Морские волны

">     3)   по глубине расположения;

     4)   по характеру движения;

     5)   по физико-химическим свойствам.

     В теории морских течений основной является классификация по первому признаку.

     1. По факторам или силам, их  вызывающим, течения можно подразделить на три основные группы.

     Градиентные, обусловленные действием горизонтальной составляющей силы барического градиента. Эта составляющая возникает при наклоне поверхности моря относительно изопотенциальной поверхности. В зависимости от причин, создающих наклон поверхности моря, в группе градиентных течений можно выделить сгонно-нагонные течения, обусловленные нагоном и сгоном вод под действием ветра; бароградиентные, связанные с изменениями атмосферного давления; стоковые, вызванные повышениями уровня у берегов и в устьевых участках рек береговым стоком; плотностные (конвекционные), обусловленные неравномерным распределением плотности воды по горизонтали.

     Теория  и методы расчета перечисленных  видов градиентных течений, кроме  плотностных, идентичны. Поэтому ниже будем применять к ним единый термин «градиентные течения». Учитывая особенности теории и методов расчета плотностных течений, они выделены в отдельную группу.

     Ветровые, или дрейфовые, вызванные силой трения, создающейся при движении воздуха (при ветре) над водной поверхностью.

     Приливо-отливные, вызванные действием периодических приливообразующих сил Луны и Солнца.

     Течения, наблюдаемые после прекращения  действия силы, вызвавшей течения, называются инерционными.

     2.   По устойчивости выделяют постоянные, периодические и временные течения.

     Постоянными течениями называют течения, мало меняющиеся по скорости и направлению за сезон или год. Примером таких течений являются пассатные течения океанов, Гольфстрим и др. Однако в строгом смысле постоянных течений нет. Все течения подвержены изменениям. Поэтому под постоянными течениями обычно понимают течения, всегда наблюдающиеся в одних и тех же местах океана. Эти течения зависят от характера распределения плотности и преобладающего распределения полей ветра.

     Периодические течения - течения, повторяющиеся через равные промежутки времени в определенной последовательности. К их числу относятся приливо-отливные течения.

     Временные (непериодические) течения возникают вследствие непериодических воздействий внешних сил и в первую очередь ветра. Они наиболее сложны с точки зрения их расчета.

     3. По глубине расположения можно  выделить:

     поверхностные   течения,  наблюдаемые  в  так  называемом   навигационном   слое,   т.   е.   в  слое, соответствующем осадке надводных кораблей (0—10 м);

     глубинные течения, наблюдаемые на различных глубинах от поверхности моря;

     придонные течения, наблюдаемые в слое, прилегающем ко дну. Значительное влияние на них оказывает трение о дно.

     4. По характеру движения выделяют прямолинейные и криволинейные течения. Последние можно подразделить на циклонические и антициклонические.

     5. По физико-химическим свойствам  различают течения теплые и холодные, соленые и распресненные. Характер течений определяется соотношением температуры или солености масс воды, формирующих течение, и окружающих вод. 

     Основные  черты  географического  распределения  течений  на поверхности океанов

     Характер  течений на поверхности океана складывается в результате сложных процессов взаимодействия океана и атмосферы, обусловленных солнечной радиацией, и под воздействием приливообразующих сил.

     Как известно, Солнце, посылающее тепло  на земную поверхность, является основным источником энергии в океане и атмосфере. Оно неравномерно нагревает поверхностные слои воды и нижние слои воздуха в различных широтах: больше всего тепла получают экваториальные области и меньше всего полярные. Вследствие этого температура воды и воздуха на экваторе выше, чем в высоких широтах, что создает различие плотностей и возникновение плотностных течений в океане и атмосфере. При движении атмосферы над поверхностью океана возникает трение между водой и воздухом, которое обусловливает ветровые течения.

     Если  бы на течение не воздействовали отклоняющая  сила вращения Земли и силы внутреннего трения, а океан покрывал Землю сплошь, то по распределению плотности и ветров легко было бы установить направление и скорость течения. Однако указанные причины и наличие континентов настолько усложняют общую картину течений, что соответствие между действующими силами и течением можно установить только при тщательном анализе; такой анализ чрезвычайно сложен и в ряде случаев пока невозможен. Это становится особенно понятным, если вспомнить, что морские течения и океан, в свою очередь, воздействуют на течение атмосферы (ветер), еще больше усложняя характер взаимосвязей.

     Вторым  источником энергии, обусловливающим  движение масс воды, являются космические силы притяжения Луны и Солнца, вызывающие приливо-отливные течения. В отличие от течений плотностных и ветровых, приливо-отливные течения периодические и, как показано выше, легче поддаются предсказанию, если имеются наблюдения необходимой продолжительности.

     Однако  и они подвергаются воздействию  отклоняющей силы вращения Земли, сил  трения и зависят от физико-географических условий (размеров и глубины моря, характера берега и т. п.).

     Приливо-отливные течения океанов изучены слабо. Однако на основании новейших данных можно сделать вывод о том, что приливо-отливные течения в открытых частях океанов достигают существенных величин (до 1 узла) и имеют полусуточный характер.

     В морях приливо-отливные течения изучены значительно лучше. По скорости они могут достигать в отдельных районах 6 узлов.

     Вследствие  недостаточности данных о приливо-отливных течениях в океанах ниже рассматриваются только преобладающие на поверхности океанов течения, представляющие сумму плотностных и ветровых (дрейфовых и градиентных) течений.

     Плотностные течения обладают известным постоянством. Они меняются преимущественно в соответствии с сезонным ходом солнечной радиации.

     Ветровые  течения отличаются наибольшей изменчивостью, так же как и вызывающая их атмосферная циркуляция. Более устойчивые течения отмечаются в тропических широтах в области устойчивых пассатных ветров. В умеренных и высоких широтах, где атмосферная циркуляция неустойчива, менее устойчивы и течения.

     Устойчивость, или постоянство течения по направлению, определяется отношением скорости течения, полученной как среднегеометрическое из всех наблюдений в данной точке, к среднеарифметической и выражается в процентах.

     Поэтому на карты течений на поверхности океанов и морей следует смотреть как на схемы, дающие общую или преобладающую картину течений.

     Истинные  течения в каждый конкретный момент могут значительно отличаться от приводимых на картах и тем больше, чем меньше устойчивость течения. Чтобы лучше отразить истинную картину течений, необходимо строить карты течений по месяцам, а еще лучше строить их по типам атмосферной циркуляции.

     В тропической зоне Мирового океана, где наблюдаются устойчивые зоны пассатов северо-восточного (северное полушарие) и юго-восточного (южное полушарие) направлений, возникают постоянные и мощные пассатные течения (северное и южное), направленные на запад. Встречая на своем пути восточные берега материков, течения создают нагон воды (повышение уровня) и поворачивают вправо в северном полушарии и влево в южном. В широтах около 40° на массы воды воздействуют преобладающие западные ветры, обусловленные той же причиной, что и пассаты, — антициклональной циркуляцией, вызванной тропическими максимумами давления. В силу этого течения поворачивают на восток и северо-восток, а затем, встречая на своем пути западные берега материков, поворачивают на юг в северном полушарии и на север в южном, образуя замкнутые кольца циркуляции между экватором и широтой 40— 45°. В северном полушарии циркуляция направлена по часовой стрелке, в южном — против часовой стрелки. Одновременно часть восточного течения в северном полушарии поворачивает на север, образуя ветвь циркуляции умеренных широт.

     Между течениями пассатных зон северного  и южного полушарий— пассатными течениями в экваториальной зоне— возникают противотечения, направленные на восток. Причиной этих течений считается неравномерность поля ветра в тропической зоне.

     Отличная  от описанной схемы картина течений  отмечается только в тропической зоне северной половины Индийского океана. Здесь глубоко выдающийся на юг п-ов Индостан и обширный материк Азии создают благоприятные условия для развития муссонной циркуляции. В силу этого течения северной половины Индийского океана имеют сезонный ход, следуя сезонному ходу атмосферной циркуляции.

     В умеренных широтах 45—65° в северных частях Атлантического и Тихого океанов течения образуют кольцо циркуляции против часовой стрелки. Однако вследствие неустойчивости атмосферной циркуляции в этих широтах течения также характеризуются малой устойчивостью, кроме тех ветвей, которые поддерживаются постоянным уклоном уровня океана от экватора к полюсам, например теплые течения — Северо-Атлантическое и Северо-Тихоокеанское. Этот постоянный уклон уровня обусловлен не только нагоном вод к западным берегам материков пассатными течениями, но и общим распределением температуры воды (а следовательно, и плотности). Наличие уклона уровня, вызванного повышением плотности воды от экватора к полюсам, усиливает ветровые течения не только умеренных, но и тропических зон океанов и накладывает свой отпечаток на общую картину течений.

     Приведенную схему течений следует рассматривать  как результат сложения ветровых и плотностных течений, причем первым, по-видимому, принадлежит основная роль.

     В высоких (полярных) широтах о течениях на поверхности можно составить представление на основе дрейфа льдов, покрывающих бассейн Северного Ледовитого океана в северном полушарии и примыкающих к материку Антарктиды в южном.

     Наблюдения над дрейфом льдов показывают, что в Северном Ледовитом океане поверхностные течения следуют от берегов Азии через полюс к восточным берегам Гренландии. Такой характер течений, с одной стороны, вызван преобладанием восточных ветров, а с другой стороны, является компенсацией притока вод из Северной Атлантики.

     У побережья Антарктиды течения имеют  преимущественно западное направление  и образуют узкую полосу циркуляции вдоль берегов Антарктиды, направленную с востока на запад. В некотором удалении от берегов течения имеют восточное направление, следуя за господствующими западными ветрами умеренных широт.

     Приведенная общая картина течений на поверхности  Мирового океана усложняется вследствие физико-географических особенностей каждого из океанов. 

     Понятие о теории дрейфовых (ветровых) течений 

     В. Экман – разработчик теории. Эта  теория для глубокого водоема. Экман  полагал, что море безбрежно (не учитывал влияние берегов) и оно глубокое (влияние трения о дно отсутствует). Ветер установившийся,  плотность воды const. Решая уравнение движения жидкости Навье-Стокса он получил расчетные формулы для определения скорости течения, формулу для расчета скорости течения по глубине и зависимость для определения глубины трения.

     

     v_o – скорость поверхностного течения; Т – тангенциальное напряжение ветра, w – угловая скорость вращения Земли, , t – 86400, w=7,29*10^-5 с^-1; - коэффициент турбулентности (м²/с) – характеризует степень подвижности, динамики; - плотность воды; - широта географическая.

     

     А – ветровой коэффициент, А = 0,0127; w – скорость ветра (м/с); - широта географическая.

     Глубина трения (D) определяется:

     

     Экманом было установлено, что вектор поверхностного трения отклоняется от направления ветра на 45^о.

     С глубиной скорость течения изменяется по экспоненциальному закону и наконец на некоторой глубине названой эклином (глубиной трения = D) вектор течения направлен в противоположную сторону и равен .

     Вращение  вектора продолжается и на глубине 2D по исследованиям Л.А.Жукова было установлено, что вектор течения совпадает с поверхностным, а скорость равна .

     В любом ли глубоководном водоеме  происходит отклонения вектора от направления вектора на угол 45 ^о? Нет не всегда

     Если  , то угол

     Если  , то угол