Пространственно-временная динамика солености Охотского моря: теоретический аппарат, факторы изменчивости и современные тренды

Введение: Цели, задачи и научный аппарат исследования

Охотское море, являясь одним из крупнейших и наиболее продуктивных полузамкнутых морей России, представляет собой уникальный океанологический объект. Его гидрологический режим формируется в условиях интенсивного зимнего охлаждения, значительного материкового стока и сложного водообмена с Тихим океаном. Среди всех абиотических параметров, соленость (S) выступает ключевым климатообразующим и стратифицирующим фактором, напрямую определяющим плотность, устойчивость водной толщи и, следовательно, вертикальную циркуляцию и формирование уникальных водных масс.

Актуальность настоящего исследования обусловлена необходимостью глубокого понимания реакции гидрологического режима Охотского моря на современные климатические изменения. Долгосрочные тренды, выражающиеся в сокращении ледовитости и потеплении поверхностных вод, неизбежно трансформируют соленостный режим, что имеет критическое значение для прогнозирования ледовой обстановки и биологической продуктивности.

Цель работы состоит в исчерпывающем анализе пространственно-временной динамики солености Охотского моря, выявлении определяющих гидрологических и климатических факторов, а также оценке современных методов мониторинга и прикладного значения соленостного режима.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

1. Проанализировать эволюцию методов определения солености и описать современные международные стандарты (PSS-78, TEOS-10).
2. Выявить и количественно оценить вклад основных факторов (речной сток, ледообразование, водообмен) в сезонную и межгодовую изменчивость солености.
3. Охарактеризовать вертикальную структуру солености и ее связь с формированием основных водных масс Охотского моря, включая Холодный Промежуточный Слой (ХПС).
4. Проанализировать долгосрочные тренды изменчивости солености (пост-2000) и оценить возможности и ограничения спутникового мониторинга.
5. Рассмотреть прикладное экологическое значение соленостного режима для биологических процессов.

Методологическая база исследования основана на принципах физической океанографии, привлечении актуальных данных из рецензируемых научных источников (ИО РАН, ТИНРО, Росгидромет) и использовании общепринятых методов анализа гидрологических данных (методы расчета по электропроводности, анализ T-S кривых, факторный анализ изменчивости).

Теоретико-методологические основы определения солености

Исторические и классические методы

Соленость (S) — фундаментальная характеристика морской воды, исторически определявшаяся как общая масса растворенных твердых веществ, содержащихся в 1 кг морской воды. Традиционной единицей измерения служило промилле (‰), что эквивалентно граммам соли на килограмм раствора.

Долгое время прямое определение полного солевого состава было сопряжено с высокой трудоемкостью и недостаточной точностью. Поэтому классическая океанография, основываясь на принципе постоянства солевого состава (закон Дитмара), перешла к определению солености через измерение одного из наиболее стабильных ионов — хлора.

Метод Мора-Кнудсена базировался на определении хлорности (Cl), то есть содержания хлорид-ионов, методом аргентометрического титрования. Эмпирическая формула Кнудсена, установленная в начале XX века, связала хлорность и соленость:

S = 1.80655 ⋅ Cl

Этот подход обеспечивал высокую относительную точность для своего времени, но имел ограничения, связанные с региональными отклонениями в химическом составе морской воды. И что из этого следовало? То, что в таких региональных бассейнах, как Охотское море, где опреснение речным стоком и осолонение льдом меняют ионные пропорции, метод Мора-Кнудсена не мог дать достаточно точных данных для современного моделирования.

Шкала Практической Солености (PSS-78) и современные измерения

С развитием технологий и необходимостью повышения точности для расчетов плотности, в 1978 году была принята **Шкала Практической Солености (Practical Salinity Scale 1978, PSS-78)**. Этот стандарт радикально изменил подход: соленость стала определяться не по массе солей, а по электропроводности, которая является функцией концентрации ионов, температуры и давления.

Соленость, измеренная по PSS-78, выражается в безразмерных единицах практической солености (епс или PSU). Основной принцип: практическая соленость ($S_{\text{P}}$) определяется через отношение электропроводности пробы (C) к электропроводности стандартного раствора хлорида калия ($C_{\text{KCl}}$) при 15°C и атмосферном давлении: $R_{15} = C / C_{\text{KCl}}$.

