Фронтальные зоны

Фронтальные зоны

Фронтальная зона — зона, в которой пространственные градиенты основных термодинамических характеристик значительно обострены по сравнению со средним равномерным распределением между устойчиво существующими климатическими или иными экстремумами [Федоров, 1983]. В океанологии под фронтальной зоной понимают область в океане, где встречаются водные массы с различными основными термодинамическими и химическими характеристиками из-за чего в зоне контакта резко возрастают пространственные градиенты этих характеристик по сравнению с их фоновым распределением [БРЭ].

Фронтальный раздел – это поверхность внутри фронтальной зоны, совпадающая с поверхностью максимального градиента одной или нескольких характеристик (температуры, солености, плотности, скорости и т.д.) [Федоров, 1983].

Фронт — линия пересечения поверхности внутри фронтальной зоны, которая совпадает с поверхностью максимального градиента одной или нескольких характеристик [Федоров, 1983]. Это наклонная поверхность раздела между водами с различными физико-химическими и динамическими характеристиками, пересечение которой с поверхностью океана образуют линию фронта. В качестве отличительного признака фронта на поверхности и в глубинах океана обычно принимаются максимальные градиенты океанологических характеристик [Власова и др., 2007].

Классификации фронтальных зон учитывают масштаб и природу формирования:

1. Классификация фронтальных зон по масштабу (по К. Н. Федорову, 1983 и В. М. Грузинову, 1986):

• климатические – фронтальные зоны, связанные с глобальным распределением солнечной радиации, испарением, осадками и деформационными полями, порождаемыми общей циркуляцией океана и атмосферы и другими постоянно действующими климатическими факторами.
• планетарные— фронтальные зоны основных крупномасштабных элементов общей циркуляции вод океана;
• локальные — фронтальные зоны взаимодействия второстепенных ветвей общей циркуляции океана или вод различных бассейнов, акваторий и климатических зон;
• топографические— фронтальные зоны взаимодействия элементов общей циркуляции океанов и морей с крупномасштабными формами рельефа д на и конфигурации берегов;
• синоптические— фронтальные зоны, связанные с процессами синоптического (сутки, недели) масштаба в океане и атмосферы.

2. Классификация фронтальных зон (ФЗ) по природе формирования (по К.Н. Федорову, 1983):

• термическая — фронтальная зона, детектируемая за счет многократного (не менее чем в два раза) превышения фонового горизонтального и вертикального градиента (перепада характеристики на единицу расстояния (м, км и др.) температуры;
• соленостная — фронтальная зона, детектируемая за счет многократного (не менее чем в два раза) превышения фонового горизонтального и вертикального градиента солености;
• динамическая— фронтальная зона, детектируемая за счет многократного (не менее чем в два раза) превышения фонового горизонтального и вертикального градиента уровня моря;
• биооптическая — фронтальная зона, детектируемая за счет многократного (не менее чем в два раза) превышения фонового горизонтального и вертикального градиента (перепада характеристики на единицу расстояния (м, км и др.) биооптических характеристик (мутности, хлорофилла-а и т. п.).

Характеристики фронтальных зон:

• горизонтальный градиент характеристики – это изменение океанического параметра на единицу расстояния [Экологический энциклопедический словарь, 1989];
• вертикальный градиент характеристики – это изменение океанического параметра внутри детектируемой фронтальной зоны на единицу глубины [Родионов, Костяной, 1998];
• ширина фронтальной зоны – расстояние между точками, за пределами которых отсутствуют участки с градиентами исследуемых гидрофизических характеристик вдоль выбранной поверхности в направлении, перпендикулярном направлению простираемой фронтальной зоны выше определенной величины [Родионов, Костяной, 1998];
• площадь фронтальной зоны — область (зона), за пределами которой отсутствуют высокоградиентные участки (выше фонового распределения) исследуемых гидрофизических характеристик [Родионов, Костяной, 1998];
• амплитуда меандрирования фронтальной зоны — пространственная изменчивость области высокоградиентных участков, соответствующих фронтальной зоне, в зависимости от климатических гидрометеорологических условий в районе её генерации [Федоров, 1983].

