// Вие четете...

Приложни науки

Процеси, протичащи в океана.

DSC_0005„По-добре малко ум, отколкото много сила.“

Процеси, протичащи в океана.

Пространствената и времевата изменчивост на хидрофизичните полета на Световния океан оказва съществено влияние на ефективността на действията на силите на ВМФ и използването на техните оръжия и технически средства. Съответствено пред навигационното и хидрографско осигуряване (НХО) на ВМФ се поставя задачата за прогнозиране на геофизичните параметри в един или друг район на Световния океан, за което е необходимо да се знае характера и природата на протичане на процесите, предизвикващи тази изменчивост. Тоест ХС на ВМФ трябва да се занимава с изучаването на процесите, определящи пространствено времевата изменчивост на хидрофизичните полета на океана.
Най-интересните от тези процеси (от гледна точка на НХО на ВМФ) се явяват крупномащабните течения и синоптичните вихри.
Крупно мащабните течения се изучават от доста отдавна. Те пренасят крупни маси вода на много хиляди километри, определят хидрофизичните характеристики на морета и на значителни райони от океана.
Големият 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 в сравнение с което и да е друго океанско явление, определят наблюдаваните в океана мигновено разпределение на скоростта на теченията, температурата, солеността, скоростта на звука и други океанографски характеристики – това което може да се нарече океанско време. Следователно, синоптичните вихри оказват значително влияние на ефективността на използване на подводните и противолодъчни сили на ВМФ и използваните от тях оръжия и технически средства, чиито работа е на основата на използване на разпространението на акустичните вълни в морската среда.
Освен това, вихрите играят съществена роля и за формирането на климата на океана – средното разпределение на океанографските характеристики и тяхната дълго периодна изменчивост. Времевите мащаби на синоптичните вихри имат порядък от седмици до месеци, хоризонталните мащаби – от десетки до няколко стотен километра, вертикалните мащаби – в порядъка на километри. Скоростта на постъпателно преместване на синоптичните вихри имат порядък от няколко километра за денонощие, в същото това време скоростта на въртене на водата в самия вихър, като правило, съществено превишава скоростта на средните течения. Данните от наблюденията показват голямо разнообразие на видовете океански вихри. Грубо, те могат да бъдат разделени на вихри на западни погранични течения и вихри на открития океан.

Пространствено – времеви мащаби на процесите в океана.

Многообразните физически процеси в Световния океан (много от които се създават от атмосферните въздействия) водят към не еднородност в разпределението по него свойства или характеристики на морската вода – нивото на морето, фазовото състояние на водата (ледовитост), основните термодинамични характеристики на нейното състояние (налягане, температура, соленост), производните на термодинамичните й характеристики (плътност, електропроводимост, скорост на звука, показателя на пречупване, ентропия), концентрация на разтворените газове, мехурчета и накрая характеристиките на движение.
Не еднородностите, създавани от различните процеси, мога да имат различни пространствени мащаби L от минимални, имащи порядък в части от милиметъра, до максимални – с размерите на целия океан, имащи порядък 104 км.
По своите размери е прието да бъдат различавани следните нееднородности на Световния океан:
– малко мащабни нееднородности:
– мезо мащабни нееднородности;
– синоптични нееднородности;
– глобални нееднородности.
Малко мащабните нееднородности (с мащаби от 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 нееднородности, имащи мащаби от части от милиметъра до метър и даже до десетки метра.
2) Вертикално слоеста микроструктура (вертикалните мащаби от части на 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 вълни.
6) Инерционни колебания (имащи хоризонтални мащаби на кохерентност от порядъка на километри и понякога даже до първите десетки километри).
7) Приливни колебания на плитководието (тогава, както в дълбокия океан, приливите са свойствени на мащабите на океана като цяло).
Синоптичните нееднородности (с мащабите в десетки и първите стотици километри) са:
8) Фронтални и свободни океански вихри или вълните на Росби, имащи хоризонтален мащаб от порядъка на радиуса на деформация на Росби (синоптични вихри).

