Тепловой баланс Баренцева моря

Высокоширотное положение Баренцева моря и наличие в нем больших пространств постоянно открытой воды, превращают это море в зону активного взаимодействия с атмосферой. Примыкая к аналогичной зоне в Норвежском море , Баренцево море по ряду климатических параметров энергообмена сопоставимо с ней и даже может превосходить ее, в частности, по теплоотдаче за счет турбулентного потока и затрат тепла на испарение.

Радиационная характеристика Баренцева моря определяется его расположением за Полярным кругом и большой облачностью, которая наблюдается над морем в течение года. Облачность значительно уменьшает поступление суммарной радиации, а существование полярного дня и полярной ночи за Полярным кругом вызывает большие внутригодовые колебания суммарной солнечной радиации. Так, в целом за год поступает только 60% возможной радиации, в годовом же ходе суммарная (суточная) солнечная радиация при реальных условиях облачности изменятся от 0 в декабре и январе до 17.8МДж/м2 в июне. Пространственная изменчивость суммарной радиации, так же как и поглощенной, относительно не велика: среднее квадратическое отклонение в июне составляет 0.7 МДж/м2, в другие месяцы несколько выше - 0.9-1.1МДж/м2. Временная изменчивость больше пространственной в весенне-летние месяцы, когда поступает более 70% от годового количества радиации. В целом за год водные массы Баренцева моря поглощают 88% поступающей солнечной радиации. Расходной составляющей радиационного баланса является эффективное излучение. Определяется оно преимущественно облачностью и разностью температур воды и воздуха. Облачность сохраняется значительной в течение всего года, тогда как разность температур воды и воздуха изменяется от 7-8°С в декабре- марте до 0°С в июне-августе. В результате эффективное излучение в течение года изменяется в 2-2.5 раза (5-6МДж/м2 в ноябре-апреле и 2-3МДж/м2 в июне-сентябре). Среднее квадратическое отклонение составляет 0.4-1.3МДж/м2,увеличиваясь от лета к зиме. Временная изменчивость практически в течение года меньше пространственной. Тепловое излучение атмосферы в течение года изменяется незначительно (21МДж/м2 в феврале-марте и 27МДж/м2 в июле-августе). Следует отметить важную роль теплового излучения атмосферы в радиационном теплообмене между атмосферой и поверхностью моря. В ноябре-январе тепловое излучение атмосферы является единственным источником тепла, поступающего на поверхность моря, в июне-июле (при максимальном поступлении солнечной энергии) тепловое излучение атмосферы в 1.5 раза превышает суммарную радиацию.

Радиационный баланс поверхности моря в октябре-марте отрицательный, в апреле-сентябре - положительный с максимальным значением в июне, что обусловлено соответствующими изменениями потока солнечной радиации в течение года. При этом в теплую часть года значения радиационного баланса на 30-40% меньше суммарной радиации В период полярной ночи радиационный баланс определяется только эффективным излучением поверхности моря. В среднем для южной части Баренцева моря годовой радиационный баланс положителен и составляет 1.5МДж/м2.

Свободная ото льда поверхность Баренцева моря в течение года обеспечивает значительное поступление тепла в атмосферу не только за счет эффективного излучения, но и за счет турбулентного потока тепла Н и затраты тепла на испарение LE. Наибольшие значения Н и LЕ наблюдаются в декабре-феврале (соответственно 10-12МДж/м2 и 7-8МДж/м2), уменьшаясь в июне-августе до 0.2 и 1-2МДж/м2 . В целом за год результирующий поток тепла В отрицателен и равен 8.1МДж/м2. В период с мая по август результирующий поток тепла положителен за счет относительно большого поступления солнечной радиации и уменьшения эффективного излучения, турбулентного теплообмена и затрат тепла на испарение. Переход теплового баланса через 0° наблюдается в конце апреля- начале мая и в конце августа. На сезонные изменения знака результирующего потока тепла большое влияние оказывают окружающие Баренцево море суша и ледяной покров, охлаждающее влияние которых в зимнее время приводит к значительному увеличению разности температур воды и воздуха. В летнее время различия радиационных характеристик водной поверхности, ледяного покрова и суши уменьшаются. Пространственная изменчивость потоков Н, LЕ и В несколько выше пространственной изменчивости составляющих радиационного баланса. Что касается временной изменчивости Н, LЕ и В , то она в целом меньше пространственной изменчивости этих потоков.

