WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Щевьев В.А. Крупномасштабные циркуляции в океанах, как результирующее движение длиннопериодных волн

Научная статья

 

Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       808      http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2007/077.pdf

Крупномасштабные циркуляции в океанах, как результирующее движение длиннопериодных волн

Щевьев В. А. fShtshevev@rambler.ru ) Институт водных проблем РАН

В истории изучения природы и закономерностей течений океанов и морей можно выделить несколько этапов. В работе [12] последний из этапов называется волновым. Такой вывод сделан на основе анализа долговременных инструментальных наблюдений на буйковых станциях, которые производились предшествующие 20 лет. "Они привели к коренному пересмотру представлений о закономерностях изменчивости течений в океане, особенно на глубинах более 1000 м., что весьма резко расходилось с существующими теоретическими концепциями".

Хорошее представление о видах течений в океане дают энергетические спектры (рис. 1) [12]. На графике представлен пик приливного характера, более мощный пик на частоте инерционных колебаний скорости течений и очень мощный максимум изменчивости течений, захватывающий периоды от 15 до 100 суток. Из анализа этих графиков автор [12] делает вывод: основная энергия течений сосредоточена в длиннопериодных волновых течениях (периоды 15-100 суток) и в инерционных, так же имеющих волновую природу. Спад энергии течений на периодах 2-4 суток соответствует пику энергетического спектра ветра, поэтому автор [12] отмечает, что вопрос о связи синоптической изменчивости атмосферы и динамических процессов (течений) в океане остается открытым. Отметим, что построение таких информативных спектров стало возможным только по результатам продолжительных наблюдений за течениями (больше года). По коротким рядам, а тем более по единичным измерениям этого сделать нельзя.

Иная трактовка в работе [14]: "За последние 20 лет изменилась основная парадигма представлений о динамике морских течений. Стало ясно, что основной вклад в процессы вертикального перемешивания вод вносят мезомасштабные вихревые образования". Вихри называют "мезомасштабными", чтобы подчеркнуть, что их масштаб меньше масштаба океанских круговоротов. Вода в этих вихрях вращается вокруг почти вертикальных осей, их вертикальный масштаб обычно соизмерим с глубиной океана. Типичный горизонтальный масштаб- порядка 100 км, временной около 100 суток, а


Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       809      http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2007/077.pdf

величина орбитальной скорости - около 10 см/с. Открытие вихрей и обнаружение того факта, что они заполняют практически весь мировой океан, были важнейшими событиями послевоенной океанографии. [14].


S

J

/ 0


м,н*1г



~а,тг'й1

и

-

S

-

7

ч

J

swS\x

J

//тау Ч

/

I----..................................... ^

0,001


б


10


л

цикл за час


Рис. 1. Спектр изменчивости скорости ветра (а), скорости теченийна горизонте 500, 1000, 2000 м. [Лаппо С.С. 1979]

Важно отметить, что первый вывод о волновом этапе сделан на основе анализа инструментальных наблюдений, второй, о вихревой природе мезомасштабных образований объясняется попыткой уложить появляющиеся данные инструментальных наблюдений [1,5] в прокрустово ложе традиционных представлений о геострофической


Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       810      http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2007/077.pdf

природе течений. Но оба единодушны в том, что многодесятилетний этап в океанологии,

когда "основное внимание обращалось на структуру и динамику струйных течений",

прошел.

За  годы  следующие  после  работы   [12]   в  океане  проведено  большое  количество

измерений,  которое позволяет судить с большой степенью достоверности о характере

изменчивости, о роли волн и вихрей в различных районах океана, и даже существуют

исследования по результатам которых можно сделать выводы о причинно следственных

связях наблюдаемых длинноволновых течений. Рассмотрим наиболее значимые из них с

нашей точки зрения.

Система основных течений Мирового океана состоит из 61 течения [8]. Но авторы их рассматривают не по отдельности, а показывают, что "в южных и северных половинах океанов расположены гигантские океанские антициклонические круговороты вокруг соответствующих квазиперманентных атмосферных субтропических антициклонических центров действия. Периоды обращения вод в этих круговоротах имеют порядок нескольких лет".

