Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






V. Гидрологический режим






Тепловой баланс О. Его главные составляющие: радиационный баланс (суммарная солнечная радиация минус обратное излучение О.); потеря тепла на испарение; турбулентный теплообмен между поверхностью О. и атмосферой и внутренний теплообмен (между поверхностью О. и нижележащими слоями). Кроме того, в общий тепловой баланс О. входят передача О. внутреннего тепла Земли, нагревание и охлаждение О. происходящими в нём химич. процессами, переход кинетич. энергии в тепловую и выделение тепла при конденсации водяных паров на поверхности О. Величина их крайне незначительная (каждая из них менее одной тысячной доли солнечной радиации). Поэтому при рассмотрении общего теплового баланса О. они обычно не учитываются. В табл. 3 приведены ср. значения осн. составляющих теплового баланса О. в ккал/см2/год по широтным поясам.

Табл. 3. -Средние значения основных составляющих теплового баланса (по М. И. Будыко)
[ris]

Суммарная радиация увеличивается от высоких широт к низким, имея максимум ок. 20° с. ш. и 20° ю. ш., что объясняется малой облачностью в этих областях, характеризующихся высоким давлением атмосферы. Наибольшая затрата тепла на испарение отмечается также в р-нах высокого атм. давления. Турбулентный теплообмен в тропич. и умеренных широтах меньше др. осн. составляющих теплового баланса. Нарастание его с широтой связано с увеличением разности температур воды и воздуха. О. поглощает тепло в поясе 30 ° с. ш.- 30° ю. ш. и постепенно отдаёт его атмосфере в более высоких широтах. Это важный фактор смягчения климата умеренных и полярных широт в холодную половину года. В результате испарения и турбулентного теплообмена с поверхности О. атмосфере передаётся 82 ккал/см2/год, в то время как с поверхности суши-только 49 ккал/см2/год. Отсюда следует, что О. служит главным фактором в формировании климата и погоды на Земле (см. также Морской климат). Неравномерное поступление солнечного тепла на поверхность О. и изменчивость атм. процессов оказывают непосредственное влияние на темп-ру, солёность и др. характеристики О.

Водныйбаланс О. складывается из расхода воды при испарении с его поверхности и поступления её за счёт осадков и речного стока (табл. 4).

Табл. 4. -Водный баланс (по М. И. Львовичу)

Элементы баланса Годовой объём, км3 Годовой слой, мм
Осадки    
Приток речных вод    
Испарение    

Соотношение составляющих водного баланса определяет режим и изменения солёности вод О. Годовые суммы составляющих водного баланса (в см слоя воды) для различных широт даны в табл. 5.

Материковая составляющая баланса имеет значение лишь в прибрежных р-нах О. В открытом О. определяющим является соотношение осадков и испарения. В Сев. полушарии испарение равно 111, 9 см/год, осадки-116, 7 см/год, в Южном - 113, 0 см/год и 91, 6 см/год соответственно. В умеренных и полярных широтах, кроме того, большое значение в водном балансе имеют приход и расход пресной воды при таянии и образовании льдов.

Температура. Верхним тонким слоем воды толщиной в 1 см поглощается 94% поступающей на поверхность О. солнечной энергии. Вследствие перемешивания происходит передача тепла всей толще воды О. Различия теплового баланса определяют региональные и зональные особенности распределения темп-ры, что можно проследить по данным табл. 6.

