Рециркуляционные и транзитные течения
Следствием доказанного в прошлом пункте будет то, что суммарный расход течения с горизонтальной отсчетной поверхностью приблизительно равен нулю, если динамические высоты крайних станций поперечного сечения одинаковы. Полностью или частично рециркуляционные течения широко распространены в Мировом океане и напоминают растянутые эллипсы (рис. 10.7.1)
Рис. 10.7.1. Динамическая карта Атлантического океана (A. Defant, 1961)
Демонстрируя эту карту, обратим внимание на поведение динамических горизонталей у линии берега. Существуют две традиции: поворачивать горизонтали вдоль берега, чтобы сохранить неразрывность горизонтального переноса, и обрывать их на подходе к берегу, что предполагает выходящую за рамки динамического метода вертикальную компенсацию расхода.
Помимо рециркуляционных по структуре течений, на карте видны сквозные или транзитные течения, выходящие за пределы замкнутых океанских круговоротов. Как правило они связаны с океанскими фронтами, разделяющими водные массы разной температуры, солености и плотности.
Влияние на плотность изменения температуры существенно зависит от исходной температуры воды и увеличивается примерно в 10 раз при увеличении температуры в пределах океанского диапазона (от –1,8 до +30о).
Контакт легких и тяжелых вод приводит к системе течений, качественная картина которых показана на схеме фронтального ящика Марсильи (см. рис. 10.7.2)
Рис. 10.7.2. Водообмен между теплыми
(распресненными) и холодными (солеными)
водами в классическом (а) и фронтальном
(б) ящике Марсильи (V. Lebedev,
1989). JS – струйное
течение; 1–4 – порядковые номера
течений; крест – течение в чертеж;
точка – течение из чертежа;
–
плотность мраморноморской и черноморской
воды;
–
плотность холодной и теплой воды
В классическом ящике Марсильи сила Кориолиса исключена, во фронтальном она полностью контролирует движение, выводя его на геострофическое равновесие.
Уравнение фронтогенеза
Пути океанских течений тесно связаны с положением температурных и соленостных фронтов. Образно говоря, фронты – дороги морских течений. Полное уравнение океанского фронтогенеза было исследовано Гуннаром Роденом по полю температуры и течений Тихого океана8. Он подтвердил важность всех процессов, представленных в уравнении.
Вывести уравнение можно путем дифференцирования по x, y уравнения баланса субстанции, для которой рассматривается фронтогенез. Пусть это будет температура
; (10.8.1)
, (10.8.2)
где I – источник изменения T.
Меняя в левой части порядок дифференцирования и векторно складывая уравнения, получим
, (10.8.3)
где индекс n означает направление горизонтального градиента температуры.
Разные члены уравнения выражают разные процессы фронтогенеза, в соответствии с которым можно говорить о разном типе фронтов: первый член правой части – адвективный фронтогенез, второй – апвелленговый фронтогенез, третий – фронтогенез приливного перемешивания на мелкой воде, четвертый – фронтогенез, вызванный неравномерностью источников (у Родена – радиации).