ГИДРОЛОГИЯ

Год: 1989 1999 2004

Для Азовского моря характерна значительная временная и пространственная изменчивость термических условий. Эта особенность объясняется географическим положением на южной периферии умеренных широт (на границе замерзающих и незамерзающих морей), мелководностью моря, изрезанностью его берегов, сравнительно низкой соленостью и т. д. Взаимодействие всех этих факторов и определяет особенности термических условий моря.

Основным источником тепла, поступающего на поверхность Азовского моря, является солнечная радиация. Количество суммарной солнечной радиации, поглощенной морем за год, в среднем за многолетний период составляет около 4000 МДж/м2. Из этого количества тепла ежегодно 2200 МДж/м2 расходуется на испарение, около 1500 МДж/м2 на эффективное излучение и 300 МДж/м2 - на контактный теплообмен с атмосферой. Подробно тепловой баланс поверхности Азовского моря освещен во второй главе.

Водообмен с Черным морем, а также сток Дона и Кубани оказывают незначительное влияние на термический режим моря. В среднем за год воды Дона охлаждают море, а черноморские и кубанские - отепляют его. Количественная оценка теплового влияния вышеуказанных факторов, отнесенная ко всей акватории моря, показала, что за год охлаждающее влияние Дона составляет около 0,8 МДж/м2, а отепляющее влияние Кубани и черноморских вод 2,1 и 7,5 МДж/м2 соответственно.

Преобладающая роль радиационных факторов в формировании термического режима моря отчетливо прослеживается в зональном распределении среднегодовых многолетних значений температуры воды по данным береговых станций. Они постепенно увеличиваются с 11,2 °С в северной части моря до 12,2-12,4 °С в южной, т. е. примерно на 0,5 °С на 1° широты. Если направить ось абсцисс с севера на юг и положить начало координат в Таганроге, то зональное изменение температуры воды можно представить следующим эмпирическим линейным уравнением:

y = 0,0048Х+11,15,

где X - расстояние от Таганрога по меридиану (км), y - среднегодовая многолетняя температура воды (°С).

По данным для открытого моря в навигационный период (апрель-ноябрь) отмечается аналогичная закономерность, которая выражается уравнением

y = 0,004J+ 16,62,

где J - расстояние по меридиану от 47° с. ш. (км), y -средняя многолетняя за навигационный период температура поверхностного слоя моря. Некоторое различие угловых коэффициентов в приведенных уравнениях объясняется, вероятно, недостаточным количеством данных для открытого моря. В целом зональные изменения температуры воды в открытой части моря, как и в прибрежных районах, невелики - от 16,5 °С в северной части до 17,4 °С в южной. Отклонения от указанных средних многолетних значений температуры воды в отдельные годы могут быть существенными. Так, в районе Бердянска они составляют 1,0-1,3 °С, а в районе Мысового - даже 1,5-1,9 °С. Стандартные отклонения среднегодовых величин а равняются ±0,505 °С для Бердянска и ±0,693 °С для Мысового. Следует отметить, что годовые аномалии температуры воды в различных районах моря, как правило, имеют один и тот же знак, хотя могут существенно отличаться по абсолютной величине. Это свидетельствует об однонаправленности процессов по всей акватории моря. В многолетнем ходе температуры не прослеживается отчетливых трендов. Визуально можно выделить несколько пониженный фон температуры во второй половине 20-х - в начале 30-х годов и повышенный - во второй половине 60-х - начале 70-х годов.

Расчет многолетних линейных трендов со второй половины 40-х годов по 1986 г. показал практически отсутствие тренда в Бердянске и незначительный положительный тренд (0,03 °С) в Мысовом. Последнее обстоятельство, возможно, связано с некоторым усилением отепляющего влияния черноморских вод в холодную часть года (октябрь-февраль) в связи со строительством Цимлянского гидроузла и увеличением изъятий речного стока. Это в какой-то мере подтверждается расчетами многолетних трендов среднемесячной температуры воды, которые приводятся в табл. 3.1. Из этих данных также следует, что тренды месячных значений значительно больше, чем годовых, но в целом за год при многолетнем осреднении они практически уравновешиваются.

Сезонные изменения температуры воды Азовского моря, как и других мелководных акваторий умеренных широт, выражены очень резко. Представленные в табл. 3.2 среднемесячные многолетние значения температуры воды на прибрежных гидрометеостанциях Азовского моря свидетельствуют о следующем. Размах годового хода в разных районах моря составляет 23,2-24,7 °С, причем несколько убывает в направлении с севера на юг, в основном за счет разности между наиболее низкими температурами в северных и южных районах моря.