В морях западного сектора Северного Ледовитого океана выделены следующие фронтальные зоны:

1. Полярная фронтальная зона — климатическая термическая фронтальная зона, располагающаяся в Баренцевом море и разделяющая баренцевоморские и арктические воды [Федоров, 1983; Ожигин и др., 2016].
2. Прибрежная фронтальная зона — локальная термическая/халинная фронтальная зона, разделяющая теплые распресненные воды вблизи берега Кольского полуострова и холодные морские воды открытой части Баренцева моря [Ожигин и др., 2016].
3. Арктическая фронтальная зона — локальная термическая / халинная фронтальная зона, разделяющая более теплые соленые морские воды и холодные распресненные воды прикромочной ледовой зоны. Наблюдается вблизи кромки Арктического ледяного щита [Коник, Зимин, 2022].
4. Горловская фронтальная зона — топографическая фронтальная зона в области Горла Белого моря, разделяющая более холодные воды в Горле и более теплые в бассейне Белого моря [Романенков и др., 2016].
5. Соловецкая фронтальная зона — топографическая фронтальная зона, разделяющая перемешанные холодные воды вокруг архипелага и более теплые воды бассейна Белого моря и Онежского залива [Романенков и др., 2016].
6. Двинская фронтальная зона — локальная халинная фронтальная зона, разделяющая распресненные воды Двинского залива и соленые воды Белого моря [Романенков и др., 2016].
7. Онежская фронтальная зона — локальная халинная фронтальная зона, разделяющая распресненные воды Онежского залива и соленые воды Белого моря [Романенков и др., 2016].
8. Стоковая фронтальная зона — локальная халинная фронтальная зона, разделяющая холодные соленые воды Карского моря и теплые распресненные воды речного плюма рек Оби и Енисея [Осадчиев 2021].

Иллюстрации

1. Схема фронтальной зоны в горизонтальной (а) и вертикальной (б) плоскостях. Рис. а —черными сплошными линиями показано положение фронтальных разделов, красной — положение основного фронта. Рис б — область штрих-линий соответствует положению фронтальной зоны, максимальный градиент (изгиб сплошной черной линии) по данным температуры — положению основного фронта [сост. автором по БРЭ, Федорову, 1983, Власовой и др., 2007]
2. Положение климатической фронтальной зоны течения Гольфстрим, полученное по ИК-данным радиометра MODIS, установленного на спутнике Aqua [Shanmugam, 2012].
3. Положение планетарной Антарктической фронтальной зоны по данным температуры поверхности океана, измеренная спутниками и проанализированная Европейской морской службой Copernicus. Протяженность морского льда вокруг антарктического континента в этот день отображается голубым цветом. Две черные линии указывают долгосрочное положение южного и северного фронтов Антарктического циркумполярного течения [Источник: https://theconversation.com/explainer-how-the-antarctic-circumpolar-current-helps-keep-antarctica-frozen-106164].
4. Повторяемость локальных фронтальных зон в Норвежском море, (%), по данным температуры (а), солености (б) и уровню моря (в) за 1993–2019 гг. [Akhtyamova, Travkin, 2023].
5. Положение топографической фронтальной зоны в экваториальной области в период Эль-Ниньо на основе данных аномалий высоты морской поверхности AVISO [Источник: https://sealevel.nasa.gov/resources/80/sea-surface-height-anomaly].
6. Термическая фронтальная зона вблизи Гибралтарского пролива по данным реанализа GHRSST OSTIA 1.08.2009 [Shanmugam, 2012].
7. Соленостная фронтальная зона в районе Обь-Енисейского плюма в Карском море по среднемноголетним данным  World Ocean Atlas 2018 [ Frey, Osadchiev, 2021].
8. Динамическая фронтальная зона, сформированная в результате перепада уровня между средиземным морем и Атлантическим океаном по альтиметрическим данным спутника Jason-1 [Источник: https://www.nasa.gov/images/content/144990main_meddes-20060320-browse]
9. Положение фронтальной зоны в близи устьев Оби и Енисея по данным концентрации взвешенного вещества (слева) и хлорофилла-а (справа) 14 сентября 2011 г. [Osadchiev et al., 2017]. Штриховой белой линией показаны районы I и II, сплошными черными линиями показано примерное расположение фронтальных зон между выделенными типами вод в районе
10. Схема горизонтального градиента по данным температуры в области фронтальной зоны (черная жирная линия): А1 — минимальная температура в области фронтальной зоны, А2 — максимальная температура в области фронтальной зоны, L – расстояние между минимумом и максимумом, GRAD — формула расчета градиента [Федоров, 1983].
11. Схема вертикального градиента по данным температуры в области фронтальной зоны (черная жирная линия): А1 — максимальная температура в области фронтальной зоны, А2 — минимальная температура в области фронтальной зоны, L – расстояние между минимумом и максимумом, GRAD — формула расчета градиента.    [Федоров, 1983].
12. Параметры фронтальной зоны. Ширина и площадь.
13. Схема меандрирования (расширения/сжатия) фронтальной зоны в течении теплого сезона года [Федоров, 1983].
14. Положение Полярной фронтальной зоны и Полярного фронта в Баренцевом море по данным температуры поверхности моря [Федоров, 1983; Ожигин и др., 2016].
15. Положение Прибрежной фронтальной зоны и Прибрежного фронта в Баренцевом море по данным температуры поверхности моря [Ожигин и др., 2016].
16. Положение Арктической фронтальной зоны и Арктического фронта в Баренцевом море по данным температуры поверхности моря [Коник, Зимин, 2022].
17. Положение основных фронтальных зон Белого моря по данным температуры поверхности моря — Двинской (черный), Горловской (красный), Соловецкой (оранжевый) и Онежской (зеленый) фронтальных зон [Романенко и др., 2016].
18. Положение Стоковой фронтальной зоны в Карском море по данным солености поверхности моря [Романенко и др., 2016].