Среднегодовая темп-pa поверхностных вод О. равна 17, 5 °С, в то время как темп-pa воздуха над О. равна 14, 4 °С. При этом в Сев. полушарии темп-pa воды выше, чем в Южном (за счёт влияния материков). Термич. экватор (линия наибольших темп-р) располагается к С. от экватора. Здесь среднегодовая темп-ра достигает 28 °С, в замкнутых тропич. морях 32 °С. По мере удаления от экватора к полюсам она постепенно понижается до -1, 5, -1, 9 °С в полярных р-нах. Распределение темп-ры на поверхности и в верхнем слое О. происходит, в общем, зонально, однако в умеренных широтах под влиянием тёплых и холодных течений темп-pa воды в вост. части О. на 5-8 °С выше, чем в зап., а в субтропич. широтах, наоборот, на В. на 5-10 °С ниже, чем на 3. Сезонные колебания темп-ры наблюдаются до глуб. 100 - 150 м. На поверхности О. их величина изменяется от 1 °С и менее у экватора до 10 " С и более в умеренных и субтропич. широтах. На больших глубинах О. распределение темп-ры определяется глубинной циркуляцией, переносящей воды, погрузившиеся с поверхности. Чем в более высоких широтах происходит погружение воды, тем большие глубины они занимают (вследствие большей плотности) и тем более низкие темп-ры они имеют. В соответствии с этим темп-ра с глубиной понижается и в придонном слое составляет 1, 4-1, 8 °С, а в полярных областях ниже О °С. Однако понижение темп-ры с глубиной не везде происходит равномерно. Существенные изменения темп-ры наблюдаются только до глуб. 1000 м (в разных р-нах от 200 до 2000 м). В открытых р-нах О., кроме полярных областей, темп-pa заметно изменяется от поверхности до глуб. 300-400 м, а затем до 1500 м изменения весьма незначительны (на глуб. 400-450 м - 10-12 °С, на 1000 м - 3-7 °С, на 2000 м - 2, 5 - -3 °С), с 1500 м темп-pa почти не изменяется. В умеренных и полярных широтах понижение темп-ры нарушается в нек-рых случаях проникновением тёплых или холодных вод в глубинных течениях. Во впадинах, глубина к-рых более 7 тыс. м, темп-pa не понижается, а, наоборот, повышается ко дну на неск. десятых долей градуса под влиянием адиабатических процессов.

Табл. 6.-Средняя температура воды на поверхности океана

Широта 70°-60° с. ш. 60-50 50-40 40-30 30-20 20-10 10-0 0°-10° ю. ш. 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 70° с. ш.- 60° ю. ш.
Температура, °С 2, 9 6, 1 11, 2 19, 1 23, 6 26, 4 27, 3 26, 7 25, 2 22, 1 17, 1 9, 8 3, 1 19, 32

Табл. 5.-Годовые суммы составляющих водного баланса (по Л. И. Зубенок)

Широта Испарение Осадки Материковый сток
60-50o с. ш. 105, 0 57, 4 47, 6
50-40 114, 0 86, 3 27, 7
40-30 96, 2 121, 2 25, 0
30-20 81, 5 141, 1 59, 6
20-10 124, 7 148, 8 24, 1
10-0 193, 0 127, 0 66, 0
0-10° ю. ш. 119, 3 134, 2 14, 9
10-20 98, 6 162, 1 63, 5
20-30 83, 5 144, 2 60, 7
30-40 87, 5 128, 4 40, 9
40-50 105, 6 95, 1 10, 5
50-60 91, 5 62, 2 29, 3
60° с. ш.- 112, 7 102, 4 10, 3
60° ю. щ.      

Табл. 7. -Средняя величина солёности на поверхности океана

Широта 80°- 60° с. ш. 60-50 50-40 40-30 30-20 20-10 10-0 0°-10° ю. ш. 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 70° с. ш.-60° ю. ш.
Солёность, o/oo 32, 87 33, 03 33, 91 35, 30 35, 71 34, 95 34, 58 35, 16 35, 52 35, 71 35, 25 34, 34 33, 95 34, 89

Солёность. В зависимости от соотношения составляющих водного баланса солёность в отд. р-нах меняется почти от 0 (близ устьев крупных рек) до 39-42 о/оо (в тропич. морях - Красное м., Персидский зал., Средиземное м.). Широтная зональность в распределении солёности на поверхности О. нарушается также под влиянием течений, образования и таяния льда. В табл. 7 приведены ср. величины солёности на поверхности О. для различных широт. В Сев. полушарии солёность ниже, чем в Южном. Наибольшие величины её в открытом океане отмечаются в тропич. широтах Атлантич. ок., где она достигает 37, 25о/оо. В полярных областях солёность падает до 31, 4о/оо на С. и 33, 93о/оо на Ю., у экватора - до 32-34о/оо. Сезонные колебания её наблюдаются до глуб. 100-150л, наиболее резко- в слое 10-25 м (превышают 2-3о/оо). Ниже глуб. 150 м распределение солёности, так же как темп-ры, определяется глубинной циркуляцией и меняется слабо (от 34, 6 до 34, 9о/оо); между 40° с. ш.- 40° ю. ш. на глуб. 400-800 м отмечается слой минимума (34, 0-34, 5о/оо), связанный с распространением погрузившихся с поверхности субполярных вод.