Самая низкая температура отмечается в январе-феврале, а самая высокая - в июле. В период наибольшего прогревания температура воды практически выравнивается по всему морю. С начала охлаждения (август) температура воды в южной части моря становится выше температуры в северных и центральных районах. С апреля по июль картина становится обратной. Это, вероятно, связано не только с зональным расположением пунктов наблюдений и с морфологическими особенностями районов, но и с отепляющим влиянием черноморских вод на южные районы моря в период охлаждения, и с охлаждающим влиянием их в период интенсивного прогревания мелководного Азовского моря. В открытых более глубоких районах моря максимальная температура воды отмечается в августе.

Наиболее интенсивное прогревание вод весной прослеживается от апреля к маю. По данным береговых станций, в разных пунктах оно округленно составляет 7-9 °С (среднее 7,9 °С), в открытых районах моря - 6,5-9,5 °С (среднее 8,4 °С). Наиболее быстрое охлаждение вод у побережья происходит от сентября к октябрю на 6-7 °С (среднее 6,5 °С), а в открытых районах моря от октября к ноябрю - на 5,5-7,7 °С (среднее 6,7 °С).

Сезонный ход температуры воды на прибрежных станциях мало отличается от такового в мелководных районах моря и существенно отличается от сезонного хода в глубоководных районах. Максимумы кривых сдвинуты примерно на полмесяца; в период накопления тепла температура воды в мелководных районах выше, чем в глубоководных, а в период охлаждения - наоборот.

Месячные значения температуры воды имеют значительно большую изменчивость, чем средние годовые. Так, по данным гидрометстанций Мысовое и Бердянск, стандартные отклонения в различные месяцы изменяются от 0,7 до 2,2 °С. Их наибольшие значения приходятся на апрель и октябрь, т. е. на время наиболее интенсивных сезонных изменений температуры. Наименьшие - на лето и начало осени, когда темпы сезонных изменений температуры воды занижены, а также на январь-февраль в Бердянске, где ледяной покров способствует стабилизации температуры. Данных по открытым районам моря недостаточно для получения количественных характеристик стандартных отклонений месячных значений температуры воды, но их качественный анализ в целом подтверждает результаты, полученные по данным прибрежных станций. Некоторое отличие состоит в том, что в открытом море в мае отклонения оказываются несколько больше, чем в апреле. Самые высокие значения температуры воды, по данным срочных наблюдений на береговых станциях, отмечаются в июле и в разных районах моря составляют 29,3-32,8 °С. Самые низкие (от -2,4 °С в Геническе до -0,5 °С в Таганроге) могут наблюдаться в любой из зимних месяцев.

Пространственное распределение температуры воды по акватории Азовского моря вследствие его небольших размеров и малых глубин характеризуется слабой контрастностью. По данным береговых станций, в период наибольшего охлаждения (февраль) средняя температура воды в поверхностном слое моря изменяется от 0-0,2 °С в северной части моря до 1,0-1,2 °С в южной. Данных для открытых районов моря зимой очень мало. Однако поскольку теплозапас вод здесь больше, чем в прибрежных районах, следует ожидать, что и температура воды должна быть несколько выше указанных пределов.

Малой контрастностью отличается также поле температуры в период наибольшего прогревания вод (июль-август). Средние значения температуры воды в поверхностном слое, как в прибрежных районах, так и в открытом море изменяются в пределах 24-25 °С. В периоды прогревания и охлаждения контрасты температуры увеличиваются. Так, в апреле вода у берегов прогревается до 8-11 °С, а в открытых районах моря она ниже 7 °С (в центральной части моря не превышает 5,5 °С). В октябре температура воды почти всей открытой акватории выше 14 °С, а в прибрежных районах, за исключением самых южных, - ниже 14 °С.

Пространственное распределение температуры воды в придонном слое моря в общих чертах аналогично распределению в поверхностном слое. В период охлаждения температурный фон в придонных слоях, особенно в приглубых районах, несколько выше, чем у поверхности, а в период прогревания, - наоборот, ниже. Из анализа имеющейся базы данных следует, что, уже начиная с октября, средняя температура воды в придонных слоях в большинстве районов становится выше, чем в поверхностных, за исключением наиболее глубоких районов, где из-за большей теплоемкости водных масс их охлаждение и у поверхности, и у дна происходит медленнее, чем на мелководье.

В ноябре, по-видимому, повсеместно устанавливается слабая неустойчивая вертикальная температурная стратификация, которая легко разрушается ветро-волновым перемешиванием и после достижения вертикальной зимней конвекции до дна сменяется гомотермией. С марта-апреля начинается перестройка вертикальной термической структуры. Слабая устойчивая стратификация сформировывается в большинстве районов моря, за исключением наиболее глубоких районов центральной части моря и юго-западных квадратов (24, 25, 32), где температура поверхностного слоя моря оказывается ниже температуры придонных слоев вследствие скопления здесь весной под действием господствующих ветров дрейфующих льдов. Устойчивая термическая стратификация в среднем сохраняется с мая по сентябрь. Вертикальная температурная стратификация вод Азовского моря обычно незначительна.

