Введение ВВЕДЕНИЕ Промысловый район Юго-Восточной Атлантики (ЮВА) является важной областью

Введение
ВВЕДЕНИЕ
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; Строгалев, 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. Промысловоокеанологические 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 научноисследовательских 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.
10
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.
11
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.
12
Глава 1. Физико-географическая и промыслово-океанологическая характеристика района
Юго-Восточной Атлантики.
¦
Промысловый район Юго-Восточной Атлантики (ЮВА) согласно классификации ФАО
определен в следующих границах: 6-50°ю.ш. и 20°в.д.-30°з.д. (рис. 1). Прибрежными
государствами ЮВА являются Ангола, Намибия и Южно-Африканская Республика
(ЮАР). Прибрежная зона района в пределах Атлантики простирается с севера на юг от
устья р. Конго до м. Игольного, а в пределах Индийского океана - от названного мыса на
северо-восток до порта Дурбан. Исследуемый в настоящей работе район ЮВА и как часть
его Бенгельский апвеллинг, приуроченнный к шельфовой зоне юго-западного побережья
Африки, расположен в границах 6-40°ю.ш и 20°в.д.-20°з.д.
30
40
ю.ш. 50
20° з.д
20е
30°
40°в.д
Рис 1. Юго-Восточная Атлантика (промысловый район 31 по классификации ФАО продовольственной сельскохозяйственной организации
ООН)
13
1.1. Климатические зоны
Район ЮВА расположен в пределах трех климатических зон. Участок от устья р. Конго до
15°ю.ш. находится в субэкваториальной климатической зоне, характеризующейся
повышенной влажностью в летний период и типом циркуляции, свойственным
экваториальной воздушной массе. Зимой при смещении экваториальной депрессии к
экватору здесь преобладают тропические воздушные массы, усиливается повторяемость
ветров южных румбов умеренной скорости (4-7 баллов).
Район между 15° и 33°ю.ш. расположен в тропической климатической зоне. Здесь
преобладает пассатный тип атмосферной циркуляции. Повторяемость доминирующего на
протяжении почти всего года юго-восточного пассата определяется взаимодействием
основных центров действия атмосферы ЮВА - Южно-Атлантического антициклона и
Южно-Африканской депрессии и превышает 80%.
Район побережья Юго-Западной Африки к югу от 33°ю.ш. располагается в
субтропической зоне, находящейся под влиянием с одной стороны субтропического
максимума высокого давления, делящегося в районе Кейптауна на два ядра, с другой
стороны циклонов умеренных широт, выходящих в тыл смещающихся в район
Индийского океана антициклонов (Промыслово-океанологические исследования..., 2002).
1.2. Морфологические характеристики.
Экономическая зона Народной Республики Ангола расположена между 6° и 17°ю.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).
14
Рис. 2. Рельеф дна в районе ЮВА по данным GEBCO 2003. а - 6-18°, в -16-28°, в - 2638°ю.ш.
15
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 (18°30' ю.ш., 12°00' в.д.),
разделяющий Ангольскую и Капскую котловины и простирающийся на юго-запад до овов Тристан-да-Кунья (37°00' ю.ш., 12°30' з.д.), образует переходную зону к более
широкому шельфу Намибии и ЮАР (рис.2б). 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
(25°30' 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 29°30' 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 - 350400 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
16
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).
1.3. Атмосферная циркуляция
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.
-10
-20
17
Рис. 3. Среднее многолетнее распределение приземного атмосферного давления в зимний
(а) и летний (б) периоды за 1949-2002 гг. Направление ветров в течение года колеблется от
восточных до юго-западных,
с преобладанием южных ветров средней скорости 6-12 м (5-7 баллов). Скорость ветра
летом меньше, чем зимой, когда увеличивается повторяемость штормов. Ширина
пассатной зоны составляет около 30-35° широты (Романов, 1994). Наибольшая
повторяемость сильных ветров (>7 баллов) в основном южного и юго-восточного
направлений. Синоптический цикл (период) составляет около 7-8 дней. Начало
синоптического цикла обычно характеризуется наличием гребня антициклона, вытянутого
с юго-востока на северо-запад после прохождения центра антициклона м. Доброй
Надежды. При этом восточная периферия нового центра Южно-Атлантического
антициклона находится на крайнем западе района (20°з.д). В районе Намибии в этот
период наблюдается слабоградиентное барическое поле, скорость юго-восточного пассата
слабая - около 2 м/с. Со смещением гребня в Индийский океан новый антициклон
двигается к африканскому континенту, давление в его центре растет. По мере
приближения антициклона к материку скорость юго-восточного пассата в районе
Намибии увеличивается до 7-9 м/с. При смещении антициклона к южной оконечности
Африки скорость пассата уменьшается до 3 м/с.
Возникновение сильных ветров в районе ЮВА связано как правило с двумя основными
типами синоптической ситуации. При одной ситуации до подхода антициклона к
материку происходит рост давления в его центре и довольно быстрое возрастание
барических градиентов на его северо-восточной периферии. При другой - обострение
барических градиентов на северной периферии антициклона к моменту подхода его
центра к материку. Таким образом, в зоне ЮВА, в отличие от умеренных широт,
возникновение сильных ветров связано не с активной циклонической деятельностью, а с
эволюцией самого субтропического антициклона (Про-мыслово-океанологические
исследования..., 2002).
1.4. Океанологические условия
1.4.1. Течения, фронтальные зоны, апвеллинг
В центральной части Южной Атлантики преобладает обширное антициклоническое
вращение вод с центром около 33 ° ю.ш., 10° з.д.. Восточной частью этого
Список литературы