// Вие четете...

Времето и Океана

Изменчивост на геофизичните полета. Част – 1

„Водата освежата тялото, учението – разума.“

Въведение. Пространствената и времева изменчивост на геофизичните полета на Световния океан оказват съществено влияние на ефективността на действията на силите на ВМФ и използването на оръжието и техническите средства. Съответно пред НХО на ВМФ стои задачата за прогнозиране на хидрофизичните параметри в един или друг район на Световния океан, за което е необходимо да се знае природата и характера на протичане на процесите, предизвикващи тази изменчивост. Тоест ХС на ВМС трябва да се занимава с изучаване на процесите, определящи пространствено – времевата изменчивост на геофизичните полета в океана.

Най-интересни от тези процеси (от гледна точка на НХО на ВМФ) се явяват крупно мащабните течения и синоптичните вихри.

Крупно мащабните течения се изучават доста отдавна. Те пренасят крупни маси вода на много хиляди километри, определят хидрофизичните характеристики на моретата и на значителни райони от океана.

Големия интерес на океанолозите и другите изследователи на Световния океан към океанските синоптични вихри се обяснява с това, че именно вихрите в значително по-голяма степен, от което и да е друго океанско явление, определят наблюдаваното в океана многовековно разпределение на скоростта на теченията, температурата, солеността, скоростта на звука и другите океанографски характеристики – това, което може да се нарече океанско време. Следователно, синоптичните вихри оказват значително влияние на ефективността на използването на подводните и противолодъчните сили на ВМФ и използваното от тях оръжие и технически средства, базирани на използването на разпространението на акустичните вълни в морската среда.

Освен това, вихрите играят съществена роля и в формирането на климата на океана – средно разпределение на океанографските характеристики и тяхната дълго периодна изменчивост. Времевите мащаби на синоптичните вихри имат порядък от седмица до месеци, хоризонталните мащаби – от десетки до няколко стотици километри, вертикалните мащаби – километри. Скоростта на постъпателно преместване на синоптичните вихри имат порядък от няколко километра в денонощие, в същото време скоростта на въртене на водата във самия вихър, като правило, съществено превишава средната скорост на теченията. Данните от наблюденията демонстрират голямо разнообразие на видовете океански вихри. Грубо, те могат да бъдат разделени на вихри на западните погранични течения и вихри на открития океан.

Пространствено – времеви мащабни процеси в океана. Многообразието на физическите процеси в Световния океан (много от които се създават под атмосферно въздействие) водят към не еднородност в разпределението по него на свойствата или характеристиките на морската вода – морско ниво, фазово състояние на морската вода (ледовитост), нейните основни термодинамични характеристики (налягане, температура, соленост), производните от термодинамичните й характеристики (плътност, електропроводимост, скорост на звука, показателят на пречупване, ентропия), концентрацията на разтворените газове, мехурчета и накрая, характеристиките на движение.

Не еднородността, създавана от различни процеси, могат да имат различни пространствени мащаби L от минимални, имащи порядък части от милиметъра, до максимални – с размери на целия Световен океан, имащи порядък 104 км.

По своите размери е прието да бъдат различавани следните не еднородности на Световния океан:

– малко мащабни не еднородности;

– мезо мащабни не еднородности;

– синоптични не еднородности;

– глобални не еднородности.

Малко мащабните не еднородности (с мащаб, части от милиметъра до десетки метра, а понякога даже до стотици метра) се предизвикват от:

1) Квази изотропна малко мащабна турбулентност, предизвикваща вертикални премесвания. Този процес предизвиква не еднородност, имаща мащаб, части от милиметъра до метър и даже десетки метра.

2) Вертикална слоеста микро структура (вертикален мащаб, части от милиметъра до десетки метра).

3) Акустични вълни (при най-важните за океана честоти от 105 до 1 Гц, имащи дължина, от сантиметри до стотици метри).

4) Капилярни (от милиметри до сантиметри) и гравитационни повърхностни вълни (от сантиметри до стотици метри).

5) Вътрешни гравитационни вълни (от дециметри до километри).

Мезо мащабните не еднородности (с мащаби от стотици метри и километри) се предизвикват от:

6) Инерционни колебания (имащи хоризонтални мащаби на кохерентност от порядъка на километри, а понякога даже до няколко стотици километри).

7) Приливни колебания на плитководието (тогава, когато в дълбокия океан приливите са свойствени в мащабите на океана като цяло).

