ТЕРМОХАЛИННЫЙ РЕЖИМ ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ БАРЕНЦЕВА МОРЯ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОМЫСЛОВЫХ РЫБ

Восточная часть Баренцева моря (к востоку от 35° в.д.) является одной из самых высокопродуктивных аква-
торий российской экономической зоны, где в различные сезоны года соз-
дают промысловые концентрации треска, пикша, морская камбала, мойва,
сайка.
Высокая биологическая продуктивность востока Баренцева моря
обусловлена его физико-географическим положением и комплексом кли-
матических и океанографических факторов, изучение изменчивости кото-
рых является одной из основных задач промысловой океанографии, по-
скольку абиотические параметры оказывают как прямое, так и косвенное
влияние на особенности распределения и миграций рыб и беспозвоночных.
Среди объектов промысла в восточной части Баренцева моря треска
(Gadus morhua morhua L.) – наиболее ценный вид рыб Северо-
Европейского бассейна. Восточно-баренцевоморская сайка (Boreogadus
saida L.) является одной из многочисленных популяций арктического ре-
гиона, запасы которой в основном распределяются в пределах исключи-
тельной экономической зоны Российской Федерации. Выявление экологи-
чески важных показателей среды обитания трески и сайки, а также оценка
степени их воздействия на распределение рыб необходимы для выработки
рекомендаций по рациональному и экономически эффективному исполь-
зованию биологических ресурсов.
В Баренцевом море существуют большие запасы нефти и газа, разве-
данные в основном в его восточной части, океанографический режим ко-
торой по ряду причин оказался наименее изученным. Это обстоятельство, а
также наличие здесь сложного гидрометеорологического режима опреде-
ляют актуальность выполненных в настоящей работе исследований, по-
скольку их результаты следует учитывать для обеспечения экологически
безопасной разведки, а в дальнейшем и добычи полезных ископаемых.

Цель и задачи работы. Цель работы – выявление закономерностей
пространственного распределения и многолетней изменчивости темпера-
туры и солености вод восточной части Баренцева моря и оценка влияния
абиотических и биотических факторов на особенности распределения
трески и сайки.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
– формирование базы океанографических данных для Баренцева мо-
ря за 1951-2005 гг.;
– расчет климатических значений термохалинных параметров для
различных слоев;
– исследование особенностей пространственной и межгодовой из-
менчивости термохалинных показателей;
– расчет интегральной характеристики термохалинного состояния
вод исследуемой акватории;
– анализ сопряженности межгодовой изменчивости температуры и
солености воды на акватории восточной части Баренцева моря с гидроме-
теорологическими характеристиками;
– выявление структуры многолетних колебаний температуры воды
основных водных масс;
– проведение типизации полей температуры и определение на ее ос-
нове особенностей межгодовой изменчивости теплового состояния вод;
– исследование влияния абиотических и биотических факторов на
распределение и формирование промысловых скоплений трески и сайки в
восточной части Баренцева моря.
Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформули-
рованы цель диссертационной работы, задачи исследований и положения,
выносимые на защиту.
В первой главе приведены общие сведения о районе исследований:
географическое положение, особенности рельефа дна, метеорологические
условия. Дана характеристика водным массам, циркуляции вод, ледовых
условий и термохалинной структуры вод.
Подробно проанализированы результаты исследований гидрометео-
рологического режима Баренцева моря и его восточной части, полученные
ранее другими специалистами. Дана оценка репрезентативности традици-
онных методов анализа пространственно-временной изменчивости темпе-
ратуры и солености воды отдельных районов и моря в целом с использова-
нием наблюдений на стандартных разрезах. Установлено, что в настоящее
время нельзя получить надежную количественную оценку теплового со-
стояния водных масс по данным наблюдений на разрезах, так как монито-
ринг термохалинных условий относительно регулярно осуществляется
только на разрезе «Кольский меридиан» (вдоль 33°30’ в.д.). Наиболее ре-
презентативной характеристикой термохалинного состояния вертикальной
толщи вод являются расчетные данные в узлах регулярной сетки, которые
можно использовать для анализа любой акватории моря.
Во второй главе приводятся сведения об объеме использованных в
диссертации данных, гидрометеорологических и промыслово-
биологических параметрах. Массив данных содержит 29928 океанографи-
ческих станций, выполненных в августе и сентябре с 1951 по 2005 г. В ка-
честве дополнительного материала использовались систематизированные
данные о температуре и солености воды на разрезе «Кольский меридиан».
Определение средних температуры и солености для слоя проводи-
лось методом Н.Н. Зубова (1926). Интерполирование неравномерно рас-
пределенных по акватории моря океанографических данных в узлы регу-
лярной сетки, совпадающие с центрами промысловых квадратов (с шагом
30’ по долготе и 10’ по широте), осуществлялось для каждого года мето-
дом обратных расстояний с радиусом интерполяции 60 миль (Голубев, Зу-
ев, 2004).
Для количественной оценки межгодовых изменений термохалинного
состояния вод для каждого узла сетки рассчитывалось отклонение темпе-
ратуры и солености воды для анализируемых лет от среднемноголетнего
значения. С использованием процедуры вычисления объемов и площадей
программы Surfer методом трапеций рассчитывался объем между сеточ-
ной функцией, состоящей из впадин (отрицательных аномалий) и выступов
(положительных аномалий), и плоской поверхностью, равной 0 °С. При
делении разницы вычисленных объемов на общую площадь была получена
7
интегральная величина, характеризующая тепло- и солезапас. Эта величи-
на близка по значению к средней аномалии по всем узлам сетки. Площадь,
занятая водами, температура которых находится в определенном диапазо-
не, определялась также с помощью процедуры вычисления объемов и
площадей путем проецирования сеточной области на плоскую поверх-
ность и вычисления площади этой проекции.
