
- •Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова
- •В. Л. Лебедев
- •Введение в теорию морских течений
- •Учебное пособие
- •Издательство Московского университета
- •Раздел 1. Система уравнений морских полей
- •Глава 1. Начальные понятия
- •Глава 2. Уравнения простейших морских полей
- •Принципиальный вид уравнения
- •Уравнение неразрывности объема несжимаемой жидкости
- •Уравнение неразрывности массы несжимаемой жидкости
- •Приближение Буссинеска как альтернатива несжимаемой однородной жидкости
- •Примеры использования уравнения неразрывности
- •Уравнения поля солености, температуры и плотности
- •Глава 3. Переход к векторному полю в абсолютной системе координат
- •Уравнение Навье-Стокса и Эйлера. Замкнутая система уравнений
- •Граничные условия
- •Пример решения
- •Глава 4. Поворотное ускорение кориолиса
- •История вопроса
- •Почему силу Кориолиса называют фиктивной силой?
- •Сила Кориолиса как проявление центробежной силы
- •Аналитический вывод ускорения Кориолиса
- •Глава 5. Поле скорости в относительной системе координат
- •Связь абсолютного и относительного ускорений
- •Уравнение движения во вращающейся прямоугольной системе координат
- •Направление осей координат
- •Примеры проявления силы Кориолиса. Лагранжево описание движения
- •Глава 6. Сферическая система координат
- •Сокращая и переходя к пределу, имеем
- •Выражение для диффузионного потока не является (в противоположность адвекции) выражением баланса субстанции внутри ячейки и по записи отличается от адвекции
- •Раздел 2. Типы и модели морских течений
- •Глава 8. Классификация морских течений
- •Глава 9 . Чисто дрейфовые течения
- •Историческая справка
- •Циркуляция Ленгмюра
- •Экмановская модель дрейфовых течений в глубоком море
- •Полный перенос в дрейфовом течении
- •Экмановская модель дрейфа на мелкой воде
- •Послеэкмановские модели дрейфа в глубоком море
- •Глава 10. Градиентные течения
- •Наложение баротропного и бароклинного поля давления
- •Динамический метод расчета течений
- •Программа расчета скорости геострофических течений (в. С. Архипкин)
- •Движение вдоль динамических горизонталей
- •Движение вдоль изобат
- •Расход вихренесущего геострофического течения
- •Рециркуляционные и транзитные течения
- •Уравнение фронтогенеза
- •Эпюра градиентного течения над дном
- •Логарифмический слой
- •Экмановская модель суммарного течения
- •Бэта-спираль и горизонты нулевых составляющих скорости
- •Глава 11. Полные потоки и вихри
- •Уравнение неразрывности полных потоков
- •Вихри и завихренность
- •Сохранение завихренности в баротропной и бароклинной среде
- •Вихрь и уровенная поверхность
- •Дивергенция полного потока дрейфового течения и вертикальная скорость
- •Дивергенция полного потока геострофического течения
- •Дивергенция движущегося по меридиану суммарного течения
- •Глава 12. Модели полных потоков, суммарной и внутренней циркуляции
- •Суммарная циркуляция по балансу Свердрупа
- •Модели Стоммела (1948) и Манка (1950)
- •Вычислительные модели Буркова (1972) и Саркисяна (1971)
- •Уравнение Рейнольдса
- •Уравнение Громеко-Лэмба. Винтовое движение
- •Оценка членов уравнения по порядку величин. Критерии подобия
- •Масштабы локализации возмущений на вращающейся сфере
- •Планетарные волны
- •Литература
- •Содержание
- •Раздел 1. Система уравнений морских полей с. 1
- •Глава 1. Начальные понятия
- •Глава 2. Уравнения простейших морских полей
- •Глава 11. Полные потоки и вихри с. 50
- •Глава 12. Модели полных потоков и внутренней циркуляции
Раздел 2. Типы и модели морских течений
ГЛАВА 7. О ТРОЙНОМ ПРИСПОСОБЛЕНИИ МОРСКИХ ПОЛЕЙ полей морских характеристик. Изменения поля уровня, поля скорости, поля плотности связаны друг с другом настолько тесно, что трудно найти начало этого круговорота изменений. Одни ученые думают, что ключевое звено тройных изменений – это ветровые
Существует тройное взаимное приспособление изменения уровня, другие – что это поле плотности, меняющееся при тепломассообмене с атмосферой. Дискуссия по этому вопросу приводится в книге А. С. Саркисяна (1977). Часто тройное приспособление определяют как взаимное приспособление поля скорости и поля масс. Поле масс – это распределение плотности и уровня
В классификации морских течений А. И. Фельзенбаума (1960) выделены два главных типа течений – ветровые и плотностные. Ветровые течения разделены на три класса: чисто дрейфовые, дрейфово-градиентные и градиентные. К плотностным течениям отнесены те, в которых градиент давления вызван распределением плотности.4
К сожалению, путем океанографических разрезов нельзя определить является ли течение плотностным или градиентным (по данной классификации). В любом случае мы получаем структуру поля плотности, по которой (используя дополнительные гипотезы) можем определять градиенты давления и наклоны изобарических поверхностей. Таким образом, разные по происхождению морские течения предстают перед исследователем в виде похожих отражений в поле плотности. Возникает трудность с названием такого течения по классификации Фельзенбаума. Видимо, есть смысл использовать более гибкое разделение: всякое течение, вызванное градиентом давления называть градиентным. Океанологи в основном так и поступают. В классификации В. Н. Зырянова типы ветровых и термохалинных (плотностных) течений совмещаются с типом градиентных течений: «последний тип движения объединяет все виды течений океана, за исключением дрейфовых, которые вызываются влекущим за счет трения действием ветра» (1985, с.39).
В тех случаях, когда известно, что градиентное течение вызвано ветром или плотностью, это можно отметить уточненным названием градиентное ветровое или градиентное плотностное (термохалинное).
Прямые измерения течений и прямые измерения наклонов уровня не продвинут нас в определении причин течения. Лишь в отдельных случаях об этом можно судить по косвенным основаниям. Например, муссонные изменения ветра в Индийском океане приводят к сезонной перестройке течений, меняя их направление, местами на обратное. Такой природный эксперимент говорит о ветровом происхождении течений. В других случаях очевидно, что не ветер, а климатические условия определяют разность уровней морей и океанов и водообмен между ними. То же относится к абиссальной зоне океана.
В более широком плане решить вопрос о том, что преобладает в поддержании морских течений – воздействие потока плавучести (тепломассообмена) или поля ветра – можно путем моделирования морских течений. Численные эксперименты, проведенные А. С. Саркисяном, показали, что картина циркуляции, похожая на наблюдаемую, возникает даже в том случае, когда ветер был полностью исключен из эксперимента.
Классификация течений нужна не только при их диагностике, но и при их моделировании и расчетах.