// Вие четете...

Приложни науки

Взаимодействие на океана и атмосферата.

B112„Има само едно благо – знанието, има само едно зло – невежеството.“

Взаимодействие на океана и атмосферата.

Въведение.
Взаимодействието на океана и атмосферата е постоянно и многостранно и то е едно от най-характерните и най-важните по своите последствия свойство в тази сфера на нашата планета.
Благодарение на проявленията на взаимодействието на океана и атмосферата като планетарен кръговрат на водата, топлината и веществата, нашата планета е станала арена на развитие на живот в най-различни форми. Благодарение също на тези нейни проявления на Земята се осъществяват многочислените процеси на живата и не живата природа в океана, атмосферата и на сушата.
В частност, само заради обмена на енергия и вещества с атмосферата са възможни такива явления в океана като ветрово вълнение, турбулентност на водата, циркулация на водата, техните колебания, изменение на нивото на водата в прибрежните райони, образуване и разпространение на водни маси, тяхното термично състояние и стратификация на плътността, хидростатична устойчивост.
Взаимодействията на океана и атмосферата се явяват най-мощните климато образуващи фактори на нашата планета.
Понятието взаимодействие на океана и атмосферата обхваща потока на топлина, получаван и отдаван от океана, вълнение, пренос на топлина, газообмен и много други.
При изучаване на океана, за това щото да бъде достигнато правилно разбиране на протичащите в него физически процеси е необходимо да се знае:
– действието на вятъра на повърхността на океана;
– топлинните потоци, протичащи през неговата повърхност;
– водния баланс на басейна, обусловен от валежите, изпарението, замръзването, топенето и постъплението на речни води, тоест знанието на физичните процеси в океана в значителна степен се определя от познаването на факторите на неговото взаимодействие с атмосферата.
Дотолкова, доколкото общите, най-възлови въпроси, както метеоролозите, така и океанолозите могат да се решат само със съвместни усилия (например, определението на потоците на топлина и влага, пренасяни в атмосферата, могат да бъдат изчислени с отчитането на особеностите на структурата на повърхностния слой на океана; моделът на атмосферната или океанската циркулация може да бъде построена само с отчета на тяхното взаимното приспособяване и обмена на енергия между тези среди), счита се, че успешното развитие на всяка от тези две науки зависи от това, на колко успешно се решават проблемите на взаимодействието на океана и атмосферата.
1. Характер и механизъм на взаимодействието на океана и атмосферата
Взаимодействието на океана и атмосферата – това е много сложен процес, представляващ съвкупно проявление на разно мащабни механизми на преразпределение на топлината, водната пара, импулса, газа и солите, в резултат на което протича взаимното приспособяване (адаптация) на физико – химичните характеристики една към друга.
Взаимодействието на океана и атмосферата е обусловено не само от огромната площ на непосредствен контакт между океана и атмосферата, но и от особеностите на техния строеж (термичен, плътностен, кинематичен, химически и други.), който предизвиква съществуването на значителни пространствено – времеви градиенти на границата на раздела на двете среди.
На основа на казаното може да се отделят следните видове (типове) взаимодействия: топлинно (енергетично), хидрологично (влажностно), динамично, солево и газово. Всяко от тях има свои специфични закономерности, но всички са свързани една с друга и формират единна система от планетарни кръговрати (цикли): топлината, влагата и други субстанции. Особено тясно са взаимно свързани планетарните кръговрати на топлината и влагата. Работата е в това, че изпарението се определя не само от количеството влага, въвличана в планетарния кръговрат, но и разхода на основната маса слънчева енергия, поглъщана от повърхността на Световния океан. В същото това време отделянето на топлина в атмосферата, произхождаща при кондензацията на влагата се явява важен енергетичен фактор за циркулацията на въздушните маси. Много по-подробно отделните видове взаимодействие ще бъдат разгледани по-долу.
За процесите на взаимодействие на океана и атмосферата е характерен непрекъснатия пространствено – времеви спектър: на ниско честотния участък на този спектър различните процеси, обхващащи Световния океан се дели на десетилетия и столетия, а на високо честотния участък процесите се измерват всичко на всичко с части от сантиметъра и делящи се на части от секундата. Във връзка с това възниква необходимостта от класификация на процесите на взаимодействие на океана и атмосферата по пространствено – времеви мащаби. Понастоящем се използва следното разделение на пространствено – времевите диапазони:
а) малко мащабно (микро мащабно, локално) взаимодействие;
б) средно мащабно (мезо мащабно) взаимодействие;
в) крупно мащабно (глобално) взаимодействие.
Малко мащабното взаимодействие включва процеси с период 10-1 – 103 с и пространствени мащаби 10-2 – 103 м, при което вследствие на пространствената анизотропност (не еднородност) характерна за вертикалните мащаби представлява 10-2 – 10 м, а за хоризонталните мащаби са 1 – 103 м. При малко мащабното взаимодействие протича непосредствен обмен на топлина, влага, импулси през границата на раздела океан – атмосфера и се формира силно разграничаване на пограничните слоеве на взаимодействащите среди. Освен това, в резултат на такова взаимодействие се образуват повърхностни и вътрешни вълни, турбулентност и някои други процеси, свързани с еволюцията на при водния слой на атмосферата.
