12.2. Смешение двух и трех водных масс

Наиболее общим случаем смешения водных масс в реальных условиях Мирового океана является вертикальное перемешивание двух, трех и четырех наложенных друг на друга водных масс.

Обратимся к вопросу о смешении двух и трех водных масс, важному для понимания аналитической теории Т,S,z-кривых.

Рассмотрим две однородные водные массы А и В; пусть температура и соленость водной массы А равны Т₁ S₁, водной массы В – Т₂ S₂. На Т,S-диаграмме эти водные массы будут определяться соответствующими Т,S-точками (рис.29). В океанологии Т,S-точки, соответствующие однородным водным массам, называются термохалинными индексами.

Рассмотрим вопрос о смешении между собой этих двух водных масс и об определении температуры и солености результирующей смеси.

Результат полного смешения водных масс А и В изображается Т,S-точкой М, лежащей на прямой АВ, называемой прямой смешения. Температура и соленость смеси определяются формулами смешения

;

где m₁ и m₂ - пропорции водной массы А и водной массы В. Результирующая точка М лежит на прямой смешения на расстояниях от точек А и В, пропорциональных m₁ и m₂. Точке М соответствует 36% водной массы А и 64% водной массы В, т.е. мы определили в этой точке процентное содержание каждой из двух смешивающихся водных масс.

Так обстоит дело в случае полного смешения. В реальных условиях полного смешения между различными водными массами может не происходить - вследствие того, что помимо процесса смешения, стремящегося выровнять температуру и соленость, в океане происходят процессы, поддерживающие начальные температуру и соленость этих водных масс. К ним, прежде всего, относятся процессы теплообмена с атмосферой, адвекция (перенос) "первоначальных" водных масс из других районов океана и другие. Поэтому в стационарном случае водные массы находятся в состояниинепрерывного частичного смешения, а их Т,S-характеристики в разных точках одной вертикали определяются на прямой смешения. Прямая смешения, таким образом, в рассмотренном частном случае смешения двух водных масс является Т,S-прямой, т.е. частным случаем Т,S-кривой.

Рассмотрим случай смешения трех однородных водных масс A, B и C, имеющих температуру и соленость Т₁S₁, Т₂S₂, Т₃S₃ соответственно. На Т,S-диаграмме (рис. 31) индексы этих трех водных масс, если они не лежат на одной прямой, образуют треу­гольник смешения.

Рис. 31. Треyголъник смешения (номограмма для определения процентногo соотношения трех водных масс)

Продукт полного смешения трех водных масс будет иметь температуру и соленость, определяемые формулами смешения

;

где m₁, m₂ и m₃ пропорции водной массы А, водной массы В и водной массы С, участвующих в смешении.

Результат полного смешения трех водных масс будет изображаться Т,S-точкой М, лежащей внутри треугольника смешения. Зная положение результирующей Т,S-точки в пределах треугольника смешения, можно определить содержание каждой из водных масс в смеси. Для удобства графического определения процентного соотношения каждой из водных масс в смеси строится соответствующая процентная номограмма. Так, например, точке М на рис. 30 соответствует 10% воды А, 60% воды В и 30% воды С.

В Мировом океане широко распространены промежуточные водные массы, характеризующиеся либо экстремумом солености (средиземноморская промежуточная водная масса в Атлантическом океане, красноморская водная масса в Индийском океане), либо экстремумом температуры (атлантическая теплая прослойка в Северном Ледовитом океане). Поэтому при анализе перемешивания трех водных масс и выяснения их процентного содержания, Т,S-кривая, укладывающаяся в пределах треугольника смешения, своим экстремумом будет указывать на промежуточную водную массу, а ее концевые ветви будут принадлежать термохалинным индексам поверхностной и глубинной водным массам. Такой тип Т,S-кривой, указывающий на смешение трех водных масс, характерен для океана и является интересным с точки зрения анализа водных масс. Наличие экстремумов на Т,S-кривых видно также на обобщенной Т,S-диаграмме, изображенной на рис. 30.