Расчет статистических характеристик использованных в работе па-
раметров, коэффициентов парной и множественной корреляции и регрес-
сии, а также типизация лет методом кластерного анализа осуществлялись
с помощью пакета Statistica 5.5.
Для выявления внутренней структуры межгодовых колебаний тем-
пературы различных водных масс использовался программный комплекс
«Призма», разработанный в РГГМУ.
Анализ промысловой обстановки и распределения трески и сайки
осуществлялся по промыслово-биологическим данным ПИНРО за 1967-
2004 гг.
В третьей главе исследовались закономерности пространственного
распределения и многолетней изменчивости температуры и солености вод
восточной части Баренцева моря.
В подразделе 3.1.1 на основе сформированной базы океанографиче-
ских данных за период с 1951 по 2005 г. выполнены расчеты статистиче-
ских характеристик температуры воды для слоев 0-20 м, 75 м-дно и по-
верхность-дно в узлах регулярной сетки на акватории всего Баренцева мо-
ря и проведен их анализ.
По среднемноголетним данным, температура вод в слое 0-20 м в ав-
густе-сентябре варьирует от 0,5 до 9,0 °С (рис. 1). К северу от 73° с.ш. в
центральной части моря ее распределение носит квазиширотный характер,
тогда как южнее наблюдается сложная структура поля этого параметра. На
большей части акватории моря среднеквадратические отклонения темпера-
туры в слое 0-20 м изменяются от 1,0 до 1,5 °С. На западе и крайнем севере
моря значения стандартного отклонения не превышают 1,0 °С, что свиде-
тельствует о более устойчивых термических условиях этих районов в
межгодовом аспекте. Наибольшие значения среднеквадратических откло-
нений температуры поверхностного слоя (более 1,5 °С) отмечаются на
мелководных участках юго-востока моря, где взаимодействуют теплые во-
ды Колгуево-Печорского течения с холодными водами течения Литке (см.
рис. 1). Распределение экстремальных значений температуры в слое 0-20 м
в общих чертах соответствует их среднемноголетнему распределению.
Максимальные значения температуры воды (выше 12 °С) наблюдаются в
юго-западной и южной частях моря. Самая большая амплитуда межгодо-
вых колебаний температуры воды (более 6 °С) наблюдается в рассматри-
ваемый период в мелководных юго-восточных и северо-западных при-
брежных районах, наиболее подверженных радиационному прогреву.
8
0° 5° 10° 15° 20° 25° 30° 35° 40° 45° 50° 55° 60° 65°
68°
70°
72°
74°
76°
78°
80°
-2 °С
-1 °С
0 °С
1 °С
2 °С
3 °С
4 °С
5 °С
6 °С
7 °С
8 °С
9 °С
10 °С
11 °С
12 °С
13 °С
14 °С
15 °С
16 °С
А
0° 5° 10° 15° 20° 25° 30° 35° 40° 45° 50° 55° 60° 65° 70°
0.0 °С
0.5 °С
1.0 °С
1.5 °С
2.0 °С
2.5 °С
3.0 °С
Б
Рис. 1. Среднемноголетнее распределение температуры воды (°С) в слое
0- 20 м в августе-сентябре (А) и распределение ее среднеквадратических
отклонений (Б) в Баренцевом море
На значительной глубоководной части акватории Баренцева моря
среднемноголетняя температура воды в слое 75 м-дно в августе-сентябре
имеет отрицательные значения. Наиболее высокая температура в этом
слое, превышающая 5 °С, отмечается вблизи побережья Норвегии. Меж-
годовая изменчивость температуры воды в слое 75 м-дно значительно
меньше, чем в слое 0-20 м. Ее среднеквадратические отклонения практиче-
ски на всей акватории не превышают 1 °С, а севернее 76° с.ш. составляют
0,5 °С и менее. Основные структурные элементы поля максимальных и
средних значений температуры воды этого слоя совпадают, при этом зна-
чения максимальной температуры превышают норму в среднем на 1 °С.
Как показал анализ, в слое 75 м-дно самая большая амплитуда межгодовых
колебаний отмечается в южной части моря, но она на 2-3 °С меньше, чем в
слое 0-20 м.
Распределение температуры воды в слое от поверхности до дна от-
ражает основные закономерности термического режима Баренцева моря.
По среднемноголетним данным, температура вод в этом слое в августе-
сентябре изменяется от минус 0,5 до 6,0 °С и выше. К северу от
77°00’ с.ш. практически повсеместно наблюдается отрицательная темпера-
тура. Значения среднеквадратических отклонений температуры воды в
слое от поверхности до дна на большей части акватории моря не превы-
шают 1 °С, а ее изменчивость значительно меньше, чем в слое 0-20 м.
Анализ межгодовой изменчивости температуры воды показал, что
максимальные значения этого параметра в слое 0-20 м в августе-сентябре
на акватории Баренцева моря чаще всего наблюдались в 2000-2005 гг., а
минимальные – в 1960-е годы. В отличие от верхнего слоя в слое 75 м-дно
в начале XXI в. рост температуры воды был менее значителен. Высокий
теплозапас вод наблюдался в 1990-е годы, а самый низкий – в 1970-е годы
(табл.1).
