Циркуляция вод. Течения Мирового океана

Эта работа включает разъяснения к понятиям "циркуляция вод", "течения", схеме общей циркуляции океанов, освещает вопросы классификации течений, современные представления о горизонтальной и вертикальной структуре потоков течений; на основании некоторых результатов исследования по проблеме "Взаимодействие океана и атмосферы" рассматривает влияние океанских течений на климат. В работе приведён перечень основных поверхностных течений Мирового океана.

Течения - это горизонтально направленный поток воды, имеющий определенную скорость и направление.

Течения подразделяются по различным признакам: силам, вызывающим их образование, направлению движения, устойчивости, физическим свойствам.

1 Подразделение течений по силам их вызывающим

В зависимости от сил, возбуждающих течения, они объединяются в следующие группы: 1) фрикционные, 2) гравитационно-градиентные,

3) приливные, 4) инерционные.

1) Фрикционные течения делятся на дрейфовые и ветровые, которые формируются при участии сил трения.

Ветровые течения вызываются временными и непродолжительными ветрами, наклона уровня при этом не происходит.

Дрейфовые течения создаются постоянными или длительно дующими ветрами и приводят к наклону уровенной поверхности (Северное и Южное Экваториальное или Пассатные течения Атлантического и Тихого океанов, Южное Экваториальное течение Индийского океана). Муссонные течения северной части Индийского океана, Антарктическое круговое, Арктический дрейф также являются дрейфовыми.

Основа теории дрейфовых течений была разработана шведским ученым Экманом в 1903-1905 гг., географическими выводами которой являются:

• поверхностные течения отклоняются от направления ветра в северном полушарии на 45° вправо, а в южном - на 45° влево. Отклонение дрейфовых течений от направления ветра обусловлено силой Кориолиса, возникающей при вращении Земли вокруг своей оси.

• с увеличением глубины изменяются скорость и направление течения. Вектор скорости с глубиной отклоняется всё более вправо от направления ветра в северном полушарии и всё более влево в южном полушарии. На некоторой глубине глубинный вектор противоположен поверхностному.

Глубина, на которой течение имеет направление противоположное поверхностному, называется глубиной трения. Скорость течения на этом горизонте составляет около 4 % от поверхностной скорости.

Практически, чисто дрейфовые течения прекращаются на глубине 100-200 м в низких широтах и на 50 м на широте 50°.

2) Гравитационно-градиентные течения в зависимости от причин, создающих наклон поверхности моря, подразделяются на:

а) сгонно-нагонные, обусловленные нагоном и сгоном вод под действием

ветра;

б) бароградиентные, связанные с изменением атмосферного давления. Рост (падение) атмосферного давления на 1 мб приводит к понижению (повышению) уровня моря на 1,33 см. Бароградиентные течения направлены из области более высокого стояния уровня (пониженное давление) в область с низким положением уровня (повышенное атмосферное давление);

в) стоковые течения формируются в результате наклона поверхности моря, вызванного притоком речных вод с суши (Обь-Енисейское и Ленское течения в Карском море и море Лаптевых, течение в Каспийском море, связанное со стоком Волги), атмосферными осадками, испарением, притоком вод из др. района или их оттоком. Разновидностью стоковых течений являются сточные течения, вызванные притоком вод из др. района (Флоридское течение, дающее начало Гольфстриму). Дрейфовое Карибское течение нагоняет в Мексиканский залив большую массу воды, где уровень повышается. Избыточные воды через Флоридский пролив устремляются сточным течением в Атлантический океан;

г) градиентные течения, обусловленные горизонтальным градиентом плотности воды, называются плотностными. Плотность воды в океане, в общем, увеличивается от экватора к полюсам. Примерами локальных градиентных (плотностных) течений служат придонные течения в проливах морей бассейна Атлантического океана - Босфоре и Гибралтаре. Разность солености вод (и плотности) между Черным (средняя S=22 ⁰/₀о) и Мраморным (38-38,5 ⁰/₀о) морями создает плотностное течение в Босфоре из Мраморного моря в Черное. В придонных слоях Гибралтара плотностное течение направлено из Средиземного моря (S=38-38,5 ⁰/₀₀) в Атлантический океан (S=36-37,5 ⁰/₀₀);