Таким образом, в соответствием с работой [8] глобальные циркуляции образуются при воздействии атмосферных циркуляции. Но такому выводу противоречат результаты экспериментальных работ [12], в которой показано, что "Связанность синоптической изменчивости атмосферы с динамическими процессами океана остается под сомнением" Экспериментальные исследования начиная с 60х годов прошлого века показывают, что течения в океане существуют в виде длиннопериодных волн. Примеров регистрации таких течений в океане великое множество. Приведем наиболее характерные.

Целесообразно начать рассмотрение примеров с районов экватора. Атлантики и Тихого океана [22,25,3]. В Тихом океане регистрация длиннопериодных волновых течений производилась 15 лет. Период их изменчивости равен 20 суток. На экваторе Атлантики период составляет 25-30 суток. Направление их движения на экваторе с востока на запад. В литературе они называются волнами Россби, планетарными, или захваченными экватором волнами. В работе [22] показано, какой вид приобретают эти волны у берегов Бразилии, где мощный поток волнового течения, встречаясь с берегом, поворачивает на юг. В пункте 1°30' северной широты волновое течение имеет направление на юг, изменяется синхронно на горизонтах до 3000 м. (рис. 2). Пример продвижения этих волн в северном полушарии, в Мексиканском заливе показан в работе [23]. Наблюдения проводились с помощью дрифтеров. Траектории дрифтеров имеют не возвратно поступательный характер, а приобретают петлеобразную


Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       811      http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2007/077.pdf

_J_______ I______ I____________ I........    .1--- I---- 1--------- 1-------- 1--------- 1______ I___ ;__ L______ I......... I

LOct                Uan                   I.Apr                  Uul                   1,Oct

1990            t                                      1991

Рис. 2. Результат измерений течений у берегов Бразилии в пункте 44° W,l° 30' N. [22].

конфигурацию, с общим результирующим движение в западном направлении и затем на север (очень похоже на траектории рис. 5). Необходимо отметить, что в [23] течения называются петлевыми кольцами, а не волновыми. Это связано с тем, что траектории


Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       812      http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2007/077.pdf

имеют составляющую направленную поперек основного направления движения. В Мексиканском заливе волновые течения попадают как в западню, многократно отражаясь от берегов, но в результате проистекают во Флоридский пролив, образуя Гольфстрим.

SOFAR Float Trajectories (1972-1989)

В работе [24] показаны траектории 230 дрифтеров, запущенных с 1972 по 1989 г.г. на глубинах до 2000 м. в северной Атлантике в районе Гольфстрима и прилегающих к нему (рис 3). Статья начинается с фразы: "Здесь есть кое-что удивительное о поверхностных траекториях дрифтеров". Что же удивило авторов? Несмотря на то, что на одном рисунке приведены все траектории, что делает невозможным проследить за конфигурацией траектории каждого дрифтера, ясно, что течение имеет вихревой и волновой характер. Из текста статьи следует, что половина дрифтеров совершали вращательное движение по часовой стрелке, другая половина против. Можно найти доводы в пользу вихревой структуры течений Гольфстрима, другие доводы свидетельствуют в ползу волновой природы наблюдаемых течений. Траектории дрифтеров имеют петлеобразный характер, авторы называют их Eddys. В настоящее время в интернете приводится очень большое количество дрифтерных наблюдений (в том числе


Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       813      http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2007/077.pdf

и в районе Гольфстрима), которые убедительно показывают, что движения в основном существуют в виде длиннопериодных волн.

Интересен пример измерений параметров течений на периферии района Гольфстрима [1]. Этот грандиозный эксперимент (ПОЛИМОДЕ) был задуман для изучения океанских вихрей. На приведенных рисунках видна синхронная изменчивость скорости и направления течений по всем горизонтам до глубины 4-5 км. с периодом 1-1,5 мес.

Таким образом течения в виде длиннопериодных волн вдоль экватора направлены с востока на запад. Достигнув западного берега, воды растекаются на север и юг, образуя антициклонические циркуляции, занимающие полностью северные и отдельно южные части Атлантического, Тихого и Индийского океанов. Так районировал Мировой океан Н. Н. Зубов, по гидрометеорологическим признакам: отдельно северные и южные части трех океанов, Северный ледовитый и Южный (Циркумполярное течение).

В короткой статье невозможно перечислить данные измерений во всех океанах, а тем более показать рисунки и основные характеристики. Но этих данных много, их количество стремительно увеличивается и они показывают, что антициклонические циркуляции в северных и южных частях трех океанов существуют отдельно в виде результирующего движения длиннопериодных волн. [3,17,18,19].