Мезо мащабното въздействие се характеризира с процесите, развиващи се в пограничните слоеве на океана и атмосферата, те имат хоризонтални размери от стотици метра до стотици километра и времеви мащаб от часове до месеци. Към мезо мащабното взаимодействие се отнасят вълновите процеси в пограничните слоеве, имащи приливно и инерционно произхождение, конвективно и турбулентно премесване, а също така колебания на температурата, предизвикани от денонощните изменения на слънчевата радиация (например, бризовата циркулация в атмосферата над морското крайбрежие).
Към горната граница на спектъра мезо мащабните процеси притежават синоптична изменчивост, която включва много широк диапазон от мащаби: от структурните особености на атмосферните образования и океанските фронтове (104 м) до размерите на самите образования (106 м) и от временните преминавания на атмосферните фронтове (104 с) до периодите на взаимодействие с океана не само на баричните образования, но и на цели типови атмосферни циркулации. Накрая, мезо мащабната изменчивост е присъща също така на всички потоци на топлина, влага и други субстанции между океана и атмосферата.
Крупно мащабните взаимодействия включват процеси с пространствени мащаби от хиляди километри до размерите на Световния океан като цяло и за промеждутъците от време, характеризиращи сезоните и между годишната изменчивост. В океана към процесите на крупно мащабните взаимодействия се отнасят дълго периодните (в това число годишните) колебания на температурата на водата и солеността, формирането на главния термоклин, изменчивостта на главните океански течения, автоколебанията на системата океан – атмосфера, формирането и изменчивостта на ледените полета в полярните области и др. Крупно мащабната изменчивост е свойствена също така на потока топлина, влага и други субстанции, които изпитват не само ярко изразени сезонни, но и забележими между годишни колебания.
И така, за всички пространствено – времеви диапазони на взаимодействия единствения физически процес, проявяващ се на всички честоти се оказва обмена на топлина, влага и импулси. Това обстоятелство свидетелства за неговата изключителна роля в формирането на изменчивостта на взаимодействието на океана и атмосферата.
При крупно мащабните взаимодействия особено значение придобива пространствената диференциация на потоците топлина и влага, тоест много неравномерното им разпределение на повърхността на океана. При това наред с обширните акватории, където обменът на топлина и влага е близък до средно широчините значения се отделят ограничени райони, в които интензивността на тези процеси се оказва значително висока. Такива райони в началото са наричани огнища на взаимодействия на океана и атмосферата, но последствие са били определени като енергийно активни зони на океана (ЕАЗО) и била сформирана концепцията за ЕАЗО, съгласно която те играят ключова роля в крупно мащабните взаимодействия и като следствие в проблемите за дългосрочната прогноза за времето, както и в кратко периодните колебания на климата.
Естествено, че при изучаване на процесите на взаимодействието на океана и атмосферата принципиално се представят въпросите за това, по какъв начин атмосферата въздейства на океана и обратно, как се осъществява обратното влияние. Въздействието на атмосферата се проявява основно в динамична (механична) форма, тоест във вид на предаване на океана импулс, а също така частично в форма на поток на топлина и вещества (валежи, кондензация в приводния слой). Поради това движението в океана, за неголямо изключение, може да се разглежда като резултат на динамичното въздействие на атмосферата. Към такива движения се отнасят ветровите вълни, турбулентността в горния и вътрешния слой на океана, а също така дрейфовите течения.
Потокът на енергия от атмосферата към океанските движения протича в различни пространствени мащаби. При това се отделят на три основни диапазона, в които се осъществява предаването на импулса към океана: ветрови вълни (10 м), инерционни колебания (104 м) и синоптически вихри (106 м).
Що се отнася до обратното влияние на океана към атмосферата, то това преди всичко е топлинно въздействие, а също така частично и динамично въздействие. Доколкото топлоемкостта на водата е значително по-голяма от топлоемкостта на въздуха, океанът акумулира кратко вълновата слънчева радиация основно във горния десетметров слой, при което преимуществено в ниските ширини. Значителна част от тази топлина посредством системата от меридионалните течения се транспортират в умерените и високите ширини, където се отдава в атмосферата. Като цяло около 60% от цялата топлинна енергия, постъпваща в атмосферата от океана, отива за сметка на изпарението. Останалата част е обусловена от ефективно излъчване и турбулентен топло обмен.
Вследствие на инерционността на хидрологичните процеси главното проявление на въздействието на океана на атмосферата се отнася към формирането на дългосрочни аномалии на времето, а също така към формирането и изменението на климата на планетата. Определящото влияние на океана за формирането и изменението на климата е отдавна известно. Христоматиен пример се явяват свойствата на морския (океанския) климат, които в сравнение с континенталния климат имат малка денонощна и годишна амплитуда на температурата на въздуха, повишената влажност, значителна облачност и увеличено количество на валежите. Значително по-малко е известна ролята на океана в изменчивостта на климата на планетата. Именно към това са насочени понастоящем многочислените изследвания от теоретичен и експериментален характер.

Следва продължение!

Коментари

Все още няма коментари

Публикувай коментар