д) компенсационные течения, восполняющие убыль воды вследствие оттока. В результате оттока вод из восточных районов океанов иод действием пассатов создается дефицит массы, который восполняется компенсационным экваториальным противотечением. К компенсационным относят также Канарское, Бенгельское, Калифорнийское, отчасти Перуанское, поверхностные течения в проливах Босфор и Гибралтар, направленные соответственно в Мраморное и Средиземное моря.

3) Приливные течения, возникающие под воздействием приливообразующих сил Луны и Солнца. Они отличаются тем, что охватывают всю толщу воды. Изменение скорости от поверхности до дна происходит незначительно. Они характерны в узкостях (заливах, проливах) - скорость достигает до 5-10 м/с.

4) Инерционные течения — это остаточные потоки, наблюдающиеся после прекращения действия сил, вызвавших движение.

2 По направлению выделяют зональные и меридиональные течения.

Зональные имеют направление близкое к широтному и перемещаются на восток или запад (Северные и Южные экваториальные течения Атлантического и Тихого океанов, Южное экваториальное течение Индийского океана, Арктический дрейф в Северном Ледовитом океане, Северо-Атлантическое и Северо-Тихоокеанское течения). Наиболее яркий пример зональных течений - Антарктическое круговое.

Меридиональные течения, связывающие зональные в единую систему. Они подразделяются на западные пограничные (Гольфстрим, Бразильское, Агульясово. Куросио, Восточно-Австралийское) - узкие и быстрые и восточные пограничные (Канарское, Бенгельское, Калифорнийское, Перуанское, Западно­Австралийское) - течения широкие и медленные.

3 По расположению выделяют противотечения в горизонтальной и вертикальной плоскости.

В горизонтальной плоскости - Межпассатные, Антило-Гвианское, Пассатные течения.

В вертикальной плоскости их называют подповерхностными (Перу- Чилийское, Калифорнийское, Кромвелла в Тихом океане, Ломоносова в Атлантическом океане, Тореева в Индийском океане, которое менее устойчиво из- за муссонных течений) или глубинными противотечениями (например, под Гольфстримом). Помимо них еще выделяют и придонные течения.

4 По времени действия (устойчивости) течения можно подразделить на постоянные, периодические и временные (случайные).

Постоянные течения отображены на карте - это большинство поверхностных течений, они сохраняют свои основные параметры (направление, скорость, расход).

Периодические или переменные течения связаны с изменением сил их формирующих. Муссонные течения северной части Индийского океана имеют западное направление в зимний период действия северо-восточного муссона и восточное - в летний сезон при действии юго-западного муссона. Периодическим является также связанное с муссонной циркуляцией Сомалийское течение, которое в период зимнего муссона направлено к югу, под действием летнего муссона оно изменяет направление и течет к северу, понижая при этом свою температуру. К переменным также относятся приливо-отливные течения, имеющие преобладающий суточный или полусуточный период.

Временные или случайные течения отражают изменчивость причин их вызывающих: кратковременные изменения ветра, уровня, плотности и др.

5 По характеру движения течения подразделяют на прямолинейные, криволинейные, циклонические и антициклонические.

6 По физико-химическим свойствам различают течения холодные, тёплые, опресненные, осолонённые и нейтральные.

Меридиональные течения, направленные от экватора к полюсам являются всегда теплыми, от субтропиков - всегда солёными и наоборот. Характер зональных течений определяется соотношением температуры или солёности вод течения и окружающих его вод. Если температура течения выше температуры окружающих вод, течения называют тёплым, если ниже - холодным. Аналогично определяются солёные и распреснённые течения. Нейтральные течения (например, пассатные в центральных частях океанов) несут воды, не отличающиеся от окружающих по температуре и солёности.

Влияние течений на климат. Прямое влияние течений, на климат проявляется чётко и хорошо изучено. Тёплые течения действуют смягчающе, несколько увеличивают продолжительность теплого сезона и годовое количество атмосферных осадков. Широко известно благоприятное влияние Гольфстрима и его продолжения Северного Атлантического течения на климат северо-западной Европы. Средняя температура января в Осло на 25-30° выше, чем на той же широте в Магадане. Безморозный период в Канаде - 60 дней, в Европе - 150-200 дней. Значительное влияние тёплое течение Куро-Сио оказывает на климатические условия побережья Тихого Океана, хотя оно слабее воздействия Гольфстрима и Северного Атлантического, поскольку проникает на север почти на 40° южнее. Кроме того, теплосодержание Куро-Сио существенно меньше указанных атлантических тёплых течений.

Холодные течения воздействуют на климат в сторону его похолодания, увеличения продолжительности холодного сезона и значительного уменьшения годового количества атмосферных осадков. На Канадском побережье, омываемом Лабрадорским течением между 55°и 70°с.ш. проходит годовая изотерма 0, -10°, на той же широте в Северной Европе изотерма 0, +10°. Эти свойства холодных течений оказывают решающее влияние на формирование пустынных областей

Земли (Канарское и пустыни северо-западной части Африки, Перуанское и пустыня Атакама и др.). Велико значение холодных течений Камчатского и Ойя- Сио на климат Курильской гряды и о.Хоккайдо. Их теплосодержание зависит от суровости зим в Беринговом и Охотском морях. Чем холоднее эти течения, тем прохладнее и пасмурнее лето, и соответственно, ниже урожайность риса в Японии.

Косвенное воздействие течений на климат проявляется через атмосферную циркуляцию и изучено недостаточно. Прежде всего, оно проявляется в том, что над тёплыми течениями формируются ложбины пониженного атмосферного давления, над холодными - отроги повышенного давления. Так, у побережья Северной Америки над Гольфстримом такая ложбина пониженного давления особенно выражена в зимнее время, поэтому господствующие здесь западные ветры усиливаются еще более, принося с материка охлажденные массы воздуха и создавая климатические условия более суровые, чем в северо-западной Европе, отепляемой тем же самым течением. Отроги высокого, давления над холодными течениями (Перуанское, Калифорнийское) определяют уменьшение сумм атмосферных осадков. Теплосодержание течений, расположение главных струй воздействует на развитие атмосферных процессов. Циклоны, проходя над акваториями с повышенной отдачей тепла в атмосферу, получают дополнительную энергию и возможность дальнейшего развития и перемещения. Циклоны, проходящие над сильно охлажденными акваториями, быстро растрачивают запасы тепла и прекращают существование.

Исследования влияния течений на климат через взаимодействие с атмосферой позволили установить следующие закономерности. Если теплосодержание Гольфстрима больше в его южной части, то погодно­климатические условия Европы не изменяются. Если же теплозапас Гольфстрима возрастает в его средней части, то зима в Европе будет холоднее обычного в результате обострения градиентов давления над ложбиной и увеличения повторяемости холодных западных, северо-западных и северных ветров. Потепление вод Гольфстрима вызывает похолодание побережья США в результате усиления муссонной циркуляции. При увеличении теплозапаса Гольфстрима в его северной части зимы в Европе будут теплее обычного, а в Гренландии - холоднее и тем более холодные, чем теплее Гольфстрим.