9
Таблица 1
Площадь, занятая водами с максимальными/минимальными значе-
ниями температуры (в% от общей площади акватории исследований)
Период, годы Слой
0-20 м 75 м-дно 0 м-дно
1951-1959 4,2/7,8 19/7,6 17,2/5,4
1960-1969 7,8/51,5 6,6/27,2 5,1/35,1
1970-1979 6,9/8,6 19,3/36,0 21,3/26,6
1980-1989 19,2/28,7 11,1/22,9 12,7/28,6
1990-1999 12,6/2,7 29,7/5,5 20,5/3,2
2000-2005 49,3/0,6 14,2/0,8 23,3/1,1
Анализ многолетних данных для разных слоев показал, что при со-
хранении общих закономерностей структуры термического поля, сущест-
вуют некоторые отличия, вызванные в первую очередь неодинаковой сте-
пенью влияния основных факторов, определяющих теплозапас того или
иного слоя. Следовательно, для объективной оценки межгодовой изменчи-
вости теплового состояния вод необходимо иметь непрерывные ряды
океанографических характеристик как для различных районов моря, так и
для различных слоев.
В подразделе 3.1.2 для акватории, ограниченной 68-77° с.ш. и
35-60° в.д., за период с 1965 по 2005 г. рассчитаны средние аномалии тем-
пературы воды по всем узлам сетки для слоев 0-20 м, 20-50 м, 0-50 м,
0 м-дно, 0-200 м, 50 м-дно, 75 м-дно и для придонного слоя. Межгодовые
колебания этих аномалий имеют возрастающий тренд. При уровне довери-
тельной вероятности 95 % значимыми являются тренды для слоев 0-20 м и
75 м-дно. Наиболее выражен тренд в слое 0-20 м, описывающий 16 % дис-
персии исходного ряда (рис. 2).
-3,0
-2,5
-2,0
-1,5
-1,0
-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
1965
1966
1967
1968
1969
1970
1971
1972
1973
1974
1975
1976
1977
1978
1979
1980
1981
1982
1983
1984
1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
Год
Аномалии температуры, °С
0-20 м
0-дно
75 м-дно
Линейный (0-20 м)
Линейный (0-дно)
Линейный (75 м-дно)
Рис. 2. Изменчивость средней аномалии температуры воды (°С) для слоев
0-20 м, 75 м-дно и поверхность-дно в августе-сентябре 1965-2005 гг.
10
С использованием однородного информационного массива средних
по площади аномалий температуры воды в августе-сентябре для различ-
ных слоев за период с 1965 по 2005 г. выполнена классификация лет по
5-балльной шкале, результаты которой дают характеристику общего
уровня теплового состояния вод восточной части Баренцева моря.
Выявлены периоды потеплений (1973-1976, 1983-1984, 1988-1996,
2000-2005 гг.) и похолоданий (1965-1971, 1977-1982, 1985-1987, 1996-
1999 гг.) водных масс, имевшие заметные различия интенсивности и на-
правленности развития атмосферных и океанических процессов.
В 1965-1971 гг. отмечено похолодание водных масс, когда на значи-
тельной акватории наблюдалась экстремально низкая температура воды во
всех слоях, кроме придонного. В 1977-1982 гг. ослабление адвекции тепла
из Норвежского моря и интенсификация холодных течений под влиянием
северных ветров вызвали повышенную ледовитость Баренцева моря и
значительный дефицит тепла водных масс относительно нормы во всех
слоях. В 1988-1996 гг. отмечен повышенный уровень теплозапаса вод в
восточной части Баренцева моря с максимумом в 1995 г. В течение 1996-
1999 гг. наблюдался непродолжительный период значительного похолода-
ния. В 1998 г. во всех слоях, за исключением верхнего 20-метрового слоя,
отмечалось наибольшее понижение температуры воды относительно
среднемноголетнего уровня. Начавшееся в 2000 г. повышение температу-
ры воды в верхних слоях сменилось довольно резким ее снижением в 2002-
2003 гг. Однако уже в 2004 г. отмечался самый высокий с 1965 г. уровень
теплосодержания вод в слоях 0-20 и 0-50 м (см. рис. 2).
В подразделе 3.1.3 выполнена оценка сопряженности средней темпе-
ратуры воды для различных слоев в восточной части Баренцева моря в ав-
густе-сентябре со средней температурой воздуха для этой акватории в ян-
варе-августе, а также с общей ледовитостью моря в течение первых 8 ме-
сяцев года. Отмечено наличие внутрисезонной изменчивости коэффици-
ентов корреляции с максимумом в апреле и минимумом в июле для темпе-
ратуры воды и воздуха и с минимумом в апреле и максимумом в июле для
температуры воды и ледовитости. Исключение составляет слой 0-20 м, для
которого статистическая связь между сравниваемыми параметрами незна-
чительно меняется в течение января-августа.
Для оценки теплового состояния вод южной части Баренцева моря
чаще всего используют температуру на разрезе «Кольский меридиан». Для
получения ответа на вопрос, являются ли данные температуры воды на
этом разрезе репрезентативными для оценки теплового состояния вод раз-
личных районов восточной части Баренцева моря, были рассчитаны коэф-
фициенты корреляции между средней температурой воды в различных
слоях на разрезе «Кольский меридиан» в январе-июле и температурой во-
ды в соответствующих слоях в августе-сентябре в каждом узле регулярной
11
сетки на акватории, ограниченной координатами 68-77° с.ш. и 35-60° в.д.
Установлено, что максимальные коэффициенты корреляции для верхнего,
промежуточного и придонного слоев на востоке моря в августе-сентябре
наблюдаются со средней температурой аналогичных слоев ст. 3-7 на разре-
зе «Кольский меридиан» в мае (рис. 3). Однако высокую сопряженность
температура воды на этом разрезе с межгодовыми колебаниями темпера-
туры в различных слоях в восточной части моря имеет только в зоне рас-
пространения вод атлантического происхождения. Поэтому оценка тепло-
вого состояния вод иного генезиса по данным разреза «Кольский мериди-
ан» может приводить к ошибкам.