Циркуляция вод О. обусловливается целым рядом факторов (см. Морские течения). Под влиянием атмосферной циркуляции поверхностные течения до глуб. 150-200 м образуют антициклональные круговороты в субтропич. и тропич. широтах и циклональные - в умеренных и высоких широтах. Первые из них образуются в тропич. широтах мощными потоками пассатных течений, развивающихся под влиянием сев.-вост. и юго-вост. пассатов. Эти течения пересекают О. с В. на 3. У вост. берегов материков они отклоняются к С. и Ю. соответственно в Сев. и Юж. полушариях и движутся вдоль материков приблизительно до широт 40-45°. Здесь под влиянием зап. ветров поверхностные течения отклоняются на В. и вновь пересекают О., образуя в Юж. полушарии непрерывный поток поверхностных вод- течение Западных Ветров, а в Сев. полушарии - мощные Северо-Атлантическое и Северо-Тихоокеанское течения. У зап. берегов материков от вост. поверхностных течений отклоняются ветви в сторону экватора, где они сливаются с пассатными течениями и замыкают субтропич. антициклональные круговороты (см. карты на стр. 328-329). В Сев. полушарии восточные поверхностные течения отклоняются в более высокие широты, отделяя ветви в зап. направлении. Эти ветви соединяются с поверхностными течениями, следующими из высоких широт в умеренные вдоль вост. берегов материков и замыкающими циклональные круговороты. В высоких юж. широтах близ Антарктиды существует течение, направленное с В. на 3., между ним и вост. течением умеренных широт также образуются циклональные круговороты, обусловленные общей циклональной циркуляцией атмосферы в этих широтах. Системы течений Сев. и Юж. полушарий у экватора разделяются зоной межпассатных (экваториальных) противотечений (см. Межпассатные противотечения), движущихся с 3. на В. Межпассатные противотечения имеют сезонный характер и только в Тихом ок. существуют круглый год. В муссонных областях О. течения меняются по сезонам (сев. часть Индийского ок. и сев.-зап. часть Тихого ок.). Перенос в указанных системах циркуляции вод из низких широт в высокие и из высоких в низкие определяет наличие в О. тёплых и холодных течений, отличающихся по своим темп-рам от окружающих вод. Особенно ярко выражены системы тёплых течений Гольфстрим и Куросио в сев. частях Атлантич. и Тихого океанов и холодные течения Лабрадорское, Бенгельское, Курильское, Перуанское и др. На глуб. более 150-200 м циркуляция вод определяется гл. обр. разностями плотностей воды в толще О. Последние создаются тем, что погружающиеся с поверхности О. в зонах сходимости течений (конвергенции зона) и в результате зимнего охлаждения и сползания по материковому склону воды обладают различными температурными и солёностными характеристиками, соответствующими географич. широте места их погружения. На глуб. до 1000-1500 м погрузившиеся воды совершают, по-видимому, циркуляцию, подобную поверхностной. Но в ряде р-нов на эту циркуляцию накладываются мощные противотечения (напр., подповерхностные течения Ломоносова и Кромвел-ла, к-рые развиваются в экваториальных широтах Атлантич. и Тихого океанов). На больших глубинах в направлении течений преобладает меридиональная составляющая, что обусловливает водообмен между сев. и юж. частями О. Глубинные воды возвращаются на поверхность О. в зонах расхождения поверхностных течений (см. Дивергенция морских вод) и в областях сгона поверхностных вод, таких как циклональные круговороты. Т. о. происходит постоянное обновление вод на всех глубинах О. и перенос их гидрологич. и гидрохимич. характеристик от поверхности ко дну и обратно.

Волны. Помимо горизонтального и вертикального движений масс воды, для динамич. состояния О. характерны волновые движения, вызываемые ветром, приливами и землетрясениями (см. Волны морские). Ветровые волны наблюдаются только в верхнем слое О. до глуб. в среднем 50-60 м, их вые. 12-13 м и более. Преобладающая вые. океанских волн в умеренных широтах ок. 4 м, в тропич. -1, 5 м. Приливные и сейсмич., т. н. цунами, волны охватывают всю толщу воды О. Приливные волны существуют в О. постоянно. В О. наблюдаются также внутр. волны, возникающие на поверхности раздела слоев воды с различной плотностью. Высота внутр. волн достигает неск. десятков м. Если верхний слой тонок и разница плотностей этого слоя и нижележащего слоя велика, то создаётся явление " мёртвой воды", затрудняющей плавание, особенно парусных судов.