Синоптични не еднородности (с мащаби в десетки и стотици километри) са присъщи на:

8) Фронтални и свободни океански вихри или вълни на Росби, имащи хоризонтални мащаби от порядъка на радиуса на деформация на Росби (синоптични вихри).

където N – средна по дълбочина честота на Вайсал-Брент;

f – инерционна честота (параметър на Кориолис);

Н – дълбочина на океана.

При това честотата на Вайсал-Брент зависи от дълбочината. Тя обикновено нараства с дълбочината от повърхността на океана до слоя на скока на плътността, където тя приема значения от порядъка (1-3)*10־²с־¹, а от слоя на скока до дъното на дълбокия океан се намалява в десетки пъти. Тя може да бъде изчислена по формулата:

където g – ускорение на свободно падения;

(d/dz)a = g/c2  4,4*10-8 г/см4 – адиабатична поправка (с – скорост на звука)

 – плътност на водата;

z – дълбочина.

Параметърът на Кориолис, зависи от широтата и се определя

където e – ъглова скорост на въртене на Земята;

 – широта.

По този начин, от разчетите по формула (1 – 3) следва, че типичното значение на LR се оказва равно на 50 км.

9) Принудените не еднородности на някои океанологични полета, характеризиращи се с условията на повърхността на океана и непосредствено реагиращи на атмосферното въздействие (ветрово вълнение, дрейфуво течение) са с мащабите на баротропни атмосферни синоптични процеси.

Глобалните не еднородности (с мащаби на хиляди и десетки хиляди километри) са присъщи на процеси, обхващащи целия океан:

10) Сезонни колебания.

11) Главни океански течения.

12) Широтно – зонални проявления на климата.

Глобалните и синоптичните не еднородности на термо и хидро динамичните полета, описващи състоянието на Световния океан, могат да бъдат наричани крупно мащабни компоненти на състоянието на океана. Тогава може да се определи общата циркулация на Световния океан като статистически ансамбъл от крупно мащабни компоненти на неговото състояние.

Всички причислени пространствени не еднородности имат определение „време на живот” – типични времена на протичащите в тях процеси. Така, на малко мащабните не еднородности са свойствени периоди основно, части от секундата до десетки минути:

1) малко мащабна турбулентност – от 10-3 до 102 с;

2) вертикална микро структура – от минути до десетки часове;

3) акустични вълни – с периоди от 10-5 до 1 с;

4) капилярни вълни – с периоди от порядъка 10-2 – 10-1 с, гравитационни повърхностни вълни – предимно от секунди до няколко десетки секунди;

5) вътрешни вълни – от десетки секунди до инерционния период 2/f, тоест от най-малка мярка до много часове.

Мезо мащабни не еднородности, на които са свойствени периоди от часове до денонощия:

6) инерционни колебания – с периоди около 2/f, изменящи се от полуденонощие на полюсите до денонощие на широта 30° и нарастващи по нататък към страната на екватора;

7) приливни колебания – с приливни периоди. Главните приливи имат периоди, равни на лунните и слънчевите полуденонощия и денонощия. В същата тази област периодите попадат в денонощните колебанията с термичен произход, предизвиквани от денонощните изменения на слънчевата радиация.

Синоптичните не еднородности в океана са свойствени на периоди от денонощия до месеци:

8) океански вихри или вълни на Росби – с периоди от седмица до месеци (например, съгласно теорията, периода на зоналните вълни на Росби от първа бароклинна мода е около 23 денонощия);

9) атмосферни синоптични процеси – с периоди от порядъка на няколко денонощия.

На глобалните не еднородности в океана са свойствени времена на формиране от няколко до стотици години:

10) сезонни колебания съответно имат годишен период;

11) главни океански течения в горните слоеве на океана се формират (основно под въздействието на вятъра) за няколко години; обратната връзка с времето в атмосферата може да създаде между годишна изменчивост в горния слой на системата океан – атмосфера – суша;

12) вертикална стратификация на океана, отразяваща широтната зоналност на неговата повърхност (преди всичко разликата в температурите на повърхностния слой на океана между екватора и полярните райони), се формира (основно чрез бавна термохалинна циркулация) за времена от порядъка на стотици години; този процес може да се регулира с обратна връзка чрез състоянието на атмосферата и сушата, и такава регулировка може да създаде вътрешно вековна и между вековна изменчивост на климата.

Коментари

Все още няма коментари

Публикувай коментар