Рис. 3. Коэффициенты корреляции
температуры воды слоя 150-200 м
3-7 станций разреза «Кольский ме-
ридиан» в мае с температурой воды
в придонном слое в узлах регуляр-
ной сетки в августе-сентябре
В подразделе 3.1.4 представлены результаты анализа пространствен-
ного распределения средней солености и ее статистических характеристик
в слоях 0-20 м, 75 м-дно и 0 м-дно.
В слое 0-20 м, по среднемноголетним данным, соленость вод на ак-
ватории моря изменяется в диапазоне 31,0-34,7 и более. Повышение соле-
ности воды отмечается в направлении с востока на запад и при удалении от
берега. Изменчивость солености вод в этом слое в основном определяется
интенсивностью распреснения вод. Среднеквадратические отклонения со-
лености вдали от берегов невысоки и не превышают 0,5. Максимальные
значения отклонений (более 1) отмечаются вблизи южного о-ва архипелага
Новая Земля, вследствие поступления сюда распресненных вод из Карско-
го моря и воздействия берегового пресноводного стока, интенсивность ко-
торых значительно меняется от года к году. Повышенные значения сред-
неквадратических отклонений солености отмечаются также вдоль западно-
го побережья о-ва Западный Шпицберген и на севере моря. В этих же рай-
онах отмечена и наибольшая амплитуда многолетней изменчивости соле-
35° 40° 45° 50° 55° 60°
68°
69°
70°
71°
72°
73°
74°
75°
76°
77°
0.0 - 0.3
0.3 - 0.4
0.4 - 0.5
0.5 - 0.6
0.6 - 0.7
0.7 - 1.0
12
ности. Разница между максимальными и минимальными значениями соле-
ности в районе южного острова архипелага Новая Земля превышает 4.
Минимальная амплитуда межгодовых колебаний солености (менее 1) от-
мечается в центре моря. В отдельные годы водные массы с соленостью
34,75 и более занимают всю центральную часть моря, в то же время соле-
ность менее 34,0 отмечается только на крайнем севере и юго-востоке. Са-
мая низкая соленость воды (менее 27) наблюдалась у южного о-ва архипе-
лага Новая Земля.
В слое 75 м-дно в отличие от слоя 0-20 м в августе-сентябре практи-
чески на всей акватории Баренцева моря среднемноголетняя соленость
превышает 34,75. Минимальная соленость менее 34,5 отмечается только на
юге моря и на севере близи о-ва Эдж. Межгодовая изменчивость солености
воды в слое 75 м-дно значительно меньше, чем в слое 0-20 м. Ее средне-
квадратические отклонения на большей части акватории моря не превы-
шают 0,1. Максимальные значения показателя изменчивости солености
отмечены на мелководных участках северо-запада и юго-востока моря.
Распределение солености воды в слое 0 м-дно отражает особенности
распределения солености как поверхностного 20-метрового слоя, так и
слоя 75 м-дно. Воды с соленостью более 34,75 занимают в слое 0 м-дно
большую площадь, чем в слое 0-20 м, но меньшую, чем в слое 75 м-дно.
Изменчивость среднеквадратического отклонения солености воды в слое
от поверхности до дна значительно меньше, чем в слое 0-20 м, и на боль-
шей части акватории Баренцева моря не превышает 0,5. Наибольшие зна-
чения среднеквадратических отклонений солености (более 0,5) отмечаются
у западного побережья южного о-ва архипелага Новая Земля. В годы с по-
вышенной соленостью вод значительно увеличивается площадь, занимае-
мая водами с соленостью более 35,00, а соленость 34,75 и более наблюда-
ется практически до северо-восточной окраины моря.
Максимальные значения солености воды в слое 0-20 м в августе-
сентябре чаще всего наблюдались в 1950-е и 1970-е годы и практически не
отмечались в 1980-е и 2000-е годы. Наибольшая площадь Баренцева моря с
минимальной соленостью воды была отмечена в 1960-е, 1980-е и 1990-е
годы. В 1989 и 1998 гг. на большей части акватории моря в слое 0-20 м со-
леность была самой низкой.
В подразделе 3.1.5 рассматривается межгодовая изменчивость сред-
них аномалий солености воды в узлах регулярной сетки для слоев 0-20 м,
75 м-дно и 0 м-дно за период с 1965 по 2005 г. Межгодовые колебания
средних аномалий солености воды для этих слоев имеют в отличие от тем-
пературы значимый нелинейный (полиномиальный) тренд, который опи-
сывает 34 % дисперсии в слое 75 м-дно и 18 % в слое от поверхности до
дна (рис. 4).
Выполнена классификация лет по значениям аномалий солености
воды в августе-сентябре для различных слоев с использованием
13
3-балльной шкалы. С 1965 по 1976 г. соленость вод восточной части Ба-
ренцева моря во всех рассмотренных слоях превышала норму или была
близкой к ней. В этот период отмечены максимальные положительные
аномалии солености.
-0,7
-0,5
-0,3
-0,1
0,1
0,3
0,5
1965
1966
1967
1968
1969
1970
1971
1972
1973
1974
1975
1976
1977
1978
1979
1980
1981
1982
1983
1984
1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
Год
Аномалии солености
0-20 м
0 м-дно
75 м-дно
Полиномиальный (0-20 м)
Полиномиальный (0 м-дно)
Полиномиальный (75 м-дно)
Рис. 4. Изменчивость средней аномалии солености воды
для слоев 0-20 м, 75 м-дно и поверхность-дно в августе-сентябре
В 1977-1991 гг. воды имели соленость ниже нормы. В 1977-1982 гг.
при дефиците солености наблюдалось аномальное понижение термики вод,
вызванное существенным ослаблением адвекции тепла. В последующие
годы столь длительные периоды с аномалиями одного знака не отмеча-
лись. С 1994 по 1997 г. в слоях 0-20 м и 0 м-дно наблюдались положи-
тельные аномалии солености, а в 1995-2001 гг. для слоя 75 м-дно соле-
ность была ниже нормы. В 1998 г. соленость верхнего 20-метрового слоя
была минимальна за весь период наблюдений (см. рис. 4).
В подразделе 3.1.6 были рассчитаны коэффициенты корреляции ме-
жду средней соленостью воды в различных слоях станций 3-7 разреза
«Кольский меридиан», общей ледовитостью моря в январе-июле, анома-
лиями температуры воздуха в ноябре-июле и соленостью воды в августе-
сентябре в каждом узле регулярной сетки для получения количественной
оценки влияния некоторых факторов на изменения солености. Полученные
невысокие коэффициенты связи солености вод 20-метрового слоя в вос-
точной части моря и солености на разрезе «Кольский меридиан» показали,
что в верхнем слое в августе-сентябре на большей части акватории иссле-
дований соленость в основном зависит от влияния местных факторов.
Максимальные коэффициенты корреляции были обнаружены между соле-
ностью в слое 50-200 м в потоке Мурманского течения на разрезе «Коль-
ский меридиан» в мае и в слое 75 м-дно на востоке. Высокая обратная
связь наблюдается между соленостью воды в слое 0-20 м севернее 73° с.ш.
и общей ледовитостью моря в июле, т.е. в годы, когда много льда, соле-
ность становится меньше за счет большего объема талых вод. Для слоя
14
75 м-дно лучшие результаты дает корреляция солености с аномалиями об-
щей ледовитости моря в январе.
В разделе 3.2 проанализирована структура межгодовых колебаний
температуры вод разного генезиса в восточной части Баренцева моря.
Особенности спектрального состава изменчивости температуры во-
ды на отдельных участках акватории моря определяются процессами,
влияние которых распространяется на обширные пространства крупно-
масштабных систем циркуляции воздушных и водных масс, а также ло-
кальных факторов. Последние являются следствием физико-
географических особенностей районов и генезиса водных масс, их зани-
мающих. На востоке Баренцева моря основными являются воды системы
Северо-Атлантического течения, Арктического бассейна и баренцевомор-
ские воды, представляющие собой продукт термической трансформации
атлантических вод. Для выявления особенностей межгодовой изменчиво-
сти температуры водных масс разного генезиса на акватории распределе-
ния каждой из них были выбраны участки, в пределах которых коэффици-
енты корреляции температуры воды в слое 75 м-дно в узлах регулярной
сетки превышали 0,80 и имели слабую связь с температурой на остальной
акватории. Данные средней температуры воды в этих зонах использова-
лись для анализа ее межгодовых колебаний.
Выяснено, что в межгодовой изменчивости средней температуры во-
ды атлантического происхождения в августе-сентябре 1965-2005 гг. имеет-
ся линейный возрастающий тренд, который вносит около 15 % в суммар-
ную дисперсию (табл. 2).
Таблица 2
Вклад (%) циклических колебаний различной продолжительности
в межгодовую изменчивость средней температуры воды в слое 75 м-дно
Воды Продолжительность цикла (годы)
тренд 17-20 8-11 2-4
атлантические
трансформированные 15 12 33 40
Северо-Новоземельской
возвышенности 18 8 16 52
баренцевоморские
Центральной впадины - 13 40 36
Центральной
возвышенности 23 - 19 56
В межгодовой динамике средней температуры баренцевоморских
вод в слое 75 м-дно в районе Центральной впадины статистически значи-
мый тренд отсутствует. При анализе межгодовой изменчивости средней
температуры вод Северо-Новоземельской и Центральной возвышенностей
в августе-сентябре выявлено, что в отличие от атлантических водных масс,
где наибольший коэффициент детерминации (R2) приходился на линейный
15
возрастающий тренд, при аппроксимации долговременных изменений
температуры этих вод полиномами 2-й степени коэффициент детермина-
ции выше, чем при линейной аппроксимации.
Циклические компоненты, выделенные при помощи спектрального
анализа после исключения трендовой составляющей, имеют периоды, от-
личающиеся для различных участков моря. В межгодовой изменчивости
температуры воды Центральной и Северо-Новоземельской возвышенно-
стей отмечается отчетливо выраженное преобладание высокочастотных
циклических колебаний продолжительностью от двух до четырех лет. Для
атлантических и баренцевоморских вод наблюдается доминирование двух
групп циклических колебаний – 8-11 лет и 2-4 года. Однако у баренцево-
морских вод максимум спектральной энергии приходится на колебания
температуры воды продолжительностью 8-11 лет, а у атлантических –
2-4 года, определяя изменчивость изучаемого параметра на 40 % (см. табл.
2). Низкочастотные вариации продолжительностью 17-19 лет значительно
уступают высокочастотным во всех рассматриваемых водах, но и здесь их
роль в многолетней изменчивости температуры воды различна. В динами-
ке атлантических и баренцевоморских вод вклад низкочастотных колеба-
ний составляет 12-13 % от суммарной дисперсии, для вод Северо-
Новоземельской возвышенности – близок к критическому уровню значи-
мости 8 %, а в водах Центральной возвышенности 17-19-летний циклы во-
обще отсутствуют. Выявленные обособленности межгодовой изменчиво-
сти температуры воды Центральной возвышенности подтверждают пред-
положение о существовании в этом районе квазистационарного вихря, ко-
торый блокирует поступление атлантических вод в этот район (Оттерсен,
Одланнсвик, Луенг, 2005).