Наиболее яркий пример взаимодействия процессов, протекающих в океане и атмосфере - район холодного Перуанского течения и периодически возникающего тёплого течения Эль-Ниньо, открытого в 60-х годах. Этот мощный поток возникает один раз в 7-14 лет, когда обычный для этого района Тихого океана юго-восточный пассат ослабевает или даже отсутствует. В этом случае громадная масса теплой воды из западной части океана перемещается к западному побережью Америки и, приходя в столкновение с идущим на север Перуанским течением, отклоняет его в открытое море. Этот поток на продолжении межпассатного течения формирует тёплое течение Эль-Ниньо, появление которого приводит к серьезным нарушениям метеорологической обстановки, условий обитания рыб, птиц, животного мира на огромных пространствах экваториальной области Тихого океана, островах и побережьях. Такая обстановка сложилась зимой 1982 г., когда интенсивность Эль-Ниньо превысила все известные до сих пор случаи. Под воздействием Эль-Ниньо температура вод, омывающих Галапагосские острова, достигла +30°С, т.е. на 5° выше нормы, стадо морских львов ушло в более холодные воды, причем была отмечена большая смертность. На Галапагосских островах в январе 1983 г. выпало за 2 недели сумма атмосферных осадков, превышающая их количество за предшествующие 6 лет. Аридные в период действия холодного Перуанского течения земли теперь покрываются буйной растительностью, чрезвычайное оживление наблюдается среди птиц, пресмыкающихся, особенно гигантских черепах, размножаются бабочки, слепни, москиты. Выпадение ливневых дождей в северном Перу и на побережье привело к гибели миллионов птиц, населяющих "гуановые острова" и т.д. Серьезные последствия этого явления проявились и в экономике Перу - резко упал вылов анчоуса. Влияние Эль-Ниньо не ограничилось только островами и западным побережьем Южной Америки. По мере ослабления пассатов повышалось атмосферное давление над Австралией, Индонезией, где засуха привела к неурожаям и голоду. В то же время над восточной частью Тихого океана в районе Калифорнии, Гавайев углубление области низкого давления отразилось в усилении штормовой деятельности, были отмечены беспрецедентно высокие приливы.

Таким образом, изменчивость тепла, переносимого океанскими течениями, определяет крупномасштабные аномалии в атмосфере, а они, в свою очередь оказывают обратное воздействие на океан. Количественное изучение этих процессов, их пространственной и временной изменчивости - важнейшие факторы предсказания долговременных аномалий погоды и изменений климата.

Основные задачи работы

Лабораторная работа выполняется на контурной карте Мира любой картографической проекции. Для нанесения основных течений используются карты течений океанов для зимы и лета.

1 Практическая часть - нанести на карту основные поверхностные течения Мирового океана (тёплые течения - красным цветом, холодные - синим), указанные ниже.

Основные поверхностные течения Мирового океана

Южный океан

1. Антарктическое круговое (течение Западных ветров)35.

2. Прибрежное антарктическое (течение Восточных ветров)

Атлантический океан

3. Северное пассатное

4. Азорское

5. Флоридское

6. Португальское

7. Ангольское

8. Левонтийское

9. Североафриканское

10. Антильское

11. Гольфстрим

12. Северо-Атлантическое

13. Португальское

14. Канарское

15. Ирмингера

16. Западно-Гренландское

17. Баффинова

18. Лабрадорское

19. Южное пассатное

20. Гвианское

21. Карибское

22. Межпассатное противотечение

23. Гвинейское

24. Бразильское

25. Фолклендское

26. Бенгальское

Тихий океан

27. Северное пассатное

28. Новозеландское западное

29. Новозеландское восточное

30. Формозское

31. Минданао

32. Приморское

33. Цусимское

34. Куросио

35. Северо-Тихоокеанское

36. Калифорнийское

37. Камчатское

38. Ойясио

39. Аляскинское

40. Алеутское

41. Межпассатное противотечение

42. Течение Эль-Ниньо (периодическое)

43. Южное пассатное

44. Восточно-Австралийское

45. Западно-Новозеландское

46. Восточно-Новозеландское

47. Перуанское

Индийский океан

48. Южное пассатное

49. Мадагаскарское

50. Мозамбикское

51. Игольное

52. Межпассатное противотечение

53. Муссонное западное (зимнее)

54. Муссонное восточное (летнее)

55. Сомалийское (сменное по сезонам)

56. Западно-Австралийское

Северный Ледовитый океан

57. Норвежское

58. Нордкапское

59. Шпицбергенское

60. Восточно-Гренландское

61. Западное арктическое (Арктический дрейф)

№7