 и рис. 2.16 представлены результаты вертикального зондирования толщи вод на разрезе (станции 5 – 11). Заметим наличие понижений температур придонного слоя на разрезе, приуроченных к северному склону озерной котловины. По-видимому, данные понижения температуры не связаны с положением сезонного термоклина, поскольку на станции 8 (центральной станции разреза), соответствующего понижения температур в придонном слое не наблюдается (как и выраженного термоклина). Вероятно, резкое снижение температур в слое толщиной несколько метров от дна связано с развитием направленных вниз по склону плотностных потоков более холодной воды с прибрежных мелководий. Кроме того, отметим совпадение пиков флюоресценции и мутности с этими локальными минимумами температуры на разрезе (Рис. 2.16). Таким образом, можно считать доказанным натурными измерениями наличие таких плотностных потоков в период осеннего охлаждения и на западном шельфе – в дополнение к ранее обнаруженным нами потокам на восточном шельфе озера, особенно в подводных древних речных руслах.

На рис. 2.17 представлены результаты измерений, проведенных на наиболее глубокой станции полигона. Следует отметить меньшую толщину верхнего перемешанного слоя по сравнению с более мелководными западными станциями. Результаты тестового зондирования двумя зондами, отраженные на рис. 2.18, обнаруживают хорошую сходимость измерений температуры, чего нельзя сказать об измерениях электропроводности. Различия показаний датчиков электропроводности, по-видимому, приводят к разнице по значениям солености (без корректировки на состав вод Иссык-Куля) на величину, приблизительно равную 0.04 епс.

Рис. 2.14. Вертикальные профили температуры, солености, мутности и содержания хлорофилла на станциях 1 – 4, полученные посредством CTD-зондирования 20 ноября 2019 г.

Рис. 2.15. Вертикальные профили температуры, солености, мутности и содержания хлорофилла на станциях 5 – 11, полученные посредством CTD-зондирования

22 ноября 2019 г.

Рис. 2.16. Вертикальные распределения значений температуры, концентрации хлорофилла и мутности на разрезе 22 ноября 2019 г.

Рис. 2.17. Результаты вертикального зондирования на станции 12.

Рис. 2.18. Результаты интер-калибрации SBE SeaCat 19plus и RBR Concerto (без пересчета солености).