Для измерений в реальных условиях используются океанографические **CTD-зонды** (Conductivity, Temperature, Depth). Зонд измеряет электропроводность, температуру (T) и давление (P), а затем, с помощью сложного полиномиального алгоритма PSS-78, эти данные преобразуются в практическую соленость.

Основная часть расчета $S_{\text{P}}$ от отношения $R_{15}$ (при $P=0$ и $T=15^\circ \text{C}$) выражается как полином 5-й степени:

SP = a0 + a1 R151/2 + a2 R15 + a3 R153/2 + a4 R152 + a5 R155/2

Где $a_{i}$ — эмпирические коэффициенты, строго определенные PSS-78. В реальных измерениях в этот полином вносятся поправки, зависящие от измеренной температуры и давления. Спутниковое зондирование до сих пор опирается преимущественно на этот стандарт.

Концепция Абсолютной Солености (TEOS-10)

К 2010 году стало очевидно, что даже PSS-78 имеет ограничения, особенно в региональных морях, таких как Охотское, где значительный речной сток может вызывать небольшие, но важные отклонения в ионном составе от «стандартной» океанской воды. Для устранения этого была принята новая международная система — **Термодинамическое Уравнение Состояния морской воды (TEOS-10)**.

TEOS-10 ввело понятие **Абсолютной Солености ($S_{\text{A}}$)**, которая, в отличие от безразмерной практической солености, выражается в единицах массовой доли (г/кг).

Переход к $S_{\text{A}}$ критически важен для повышения точности расчетов плотности, поскольку плотность морской воды, а не только ее практическая соленость, является ключевым параметром, определяющим вертикальную устойчивость и глубину конвекции, что особенно актуально для динамичных вод Охотского моря.

Какой важный нюанс здесь упускается? То, что TEOS-10, основанный на термодинамическом потенциале (функции Гиббса), обеспечивает физически корректную оценку плотности, что невозможно было достичь с помощью PSS-78, который базировался лишь на эмпирических связях электропроводности.

Сравнение стандартов солености

Характеристика	Практическая Соленость ($S_{\text{P}}$, PSS-78)	Абсолютная Соленость ($S_{\text{A}}$, TEOS-10)
Единица измерения	PSU (безразмерная)	г/кг (массовая доля)
Основа расчета	Электропроводность, скорректированная по T и P	Термодинамический потенциал (функция Гиббса)
Состав	Предполагает постоянство ионного состава	Учитывает региональные вариации ионного состава
Применение	Широко используется в полевых измерениях CTD	Используется для высокоточных расчетов плотности и термодинамики

Гидрологические и климатические факторы, определяющие изменчивость солености

Соленостный режим Охотского моря является результатом сложного баланса между опресняющими и осолоняющими процессами, которые имеют четкую сезонную и пространственную привязку. Главными факторами, определяющими эту динамику, являются материковый сток, процессы льдообразования/таяния и водообмен с Тихим океаном.

Роль материкового стока и речного плюма

Опресняющее влияние материкового стока наиболее выражено в северо-западной части моря, особенно вблизи устьев крупных рек. Общий объем стока в Охотское море составляет около 600 км³/год.

Среди всех рек, впадающих в море, доминирующую роль играет река Амур, обеспечивающая приблизительно 65% всего материкового стока, что составляет около 370 км³/год. Сезонный характер стока Амура, с максимальным объемом в период весенне-летнего паводка, приводит к формированию обширных зон низкосоленых, или эстуарных, вод.

Пространственное проявление:
В зоне речного плюма Амура и других крупных рек (Пенжина, Охота, Уда) поверхностная соленость может падать до экстремально низких значений (8‰ и даже ниже). Это опреснение ограничивается, как правило, поверхностным слоем толщиной 30–40 метров. Наличие этого низкосоленого слоя создает сильный вертикальный градиент плотности, который значительно повышает вертикальную устойчивость водной толщи. В результате, вертикальное перемешивание в северо-западной части моря ограничено, что влияет на теплосодержание и химические характеристики всей водной толщи.

