Динамика атмосферы и океаны - Гилл А.
Скачать (прямая ссылка):
ления. Позади этого фронта расположен пограничный слой с уменьшающейся к северу шириной. Можно заметить, что во всей области вне пограничного слоя решение в виде длинных волн является хорошим приближением к точному.
Численные эксперименты [24] с учетом реальной формы Северной Атлантики показали, что приведенные выше аналитические решения хорошо воспроизводят реакцию океана на мгновенно возникающее напряжение ветра в том случае, когда влияние рельефа дна не учитывается (т. е. океан имеет постоянную глубину). Вместе с тем баротропная реакция приобретает новое свойство, которое заключается в том, что отражение волн от границ приводит к преимущественному накоплению их энергии в «бассейновых модах» с избранными частотами. Метод расчета свойств этих мод был предложен в работах Лонге-Хиггин->са [475, 477]. Однако при учете рельефа дна накопление энергии в «бассейновых модах» не является столь ярким свойством динамики вод бассейна, хотя мода с периодом 2,6 суток по-прежнему обнаруживается [24].
Кроме того, рельеф дна оказывает сильное влияние на форму баротропного отклика океана, который устанавливается после затухания первоначальных нестационарных процессов («бассейновых мод» и т. п.). Объясняется это тем, что в невозмущенном состоянии потенциальная завихренность Q (см. (7.10.10)) равна
Q = f!H,
т. е. линии постоянной потенциальной завихренности совпадают с параллелями только при постоянной Я. Когда Я изменяется, то они начинают зависеть не только от f, но и от Я. Карты f/H приведены в работе [253]. В отсутствие внешних сил стационарное движение возможно только вдоль контуров равных значений f/H [357]. При учете ветрового воздействия уравнения, равносильные соотношению Свердрупа, дают решения, содержащие перпендикулярные этим изолиниям скорости течения. Поле давления при этом может быть найдено с помощью интегрирования вдоль контуров f/H, начиная от восточной границы [252]. В зонах замкнутых изолиний f/H эта процедура не работает, и можно ожидать реакции большой амплитуды.
Стратификация приводит к сильному уменьшению влияния рельефа дна. Вместе с тем из-за больших временных масштабов бароклинной реакции океана ослабление этого влияния вследствие стратификации происходит довольно медленно. Его механизм заключается в следующем. Поток над неровностями рельефа создает вертикальное движение. Определенная часть этого движения действует через бароклинные моды на баротроп-ную и выступает для нее в качестве вынуждающей силы [20]. После того как баротропная мода пройдет процесс приспособления, поток у дна океана станет очень слабым, и его рельеф
не сможет сильно изменить циркуляцию. И действительно, проинтегрированные по вертикали переносы вод в моделях стратифицированного океана с учетом рельефа дна и без него (с постоянной глубиной) оказываются очень близкими.
Несмотря на то, что рассмотренная выше задача о «спин-апе» была основана на весьма специфическом случае ветра, который, однажды возникнув, остается постоянным во времени, она все же способна дать представление о характере нестационарной реакции внетропического океана на воздействие вынуждающих сил. Вне области пограничных течений преобладающая реакция на составляющие вынуждающих сил с периодом менее года является баротропиой. Бароклиниый эффект представляет собой непосредственный отклик на экмановскую подкачку [856]. Для периодов менее трех суток интенсивность воздействия и реакция на него быстро уменьшаются. К тому же планетарные волны не могут распространяться на большое расстояние за время, равное 3/2л сут, и реакция имеет в основном локальную природу. Для периодов от месяца до нескольких лет баро-тропная часть реакции течений океана находится в равновесном состоянии, которое можно представить как модифицированную за счет рельефа дна циркуляцию Свердрупа. С изменением частоты и вынуждающие силы, и реакция океана (в указанном диапазоне) меняются довольно слабо. Для этих периодов наиболее важные эффекты связаны с распространением волн на запад, причем вполне возможны эффекты резонансной природы. Расчеты реакции системы течений Северной Атлантики на взятые по данным наблюдений поля ветра [856] показали, что среднеквадратичные отклонения течений составляют лишь несколько м/с и имеют максимум в западной части океана и в окрестностях особенностей рельефа. Когерентность между океанскими и атмосферными переменными практически отсутствовала на любой частоте, что, по-видимому, связано с малыми пространственными масштабами неоднородностей рельефа.
Крупномасштабная реакция океана годового периода была аналитически исследована в работе [252]. В ней для внетро-пических районов Северной Атлантики и северной части Тихого океана рассчитаны изменения уровня моря, связанные с влиянием различных вынуждающих сил. Эффекты малых пространственных масштабов, вызванные наличием границ, в расчет не принимались. Бароклинная реакция на ветер оказалась при этом простым локальным откликом на экмановскую подкачку, который состоял в подъеме и опускании термоклина (см. рис. 9.4). Однако это было справедливо только в том случае, когда за характерное время изменения воздействия планетарные волны ие могли распространяться на расстояние, сравнимое с пространственным масштабом вынуждающих сил. Для крупномасштабного воздействия годового периода вне тропиков это