В разделе 3.3 рассмотрена межгодовая изменчивость термического
состояния вод различных слоев на основе типизации структуры поля тем-
пературы.
Первоначально были рассчитаны площади (кв. миля), которые еже-
годно занимают воды с различным диапазоном температуры в слоях
0-20 м, 20-50 м, 0-50 м, 0 м-дно, 0-200 м, 50 м-дно, 75 м-дно и придонном
горизонте за период с 1965 по 2005 г. для акватории моря, ограниченной
координатами 68-77° с.ш. и 35-60° в.д. Затем была проведена классифика-
ция площадей, занятых водами с различной температурой во всех слоях, с
использованием итерационного метода k-средних для определения опти-
мального для каждого слоя количества кластеров и построены дендро-
граммы методом Уорда. Выполненная типизация лет позволила опреде-
лить основные количественные признаки, характеризующие особенности
распределения температуры воды в каждом классе, а осреднение темпера-
туры воды в узлах регулярной сетки для лет, входящих в каждый класс,
получить среднее поле распределения этого параметра в августе-сентябре
для каждого класса. Типовые карты распределения температуры воды мо-
16
гут использоваться для диагноза океанографической ситуации, поскольку
каждый класс структуры термического поля формируется при определен-
ных гидрометеорологических условиях в пределах восточной части моря, а
также для аналогового прогноза развития ситуации в районе исследований
и заблаговременной оценки промыслово-биологических параметров.
В четвертой главе выполнена оценка влияния абиотических и био-
тических факторов на распределение и формирование промысловых скоп-
лений трески и сайки в восточной части Баренцева моря.
В разделе 4.1 выполнен анализ влияния температурных условий на
распределение сайки, а также моделирование пространственного положе-
ния возможных районов промысла сайки в зависимости от условий среды
и биологического состояния объекта. Распределение сайки в различные
годы в зависимости от температурных условий подвержено значительным
изменениям. Для объективной количественной оценки теплового состоя-
ния вод востока моря были рассчитаны средние аномалии температуры во-
ды для слоев 0-20 м, 50 м-дно и придонного для двух районов – северного
и южного – за период с 1965 по 2005 г. Деление районов на северный и
южный проводилось по 72°30’ c.ш. как с учетом океанографического рай-
онирования, так и на основании анализа распределения сайки за многолет-
ний период.
В ходе сопоставления распределения сайки, зафиксированного в пе-
риод экосистемной съемки, и уровня теплового состояния вод, полученно-
го при классификации средних аномалий температуры воды для северных
районов, отмечено хорошее соответствие типа лет для слоев 50 м-дно и
придонного и пространственного положения скоплений сайки. В теплые
годы, к которым в первую очередь относятся 2000 и 2001 гг., скопления
сайки наибольшей плотности, основу которых составляла рыба в возрасте
3 и 4 лет, были «прижаты» к западному побережью архипелага Новая Зем-
ля. В теплые 2002 и 2005 гг. основные скопления находились на некото-
ром отдалении от берегов, что связано с неодинаковым влиянием термиче-
ских условий на сайку различных возрастов (Печеник, Пономаренко, Ше-
пель, 1973), так как в эти годы в скоплениях преобладали рыбы в возрасте
2 лет. Наиболее отчетливо влияние теплового состояния вод на распреде-
ление сайки прослеживается в 2004 г. Для северных районов восточной
части моря этот год был классифицирован как холодный, и основные кон-
центрации сайки в этом году имели самое западное распределение. Следу-
ет также отметить, что ареал сайки в 2004 г. был наибольшим за период с
2000 по 2005 г.
Промысел сайки в октябре-декабре проходит в традиционных для
этого периода года районах вблизи архипелага Новая Земля. Характерной
особенностью некоторых лет является отсутствие промысла сайки в севе-
ро-восточных районах и сосредоточение в юго-восточных районах и на-
оборот. Для выяснения причин этих отличий анализировались как условия
17
среды в этот период, так и биологическое состояние рыбы. Использовались
оценки общего и промыслового запасов сайки в восточной части моря Ба-
ренцева моря по результатам экосистемной съемки в августе-сентябре.
Сложность проведения анализа условий среды заключалась в том, что в
октябре-ноябре океанографические наблюдения в восточной части Барен-
цева моря практически не проводятся. Имеются данные только для авгу-
ста-сентября, когда проводится экосистемная съемка. С учетом инерцион-
ности процессов и времени наступления сезонного максимума температу-
ры в придонном слое был определен диапазон температуры, при которой
сайка встречалась в октябре, с использованием данных по температуре в
августе-сентябре. В различные годы площадь, занимаемая водами с при-
донной температурой, соответствующей определенному выше диапазону,
различна, а следовательно, различаются как районы образования промы-
словых скоплений сайки, так и их плотность. Обычно промысел сайки в
октябре ведется к западу от побережья северного и юго-западнее южного
из о-вов архипелага Новая Земля, но не западнее 50 ° в.д., поэтому были
рассчитаны площади, которые занимают придонные воды с температурой
от минус 1,9 до 0,0 °С в августе-сентябре для двух районов, расположен-
ных восточнее 50° в.д.: северного и южного. Для классификации лет по ус-
ловиям среды было выделено 4 типа: 1 – когда площадь, занятая придон-
ными водами с отрицательной температурой, как в северном, так и в юж-
ном районе была много меньше среднемноголетней, 2 – меньше средне-
многолетней, 3 – больше среднемноголетней, 4 – намного больше средне-
многолетней. Исходя из того, что каждой паре (запас-тип года) должны со-
ответствовать свои закономерности распределения промысловых скопле-
ний рыб, было проведено моделирование пространственного положения
возможных районов промысла сайки в зависимости от условий среды и
биологического состояния объекта. Результаты исследований позволяют
прогнозировать возможное распределение сайки по определенному типу в
осенне-зимний период по данным величины ее запаса и характеру распре-
деления температуры воды в августе-сентябре.