Влияние ледообразования и таяния

Охотское море — самое ледовитое из российских дальневосточных морей, и процессы фазовых переходов воды играют ключевую роль в формировании его соленостного режима, особенно в холодный период.

Механизм повышения солености (отсоление):
В зимний период, когда температура опускается ниже точки замерзания, происходит интенсивное льдообразование. При замерзании морской воды растворенные соли (в основном) вытесняются в подледный слой, процесс известный как отсоление. Этот механизм приводит к значительному повышению солености подповерхностных вод, способствуя формированию плотных, холодных вод.

• Сезонный максимум: Максимальные значения поверхностной солености (до 33.25 ‰ и выше) для большей части моря наблюдаются в разгар зимы (декабрь–март), непосредственно коррелируя с интенсивностью льдообразования.

Механизм снижения солености (таяние):
Весной и летом таяние льда, представляющего собой практически пресную воду, приводит к обратному процессу — опреснению поверхностного слоя. Наименьшие значения поверхностной солености (около 32.9–33.0 ‰) отмечаются в районах активного таяния льда и в открытых ото льда участках. Разве не удивительно, что всего несколько градусов разницы в температуре воды могут приводить к таким глобальным изменениям в вертикальной циркуляции и плотности, оказывающим влияние на весь морской биоценоз?

Водообмен с Тихим океаном и Японским морем

Охотское море является полузамкнутым, и его гидрологический режим неразрывно связан с водообменом с соседними водными бассейнами, прежде всего с Тихим океаном через Курильские проливы. Этот водообмен обеспечивает приток более соленых и теплых вод, который влияет не только на поверхностные, но и на глубинные слои.

Ключевые проливы и глубокий водообмен:
Южная часть Охотского моря подвержена влиянию тихоокеанских вод, поступающих через Курильские проливы, и япономорских вод (через пролив Лаперуза). Наиболее критическое значение для глубинной структуры имеют глубоководные проливы, позволяющие проникать плотным тихоокеанским водам в Курильскую котловину:

Глубоководные Курильские проливы

Пролив	Глубина (приблизительно)	Роль в водообмене
Буссоль	Более 2300 м	Обеспечивает основной глубокий приток тихоокеанских вод
Крузенштерна	1920 м	Значимый канал для поступления тихоокеанской водной массы
Фриза, Диана	Менее глубокие	Обеспечивают водообмен в промежуточном и поверхностном слоях

Поступление тихоокеанских вод приводит к повышению солености в южных районах моря, где могут наблюдаться до трех периодов повышения солености в течение года, связанных с интенсивностью адвекции.

Пространственно-вертикальная структура солености и формирование водных масс

Вертикальная структура вод Охотского моря отличается высокой сложностью и стратифицированностью, что является прямым следствием взаимодействия климатических и гидрологических факторов. Распределение солености по глубине играет решающую роль в определении водных масс.

Вертикальное распределение и галоклин

В Охотском море выделяется несколько слоев, разделенных зонами резкого изменения гидрологических характеристик (скачками).

В прибрежной и северо-западной частях, где преобладает пресный материковый сток, поверхностный слой имеет низкую соленость и, как следствие, низкую плотность. Это приводит к образованию сильного галоклина — слоя максимального вертикального градиента солености — который залегает на относительно небольшой глубине (обычно 30–50 м). Этот галоклин обеспечивает высокую вертикальную устойчивость, препятствуя глубокому проникновению конвективного перемешивания, что является важным фактором в сохранении холодных вод.

Холодный Промежуточный Слой (ХПС)

Ключевой и наиболее характерной особенностью вертикальной структуры Охотского моря является **Холодный Промежуточный Слой (ХПС)**. Это уникальная водная масса, которая представляет собой минимум температуры (до -1.7°C) и сохраняется в течение всего теплого сезона, изолируя поверхностный слой от теплых глубинных вод.

Механизм формирования ХПС:
ХПС формируется в зимний период за счет интенсивной **зимней конвекции**. Сильное зимнее охлаждение и осолонение поверхностных вод (до 33.5–34.0 ‰) в результате льдообразования приводят к увеличению плотности. Эти плотные, холодные воды опускаются, проникая на глубины до 50–150 метров, пока не достигают слоя, плотность которого превышает их собственную.

Соленостные характеристики ХПС:
Соленость ХПС относительно высока и колеблется в диапазоне 34.0–34.5 ‰. Именно высокая соленость, достигнутая благодаря отсолению при льдообразовании, обеспечивает необходимую плотность для проникновения конвекции на эти глубины.

Глубинные водные массы

Под ХПС залегает область, где гидрологические характеристики формируются за счет поступления вод извне, преимущественно из Тихого океана.

Глубинная тихоокеанская водная масса
Эта масса поступает через глубокие Курильские проливы (Буссоль, Крузенштерна) в Курильскую котловину Охотского моря. Она характеризуется более высокой температурой (от 1.5°C до 2.7°C) и высокой соленостью: 34.3–34.4 ‰.

Приток этой массы обеспечивает вентиляцию глубинных вод, однако ее соленость сопоставима с соленостью подсоленного ХПС. Разделение этих слоев происходит, прежде всего, за счет температуры, что отражается на T-S диаграммах. Наличие глубинного притока является критическим для поддержания общего гидрологического равновесия и биогеохимических процессов на дне котловины.

Долгосрочные тренды (пост-2000) и современный мониторинг солености

Современные климатические изменения оказывают существенное влияние на динамику солености Охотского моря, трансформируя традиционные сезонные циклы и приводя к долгосрочным трендам.

Межгодовая изменчивость и климатические корреляции

Одним из наиболее значимых климатических трендов, зафиксированных в Охотском море, является **сокращение ледовитости**, особенно заметное с 1995 года. Это явление коррелирует с общим потеплением в регионе.

Последствия сокращения льда:

1. Потепление поверхностных вод: В последние десятилетия (2004–2016 гг.) наблюдалась устойчивая тенденция к потеплению поверхностных вод. Средняя скорость роста среднегодовой температуры поверхности моря (ТПМ) достигала 0.17°C за 10 лет.
2. Изменение конвекции: Уменьшение площади ледяного покрова может влиять на развитие зимней конвекции. Хотя отсутствие льда устраняет отсоление, оно также позволяет воздуху активнее охлаждать воду, способствуя более глубокому развитию конвективного перемешивания, но при этом могут снижаться пиковые значения солености, вызванные льдообразованием.

Исследования также выявили статистически значимую связь между вариациями среднемесячных значений поверхностной солености и уровнем водной поверхности. Эта связь наиболее сильна в феврале и мае, что является косвенным свидетельством долгосрочных изменений в общем гидрологическом балансе моря (соотношении притока, стока и испарения).

Использование спутникового зондирования

В последние годы для мониторинга крупномасштабной динамики солености и ледовой обстановки активно применяются методы спутникового зондир��вания, которые обеспечивают широкое пространственное покрытие.

Методологии мониторинга:

• SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) и SMAP (Soil Moisture Active Passive): Эти спутниковые миссии используют пассивное микроволновое зондирование для оценки толщины, объема льда и, что более важно, поверхностной солености (SSS, Sea Surface Salinity). Спутниковые данные SMOS и SMAP (2016–2023 гг.) стали важным инструментом для понимания циркуляции и распространения опресненных/осолоненных масс.
• Спутниковая альтиметрия: Используется для анализа динамики уровня моря и косвенно для отслеживания распространения водных масс тихоокеанского происхождения, которые являются более солеными. Анализ показал, что эти воды максимально распространяются на север в весенне-летний период.

Ограничения спутникового зондирования в Охотском море:
Несмотря на свою важность, спутниковые алгоритмы измерения поверхностной солености (SSS) имеют ограничения в специфических условиях Охотского моря:

• Холодные и опресненные воды: Стандартные алгоритмы достигают достаточной точности (обычно 0.1–0.2 PSU) при значениях S > 18 PSU и температуре T > 7°C.
• Речной плюм: В прибрежных районах Охотского моря, особенно в зонах речного плюма Амура, где соленость может быть значительно ниже 18 PSU и температура низка, точность спутниковых измерений существенно снижается. Это требует обязательной калибровки и верификации спутниковых данных с помощью контактных (CTD) измерений.

Прикладное значение соленостного режима для экологии и промысла

Соленость — не просто физический параметр; это ключевой абиотический фактор, который определяет экологическую структуру и, в частности, условия обитания и миграции промысловых гидробионтов в Охотском море.

Влияние на гидрохимические характеристики

В эстуарных водах, где происходит активное смешение пресного речного стока с морской водой, соленость выступает в качестве главного регулятора гидрохимических процессов.

1. Карбонатная система: Изменение солености влияет на равновесие карбонатной системы. Пониженная соленость в зонах речного плюма может изменять щелочность и, потенциально, снижать pH, хотя этот эффект менее выражен, чем в открытом океане.
2. Фотический слой и продукция: Низкосоленые поверхностные воды (из-за речного стока) часто несут большое количество взвешенных частиц. Это приводит к уменьшению прозрачности и ограничению толщины фотического слоя — зоны, в которой возможен фотосинтез. Уменьшение фотического слоя напрямую воздействует на первичную продукцию и, как следствие, на всю трофическую цепь.

Соленость и смолтификация тихоокеанских лососей

Возможно, наиболее ярким примером прямого биологического контроля соленостным режимом является процесс миграции тихоокеанских лососей (кеты, нерки) из рек в морскую среду.

Смолтификация — это сложный физиологический процесс адаптации молоди лососей к жизни в соленой воде. Этот процесс включает изменения в осморегуляции, пигментации и поведении.

• Ключевой абиотический фактор: Успешность и сроки смолтификации критически зависят от пороговых значений температуры и, прежде всего, солености в устьевых зонах. Если молодь попадает в морскую среду, где соленость слишком резко меняется, или же где температура и соленость выходят за оптимальные рамки, это может привести к высокой смертности или нарушению адаптации.
• Прогноз миграций: Изменчивость поля температуры и солености поверхности моря используется для совершенствования прогнозов сроков и условий нагульных и нерестовых миграций лососей. Гидрологические условия в шельфовой зоне, определяемые соленостью и температурой, являются ключевыми определяющими факторами для промысловых объектов. Например, годы с экстремально низкой или высокой ледовитостью (и соответствующей соленостью) приводят к значительным флуктуациям в распределении и численности промысловых видов.

Заключение

Пространственно-временная динамика солености Охотского моря является сложной системой, управляемой мощными гидрологическими и климатическими процессами. Анализ показал, что соленостный режим формируется под доминирующим влиянием трех факторов: материкового стока (преимущественно Амура), процессов льдообразования/таяния и водообмена с Тихим океаном, осуществляемого через глубокие Курильские проливы (Буссоль, Крузенштерна).

Вертикальная структура солености критически важна для формирования уникальных водных масс. Высокая соленость, достигаемая за счет отсоления при льдообразовании, обеспечивает необходимую плотность для зимней конвекции, которая формирует Холодный Промежуточный Слой (ХПС) с соленостью 34.0–34.5 ‰ на глубинах 50–150 м. В то же время, приток тихоокеанских вод (34.3–34.4 ‰) обеспечивает вентиляцию глубинных слоев.

В методологическом плане, современная физическая океанография переходит от Практической Солености (PSS-78) к более точному стандарту Абсолютной Солености ($S_{\text{A}}$) в рамках TEOS-10, что необходимо для корректного расчета плотности в регионально измененных водах Охотского моря. И что из этого следует? Это означает, что моделирование крупномасштабной циркуляции и прогнозирование критических событий, таких как изменения в структуре ХПС, становится значительно более надежным и точным.

Долгосрочные тренды, включая сокращение ледовитости и потепление поверхностных вод (+0.17°C/10 лет), указывают на существенные изменения гидрологического баланса. При этом современный спутниковый мониторинг (SMOS, SMAP) хоть и предоставляет обширные данные, требует осторожного применения и верификации в холодных, низкосоленых прибрежных районах.

Наконец, соленостный режим имеет прямое прикладное значение: он является ключевым абиотическим фактором, определяющим сроки и успешность смолтификации тихоокеанских лососей, что подчеркивает необходимость интеграции гидрологических исследований с задачами промыслового прогнозирования. Дальнейшие исследования должны быть сосредоточены на уточнении прогностических моделей с учетом взаимосвязи между климатическими осцилляциями, изменчивостью солености и реакцией биологических систем.

Список использованной литературы

1. Добровольский А.Д., Залогин Б.С. Моря СССР. Москва: Изд-во Моск. ун-та, 1982. 192 с.
2. Зуенко Ю.И., Юрасов Г.И. Структура водных масс прибрежных районов Охотского моря // Метеорология и гидрология. 1997. № 3. С. 50-58.
3. Коломейцев В.В. Влияние гидрологических условий на распределение молоди тихоокеанских лососей в восточной части Охотского моря в ранний морской период // Исследования водных биологических ресурсов Камчатки и северо-западной части Тихого океана. 2009. Вып. 14. С. 5–13.
4. Лучин В.А., Лаврентьев В.М., Яричин В.Г. Гидрометеорология и гидрохимия морей. Т. 9: Охотское море, вып. 1: Гидрометеорологические условия. СПб.: Гидрометеоиздат, 1998. С. 92–175.
5. Морошкин К.В. Водные массы Охотского моря. М.: Наука, 1966. 68 с.
6. Океанографическая энциклопедия. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. 631 с.
7. Прибрежно-морское природопользование: теория, индикаторы, региональные особенности / Арзамасцев И.С., Бакланов П.Я., Говорушко С.М. и др. Владивосток: Дальнаука, 2010. 308 с.
8. Строение дна Охотского моря / отв. ред. В.В. Белоусов, Г.Б. Удинцев. Москва: Наука, 1981. 176 с.
9. Трофимов И.К. О влиянии температуры и солености воды, качества нерестового субстрата на размножение тихоокеанской сельди // Известия ТИНРО. 2006. Т. 146. С. 111-121.
10. Фигуркин А.Л. Изменчивость термохалинного состояния придонных вод северной части Охотского моря // Известия ТИНРО. 2011. Т. 166. С. 255-274.
11. Атлас по океанографии Беренгова, Охотского и Японского морей. URL: http://www.pacificinfo.ru/data/cdrom/2/HTML/3_00.htm (дата обращения: 24.10.2025).
12. Охотское море. URL: http://rus.ferhri.ru/okhotsk/index.htm (дата обращения: 24.10.2025).
13. cosmos.ru: Космические исследования [Электронный ресурс]. URL: https://cosmos.ru (дата обращения: 24.10.2025).
14. cyberleninka.ru: Научная электронная библиотека [Электронный ресурс]. URL: https://cyberleninka.ru (дата обращения: 24.10.2025).
15. dissercat.com: Электронная библиотека диссертаций [Электронный ресурс]. URL: https://dissercat.com (дата обращения: 24.10.2025).
16. dvo.ru: Дальневосточное отделение Российской академии наук [Электронный ресурс]. URL: https://dvo.ru (дата обращения: 24.10.2025).
17. elibrary.ru: Научная электронная библиотека [Электронный ресурс]. URL: https://elibrary.ru (дата обращения: 24.10.2025).
18. mgmtmo.ru: Управление морским транспортом [Электронный ресурс]. URL: https://mgmtmo.ru (дата обращения: 24.10.2025).
19. o8ode.ru: Океанология [Электронный ресурс]. URL: https://o8ode.ru (дата обращения: 24.10.2025).
20. researchgate.net: Социальная сеть для ученых [Электронный ресурс]. URL: https://researchgate.net (дата обращения: 24.10.2025).
21. rshu.ru: Российский государственный гидрометеорологический университет [Электронный ресурс]. URL: https://rshu.ru (дата обращения: 24.10.2025).
22. salinometry.com: Салинометрия [Электронный ресурс]. URL: https://salinometry.com (дата обращения: 24.10.2025).
23. sea-technics.ru: Морские технологии [Электронный ресурс]. URL: https://sea-technics.ru (дата обращения: 24.10.2025).
24. studme.org: Студенческая библиотека [Электронный ресурс]. URL: https://studme.org (дата обращения: 24.10.2025).
25. vliz.be: Фламандский морской институт [Электронный ресурс]. URL: https://vliz.be (дата обращения: 24.10.2025).
26. vniro.ru: Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии [Электронный ресурс]. URL: https://vniro.ru (дата обращения: 24.10.2025).