F1

 

 
Където:
LR – хоризонтален мащаб;
N – средна по дълбочина честота на Вайсал-Брент;
f – инерционна честота (параметър на Кориолис);
Н – дълбочина на океана.

При това честотата на Вейсал-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)*10-2 с-1, а от слоя на скока до дъното на дълбокия океан се намалява в десетки пъти. Тя може да бъде изчислена по формулата:

F2

 

 

където g – ускорение на свободното падане;
(d/dz)a = g/c2  4,4*10-8 г/см4 – адиабатна поправка (с – скорост на звука)
 – плътност на водата;
z – дълбочина.
Параметърът на Кориолис зависи от географската ширина и се определя:
където e – ъглова скорост на въртене на Земята;
 – географска ширина.
По този начин от разчетите по формула (1 – 3) следва, че типичното значение LR се оказва равно на 50 км.
9) Принудителни нееднородности на някои океанографски полета, характеризиращи се с условията на повърхността на океана и непосредствено реагиращи на атмосферните въздействия (ветрово вълнение, дрейфови течения) с мащабите на баротропните атмосферни синоптични процеси.
Глобални нееднородности (с мащабите от порядъка на хиляди и десетки хиляди километра) присъщи на процесите, обхващащи целия океан:
10) Сезонни колебания.
11) Главни океански течения.
12) Широчинно зонални прояви на климата.
Глобалните и синоптичните нееднородности на термо и хидродинамичните полета, описващи състоянието на Световния океан, могат да се нарекат крупно мащабни компоненти на състоянието на океана. Тогава може да се определи общата циркулация на Световния океан като статистически ансамбъл на крупно мащабните компоненти на неговото състояние.
Всички посочени пространствени нееднородности имат определено „време на живот”  време за протичане на процесите. Така малко мащабните нееднородности, свойствени за периоди основно от части от секундата до десетки минути: 1) малко мащабни турбулентности – от 10-3 до 102 с; 2) вертикална микро структура – от минута до десетки часове; 3) акустични вълни – периоди от 10-5 до 1 с; 4) капилярни вълни – периоди от порядъка 10-2 – 10-1 с, гравитационни повърхностни вълни – преимуществено от секунда до първите десетки секунди; 5) вътрешни вълни – от десетки секунди до инерционен период 2/f , тоест в крайна сметка, до много часове.
Мезо мащабни нееднородности, свойствени на периоди от часове до денонощие: 6) инерционни колебания – с период 2/f, променящ се от полу денонощие на полюсите до денонощие на ширина 30° и нарастващ по нататък към страната на екватора: 7) приливни колебания – приливните периоди. Главните приливи имат периоди, равни на луните и слънчевите полу денонощия и денонощия. В тази област периодите попадат в денонощните колебания с термичен произход, предизвикани от денонощните изменения на слънчевата радиация.
Синоптичните нееднородности, свойствени на периодите от денонощие до месеци: 8) океански вихри или вълни на Росби – периоди от седмици до месеци (например, съгласно теорията, периода на зоналните вълни на Росби от първи бароклинен модел, съставлява около 23 денонощия); 9) атмосферни синоптични процеси – периоди от порядъка на няколко денонощия.
Глобални нееднородности в океана свойствени на времената на формиране от години до стотици години: 10) сезонни колебания, свойствени на годишен период: 11) главни океански течения във горния слой на океана се формират (главно от под въздействието на вятъра) за няколко години; обратната връзка с времето в атмосферата може да създаде между годишна изменчивост на системата във горния слой на океана –атмосфера – суша; 12) вертикална стратификация на океана, отразяваща широчината на зоналността на неговата повърхност (преди всичко разликите в температурата на повърхностния слой на океана между екватора и полярните райони), се формират (основно бавни термохалинни циркулации) за времеви порядък от стотици години; този процес може да регулира обратната връзка със 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