В разделе 4.2 рассматриваются термохалинные условия
формирования промысловых скоплений трески и предложен метод
прогноза северо-восточной границы ее нагульного ареала.
Несмотря на длительный период изучения влияния параметров
среды на распределение трески, сведения о значениях температуры воды,
при которых чаще всего треска создает промысловые скопления, были
получены при анализе небольшого объема данных. В отдельных случаях
исследователи указывают либо на довольно широкий диапазон
температуры, либо на вылов трески в водах с аномальными
температурами.
В данной работе на основе большого объема ретроспективного
промыслово-биологического материала (с 1967 по 2004 г.) и данных
18
океанографической базы был определен диапазон придонной температуры,
при котором треска встречалась на востоке моря в августе-декабре. Под
«встречаемостью» понимается присутствие трески на конкретном участке
акватории (в промысловом квадрате) независимо от ее количества в улове.
В результате обозначены районы встречаемости трески (рис. 5) и
отмечено, что в восточной части моря треска может встречаться в
широком диапазоне температуры (например, в сентябре от минус 1,9 до 9,1
°С).
Далее проводилось выделение такого диапазона температуры, при
котором промысловые концентрации трески облавливались наиболее
часто, поскольку именно он представляет наибольший интерес в
практическом аспекте. Так, в августе 75,6 % всей трески было выловлено в
водах с температурой от 0,5 до 2,5 °С, причем наибольший вылов рыбы
(48 %) был зарегистрирован в промысловых квадратах, где придонная
температура находилась в пределах от 1,0 до 2,0 °С.
Рис. 5. Промысловые квадраты, в которых треска встречалась в августе
(А), сентябре (Б), октябре (В), ноябре (Г) и декабре (Д) 1967-2004 гг.
Чаще всего ученые искали связь распределения трески с
температурой как с индикатором, который можно легко измерить даже в
условиях промысла. Однако, систематизируя существующие знания о
влиянии абиотических факторов на рыб, И. Хела и Т. Левасту (1970) не
исключали того, что химические свойства морских вод влияют на
поведение и распределение рыб. Проведенный анализ показал, что в
81,7% рыба была добыта в водах с соленостью от 34,65 до 34,90. При этом
19
на участках, где соленость воды составляла 34,80-34,85, треска была
выловлена в максимальном количестве (36,3 %). По аналогичной схеме
был проведен анализ распределения трески, а также температуры и
солености воды придонного слоя для сентября-декабря (табл. 3).
Таблица 3
Диапазоны оптимальной температуры и солености вод придонного слоя и
вылов трески (% , под чертой) в августе-декабре
Месяц Температура, °С Соленость
Август 0,5-2,5
75,6
34,65-34,90
81,7
Сентябрь 0,0-2,0
80,0
34,75-35,00
83,4
Октябрь 0,0-3,5
70,4
34,65-34,95
81,7
Ноябрь 1,0-4,0
80
34,70-35,00
84,0
Декабрь 0,5-3,5
79,0
34,80-35,00
79,0
С учетом проведенных исследований были построены
диагностические композиционные схемы с оптимальными
термохалинными условиями и промыслом трески в августе-декабре. В
качестве примера на рис. 6 показано распределение температуры и
солености в придонном слое, а также вылов трески в августе 1981 и
2004 гг.
703°5° 40° 45° 50° 55°
71°
72°
73°
74°
75°
76°
77°
от 1 до 10 тонн
от 10 до 50 тонн
от 50 до 100 тонн
от 100 до 10000 тонн
А
35° 40° 45° 50° 55° 60°
Б
от 1 до 10 тонн
от 10 до 50 тонн
от 50 до 100 тонн
от 100 до 10000 тонн
-1 -2
Рис. 6. Распределение оптимальных температуры (1) и солености (2) воды
и вылова трески в августе 1981 г. (А) и 2004 г. (Б)
Одним из факторов, который влияет на эффективность промысла
трески в восточной части Баренцева моря в период нагула, является ее
распределение и сроки начала возвратных миграций, показателем которых
20
может служить положение северо-восточной границы ареала рыбы
(Ханайченко, Козлова, 1961; Треска Баренцева моря…, 2003).
В настоящей работе поиск факторов, влияющих на положение севе-
ро-восточной границы распределения трески в августе-сентябре, осущест-
влялся методом пошаговой множественной регрессии с использованием
процедуры включения предикторов. В качестве независимых переменных
использовались средняя температура воды различных ветвей течений на
разрезе «Кольский меридиан» в период с января по июль, средняя темпе-
ратура вод разного генезиса (см. раздел 3.2) и выделенные из ее многолет-
них колебаний доминирующие в спектре циклические составляющие. В
состав факторов также были включены биомасса общего и нерестового за-
пасов и возрастная структура трески, а также величина общего запаса сай-
ки как одного из основных кормовых объектов трески. В качестве зависи-
мой переменной принималась северо-восточная граница промысла трески
(градус восточной долготы) в августе-сентябре за период с 1970 по 2004 г.