Важнейшей составляющей теплового баланса Баренцева моря является адвекция тепла течениями. Основной приток тепла в море осуществляется в его южных районах. Н.С.Ураловым показано, что 60-65% тепла, вносимого в Баренцево море между м. Нордкап и арх. Шпицберген, отдается в атмосферу и в окружающие Нордкапское течение воды в пределах южной части моря. Вместе с тем в юго-западной и юго-восточной частях моря расход тепла атлантических вод происходит с разной интенсивностью. Если между Нордкапским и Кольским разрезами энтальпия вод уменьшается в осенне-зимний период лишь на 2.8% на100 км, то восточнее Кольского разреза это уменьшение резко возрастает, составляя 5.7% на каждые 100 км. Причинами этого являются уменьшение скорости течения из-за его дробления, воздействие охлажденных до температуры замерзания вод юго-восточной части моря и наличие здесь льдов.

В годовом ходе адвекции тепла течениями в слое 0-200 м достаточно хорошо прослеживается сезонная изменчивость. Максимум адвекции отмечается в зимний период (январь-март),, второй максимум наступает, как правило, в июле- сентябре. Максимальное значение адвективного теплообмена наблюдается весной (апрель-июнь), при этом в районе теплых течений адвекция в слое о-200 м положительна в течение года. Годовая амплитуда составляет 10-20МДж/м2. Сезонная изменчивость в характере адвекции тепла течениями связана с режимом преобладающих западных ветров и с изменчивостью положения струй основных течений в Баренцевом море. Так, для Нордкапского и Мурманского течений отмечается значительный сектор изменчивости в направлении струи этих течений, достигающий в некоторых случаях 200°. Меньшая изменчивость характерна для струй Новоземельского и Канинского течений.

В холодную часть года и в целом за год наибольшие значения адвекции отмечаются в западной части моря, к юго-востоку от арх. Шпицберген. К востоку значения адвекции уменьшаются и затем несколько увеличиваются у кромки льда вдоль арх. Новая Земля Максимальные годовые значения адвективного теплообмена на западе моря составляют 10-15 МДж/м2, в центральной части моря 6-8МДжм2, в восточной части моря у кромки льда 10-13МДж/м2. В целом для незамерзающей части Баренцева моря годовое значение адвекции составляет 8.1МДж/м2. В теплую часть года адвективный теплообмен в западной части моря не превышает 10МДж/м2,в центральной части моря он становится отрицательным, т.е. происходит отток тепла.

Следует отметить, что вклад суммарного теплообмена поверхности моря с атмосферой и адвекции тепла течениями в изменение энтальпии слоя 0-200 м существенно зависит от сезона. В зимний период роль обоих факторов велика , однако роль результирующего потока тепла несколько выше, чем адвекции, и в этот период происходит общее понижение энтальпии. Вместе с тем в отдельные годы роль адвекции может быть настолько значительной, что температура поверхности воды на Кольском разрезе в январе и феврале бывает выше, чем в предшествующих ноябре и декабре. В осенний и летний периоды, когда результирующий поток тепла значительно уменьшается по абсолютному значению и становится положительным, происходит увеличение энтальпии. Однако роль адвекции в этом процессе несколько больше, чем результирующего потока тепла. В среднем для весенне-летнего периода адвекция в 1.5-2 раза превышает поток тепла В, хотя по сравнению с зимним периодом значение адвекции уменьшается в 2-3 раза. Осенью, когда резко возрастает поток тепла В, его вклад снова превышает вклад адвекции.

В целом можно отметить, что адвективная составляющая теплового баланса деятельного слоя Баренцева моря весьма существенна для его юго-западной части и не может не учитываться в остальных районах моря. Значительная пространственная и временная изменчивость адвекции также определяется непостоянством течений в море и зависит в конечном итоге от особенностей атмосферной циркуляции как над самим Баренцевым морем, так и за его пределами.

В табл.1 приведены годовые значения рассмотренных выше элементов теплового баланса моря.

Таблица.1. Годовые значения составляющих теплового баланса поверхности для южной части Баренцева моря.

Поступление тепла за счет речного стока [4] и расход тепла за счет ледовых процессов [5] составляют менее 0.1% от общего поступления тепла за год и поэтому в тепловом балансе незамерзающей части моря могут не учитываться.

Представление о сезонной изменчивости составляющих теплового баланса дает табл.2.

Таблица.2 Средние суточные значения составляющих теплового баланса поверхности южной (незамерзающей) части Баренцева моря, МДж/м²

Q - суммарная солнечная радиация, Вк - поглощенная солнечная радиация, Еа - тепловое излучение атмосферы, Еэф - эффективное излучение поверхности моря, R - радиационный баланс, Нт - турбулентный поток тепла, LE - затраты тепла на испарение, В - результирующий поток тепла на поверхности моря.

Данные табл.2 показывают, что годовой радиационный баланс положителен, т.к. поглощенная радиация летом превышает ее отток зимой. Отрицательные величины радиационного баланса в период полярной ночи целиком определяются эффективным излучением.