Учебное пособие «Физика природной среды»



страница21/26
Дата10.05.2016
Размер1.48 Mb.
1   ...   18   19   20   21   22   23   24   25   26

4.4. Слики

Слики, т. е. выглаженные участки поверхности океана, могут создаваться различными причинами — течениями (в том числе вихрями и водоворотами, выходами внутренних волн на поверхность, циркуляциями Ленгмюра, конвективными движениями), проходящими судами, неоднородностями поля ветра и волнообразными вихрями в атмосфере, пленками ПАВ и нефти и т. п. Взаимосвязь сликов с явлениями в толще океана позволяет использовать неконтактные средства наблюдения последних с летательных аппаратов, включая ИСЗ.

Геометрия сликов может быть самой разнообразной. Слики от течений и водоворотов могут быть спиральными. Слики от внутренних волн имеют вид длинных полос, приблизительно прямолинейных при наблюдении с близкого расстояния, и искривленных при наблюдении из космоса, темных или светлых в зависимости от условий освещения и отстоящих друг от друга на расстояния в сотни и тысячи метров. Данные о расположении слика относительно фазы внутренней волны противоречивы.

Слики конвективного происхождения обычно имеют периодическую ячеистую структуру, но могут также выстраиваться в полосы, если конвективные ячейки представляют собой валы. Слики от проходящих судов имеют вид полос, хорошо наблюдаемых визуально; по наблюдениям из космоса длина таких сликов достигает километров и десятков километров.

Слики, образуемые пленками ПАВ и нефтепродуктов, обычно имеют округлые очертания, но могут иметь и форму полос, или даже струй с меандрами. Оптические изображения сликов, образуемых пленками ПАВ, формируются за счет изменения отраженного поверхностью моря излучения вследствие перестройки спектра поверхностного волнения и модуляции наклонов поверхности, создаваемой горизонтальными неоднородностями концентрации ПАВ. Слики, создаваемые ПАВ, обычно наблюдаются при слабом ветре до 3–5 м/с, когда они не сильно маскируются поверхностными волнами: при таких скоростях ветра слики могут сохраняться в течение многих часов и даже дней. Благоприятные условия для образования сликов из-за ПАВ создаются при уменьшении скорости ветра от сильного до 3–5 м/с, так как сильный ветер способствует выносу ПАВ на поверхность вследствие интенсивного перемешивания верхних слоев воды.

5. ТЕЧЕНИЯ В ОКЕАНЕ

5.1. Общая характеристика течений



Морскими течениями, или просто течениями, называют движения воды с перемещением в горизонтальном направлении на расстояния, измеряемые сотнями и тысячами километров.

В настоящее время признано, что основной причиной всех движений в океане, кроме приливов и цунами, является ветер. Вызванные им и полем давления движущихся циклонов и антициклонов течения приводят к существенным перераспределениям плотностных характеристик воды. Таким образом, плотностные течения в определенных случаях могут быть и вторичными явлениями в общей системе движения вод Мирового океана.

Разнообразие морских течений привело к необходимости их классификации. Течения различают, во-первых, по генетическому признаку, определяющему силу или закон, вследствие которых течение возникло, термическому, временному и по глубине.

По происхождению течения подразделяются на дрейфовые, градиентные, приливные, суспензионные, а также течения, связанные с сейшами и волнами цунами. Градиентные течения, в свою очередь, подразделяются на собственно градиентные течения, бароградиентные течения, конвективные, стоковые и компенсационные течения.



Дрейфовое течение вызывается действием силы трения потока воздуха о поверхность воды. Оно развивается в верхнем слое океана. Собственно градиентные течения возникают в результате нагонов и сгонов воды у берегов, а также конвергенцией и дивергенцией морских потоков в открытом океане. Причина их — горизонтальный градиент гидростатического давления. Охватывают они всю толщу воды. В случае бароградиентных течений наклон уровня океана создается в результате резкого изменения атмосферного давления. Эти течения обычно наблюдаются совместно с дрейфовыми. Первые при этом охватывают всю толщу океана, вторые — только верхние слои. Стоковые и компенсационные течения обычно наблюдаются в проливах. Они возникают или при накоплении воды, а следовательно, и подъеме уровня в одном из водоемов (например, сток реки), или при убыли воды и, следовательно, понижении уровня (например, за счет испарения). Конвективные течения возникают в результате неоднородного по горизонтали распределения плотности воды, что приводит к наклону изобарических поверхностей внутри толщи вод океана, свидетельствующему о существовании горизонтального градиента давления.

Приливные течения вызываются действием приливообразующих сил (сил притяжения Луны и Солнца). Они имеют периодический характер и охватывают всю толщу вод. Для таких течений характерно не непрерывное перемещение частицы в одном направлении, а поступательно-возвратные движения ее относительно некоторой точки.

Течения, связанные с сейшами, колебания воды всего бассейна в целом проявляются как слабые градиентные течения. При слоистой структуре воды у дна они могут достигать там больших скоростей. Суспензионные, или мутъевые, потоки содержат в большом количестве твердые включения различного происхождения. Будучи более плотными, чем окружающая их вода, они стекают под действием силы тяжести по достаточно крутым склонам материковой отмели, материковому склону, откосам морских каналов.