Проведенный дисперсионный анализ свидетельствует о хорошем ка-
честве модели и ее высоком информационном уровне. Коэффициент де-
терминации (R2) равен 0,83. Наибольший вклад (42 % дисперсии) прихо-
дится на общий запас трески в предшествующем году, далее идут темпера-
тура воды в слое 0-200 м на разрезе «Кольский меридиан» в июне текуще-
го года (22 %), 8-11-летний цикл средней температуры вод Северо-
Новоземельской возвышенности (15 %), а также общий запас сайки в
предшествующем году (4 %).
Таким образом, с увеличением общего запаса трески и сайки, а также
при повышении температуры воды на разрезе «Кольский меридиан» про-
тяженность нагульных миграций трески в северо-восточном направлении
увеличивается, а с повышением температуры воды на акватории к западу
от архипелага Новая Земля, т.е. на путях миграции сайки к югу, – сокраща-
ется.
Методическая оправдываемость прогноза положения северо-
восточной границы распределения трески на зависимом материале (n=35)
составила 91% при оправдываемости климатического прогноза 51 %.
Расчеты положения северо-восточной границы распределения трески
в 2005 и 2006 гг. (данные этих лет не участвовали в определении коэффи-
циентов прогностического уравнения), проведенные с использованием по-
лученного уравнения линейной множественной регрессии, показали, что
отклонение прогностической величины от фактической в 2005 г. составило
0,45°, а в 2006 г. – 1,15°, что значительно меньше среднеквадратического
отклонения (σ = 4,15°).
21
В заключении сформулированы основные результаты и выводы дис-
сертационной работы:
1) С использованием сформированной базы океанографических дан-
ных за 1951-2005 гг. выполнены расчеты климатических значений термо-
халинных показателей вод различных слоев в узлах регулярной сетки и
проанализирована их пространственная изменчивость.
2) Максимальные значения температуры воды в слое 0-20 м на
большей части акватории Баренцева моря в августе-сентябре наблюдались
в 2000-2005 гг., а минимальные – в 1960-е годы. В слое 75 м-дно в этот пе-
риод рост температуры воды был менее значителен. Высокий теплозапас
вод этого слоя наблюдался в 1990-е годы, а самый низкий уровень тепло-
содержания вод в этом слое был в 1970-е годы.
Повышенная соленость вод слоя 0-20 м и 75 м-дно в августе-
сентябре чаще всего наблюдалась в 1950-е и 1970-е годы. Наибольшая
площадь Баренцева моря с минимальной соленостью воды была отмечена
в слое 0-20 м в 1980-е, 1990-е и 1960-е годы, а в слое 75 м-дно в 1960-1980-
е годы.
3) В межгодовых колебаниях средней температуры воды в слое
0-20 м для всей восточной части Баренцева моря выделен возрастающий
линейный тренд, описывающий около 16 % дисперсии исходного ряда. В
слое 75 м-дно линейный тренд вносит около 10 % дисперсии. В межгодо-
вых колебаниях средней солености воды присутствует полиномиальный
тренд 2-й степени, который в слое 75 м-дно вносит 34 % в ее изменчи-
вость, а в слое от поверхности до дна – 18 %.
4) Оценка сопряженности средней температуры воды для восточной
части Баренцева моря в августе-сентябре с гидрометеорологическими па-
раметрами показала максимум статистической связи температуры воды с
температурой воздуха в апреле и с ледовитостью в июле.
Высокая корреляционная связь средней температуры воды Мурман-
ского течения на разрезе «Кольский меридиан» в мае с температурой воды
восточной части Баренцева моря в августе-сентябре наблюдается только в
зоне вод атлантического происхождения.
Межгодовые колебания солености вод верхнего 20-метрового слоя
на большей части акватории восточной части Баренцева моря в августе-
сентябре в основном определяются местными факторами и мало зависят от
солености поступающих сюда атлантических вод. Максимальные коэффи-
циенты корреляции были обнаружены между соленостью в слое 50-200 м в
потоке Мурманского течения на разрезе «Кольский меридиан» в мае и со-
леностью в слое 75 м-дно на востоке в августе-сентябре.
5) Спектральный состав колебаний температуры воды атлантиче-
ских и баренцевоморских вод наиболее близок, поскольку последние яв-
ляются продуктом трансформации вод атлантического генезиса. В отличие
от атлантических вод в межгодовых колебаниях температуры воды Севе-
ро-Новоземельской и Центральной возвышенностей значительный вес
22
имеют высокочастотные колебания, а также присутствует полиноминаль-
ный тренд.
6) Выполнена типизация лет путем сравнения площадей, занятых
водами с различными диапазонами температуры в различных слоях, и по-
лучено среднее распределение температуры воды для каждого класса, а
также количественные показатели, которые могут использоваться для ди-
агноза и прогноза пространственной структуры полей температуры воды
на всей акватории или на ее отдельных участках, что необходимо для раз-
работки и дальнейшего совершенствования промысловых прогнозов.
7) Сформированы матрицы «ситуаций лет-аналогов», учитывающие
состояние запаса сайки и площадь, занятую придонными водами с опти-
мальным для образования ее промысловых скоплений диапазоном темпе-
ратуры, с помощью которых можно прогнозировать наиболее вероятные
районы распределения и перемещения рыбы.
Разработана многомерная статистическая модель для прогноза поло-
жения северо-восточной границы нагульного ареала трески и промысловой
обстановки при облове трески на востоке Баренцева моря. В качестве пре-
дикторов используется температура воды, а также запасы трески и ее ос-
новного кормового объекта – сайки.