АТМОСФЕРА И ОКЕАН

Опубликовал admin в июля 24, 2012 в рубрике Океан

Взаимодействие между атмосферой и океаном является весьма сложным процессом. Океаническая циркуляция возбуждается ветром и разностями плотностей, которые существенно зависят от состояния атмосферы. Атмосферная тепловая машина в свою очередь в значительной степени приводится в действие океаном.
Атмосфера возбуждает основные океанические циркуляции и сильно влияет на свойства морской воды; в то же время атмосфера в значительной степени черпает свою энергию из океана. Действительно, существует немного явлений в физической океанографии, в которых каким-либо образом не участвует атмосфера, и мало атмосферных явлений, для которых не существенно влияние океана. Поэтому трудно определить, с чего лучше начать рассмотрение взаимодействия атмосферы и океана, так как в некотором смысле все здесь взаимосвязано. Нужно просто разорвать этот замкнутый круг в каком-либо месте, и можно произвольно начать с рассмотрения воздействия ветра на океанскую воду.



Когда ветер дует над водой, он создает на поверхности напряжение в направлении своего действия. Механизм, благодаря которому это происходит, сложен и понят еще далеко не полностью; но что это имеет место, сомнений не вызывает. Реакция океана на воздействие ветра сильно осложняется рядом факторов. Одним из наиболее важных является вращение Земли. Наличие континентальных барьеров поперек естественных направлений течений в океане еще более осложняет дело. Наконец, необходимо принять во внимание то обстоятельство, что вода является жидкостью, а не твердым телом.
Для того чтобы хоть как-то упростить картину, посмотрим, что случится с пластиной, покоящейся на поверхности Земли. Давайте далее предположим, что пластина может двигаться без трения. Рассмотрим воздействие резкого короткого импульса, который заставит пластину двигаться, скажем, точно к северу. С точки зрения наблюдателя на вращающейся Земле, любой движущийся объект испытывает влияние ускорения Кориолиса, направленного точно под прямым углом к направлению его движения. Величина этого ускорения возрастает с увеличением скорости объекта и вертикальной компоненты скорости вращения Земли; в Северном полушарии оно направлено вправо от направления движения. Ускорение, направленное под прямым углом к скорости, должно привести к движению тела по кругу. Круговое движение такого рода называется инерционным колебанием. Нечто подобное может иногда происходить в океане —такие инерционные колебания часто отмечаются при точных наблюдениях за течениями с помощью специальных измерителей течений.
Инерционному колебанию для его полного цикла требуется точно половина маятниковых суток. (Маятниковые сутки – это время, необходимое для полного оборота маятника Фуко. Подобно эффекту Кориолиса, оно зависит от вертикальной компоненты скорости вращения Земли и, следовательно, меняется с широтой. Оно близко к 24 часам на полюсах и возрастает до нескольких суток вблизи экватора. Точнее, маятниковые сутки это одни звездные сутки, деленные на синус широты.) При наличии небольшого трения пластина должна постепенно двигаться к центру круга по спирали. Перемещение ее по направлению к северу в конечном итоге приводит к смещению на восток. Толща воды ведет себя почти так же, как набор таких пластин, расположенных одна на другой. Каждая пластина способна двигаться в большой степени независимо от других, если исключить силы трения между ними. Когда верхнюю пластину толкает ветер, то в северном полушарии она будет двигаться в направлении несколько вправо от направления ветра. Верхняя пластина будет воздействовать путем трения на вторую пластину, находящуюся ниже, которая, следовательно, будет приводиться в движение в направлении еще более вправо. На каждой последующей стадии сила трения становится несколько слабее, так что не только изменяется направление движения, но и скорость его немного уменьшается. Последовательность таких эффектов приводит к изменению скорости и движению в направлении по спирали с увеличением глубины. Это явление известно как спираль Экмана, по имени выдающегося шведского океанографа Экмана, который впервые описал его в начале нашего столетия. На некоторой глубине и течение, и силы трения, связанные с ним, становятся пренебрежимо малыми. Весь слой воды над этой глубиной, то есть слой, в котором трение играет существенную роль, называется экмановским слоем. Поскольку между экмановским слоем и водой, лежащей под ним, трение несущественно, то экмановский слой в целом ведет себя подобно свободной от трения пластине, описанной выше; его средняя скорость должна быть направлена под прямым углом
к ветру.

Оставить комментарий