Возникает вопрос, что за сила гонит воду в районе экватора в западном направлении, и почему возникают длиннопериодные волны? В литературе мы находим ответ и на эти вопросы. [10,11].

Наиболее энергетически значимые силы, воздействующие на водную массу. - это приливообразующие силы. Впервые мысль о том, что основной причиной, замедляющей скорость вращения Земли, является сила трения о дно течений вдоль экватора, возникающих в результате воздействия приливообразующих сил Луны и Солнца на водные массы океанов высказал И. Кант в 1754 г.[10]. Впоследствии механизм воздействия течений на скорость вращения Земли был уточнен. Показано, что течения, продвигаясь в западном направлении, достигают западных берегов океанов, создают отрицательный вращательный момент" [21]. Эти авторы не рассматривали, в каком виде существуют течения - геострофические, вихревые или волновые. Только с 60х годов XX века с появлением автономных приборов начали экспериментально регистрировать длинноволновые течения, и только к 80му году стало ясно, что основные течения в океане существуют в виде длиннопериодных волн.


Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       814      http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2007/077.pdf

По мнению [11] отклик океанических вод на приливообразующие объемные силы должен иметь вид длинных баротропных волн. В этой же работе говорится: "Простая теория, основанная на предположении о распространяющихся на запад планетарных волнах в отсутствии среднего течения, дает превосходное согласие с наблюдениями". Далее находим указания по расчету, а по существу для создания математической модели процесса образования и пополнения энергией наблюдающихся волн. Говоря о воздействии гравитационного притяжения на водную массу, авторы пишут: "Приливное ускорение очень мало по сравнению с ускорением собственного гравитационного поля Земли (9,8 см/с). Радиальная компонента приливного ускорения ведет к незначительному изменению локальной гравитации. Касательное ускорение так же мало, но оно существенно неуравновешено и создает движущую силу, которая гонит воду вдоль земной поверхности. Вследствие относительной тонкости океана приливная сила практически постоянна по глубине и действует как массовая сила, которую следует подставить в правую часть уравнений:

Ut - /v + gr|x = - 1/р* Пх + (KmvUz)z                               (1)

Vt + /u + gr|y = - 1/р* Пу + (KmvVz)z                               (2)

Кму-вертикальная вихревая вязкость.

Вынужденное поле давления П=П(х,у,г) учитывает как изменение атмосферного давления, так и астрономические приливные силы."

Итак, рассмотренные примеры показывают, что течения в океане существуют в основном в виде длиннопериодных волн, которые образованы в результате ежедневного периодического воздействия приливообразующих сил на водные массы океанов в районе экватора. Результирующее движение длиннопериодных волновых течений образует крупномасштабные антициклонические циркуляции.

В отличие от антициклонических циркуляции, существование которых не вызывает сомнения, наличие в тех же частях (северных и южных) трех океанов циклонических циркуляции менее известно.

Самым известным проявлением этих циркуляции являются экваториальные противотечения, которые были открыты в 50-60х годах прошлого века. В 1969 г. открыто Антило-Гвианское противотечение протяженностью 3900 миль от Багамских островов до экватора ( 5й и 12й рейсы НИС "Академик Курчатов", Руководитель В. Г. Корт) [14]. Это постоянный поток юго-восточного направления, противоположный Антильскому и Гвианскому течениям, от 5 град, до 23 град. ю. ш. Его ширина 200 км., глубина от 200 до 1000 м., расход вдвое меньше Голфстрима. По мнению


Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       815      http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2007/077.pdf

ученых, открывших Антило-Гвианское противотечение, оно служит одним из основных источников глубинного противотечения Ломоносова.

В 1968 г. в юго-западной части Атлантического океана был выявлен мощный циклонический круговорот и на его восточной периферии - Ангольское течение южного направления [15]. На поверхности это течение замаскировано тонким (до 20 м. слоем пассатного течения, идущего на север. Ангольское течение занимает уровень до глубин 800-1000 м. Оно является продолжением течения Ломоносова на юг.

В 1968 г. французскими океанологами было обнаружено Гвинейское глубинное противотечение, направленное на запад на глубинах 40-200 м с 0 град до 8 град з. д. Оно является стоком течения Ломоносова на север и на запад [15].