Кроме течений в океане наблюдаются восходящие и нисходящие движения воды. В одних случаях это погружение воды в области нагона или конвергенции потоков, в других — подъем воды в области сгона или дивергенции потоков. Это — вторичные явления, вызванные неразрывностью водной среды. Подъем и опускание водных масс может быть связан и с конвекцией, когда нарушается устойчивость стратифицированной жидкости. Это может происходить в результате выхолаживания и осолонения воды на поверхности (погружение более плотной воды) или подогрева и опреснения нижних слоев (подъем менее плотной воды). Однако для моря более типична нисходящая конвекция. При конвекции развивается ячеистая циркуляция. Действующими в этом случае силами являются сила тяжести и архимедова сила. Скорости нисходящих и восходящих потоков в океане невелики.

На все движения оказывают влияние также силы молекулярного и турбулентного внутреннего трения воды, силы трения воды о дно, а при больших размерах водного бассейна и сила Кориолиса, связанная с вращением Земли вокруг собственной оси.

В тепловом отношении течения подразделяются на теплые и холодные в зависимости от того, откуда берут свое начало течения и каково их направление. Чем больше меридиональная составляющая скорости течения, тем больше проявляется его тепловой эффект. Течения меридионального направления сглаживают тепловой контраст на планете, связанный с неодинаковым приходом на ее поверхность в зависимости от широты, солнечной энергии, и создают аномалии температуры воды, воздуха и давления атмосферы.

По характеру действия во времени течения подразделяются на постоянные, периодические, апериодические или случайные.

Когда говорят о постоянном течении, то имеют в виду его средние годовые, сезонные и месячные характеристики. От месяца к месяцу и тем более ото дня ко дню режим таких течений, естественно, меняется. Постоянные течения могут быть вызваны и постоянным действием ветра, и постоянным градиентом давления.

Периодические течения могут быть муссонного происхождения, связанными с периодическим изменением направления ветра при муссонной циркуляции. Такого же характера течения, но меньшего масштаба, наблюдаются у берегов в результате действия бризов. Однако наиболее типичными периодическими течениями являются приливно-отливные течения.

Периодические затухающие со временем придонные течения могут быть вызваны при определенных условиях сейшами. Нередко в морях наблюдаются колебания уровня, охватывающие все море в целом. Особенно они типичны для внутриматериковых морей, в значительной мере изолированных от океана, с малыми собственными приливами. К таким морям, в частности, относятся Балтийское, Черное и Азовское. Эти колебания проявляются подобно стоячим волнам огромной протяженности с характерными для них узлами и пучностями. Их называют сейшами.

Чтобы получить представление о простейшем колебании такого рода, рассмотрим прямоугольный аквариум, наполненный до половины водой, который был смещен толчком в горизонтальном направлении. В аквариуме после толчка вода начнет колебаться так, как показано на рис. 5.1.1. Как видим, у противоположных стенок вода будет колебаться со сдвигом фаз на 180°. В середине аквариума возникнет узел, где уровень воды изменяться не будет.

Апериодические или случайные течения различной продолжительности и мощности в основном определяются действием ветра. Это так называемые сгонно-нагонные течения, приводящие порой к катастрофическим наводнениям. Примером являются нагоны воды, вызываемые тайфунами.

Наконец, течения подразделяются на поверхностные, глубинные и придонные. Поверхностные — это в основном дрейфовые течения. Поверхностные течения были обнаружены уже очень давно, а глубинные течения открыты и начали изучаться лишь в последние три десятилетия. Но динамический режим всей толщи вод Мирового океана и сейчас еще изучен недостаточно хорошо, исследования глубинных областей океана связаны с большими трудностями. Причина возникновения мощных глубинных течений пока недостаточно изучена.

Очень часто мощные глубинные течения обнаруживаются под потоками поверхностных течений и являются как бы «ответными» им, своеобразными компенсационными глубинными течениями. Пример — глубинное течение Ломоносова под Северным экваториальным течением.

Придонные течения открыты сравнительно недавно. Раньше считалось, что вода наиболее глубоких областей морей и океанов неподвижна. Мощность этих течений по вертикали невелика. Она измеряется несколькими десятками метров в случае, если они связаны с сейшами, и метрами, если это мутьевые потоки на крутых склонах дна. Основная причина образования мутьевых потоков — стекание по склону воды с большим содержанием частиц ила. Как более плотная по сравнению с вышележащей, она увлекается вниз действием силы тяжести.

Математически течения описываются системой уравнений Навье–Стокса. Пока эта система не может быть решена для случая общей циркуляции вод Мирового океана или даже для случаев циркуляции в отдельных океанах. Это связано со сложным взаимодействием сил, определяющих течения, изменчивостью их во времени и пространстве, а также сложностью и изменчивостью граничных условий. Однако для отдельных типов течений такие решения найдены. Мы рассмотрим некоторые из них, но прежде найдем выражения для сил, их определяющих.



1   ...   18   19   20   21   22   23   24   25   26


База данных защищена авторским правом ©bezogr.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница