Непериодические течения в открытом море и их классификация

Непериодические течения в открытом море

Поступательное движение масс воды в море под воздействием природных сил называется морским течением. Основными характеристиками течений являются скорость, направление и продолжительность действия.

Непериодические течения по силам, их вызывающим, подразделяются на ветровые и градиентные.

Ветровое течение обусловлено влекущим действием ветра. Касательное напряжение ветра, действующее на поверхность океана, значительно больше по величине, чем другие силы, вызывающие течения. Поэтому ветровое течение является одним из основных наблюдаемых течений, особенно в верхнем слое океана.

Градиентное течение возникает в результате горизонтального градиента гидростатического давления и соответственно наклона изобарических поверхностей. Такой наклон может быть вызван нагоном и сгоном, вод под воздействием ветра, повышением уровня у берегов за Счет речного стока, изменением величины атмосферного давления.

Как только возникают течения, на них начинают действовать вторичные силы. К таким силам относятся ускорение Кориолиса, отклоняющее течения в северном полушарии вправо, а в южном — влево от первоначального направления движения, трение о дно и берега, а также внутреннее турбулентное трение, центробежная сила.

Ветровое течение. Над океаном непрерывно движутся потоки воздуха, увлекающие трением поверхностный слой воды. После начала действия ветра скорость течения растет, а направление отклоняется на определенный угол под воздействием ускорения Кориолиса. Проходит определенный промежуток времени называемый продолжительностью становления течения за который при ветре постоянной скорости и направления скорость течения будет отличаться от ее предельного значения на 5 %

Продолжительность становления течения зависит от скорости дующего ветра, предельной скорости установившегося течения на данном горизонте и так называемого показателя затухания амплитуды колебаний скорости течения.

Так, для северной части Атлантического океана были получены следующие данные о продолжительности становления течений. При ветре постоянной скорости и направления необходимо около суток, чтобы течение на поверхности стало установившимся. Ветровое течение устанавливается на горизонте до 100 м — через 50 сут. и до 440 м — через 115 сут.

Из приведенного примера видно, что продолжительность становления течения в под поверхностных горизонтах весьма велика и установившиеся течения могут наблюдаться только в районах, где дуют устойчивые по скорости и направлению ветры.

Теоретические исследования и натурные наблюдения определили, что установившиеся ветровые течения в открытом глубоком море подчинены следующим закономерностям:

1. Скорость ветрового течения на поверхности определяется зависимостью

vo=(0, 127u)/(корень из sinf) (46)

где uo — скорость ветра, выраженная в тех же единицах, что и скорость течения; f — широта места.

2. Направление ветрового течения на поверхности отклонено от направления дующего ветра на угол 45° вправо в северном полушарии, а в южном на тот же угол влево.

3. В под поверхностных горизонтах z вектор течения по абсолютной величине уменьшается по экспоненциальному закону (е-az), а по направле-нию все больше и больше поворачивает вправо (рис. 59).

4. На горизонте

z=D=7, 6/(u*корень из sinf) (47)

который называют «глубиной трения», вектор течения направлен в сторону, обратную вектору поверхностного течения, а скорость равна 1/23 поверхно-стной.

Из формулы (47) следует, что горизонт, на который проникает течение, зависит от скорости ветра и широты места.

Изменение «глубины трения» D, м, в зависимости от скорости ветра и, м/с, и широты места < р° имеет следующие значения (табл. 15).

5. Зависимость между скоростями ветра и и течения vo определяется ветровым коэффициентом

K, = vo/u. (48)

Для открытого глубокого моря значение ветрового коэффициента не зависит от скорости ветра и составляет 0, 02.

6. Суммарный поток всей толщи воды, создаваемый ветровым течением, движется в направлении, перпендикулярном действию

ветра.

Градиентные течения. Эти течения являются наиболее обширной группой течений, вызываемых рядом природных сил. Так, течения связанные с нагоном и сгоном вод, называются сточными. Примером сточного течения может служить Флоридское, которое является результатом нагона вод в Мексиканский залив ветровым Карибским течением. Вследствие нагона вод в залив избыточные воды через Флоридский пролив устремляются в Атлантический океан, давая начало мощному течению Гольфстрим. Стоковые течения возникают вследствие стока речных вод в море. К таким течениям относятся Обь-Енисейское и Ленское течения, проникающие на сотни километров в Северный Ледовитый океан. Неравномерное изменение атмосферного давления над соседними районами океана и связанные с ним повышение или понижение уровня приводят к возникновению бароградиентных течений.

Величина наклона уровня, создающего градиентное течение,

определяется тангенсом угла Вх:

tgВх =дельтаh/дельтаX (49)

где h — разность уровня на расстоянии Х.

Из рис. 60 видно, что величина гидростатического давления в точке В больше, чем в точке А, на АР. Следовательно, на каждую единичную массу воды будут действовать градиент гидростатического давления, направленный перпендикулярно наклонной поверхности уровня и равный

альфа(dP/dn) ускорение свободного

падения g.

Градиент гидростатического

давления альфа(dP/dn) уравновешивается составляющей ускорения свободного падения gcosB

Составляющая gcosB вызывает перемещение единичной массы воды по наклонной плоскости МЛ". Скорость и направление течения в начальный мо-мент определяются вектором vГ.С началом движения на частицу воды действует ускорение Кориолиса К, вследствие чего она отклонится от перво-начального направления движения и будет перемещаться по равнодействующей R со скоростью vг2, соответственно изменит направление и ускорение Кориолиса, которое будет определяться вектором К2

Градиентное течение будет изменять направление до тех пор, пока его положение не определится вектором vг3. При таком положении ускорение Кориолиса уравновешивается составляющей gsinB. Этот случай соответствует установившемуся градиентному течению, при котором оно направлено по нормали к максимальному уклону уровня. В подповерхностных горизонтах направление градиентного течения меняется мало, и только у дна под воздействием трения оно несколько отклоняется влево.

Дрейфовое течение. Крупнейшие поверхностные течения Мирового океана обусловлены как непосредственным влекущим действием ветра, так и поперечным наклоном уровня, возникающим вследствие переноса вод ветрового течения вправо (влево) под воздействием ускорения Кориолиса. Таким образом, дрейфовые течения являются векторной суммой установившегося ветрового течения и градиентного.

Примером дрейфовых течений являются пассатные течения в Атлантическом и Тихом океанах и муссонные в Индийском океане.

Как показывают результаты исследований, глубина проникновения дрейфового течения в море зависит от географических и синоптических условий всего бассейна в целом. Она возрастает при усилении скорости ветра и его завихренности, при увеличении географической широты и при уменьшении переслоенности воды. Поэтому встречаются течения с различной глубиной проникновения. Однако даже самые мощные дрейфовые течения проникают на глубину порядка всего 400— 500 м.

Общая схема поверхностных течений Мирового океана. Для Атлантического, Тихого и южной части Индийского океана может быть рассмотрена общая схема поверхностных суммарных непериодических течений (рис. 61).

В зоне северо-восточных и юго-восточных пассатов существуют мощные постоянные северное и южное пассатные (экваториальные) течения, идущие на запад. Встречая на своем пути восточные берега материков, течения создают нагон воды и одновременно отклоняются в северном полушарии вправо и в южном — влево.

Около 40° с. ш. и ю. ш. на потоки воды воздействуют господствующие западные ветры и течения поворачивают на восток и северо-восток. Встречая на своем пути западные берега материков, течения уклоняются на юг в северном полушарии и на север в южном, образуя замкнутые циркуляции между экватором и широтой 40—45°. В северном полушарии часть восточного течения поворачивает на север, образуя ветвь циркуляции умеренных широт.

Между северными и южными пассатными течениями, в экваториальной зоне, наблюдается экваториальное противотечение, направленное на восток.

В тропической зоне северной части Индийского океана наблюдается сезонная цирку-ляция вод, связанная с муссонным характером ветров в этом районе. Зимой муссонные течения идут на запад, а летом — на восток.

Своеобразная схема поверхностных течений наблюдается в Северном Ледовитом океане, где основной поток вод и льдов движется от берегов Азии через полюс к берегам Гренландии. К северу от Чукотки и моря Бофорта наблюдаётся менее устойчивый круговорот вод по часовой стрелке. Такая схема обусловлена соответствующей воздушной циркуляцией и притоком подповерхностных вод из Северной Атлантики.

В Мировом океане можно выделить по характеру и скоростям следующие группы течений.

1. Мощные устойчивые течения со скоростями 2—5 уз. К таким течениям относятся Гольфстрим, Куросио, Бразильское, Карибское.

2. Постоянные течения со скоростями 1, 2—2, 9 уз, наиболее характерными примерами являются Северное и Южное пассатные течения и экваториальное противотечение.

3. Слабые постоянные течения со скоростями до 0, 5—0, 8 уз. В отдельных случаях их максимальные скорости достигают 2, 0— 2, 5 уз. Например, Лабрадорское, Северо-Атлантическое, Канарское, Камчатское, Калифорнийское течения.

4. Локальные течения со скоростями, не превышающими 0, 3— 0, 5 уз. При определенных синоптических условиях скорости могут достигать 2 уз. Такие течения характерны для морей и отдельных районов океанов, в которых отсутствуют четко выраженные устойчивые течения.