Таким образом разные исследователи наблюдали отдельные ветви циклонических циркуляции в северной и южной Атлантике. Аналогичные циклонические циркуляции существуют в Индийском и в Тихом океанах. Примеры дрифтерных наблюдений подтверждают факт их существования. В работе [8] показана траектория дрифтера в Индийском океане у ЮЗ побережья Австралии, в южной части Тихого океана у западного побережья центральной Америки. Эти данные показывают, что и эти циркуляции существуют в виде длиннопериодных волн и являются их результирующим движением. Причину их возникновения помогают понять исследования природы течений внутренних морей и крупных озер.

Сотрудники ИВП РАН занимаются экспериментальными исследованиями природы течений северного и среднего Каспия с 1982 г. (руководитель Бондаренко А. Л. ). Результаты сходны с [12].

Измерения, произведенные в 1989 г. в 5 точках у восточного берега Среднего Каспия, показали наличие длиннопериодных волновых течений с периодом 140 ч., и инерционных с периодом 17,5 ч. [2]. Продолжительность записи составила более двух месяцев. О периоде низкочастотных волн можно судить по выделенным отдельным колебаниям. Сопоставление векторных диаграмм течений в двух точках показало, что движение волны одинаковой фазы в одной точке наступает на 60 ч. позднее чем в другой, что видно по разнице времени между моментами регистрации гребня волны в этих точках. Тогда фазовая скорость будет равна 0,35 см/с, т. е. расстоянию между точками деленному на сдвиг фазы (60 ч.). Длина волны равна около 200 км. (произведение фазовой скорости на период волны).

Важным,    очень   информативным   этапом   исследований   является   анализ    срочных наблюдений в пункте Нефтяные камни за 3 года [3]. Энергетический спектр, построенный


Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       816      http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2007/077.pdf

по этим данным дает хорошее представление о видах течений в Среднем Каспии На графике представлен мощный пик на инерционном периоде, и очень мощный пик на периоде 140 час. Это означает, что основная энергия течений сосредоточена в захваченных берегом волновых течениях и в инерционных. В связи с тем, что период изменчивости ЗБВТ и ИТ сильно отличается, их легко выделить и изучать закономерности отдельно. На рис. 4а представлен график изменчивости низкочастотной вдольбереговой составляющей течения в пункте Нефтяные камни за год, осредненный фильтром скользящее равновесное среднее (Тоср.=48час). Нормальная к берегу составляющая мала и поэтому не рассматривалась. На рисунке хорошо видно, что скорость течения изменяется от 0 (иногда имеет отрицательную величину) до 15 см/с. с периодом 140 час. Это и есть длиннопериодные или захваченные берегом волны (течения). На рис 46 представлена та же вдольбереговая составляющая, но отфильтрованная с интервалом сглаживания 240 час. По существу мы видим изменение скорости квазипостоянной циркуляции. На рис. 4в представлена та же составляющая, но за 3 года. Время осреднения Тоср.= 48 час. С помощью полинома получена закономерность изменчивости квазипостоянной циркуляции за 3 года (жирная линия). Мы видим, закономерность изменения квазипостоянного циркуляционного течения за наблюдаемый трехлетний период (1962-1964 г.г.). В начале 1962 г. скорость уменыиаласт от 7 см./с. до 5 см/с, затем скорость увеличивалась до 12 см/с. до середины 1963 г. и в последующий

промежуток времени скорость уменьшалась до 6 см/с. Можно отметить, что нет периодичностей сезонной и годовой.

Подобные исследования проводились и в Южном Каспии [4]. Автономные приборы БПВ были выставлены в 4 точках вдоль западного побережья от Апшеронского по-ва до р. Куры. Энергетические спектры показывают, что максимумы энергии выделяются на периодах близких к 19 часам (инерционные) и 5 суткам. (120 ч.)- ЗБВТ. Аналогичные исследования были проведены в Черном море [7]. Измерения параметров течений производились в 6 точках на 4 горизонтах вдоль южного берега Крымского полуострова с июня по сентябрь 1991 г. Одна из основных задач- исследование субинерционных захваченных волн. Зарегистрированы длинноволновые течения с периодом 250.-300ч. и амплитудой до 40 см/с. Фаза распространялась на запад со скоростью 2м/с. (Заметим, что значение фазовой скорости получено из расчета, а не по разнице во времени прохождения волны в двух соседних точках). Отмечается, что захваченные волны представляют собой одну из разновидностей собственных колебаний


Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       817     http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2007/077.pdf


бассейна. В противоречии с этими суждениями авторы сильно принижают значимость

U.cm /с

Время час.

30.00;

0.0

2S


(в;

^^Полиномиальный (Ряд!)]

t

у - ЗЕ-19Х» - ЗЕ-15х« + 2Е-11х4 - 4Е-08х' ¦ 5Е-05хг - 0.0208Х + 8,1044

R*« 0.2401                                      г»

Время час.

-I—i—,—р.

Ф*"   <$г   ^   ф

 /fSf+jffffff** + *


Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       818      http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2007/077.pdf

Рис. 4. Осредненный временной ряд вдольбереговой составляющей вектора скорости за год в пункте Нефтяные камни. Время осреднения Т оср.=48 час. а); тот же ряд осредненный фильтром скользящее равновесное среднее с временем осреднения Т оср.=140 час. представляет изменчивость скорости квазипостоянного течения Среднего Каспия б); такой же временной ряд, но за 3 года. Время осреднения 48 час. Жирной линией показана изменчивость средней скорости квазипостоянного течения (получено с помощью полинома).

своих исследований. Эксперимент называется локальным, ограниченным зоной южного берега Крыма, и возможной причиной возникновения этих волн называется локальное ветровое воздействие в районе исследований.

40.81----------- :—,   i ________         i--------------------------- 1--------------------- 1___________ i____________ I

39.0          39.5          40.0          40.5          41.0         41.5         42.0

°в.д.

Рис. 5. Траектория дрифтера № 16331 в юго-западной части Черного моря. Цифры на траектории- сутки, прошедшие со времени запуска дрифтера [6].

Исследования квазипостоянной циклонической циркуляции производились в Черном море с помощью дрифтеров [5]. Анализ конфигурации траекторий подтверждает наличие циркуляции (очки Книповича, основное черноморское течение - ОЧТ), позволяет уточнить изменчивость ее скорости. Рис.6 показывает изменчивость скорости течения вдоль траектории представленной на рис.5. Мы видим, что скорость течения изменяется


Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       819      http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2007/077.pdf


как в длиннопериодной волне, обегающей бассейн против часовой стрелки. Из того факта,

что  траектории   иногда  существуют  в   виде   петель,   видно   влияние  рельефа  дна  и

изменчивости береговой линии на форму траектории. Аналогичные волновые течения

v, м/с 0.8

Л сут

(б)

Рис. 6. Временной ряд компонентов скорости дрифтера 16331. Ut-долготная составляющая скорости (+/- соответственно восток/запад), Vt- широтная составляющая скорости (+/- означают С/Ю).

обнаружены и в крупных озерах. Длительные (6 мес.) измереннния в навигационный и зимний периоды в озерах Онтарио и Гурон показали существование шельфовых и инерционных волновых течений. Недавние измерения с помощью трассеров показали наличие циркуляции подо льдом Онежского озера.

Ранее [3] высказывалась мысль, что период наблюдаемых длинноволновых течений зависит от размеров водоема. В табл. 1 приведены длина шельфа (окружности) и соответственно периоды наблюдаемых в них волновых течений. По этим данным построен график зависимости периода от длины окружности водоема. Сведения о существовании длиннопериодных волн в крупных озерах и в окраинных морях мы находим в литературе, но не во всех работах имеются данные о периодах этих волн. По графику можно предположительно определить период. Так получилось с Южным Каспием. Поскольку Средняя и Южная части Каспийского моря представляют собой


Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       820      http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2007/077.pdf

обособленные друг от друга котловины глубиной около 900 м., разделенные порогом с максимальной глубиной 150 м., можно было предположить, что в каждой из частей образуются свои волны, и период их определяется длиной окружности каждой из частей. Длина окружности южной части меньше, чем средней. По графику предположительно период волн южной части оценивался равным 130 ч. Впоследствии в работе [4] было найдено измеренное значение периода равное 120 ч.

Анализ экспериментальных данных, полученных нами в Среднем Каспии, и опубликованных данных по другим внутренним морям и крупным озерам позволяет сделать следующие выводы.

  1. Течения Каспийского моря, других внутренних морей и крупных озер существуют в основном в виде захваченных берегом волн, период которых зависит от длины окружности (шельфовой зоны) водоема. В Среднем Каспии их период равен 140 ч, в Южном Каспии- 120 ч. амплитуда до 30-40 см/с, в Черном море период равен 240 ч, амплитуда 40-50 см/с.
  2. Квазипостоянные течения или циклонические циркуляции во всех внутренних морях и крупных озерах - это результирующий перенос захваченных берегом волн.

3.    Вторым по энергетической значимости видом течений являются инерционные

волновые течения. Период инерционных течений в Среднем Каспии - 17,5ч., амплитуда

меняется в пределах до 70 см/с.

4.   Ветровые течения экспериментально показать не удалось, косвенно, по функциям

спектральной плотности их энергия была оценена в пределах 1% от всей энергии течений

Каспийского моря [2]. И это тем более странно, что нет сомнения в ветровой природе

нагонов и вдольбереговых течений. Наши измерения районы этих явлений не охватывали.

Как было показано выше и в океанах существуют циклонические циркуляции. Логично

предположить, что причина образования циклонических циркуляции во внутренних морях

и океанах одинакова.

Теоретической основой причины образования длиннопериодных волновых течений в морях и океанах, имеющих циклоническую направленность движения может служить каналовая теория Эри (1842 г.) [16], который рассмотрел результат воздействия приливообразующих сил на водные массы в каналах ориентированным по параллелям и меридианам. В первых возникают поступательные приливные волны, а в узких меридиональных каналах - стоячие. В природных условиях имеет место сочетание волн различного   типа   в   зависимости   от   типа   водоема.    Иллюстрацией   возможностей


Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       821      http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2007/077.pdf

образования волновых течений, рассчитанных Эри, могут служить экспериментальные данные.

В работе [16] показано, что при воздействии приливообразующих сил на водную массу окраинного моря, благодаря влиянию вращения Земли, происходит вращательное движение наклонной поверхности моря вокруг некоторой неподвижной точки, именно такое движение показывает расположение котидальных линий в Охотском море. По ним видно, что приливная волна совершает обход по периметру моря. Такое ежесуточное воздействие может привести к образованию захваченных берегом волновых течений. В работе [13] представлен результат регистрации течений на банке Кошеварова (западная часть Охотского моря) продолжительностью 3 месяца на глубине 140 м. (14 м. от дна). .Основной период изменения течений составляет 13,66 суток. Течение направлено с севера на юг. То есть, зарегистрирована циркуляция против часовой стрелки (как во всех морях северного полушария). Максимальная скорость длинноволнового течения достигает 140 см/с, минимальная- 35 см/с. На фоне длинноволнового течения хорошо видны высокочастотные колебания скорости течений. Мы приняли их сначала (как и авторы статьи) за приливные движения. Амплитуда их в сумме с длинноволновыми достигает 170 см/с. Дополнительный анализ (табл.1) показал, что период этих колебаний (13,44 ч.) близок к расчетному инерционному (13,63-15,38 ч.). В [17] показаны отдельно инерционные волновые течения. Наглядно видно, что большим амплитудам ЗБВТ соответствуют большие амплитуды инерционных волновых течений.

Представленные в таком виде течения наглядно показывают, что в результате воздействия сил притяжения Луны и Солнца на водную массу Охотского моря возникают длинноволновые, захваченные берегом течения с периодом 13,66 суток, которые обегают бассейн моря против часовой стрелки. Расположение котидальных линий это подтверждает.

Движение длиннопериодного течения отклоняется силой Кориолиса. Образуются инерционные колебания.

Все эти наблюдаемые факты позволяют сделать вывод, что природа волновых длиннопериодных движений в Каспии, Черном море, в крупных озерах и окраинных морях аналогична. Причина возникновения и пополнения энергии волновых течений -воздействие сил притяжения Луны и Солнца на водную массу этих водоемов. Логично предположить, что и северных (в южных) частях трех океанов циклонические циркуляции имеют ту же природу.


Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       822      http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2007/077.pdf

Таблица 1.

Объект

Период инерционных волн

Период    длинных волн

Длина       периметра объекта

Черное море №2

17,14 ч. расчет. 17,5 ч. набл.

240 ч.  (10 суток) наблюдаемый.

2250 км.

Средний Каспий

№3

18,46-15,38      расч. 17,5 набл.

140 ч.(5,8  суток.) наблюдаемый.

1350 км.

