Динамика атмосферы и океаны - Гилл А.
Скачать (прямая ссылка):
200 м
4° 2° 0° 2° 4° 4° 2° 0° 2° 4°
( i ) (ii)
4° 2° 0° 2° 4° 4° 2° 0° 2° 4°
100 mb
200 nh
H
4° 2° 0° 2° '4°
(i)
(И)
Рис. 11.15. Изолинии восточной составляющей скорости в см/с (i) и термо-стерической аномалии в дл/т (ii) по модельным расчетам [241, рис. 16]. Первоначально жидкость предполагалась покоящейся, верхние 150 м были однородными, а термостерическая аномалия в следующей сотне метров линейно менялась с глубиной от 480 до 180 единиц. Ниже этого уровня жидкость считалась однородной до очень большой глубины. В некоторый момент было «включено» однородное по пространству напряжение ветра 0,35 дин/см2. Верхние рисунки иллюстрируют течения и отклонения изопики ¦спустя 20 суток после включения напряжения. Поток н районе разреза не зависит от долготы и равномерно ускоряется, что согласуется с аналитическим решением. В это время от западного берега прибывает волна Кельвина. Она приносит с собой градиент давления и создает противотечение. Нижние картинки характеризуют решение для момента времени 100 суток, сразу после которого происходят дальнейшие изменения течения, связанные с приходом от границы других волн. (Из «Numerical Models of Ocean Circulation», 1975, с разрешения Национальной академии наук США, Вашингтон.)
открывать вновь в середине двадцатого века! Первоначальное открытие же (см. [534]) принадлежит ученому-химику Дж. И. Бухэнэну, который был приглашен принять участие в рейсе парохода Buccaneer («пират»). Он был зафрахтован те-
леграфной компанией города Сильвертона для того, чтобы совершить в 1886 г. рейс через Гвинейский залив с целыо подготовки к прокладке кабеля. Позднее, в том же 1886 г. Бухэнэн [103, с. 761] доложил Королевскому Географическому обществу о «замечательном подповерхностном течении юго-восточного направления со скоростью более мили в час, которое обнаружено на трех расположенных почти на экваторе станциях... установлено, что поверхностные воды очень медленно двигались на запад. На глубине 15 морских саженей имелись некоторые отличия, а на глубине 30 саженей воды мчались на юго-восток так
Широта,
Рис. 11.16. Меридиональные разрезы через экваториальное противотечение, иллюстрирующие (а) восточное течение (в см/с), отсчитываемое от среднего течения в слое 300—500 м и (б) распределение температуры (°С). Значения осреднены по 34 разрезам, выполненным на трех меридианах: 150, 153 и 158° з. д. в течение 1979 и 1980 гг. (С любезного разрешения Е. Файринга.)
стремительно, что измерения температуры было невозможно произвести, поскольку тяжело нагруженные линщг сносились прямо по течению и утопить их не удавалось даже максимальным грузом, который они могли выдержать»...
Причина существования противоречия достаточно ясна. Она была выявлена в ряде модельных исследований (см., например, [241, 621, 622]). Восточное напряжение ветра вдоль экватора уравновешивается градиентом давления, который из-за особенностей стратификации района создается почти полностью в верхнем слое. На рис. 11.17 (из [446]) показаны разрезы полей температуры и относительно давления по экватору в Тихом океане. (Градиент давления в Атлантическом океане обсуждался в работе [395].) Давление на поверхности быстро уменьшается к востоку (наклон поверхности примерно равен 5Х Ю-8), но на глубине 250 м градиент практически исчезает. Вдали от экватора градиент давления связан с геострофическим течением в сторону экватора. Однако на самом экваторе параметр Кориолиса
160°в.д.170° 180° 170° 160° 150° 140° 1.30° 120° 110° 100° 90° 80°3.д
S' ко^9 за I? ^635 ^4 33 3234 302928 27 ?&й У23 'ч 18 17_t?!5 М fl-lg i! 10 ,?1-В_7 S, !51. ILL ------L
чЛ-л -'V
дин CM O-ea
Гильберта
l/U I
160 *
150 w...4
H40_ W '
130"
120 110 100 ’
-90 -80 "
70 .
60 '
-5°
-30 ---------—
-20 —-------------
-\/Y
-/Ъ
\/\—
Ч^ч
V\
Vy\
V—
Галапагосские
о-ва р?
Л - l/°
\y W,/
М/Л-------------50
-------100
(so
200
-------250
300
—---------------400
------—--------- 5oo
----------------600
равняется нулю и возникает течение, направленное по градиенту давления, т. е. на восток. У поверхности также имеется течение, непосредственно управляемое ветром. На удалении от экватора оно представляет собой экмановское течение, направленное к полюсу, но на экваторе, где f = 0, ветровое течение направлено прямо по ветру, т. е. на запад.
Модель, рассмотренная ранее в этом разделе, описывает первую стадию процесса установления градиента давления. Дальнейшее развитие процесса было исследовано в численных моделях (например [622]). Модель также показывает ограниченность зоны, занятой противотечением, пределами экваториального радиуса деформации Россби и воспроизводит апвеллинг, связанный с экмановской дивергенцией на экваторе. Большое значение имеет также наклон термоклина, поскольку он приводит к подъему холодной воды к поверхности в восточонй части области. Таким образом, в периоды активных воздействий на океан воды легко выходят на поверхность и охлаждают ее, в другое же время поверхность покрыта тонкой теплой пленкой. На западе перемешанный слой глубокий и достаточно теплый, так что изменения интенсивности перемешивания или притоков тепла от атмосферы не могут сильно изменить температуру поверхности.
