Исследования океана

Опубликовал admin в июля 24, 2012 в рубрике Океан

Со времен плавания «Челленджера» уже было ясно, что важнейшие особенности главных систем океанских течений и характер распределения температуры и солености из года в год не испытывают больших изменений; они находятся приблизительно в устойчивом состоянии. Исследуя вопрос, каким путем эти микромасштабные процессы приводят к такому устойчивому состоянию температуры и солености, мы сможем лучше понять, как распространяются в океане питательные вещества и загрязняющие океан продукты деятельности человека.
Рассеяние энергии и сглаживание неоднородности в океане обусловлены двумя тесно связанными друг с другом процессами: перемешиванием и размешиванием. Хотя в обычном языке при употреблении этих двух терминов один из них часто заменяют другим, океанограф должен проводить четкое различие между ними. Это различие было показано сотрудником Скриппсовского института океанографии Карлом Эккартом в опубликованной им в 1948 г. статье. Перемешивание представляет собой уменьшение разницы в результате молекулярной диффузии вдоль градиентов из областей с высокой температурой или концентрацией солей к областям с более низкой температурой или концентрацией солей. Скорость перемешивания прямо зависит от величины градиента и от коэффициентов молекулярной диффузии.


Размешивание-это образование разности скоростей в результате любого процесса, сообщающего жидкости кинетическую энергию. Если жидкость неоднородна, например, по температуре или солености, размешивание способствует возрастанию градиентов между неоднородными массами, приводя к большему разнообразию и к более сильному перемешиванию. Так, если источником вариаций служит некоторый объем соленой воды, осторожно введенный в порцию однородной в других отношениях и неподвижной пресной воды, то этот объем должен опуститься на дно сосуда и оставаться без изменений в течение значительного времени, потому что соль диффундирует довольно медленно. Если размешивать воду лопаточкой, получающаяся в результате этого разница в скоростях, или сдвиг, приведет к раздроблению или растягиванию этого объема, увеличивая тем самым площадь соприкосновения его с окружающей водой и усиливая градиент солености на поверхности раздела. Оба эти эффекта ускорят смешение. Выявление сил, которые «размешивают» океан, представляет для океанографа одну из важнейших задач. Обычно размешивающие движения на больших глубинах в океане протекают медленно. И, несмотря на то, что при этих слабых сдвигах возникает заметный контраст температуры и солености на расстояниях, превышающих несколько метров, микроструктура не генерируется, так что эти сдвиги мало способствуют возрастанию скорости перемешивания. Обычно встречается ситуация, при которой два смежных объема воды, значительно различающихся по температуре, сдвигаются наискось под действием вертикального градиента скорости, в результате чего возникает большой контраст температуры по вертикали. Вероятно, этот механизм обусловливает многие особенности крупномасштабных вертикальных температурных профилей и некоторых из профилей менее значительных размеров «ступенчатого вида», наблюдаемых вблизи поверхности.
В нашем распоряжении имеются данные о двух типах процесса размешивания, сильные сдвиговые движения в которых могут породить интенсивную активность в микромасштабе. Первый из этих процессов представляет собой турбулентное размешивание, возбуждаемое как ветрами над поверхностью, так и сдвиговой неустойчивостью, связанной с течениями и внутренними волнами на больших глубинах. Второй процесс размешивания возникает при вертикальных конвекционных движениях, обусловленных различиями в скорости диффузии тепла и солей. Это узко локализованный процесс, масштаб которого по вертикали редко превышает несколько метров; обычно он имеет место в тех случаях, когда в результате слабого размешивания вертикальные градиенты температуры и солености уже увеличились.

Оставить комментарий