Южный   Каспий

№5

18,46 ч. расчет

120   ч.   (5   суток) набл.

1100 км.

Охотское     море №1

15,38     -      13,63ч. расчет.         13,44ч.-наблюдаемый.

327,8     ч.     (13,66 суток), набл.

4000 км.

Онежское оз. №4

85   ч.(3,5   суток). Из графика.

350 км.

Анализируя      результаты      многочисленных      инструментальных      наблюдений,      и

теоретических работ [9,10,16], можно сделать следующие выводы:

1. Причиной образования    и существования длиннопериодных волн в океане является

ежедневное воздействие приливообразующих сил на водные массы. Наблюдаются два

феномена:

а)    приливообразующие силы воздействуют на водные массы в районе экватора в

Атлантическом, Индийском, Тихом океанах, генерируют волновые течения (период около

месяца) с результирующим переносом с востока на запад. Течения достигают западных

берегов океанов, далее поворачивают на север и на юг, образуя крупномасштабные

антициклонические циркуляции.

б)   эти же приливообразующие силы воздействуют на водную массу океанов вне

экваториальной зоны, внутренних морей и крупных озер и образуют захваченные берегом

волновые течения (период зависит от размеров водоема), которые в своем движении на

запад отклоняются силой Кориолиса вправо, достигают берега, "захватываются" им, и

обходят водоем вдоль берега против часовой стрелки (циклоническая циркуляция).

Результирующий перенос ЗБВТ представляет собой квазипостоянную циклоническую

циркуляцию.

Течения длинных волн отклоняются силой Кориолиса и образуют инерционные волновые течения.


Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       823      http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2007/077.pdf

В связи с тем, что конечным результатом исследований закономерностей крупномасштабной циркуляции является математическая модель, покажем возможность создания вероятностной модели циркуляции Среднего Каспия. Словесное описание изменчивости и связей циркуляции- это вербальная модель крупномасштабной циркуляции. В результате ежедневного воздействия приливообразующих сил на водную массу Каспийского моря образуются длинноволновые течения воль берега циклонической направленности. Результирующее движение длинноволновых течений есть квазипостоянная циклоническая циркуляция.

Обработка результатов измерения течений в пункте Нефтяные камни за 3 года дала возможность представить эту модель в графическом виде. Для этого результаты измерений (реализация) были отфильтрованы (Тф=48ч). Получившиеся длиннопериодные волны представлены на графике рис. За. Фильтрация длинных волн (Тф=140 ч.) дает закономерность изменения скорости квазипостоянной циркуляции Рис 36. Еще большее осреднение с помощью полинома дает закономерность изменения среднемесячных скоростей циркуляции (жирная линия) за 3 года. Математически эту модель можно описать равенством

Уср.рез. пер.=8,5 см/с. ± 8                             (1)

где Vcp.pe3.nep.- средняя скорость циркуляционного течения СреднегоКаспия 8,5 см/с.-осредненная за 3 года скорость циркуляции, (осредненный полином); 8-отклонение от среднего значения скорости циркуляции в 3 летнем промежутке в любой момент времени; 8 изменяется в пределах ±3,5 см/с

Пользуясь графиком, можно определить скорость переноса в любой момент времени в пределах 1962-1964 г. г. А в последующие годы, или в предыдущие? В этом случае мы достоверно знаем, что средняя скорость циркуляции будет равна 8,5 см/с, но значение и знак 8 можно определить с определенной степенью вероятности. Для практических целей, например для определения закономерности распространения загрязнения в море этого вполне достаточно.

Возможно создание генетической модели, описывающей связи причины, вызывающей образование течений и сами течения. Поскольку известна наиболее вероятная причина возникновения ЗБВТ, закономерность изменения приливообразующих сил ежедневно и в продолжении года, возможны расчеты эффектов этого воздействия. Но практически, даже если в результате расчетов можно получить закономерность изменения течений в виде длиннопериодных волн, фаза волн вряд ли будет совпадать с действительной. Поэтому расчитанная величина средней скорости циркуляции будет иметь вероятностный характер.


Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       824      http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2007/077.pdf

Литература

  1. Атлас ПОЛИМОДЕ. Ред. Вудрис А. Д., Каменкович В. М., Монин А. С. Woods Hole, Massachusets, U.S. А. 1986/ 375 с/
  2. Бондаренко А. Л. Течения Каспийского моря и формирование поля солености вод Северного Каспия. М. Наука, 1993, 122 с.
  3. Бондаренко А. Л., Жмур В. В., Филиппов Ю. Г. Щевьев В. А. О переносе масс воды морскими и океанскими долгопериодными волнами. // Морской гидрофизический журнал, 2004, №5, с. 24-34
  4. Блатов А. С, Косарев А. Н., Перминов С. М., Тужилкин В. С. Течения.// Каспийское море. Гидрология и гидрохимия. М. Наука, 1986. с. 150-176.
  1. Журбас В. М., Зацепин А. Г. и др. 8 авт. Циркуляция вод и характеристики разномасштабных течений в верхнем слое Черного моря по дрифтерным данным. // Океанология, 2004, т.44, № 1, с. 34-48.
  2. Зацепин А. Г., Флинт М. В. Комплексные исследования северо-восточной части Черного моря. М. Наука. 2002. 476с
  3. Иванов В. А., Янковский А. Е. Локальный динамический эксперимент в шельфовой зоне южного берега Крыма. // Океанология, 1993. Т. 33. №1. С. 49-55
  4. Каменкович.В. Н., Кошляков М. Н., Монин А. С. Синоптические вихри в океане. Л. Гидрометеоиздат1982г. 264 с.
  5. Лакомб А. Физическая океанография. М. Мир, 1974 г. 495 с.
  1. Монин А. С, Шишков Ю. А. История климата. Л. Гидрометеоиздат, 1979. 408 с.
  2. ЛеБлонП.,МайсекЛ. Волны в океане. Т.1,2. 1981. М. Мир. 365 с.

12.   Лаппо С. С. Среднемасштабные динамические процессы океана, возбуждаемые

атмосферой. М., Наука, 1979. 182 с.

  1. Рогачев К. А. Полынья на банке Кошеварова.// Природа. 2001 г. №3 Академиздат. Наука. РАН., с. 33-38.
  2. Сапожников В. В. Новые представления о функционировании экосистемы Охотского моря. В кн. Комплексные исследования экосистемы Охотского моря. С. 5-7. М. Из-во ВНИРО. 1997. 274 с.
  3. Физическая география мирового океана. Ред. акад. Марков. Л. Наука. 1980 г. 362 с.
  4. Шулейкин В. В. Физика моря, М. Наука, 1968, 1083 с.

Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       825      http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2007/077.pdf

  1. Щевьев В. А. Закономерности течений: ветровых, термохалинных и вызванных действием приливообразующих сил во внутренних морях и озерах. М. 2004 Институт водных проблем РАН. 27 стр, 2 табл, 9 рис. Депонировано ВИНИТИ 1. 07. 2004. №1145-В2004.
  2. Щевьев В. А. Крупномасштабные циркуляции в океанах как результирующее движение длиннопериодных волн. В сб. материалов IX международной конф. «Современные методы и средства океанологических исследований». М, 2005, с. 112-113.
  1. Щевьев В. А. О причине образования течений в океанах, внутренних морях и крупных озерах. (К 100 летию динамического метода). Современные методы и средства океанологических исследований. Материалы VIII конференции. М. 2003. С. 180-185.
  2. Щевьев В. А. Роль термохалинных течений в экологии Охотского моря. Материалы международной научно-практической конференции «Морская экология 2005» Т. 1, с. 185-189.
  3. Broche P., Sundermann J. Die Gezeiten des Meeres und die Rotation der Erde. Pure Appl. Geophys., 86, 95-117, 1971.
  4. Fisher J., Schott F. A. Seazonal transport variability of the Deep Western Boundary Current in the equatorial Atlantic. J. Geophys. Res., vol. 102, № C13, 27,751- 27,769. Dec. 15, 1997.

23.   Lewis J. K., Kirwan A. D. Some Observations of Ring Topography and Ring-Ring

Interactions in the Gulf of Mexico. JGR V.90No.C5 Sept. 20, 1985, H.9017-9028.

    • Philip 1., Richardson. SOFAR Floats Give a New View of Ocean Eddis. Oceanus. V. 34, № 1. Spring 1991, p. 23-31.
    • Weisberg R., Weingartner T. Instability Waves in the Equatorial Atlantic Ocean. Journal of physical oceanography. V 18, Nov. 1988, 1641-1657.
     



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.