П р и л и в ы. Исключит, роль в режиме О. играют приливные явления (см. Приливы) в виде регулярных, почти периодич. колебаний уровня воды, а также в виде приливных течений. Преобладают приливы полусуточного периода. Величина их в открытом О. не более 1 м, но у берегов достигает 3-6 м. Большие величины приливов характерны для побережий океанских заливов и окраинных морей: в зал. Фанди (Атлантич. побережье Канады) до 18 м. В нек-рых р-нах (зап. часть Мексиканского зал., Яванское м. и др.) приливы суточные, величина их до 5, 9 м (Охотское м.). В др. р-нах наблюдаются смешанные приливы (неправильные полусуточные или суточные) вые. до 12, 9 л (Пенжинский зал. Охотского м.). Приливные течения имеют особенно большое значение в узкостях, где могут достигать больших скоростей (св. 7 м/сек).

Перемешивание. Воды О. подвергаются перемешиванию, посредством к-рого происходит передача от слоя к слою гидрологич. и гидрохимич. характеристик и их выравнивание. Процессы эти действуют как в вертикальном, так и в горизонтальном (боковое перемешивание) направлениях. Перемешивание делится на типы: молекулярное и турбулентное, в к-ром выделяются разновидности- фрикционное (вызванное силой трения слоев при их движении относительно друг друга) и конвективное. Фрикционное перемешивание проявляется гл. обр. в форме ветрового и приливного. Ветровое перемешивание проникает на глубину распространения ветровых волн, приливное охватывает всю толщу воды до дна О. В отличие от ветрового перемешивания, развивающегося эпизодически, приливное перемешивание осуществляется с более или менее правильной периодичностью. Конвективное, или плотностное, перемешивание связано с нарушением плотностной стратификации слоев воды при увеличении плотности вышележащего или уменьшении плотности нижележащего слоя, что обусловливается понижением темп-ры и повышением солёности в первом случае или повышением темп-ры во втором случае. Наиболее важное значение имеет конвекция, развивающаяся при зимнем охлаждении поверхности О. (зимняя вертикальная циркуляция), когда она охватывает мощный слой воды и в отдельных замкнутых морях с большой солёностью воды распространяется до дна (Красное м., Средиземное м.). При перемешивании вод различных темп-р и солёностей происходит увеличение плотности смеси, что весьма важно для режима О. При этом осн. значение имеют разности темп-р и их абс. значения. Чем ниже темп-pa вод и чем больше их температурные различия, тем больше уплотнение и тем большие глубины охватываются перемешиванием. В результате уплотнения при перемешивании в зонах сходимости поверхности течений с различными температурными и солёностнымихарактеристиками происходит погружение поверхностных вод на глубины О.

Значение перемешивания в жизни О. огромно. Благодаря ему солнечное тепло, поглощаемое тонким поверхностным слоем, распространяется в глубину, выравнивается солёность мор. вод, глубинные и придонные воды получают кислород, а поверхностные обогащаются питательными (биогенными) веществами, накапливающимися в глубинных водах. Р-ны О. с небольшими глубинами и интенсивным перемешиванием наиболее богаты в промысловом отношении (моря Баренцево, Северное, Азовское, р-н о. Ньюфаундленд и др.).

Уровень О., особенно у берегов, непрерывно колеблется под влиянием приливов, изменений атм. давления, берегового стока, плотности мор. воды и сгонно-нагонных ветров. Соответственно колебания уровня имеют периодич. и непериодич. характер. Периодич. колебания, связанные с приливами, имеют полусуточный или суточный период и достигают большой величины. Изменения уровня, вызванные изменениями атм. давления и др. длительно действующими факторами, носят сезонный характер. В нек-рых замкнутых морях (Чёрное, Азовское, Балтийское) эти колебания превышают, приливные. Непериодич. изменения уровня вызываются сгонно-нагонными ветрами и имеют величину 1-3 м. В сочетании с приливным поднятием уровня нагонный уровень может достигать большой высоты и иногда приводит к катастрофич. наводнениям на берегах О. (напр., наводнения на берегах Северного м.). Существуют также вековые колебания уровня О., связанные с колебательными движениями земной коры и колебаниями объёма Мирового ок.