Источники информации

Воды Баренцева моря: структура, циркуляция, изменчивость. / В.К. Ожигин и др. Мурманск: ПИНРО, 2016. 260 с.

Грузинов В. М. Гидрология фронтальных зон Мирового океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 272 с.

Коник А. А., Зимин А. В. Пространственно-временная изменчивость характеристик Арктической фронтальной зоны в Баренцевом и Карском морях в летний период в первые два десятилетия XXI века // Морской гидрофизический журнал. 2022. Т. 38. № 6. С. 679–693.

Осадчиев А. А. Речные плюмы. М.: Научный мир, 2021. 228 с.

Родионов В. Б., Костяной А. Г. Океанические фронты морей Северо–европейского бассейна. М.: ГЕОС, 1998. 292 с.

Романенков Д.А., Зимин А.В., Родионов А. А., Атаджанова О. А., Козлов И. Е. Изменчивость фронтальных разделов и особенности мезомасштабной динамики вод Белого моря // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2016. Т. 9, № 1. С. 59—72.

Федоров К. Н. Физическая природа и структура океанических фронтов. / Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 296 с.

Физическая география материков и океанов: учебное пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений / Т. В. Власова, М. А. Аршинова, Т. А. Ковалева. М.: Издательский центр «Академия», 2007.

Экологический энциклопедический словарь / ред.Дедю И. И. Кишинев: Гл. ред. Молд. совет. энцикл., 1989. 406 с.

Frey, D.; Osadchiev, A. Large River Plumes Detection by Satellite Altimetry: Case Study of the Ob–Yenisei Plume. Remote Sens. 2021, 13, 5014.

Osadchiev A. A., Izhitskiy A. S., Zavialov P. O., Kremenetskiy V. V., Polukhin A. A., Pelevin,V. V., & Toktamysova Z. M. (2017). Structure of the buoyant plume formed by Ob and Yenisei river discharge in the southern part of the Kara Sea during summer and autumn. Journal of Geophysical Research: Oceans, 122(7). С. 5916–5935.

Shanmugam, G. (2012). Bottom-Current Reworked Sands. New Perspectives on Deep-Water Sandstones - Origin, Recognition, Initiation and Reservoir Quality, 129–219.

Составители словарной статьи

Коник А. А., младший научный сотрудник Лаборатории геофизических пограничных слоев Санкт-Петербургского филиала Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН