"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF9382
ETF9382 "Soome lahe põhjakihis esinevate tugevate hoovussündmuste integreeritud uuring (1.01.2012−31.12.2015)", Jaan Laanemets, Tallinna Tehnikaülikool, TTÜ Meresüsteemide Instituut.
ETF9382
Soome lahe põhjakihis esinevate tugevate hoovussündmuste integreeritud uuring
Integrated study of strong current events in the bottom layer of the Gulf of Finland
1.01.2012
31.12.2015
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ValdkondAlamvaldkondCERCS erialaFrascati Manual’i erialaProtsent
4. Loodusteadused ja tehnika4.2. MaateadusedP500 Geofüüsika, füüsikaline okeanograafia, meteoroloogia 1.4. Maateadused ja sellega seotud keskkonnateadused (geoloogia, geofüüsika, mineroloogia, füüsiline geograafia ning teised geoteadused, meteoroloogia ja ning teised atmosfääriteadused, klimatoloogia, okeanograafia, vulkanoloogia, paleoökoloogia100,0
PerioodSumma
01.01.2012−31.12.20128 496,00 EUR
01.01.2013−31.12.20138 496,00 EUR
01.01.2014−31.12.20148 496,00 EUR
01.01.2015−31.12.20158 496,00 EUR
33 984,00 EUR

Hiljutised juhusliku iseloomuga hoovuste mõõtmised ADCPga Soome lahe keskosas on näidanud üllatavalt suurte kiiruse väärtuste (0.3 m/ s ümbruses ja isegi üle 0.4 m/ s merepõhja kitsuses) esinemist põhjakihis. Projekti eesmärgiks on selliste suure hoovuse kiirusega sündmuste intensiivsuse, kestvuse, esinemisageduse ja -ulatuse määramine ning nende tekkemehhanismide väljaselgitamine. On teada, et Soome lahe standartne estuaarne tsirkulatsioon võib teatud tingimustel muutuda vastupidiseks ning vastavalt sellele eeldatakse soolase vee kiilu pikilahte edsasi-tagasi liikumisi. Meie hüpoteesideks on, et soolakiilu liikumised on põhiliselt tingitud Läänemere avaosa ja Soome lahe idaosa meretaseme erinevustest, mille põhjustavad kombineeritud mõjudena lokaalsed tuulevälja iseärasused, mahutransport/meretaseme muutused Taani väinades ja jõgede vooluhulkade muutused. Edasi võib toimuda soolase vee kiilu liikumiste resonantne võimendumine kui kiilu omavõnkumiste periood on ligilähedane tuulevälja muutuste perioodiga. Ning lõpuks piirkondades, kus leiab aset halokliini põhjapuude kiilu liikumise tõttu, esinevad suured tiheduse vertikaalsed ja lateraalsed gradiendid ja vastavalt tugevad lühiajalised hoovused (põhjakihis), seda eriti merepõhja kitsustes. Uurimismeetoditesse on kaasatud hoovuse kiiruse, temperatuuri, soolsuse, hapniku ja hägususe mõõtmised põhjakihis mitmes asukohas Soome lahes ning pikilahte CTD lõigete teostamine, et jälgida soolase vee kiilu liikumisi ning võimalikke sellega seotud suuri hoovuste kiirusi. Samuti uuritakse kiilu liikumise mitmeaastast (1979–2010) dünaamikat numbriliste simulatsioonidega, mis võimaldab hinnata soolakiilu liikumiste muutlikkust ja võimalikke trende. Selleks kasutatakse Generaalset Estuaarse Transpordi Mudelit (GETM). Lühiajalisi simulatsioone, mis hõlmavad välimõõtmiste perioode kasutatakse mudeli valideerimiseks. Projekti tulemused publitseeritakse rahvusvahelistes teadusajakirjades, kasutatakse kraadiõppurite dissertatsioonides. Uurimistulemused (põhjakihi tugevate hoovuste omadused ja arusaam tekkemehhanismidest) omavad olulist praktilist tähtsust peenete setete resuspensiooni ja edasise ümberjaotumise aga ka toitainete vahetuse (setete ja ülemiste kihtide vahel) seisukohalt.
The recent occasional current velocity measurements using a bottom-mounted ADCP in the central part of the Gulf of Finland have exposed surprisingly high values (around 0.3 m/ s and even above 0.4 m/ s in submarine canyons) in the bottom layer. The aim of the project is to determine the intensity, duration, frequency and extent of the appearance of near-bottom strong currents and find out the mechanisms of their generation. It is known that in the Gulf of Finland the standard estuarine circulation regime can be reversed and consequently, along-gulf back and worth excursions of salt water wedge are to be expected. We hypothesize that these excursions are mainly caused by the sea level difference between the open Baltic and the eastern Gulf of Finland as a response to a combined effect of local wind forcing, volume transport/sea level changes at the Danish Straits and riverine discharge. Further, a resonant amplification of the salt wedge excursion can occur when the period of free (unconstrained) oscillations of the salt wedge is close to the period of changes in wind forcing. And finally, the local bottoming of halocline due to salt wedge excursions causes strong vertical and lateral density gradients and correspondingly, high transient current velocities (in the bottom layer), particularly in the areas with topography constrictions. Our research methods include the measurements of current velocity, temperature, salinity, oxygen and turbidity in the bottom layer at different sites of the Gulf of Finland and carrying out along-gulf CTD sections to follow the excursions of salt wedge and possibly related high currents. Also, a multi-year (1970–2010) hindcast simulations on dynamics of salt water wedge excursions will be performed using the General Estuarine Transport Model (GETM) allowing the estimation of variability and possible trends of excursion characteristics of salt wedge. Short-term simulations covering the periods of the field experiments are used to validate the model. The results of the project will be published in international scientific journals and used in the theses of the involved PhD and master students. The results of the research, i.e. the main attributes and the understanding of the generation of strong current events in the bottom layer, have a substantial practical importance in terms of re-suspension and further re-distribution of fine sediments as well as nutrient exchange between sediments and water body.
Projekti raames teostati Soome lahes kaks mõõtmiste seeriat (detsember–mai, 2011/2012 ja 2013/2014). Mõlemal perioodil viidi läbi kuus CTD (temperatuur, soolsus ja hapnik) mõõdistust lõikel piki lahe voolunõva. Lisaks paigaldati kaks ADCP-d koos CTD ja hapniku anduriga mere põhja. Perioodil 2013/2014 võeti lõigetel piki lahe voolunõva veeproove toitainete analüüsiks. ADCP andmed näitasid tsirkulatsiooni režiimide tekkimist, milledega kaasnesid suured muutused stratifikatsioonis ja soolsuse, hapniku ning toitainete jaotustes piki voolunõva. Tugev ja küllalt pikk edelatuule impulss põhjustas estuaarse tsirkulatsiooni ümberpöördumisi, milledega kaasnes stratifikatsiooni kadu (kogu veesamba läbisegunemine, fosfaatide transport ülemisse kihti) ja barotroopse hoovuste süsteemi teke: väljavool avalahel ja sissevool piki kallast. Lühema kestvusega estuaarse tsirkulatsiooni ümberpöördumiste korral tekkis kihiline voolamine, pinnakihis ja põhjalähedases kihis domineerisid vastupidistes suundades voolamised. Estuaarse tsirkulatsiooni ümberpöördumise ja estuaarse tsirkulatsiooni taastumise ajal mõõdeti suuri hoovuse kiirusi (kuni 40 cm s–1) põhjalähedases kihis. Põhjalähedase soola kiilu liikumised olid heas korrelatsioonis piki lahte kumulatiivse tuulepingega. Soola kiilu liikumised määrasid hüpoksilise ala ulatuse ja toitainete tingimused põhjalähedases kihis, seega ka potentsiaalse talvise toitainete hulga kevadiseks ja suviseks fütoplanktoni kasvuks. Tugev korrelatsioon (r2=0.83) põhjalähedase kihi fosfaatide kontsentratsiooni ja soolsuse vahel lubab oletada fosfaatide transpordi tähtsust Ava-Läänemere kirde osast lahe põhjalähedasse kihti. Hinnatud hoovustega transporditud fosfaatide hulgad põhjalähedasse kihti ületasid selgelt praeguse kuu keskmise võimaliku fosfori voo teistest allikatest. Arvestades fosfaatide transporti lahe põhjalähedasse kihti, Ava-Läänemere tugevnenud stratifikatsiooni ja prognoositud talviste stratifikatsiooni kadude sageduse suurenemist lahes, võib prognoosida, et lähitulevikus eutrofeerumise mõju olulist vähenemist ei ole oodata.