Вода вращается

Опубликовал admin в июля 24, 2012 в рубрике Океан

Возвращающаяся вода должна также приобрести вращение, которое соответствует вращению самой Земли. Если вода движется к северу, то она должна приобретать вращение против часовой стрелки (или потерять вращение по часовой стрелке). Вследствие этого возникает сильное течение на западной стороне океана, в котором изменение вращения происходит из-за «трения левого плеча» о берег. Именно таким течением является Гольфстрим. Это компенсационный поток воды, которая была выжата на юг, в районе образованной ветром конвергенции поверхностных вод по всей центральной части Северной Атлантики. Большинство основных океанских течений, видимо, косвенно возбуждается таким же путем. Следует подчеркнуть, что эти компенсационные течения должны располагаться в западной части океанов (то есть у восточных берегов материков) в обоих полушариях и независимо от того, направлен ли поток к северу или к югу. Причина этого в том, что угловая скорость вращения Земли максимальна в направлении против часовой стрелки для наблюдателя, смотрящего сверху на Северный полюс, и максимальна в направлении по часовой стрелке на Южном полюсе. Любое компенсационное течение на юг в обоих полушариях должно приобретать вращение по часовой стрелке (или терять вращение против часовой стрелки), чтобы достигнуть равновесия.


Оно получает это вращение благодаря трению на своем правом крае и, таким образом, должно держаться правой стороны, то есть западной части океана. С другой стороны, компенсационное, направленное к северу течение должно держаться левой стороны, то есть опять-таки западной части океана.
Эта генеральная схема возбужденной ветром циркуляции хорошо согласуется с наблюдениями длиннопериодных характеристик океанских течений. Но что происходит за более короткое время в ответ на изменения атмосферной циркуляции и результирующей схемы ветров? Характерный масштаб времени экмановского слоя равен половине маятниковых суток, и есть основания считать, что этот слой приспосабливается к изменениям в ветровом поле приблизительно в течение суток. С косвенно возбуждаемыми ветром течениями дело обстоит сложнее. Их масштаб времени имеет значения порядка нескольких лет, и у нас нет ясного понимания механизма их адаптации. Эти течения могут в продолжение нескольких лет реагировать на изменение, происшедшее в атмосфере, и механизм этого процесса пока не ясен.
До сих пор рассмотрение велось качественно. Чтобы сделать его количественным, мы должны знать две вещи: характер ветра над океаном в любое время и в любом месте и величину напряжения ветра на поверхности. Метеорологи лучше знакомы с характером ветра, хотя в имеющейся детальной информации о нем есть несколько существенных проблем, особенно в Южном океане и в южной части Тихого океана.
Исследование второй проблемы, то есть количественного соотношения между ветровым потоком и напряжением, создаваемым ветром на поверхности, становится самостоятельной научной дисциплиной. Турбулентный поток над пограничной поверхностью – сложное явление, для которого нет действительно полной теории даже в простых случаях лабораторных экспериментов. Правда, было получено много экспериментальных данных при исследовании потока над твердыми поверхностями и в лаборатории, и в природе, так что с инженерной точки зрения ситуация довольно хорошо изучена. Напряжение ветра на поверхности изменяется в зависимости от шероховатости этой поверхности и примерно пропорционально квадрату скорости ветра на некоторых фиксированных уровнях над ней. Ветер в 10 м/сек (около 20 узлов), измеренный на высоте 10 м, будет оказывать напряжение около 30 т/км2 на поле скошенной травы или около 70 т/км2 на поле зрелой пшеницы. На гладкой поверхности (такой, как стекло) напряжение будет намного меньше. Когда ветер дует над водой, все становится гораздо сложнее. Шероховатость воды – это не заданная характеристика поверхности, а величина, зависящая от самого ветра. Более того, элементы, создающие шероховатость воды – волны, сами двигаются более или менее в направлении ветра. Данные, полученные в последнее время, показывают, что большая доля количества движения, передаваемого из атмосферы в воду, идет на образование волн, а не непосредственно на возбуждение течений; только когда волны разрушаются, или, другими словами, теряют энергию, их количество движения становится достаточным, чтобы возбудить течения или образовать экмановские слои. Волны переносят существенную величину энергии и количества движения (примерно столько, сколько переносится ветром в слое толщиной около одной длины волны), и поэтому процессом образования волн отнюдь нельзя пренебрегать. До сих пор не существует теории, которая учитывала бы все детали наблюдаемых нами явлений.
Сильно взволнованная поверхность моря, в противоположность своему внешнему виду, ведет себя (когда речь идет о ветре) как очень гладкая поверхность. Как показывают недавние измерения, при ветре 10 м/сек напряжение на поверхности моря намного меньше, чем над скошенной травой, и чуть больше, чем над стеклом; некоторые наблюдения при слабых ветрах (2-3 м/сек) свидетельствуют о том, что напряжение на взволнованной поверхности меньше, чем над стеклом.

Оставить комментарий