Расчет повторяемости разностей температуры в поверхностном и придонном слоях, произведенный по данным наблюдений на рейдовых станциях, показал, что в преобладающем числе случаев разность не превышает 1 °С, но в отдельных случаях, при слабых ветрах и значительных градиентах солености, может достигать 5-7 °С.

Анализ данных по выборочным мелководным квадратам моря с наибольшим числом наблюдений (глубины 4-6 м) и более глубоким районам (глубины 10-12 м) позволил выявить некоторые особенности вертикальной термической структуры в разных районах моря. Во-первых, они подтверждают слабую температурную стратифицированность вод моря. Средние вертикальные градиенты как в мелководных, так и в приглубых районах не превышают 0,12-0,13 °С/м. Во-вторых, отмечается заметное различие в формировании вертикальной термической структуры в районах с различными глубинами в навигационный период. В мелководных районах, где прогревание воды в верхних и придонных слоях идет с небольшим сдвигом во времени, градиенты постепенно увеличиваются и достигают наибольших значений в июле, когда поверхностный слой воды максимально прогрет. С началом его выхолаживания градиенты уменьшаются, и в октябре стратификация становится неустойчивой.

В приглубых районах, где прогревание придонных слоев происходит медленнее со значительным отставанием от прогревания поверхностного слоя, наибольшие градиенты устанавливаются уже в мае-июне, а затем начинают уменьшаться. В апреле и октябре практически устанавливается гомотермия или слабая неустойчивость.

Существенным дополнением к характеристике температурного режима моря является анализ внутреннего и внешнего теплооборота. Расчет теплооборота, в сущности, является продолжением расчета теплового баланса. Внешним теплооборотом принято считать полусумму абсолютных значений приходной и расходной частей теплового баланса поверхности моря, а внутренним теплооборотом - разность максимального и минимального теплосодержания водной массы.

На мелководном Азовском море, занимающем небольшую территорию, нет резко выраженных климатических районов, однако здесь можно выделить две различные зоны внешнего теплооборота. Одна из них расположена в центральной части моря, другая - в прибрежном мелководном районе, включая Таганрогский залив. Разность внешнего теплооборота этих зон за год составляет 800 МДж/м2. Как показывают карты внешнего теплооборота, его максимальные значения располагаются в центральной, глубоководной части моря, а минимальные - в мелководной, причем изолинии внешнего теплооборота в общих чертах повторяют изобаты. Зависимость внешнего теплооборота от глубины Азовского моря тесно связана с годовыми амплитудами теплового баланса. В тех районах, где амплитуда теплового баланса выше, внешний теплооборот больше, минимальные значения теплооборота располагаются в районах с меньшей амплитудой теплового баланса. Тесная связь теплового баланса Азовского моря с глубиной объясняется тем, что деятельным слоем является вся толща воды и с увеличением глубины за счет уменьшения расходной части теплового баланса (более низкая температура воды в глубоководной части и связанные с этим меньшие потери тепла на испарение) итоговое значение баланса возрастает. Максимальные и минимальные значения внешнего теплооборота за год составляют соответственно около 1200 и 400 МДж/м2.

Распределение внутреннего теплооборота в общих чертах повторяет распределение внешнего, причем глубина моря и здесь оказывает решающее значение. Это объясняется тем, что экстремальные значения теплосодержания в небольшом и мелководном Азовском море приходятся на периоды, когда вся масса воды имеет почти одну и ту же температуру, а теплозапас определяется только глубиной, от которой и зависит пространственное распределение внутреннего теплооборота.

Внутренний теплооборот несколько меньше внешнего. Для всего моря разность между суммарными значениями внешнего и внутреннего теплооборота за год составляет 113 МДж/м2. Следуя рассуждениям В. С. Самойленко о влиянии ледяного покрова на расхождения значений внешнего и внутреннего теплооборотов, разность эту можно отнести за счет потерь тепла при льдообразовании. Ориентировочные расчеты возможной толщины льда (средней по морю), который должен образоваться к концу зимы по предложенной им формуле, и сравнение полученного значения с фактическими данными позволяют считать это предположение правомерным.

Процессы льдообразования и ледотаяния отражаются не только на внутреннем, но и на внешнем теплообороте. В период ледотаяния и выноса льда в южные районы моря происходит некоторое понижение температуры воды и связанное с этим уменьшение расходной части теплового баланса, влияя тем самым на внешний теплооборот.