Лёд в О. образуется в высоких и умеренных широтах (см. также Морской лёд). В высоких широтах, вследствие малого кол-ва солнечного тепла, льды сохраняются по неск. лет. Эти многолетние льды (пак) выносятся течениями и ветрами в умеренные широты, где тают. Наибольшей толщины (3-5 м) пак достигает в Арктике. В умеренных широтах образуется однолетний лёд, гл. обр. в морях с суровыми зимними условиями. Кроме мор. льдов, в О. встречаются огромные массы материковых льдов - айсберги, отрывающиеся гл. обр. от ледников Антарктиды, Гренландии, Шпицбергена и нек-рых др. полярных островов. Наиболее распространены они в Антарктике и сев.-зап. части Атлантич. ок.

Цвет и прозрачность воды О. определяются её избирательной способностью поглощать и рассеивать световые лучи и зависят от условий освещения поверхности О., изменения спектрального состава и ослабления светового потока. При большой прозрачности вода приобретает интенсивный синий цвет, к-рый характерен для открытого О. При наличии значит, кол-ва взвешенных частиц, сильно рассеивающих свет, вода имеет сине-зелёный или зелёный цвет, характерный для прибрежных р-нов и нек-рых замкнутых морей. В местах впадения крупных рек, несущих большое кол-во взвешенных частиц, цвет воды принимает жёлтые и коричневые оттенки. Макс, величина относит, прозрачности (66 м), определяемая по глубине исчезновения белого диска диаметром 30 см, отмечена в Саргассовом м. (Атлантич. ок.); в Индийском ок. она составляет 40-50 м, в Тихом ок. 59 м. В общем, в открытой части О. прозрачность уменьшается от экватора к полюсам, но и в полярных р-нах она может быть значительной. Особое явление, распространённое по всему О., представляет собой свечение моря.

Зональность. Распределение энергии Солнца в О. неоднородно и подчиняется закону зональности.

Широтная зональность охватывает слой воды толщиной 150-200 м. В соответствии с этим в О., как и на суше, выделяются полярные, субполярные, умеренные, субтропич., тропич. и экваториальные пояса (см. Пояса физико-географические). Границы между ними во многих случаях отчётливо выражены в виде фронтов (зон конвергенции), на к-рых резко меняются свойства и динамика вод, напр, фронт Куросио в Тихом ок. и фронт Гольфстрима в Атлантич. ок., Антарктич. фронт, юж. субтропич. фронт.

Вертикальная зональность проявляется в последовательной смене поверхностных, подповерхностных, промежуточных, глубинных и придонных водных масс. Поверхностные водные массы отличаются наиболее интенсивным развитием процессов, обусловленных активным обменом энергии и вещества с атмосферой. Толщина их в среднем 150-200 м. Подповерхностные водные массы располагаются на глуб. 200-500 м и в низких и умеренных широтах характеризуются повышенной солёностью, а в низких широтах - повышенной темп-рой. Промежуточные водные массы довольно сильно отличаются от выше- и нижележащих вод: в полярных широтах - своей повышенной темп-рой, а в умеренных и тропич.- пониженной солёностью и минимальным содержанием кислорода. Нижняя граница их располагается в разных частях О. на глуб. от 1000 до 1500 м.

Глубинные водные массы получили наибольшее развитие по вертикали. Нижняя их граница прослеживается на глуб. 3000-3500 м. При большой однородности свойств глубинных вод в О. выделяются 4-5 различных типов вод, отличающихся друг от друга особенностями формирования и гл. обр. солёностными и кислородными характеристиками.

Придонные водные массы занимают наиболее глубокие части О., перемещаясь от р-нов полюсов по котловинам и соединяющим их подводным понижениям. В среднем толщина придонных вод 1000 - 1500 м, в глубоководных желобах (впадинах) - более 6000 м. Наибольшее распространение в О. имеют придонные антарктич. воды, обладающие низкой темп-рой и относительно богатые кислородом. В Атлантич. ок. они распространяются вплоть до 40° с. ш., в Тихом ок. вплоть до экватора, а местами до 10-20° с. ш.






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.