Общая характеристика фронтов

Введение

 

Вне всякого сомнения, зоны апвеллинга играют огромную как научную, так и практическую роль. Мы будем рассматривать фронтальные зоны, возникающие в результате подъема глубинных вод на поверхность (это явление называется апвеллингом). По фронтам можно не только оценивать интенсивность но и определять границы апвеллинга, что в свою очередь очень важно для промыслового хозяйства. Районы где наблюдается подъем вод богат рыбой. Это связано с тем, что с водой на поверхности поднимается много биологических веществ, которые служат кормом. Но интенсивность апвеллинга играет важную роль не только для рыбного промысла, но и для контроля динамического равновесия в целом. Так как многие апвеллинги охватывают большие площади, они участвуют в общей циркуляции и имеют причинно-следственную связь с режимом океана в целом. В этой работе мы рассмотрим фронты различных мировых апвеллингов, их значения при разной интенсивности апвеллинга, а также факторы вызывающие явление апвеллинга.

 

Механизм образования апвеллинга

 

При изучении закономерностей циркуляции вод в шельфовой зоне следует иметь в виду, что наклон уровня, принимавшийся при рассмотрении профиля течений постоянным, на самом деле меняется по мере удаления от берега. В результате вдольбереговое течение не имеет одинаковой интенсивности, а меняется по мере удаления от берега. В свою очередь неоднородность горизонтальных течений вызывает соответствующие вертикальные перемещения воды, которые компенсируют отток поверхностных вод при их дивергенции или ликвидируют избыток вод при их конвергенции. Восходящий поток вод принято называть апвеллингом, а нисходящий - даунвеллингом.

В наиболее отчетливом виде проявляется зависимость вертикальных движений воды от направления ветра, создающего конвергенцию или дивергенцию горизонтальных потоков воды у берега. Характер такой циркуляции выявляется даже при рассмотрении только прибрежного пограничного слоя. Приближенно стационарные течения в нем, если берег прямолинейный и ось y направлена вдоль него, могут быть описаны уравнением

 

Vk=(u+iv);

 

K - коэффициент горизонтальной турбулентности.

При такой формулировке задачи считается, что на морской границе пограничного слоя течения за пределами поверхностного экмановского слоя переходит в географическое, а на берегу имеет место условие непротекания, т.е. Vk=0. Поскольку рассматривается влияние ветра на течения, то на поверхности моря выполняется условие

За пределами экмановского слоя происходит затухание дрейфовой скорости.

В данной системе координат, при которой берег находится с левой стороны и ось х направлена от него в сторону моря, ветер от берега (τу>0, τx>0) приводит к сгону воды, в результате чего возникает апвеллинг (Wo<0). Скорость восходящего потока уменьшается с расстоянием от берега по экспоненте.

В изложенной схеме прибрежной циркуляции не рассматривалось влияние уклона дна. В принципе оно такое же, как и для открытого океана. Из-за уменьшения глубины роль морфометрии шельфа больше, но общий характер циркуляции в шельфовой зоне она не меняет.

Несмотря на широкое распространение вдольбереговых течений, мощные переносы воды в океанах вдоль континентов имеют другую природу. Эти течения представляют собой звенья общей циркуляции океана и обусловлены не столько напряжением преобладающего ветра, сколько бароклинными эффектами. Их ширина существенно больше, чем соответствующего шельфа, и вызванные ими упорядоченные вертикальные перемещения масс воды располагаются часто не столько в пределах шельфа, сколько за ним. Так, например, апвеллинги в районах Калифорнийского и Перуанского течений распространяются далеко за пределы узких шельфов. Так же обширны апвеллинговые области, созданные Канарским, Гвинейским и Бенгельским течениями у запанных берегов Африки, где шельф узкий и глубины за ним большие. В Индийском океане относительно небольшая область устойчивого прибрежного апвеллинга находится в районе Западно-Австралийского течения.

В качестве примера апвеллинга, связанного с ветром, следует отметить сезонный подъем вод в районе Сомалийского течения и в Аравийском море, происходящий при развитом юго-западном муссоне. Такие же явления имеют место в азиатски морях Тихого океана.

 

Общая характеристика фронтов

 

Начнем с того, что дадим определение фронтальной зоны. Это зона, в которой пространственные градиенты океанических характеристик значительно обострены. Так же есть понятие фронтального раздела - это поверхность внутри фронтальной зоны совпадающая с поверхностью максимального градиента. Фронты имеют разную природу происхождения, а также разделяются по пространственным масштабам: климатические (с глобальным распределением характеристик), синоптические (процессы меньшего масштаба) и планетарного (процессы связанные с общей циркуляцией мирового океана) масштаба. Основные характеристики, по которым выделяют фронта это температура и соленость. Зоны от 10 м до 10 км с перепадами температуры на 10С и солености на 10 ‰. В настоящий момент сведения о следующих физических параметрах представляются наиболее важными для удовлетворительного физического описания фронтальных зон и фронтальных разделов:

Ширина фронтальной зоны на поверхности океана или на любой характерной поверхности.

Направление ее простирания, протяженность и пределы по глубине.

Общая T, S-характеристика фронтальной зоны. Средние горизонтальные градиенты температуры и солености поперек зоны. Взаимное расположение изопикн, изотерм изогалин в поперечном сечение фронтальных зон.

Число фронтальных разделов во фронтальной зоне.

Характеристики фронтальных разделов:

Угол наклона фронтального раздела.

Горизонтальные градиенты температуры и солености поперек фронта на разных уровнях.

Глубина, до которой фронтальный раздел различим.

T, S-характеристика вертикальных структур по обе стороны каждого фронтального раздела и под ним.

Поле скоростей в районе фронтального радела и в особенности характерные значения вертикальных и горизонтальных сдвигов скорости поперек фронтального раздела.

Длина волны меандрирования фронта (или число меандров на 100 км) на разных горизонтах или изопикнических поверхностях.

Радиус кривизны наиболее искривленных участков фронта.

Скорость и направление общего перемещения фронтального раздела.

Скорость и направление перемещения меандров.

Наблюдающаяся тенденция к обострению или релаксации фронтального раздела.

Фактическое время фронтогенеза, если процесс наблюдается.

Статические и физические характеристики тонкой вертикальной термохалинной структуры вблизи фронтальных разделов и на периферии фронтальной зоны.

Все перечисленные выше характеристики в принципе можно получить прямыми измерениями в океане. Некоторые характеристик легче получить с помощью дистанционных методов (например, со спутника), нежели с помощью судов. На основе перечисленных выше характеристик могут быть получены косвенные оценки других, не менее важных, но не поддающихся измерению физических параметров, таких, на пример, как вертикальные составляющие скорости движения на фронтальном разделе или коэффициенты турбулентного переноса тепла и соли через поверхность фронтального раздела и т.д.

В данной роботе мы будем рассматривать фронты, которые ограничивают пятна интенсивного локального апвеллинга в различных районах мирового океана.