Глава 3. Характеристика системы течений Гольфстрим
Океанические течения – сложный комплекс перемещений воды, которые изменяются во времени и пространстве. Любое течение имеет свою уникальную динамику, и Гольфстрим не исключение из общего правила.
3.1. Скорости и расходы воды истоков Гольфстрима
Флоридское течение, как это уже было сказано, является главным истоком Гольфстрима, поэтому очень важно знать его основные характеристики и их изменение во времени и пространстве. Чаще всего расход и скорости воды определяются при входе во Флоридский пролив по линии Ки-Вест – Гавана и после выхода на плато Блейк. По единичным данным расход течения во Флоридском проливе составил 26×106 м3/с, 30 – 34×106 м3/с, 26 – 30×106 м3/с, 47,5×106 м3/с. Во Флоридском течении наблюдаются высокие скорости перемещения воды в поверхностном слое. По данным измерений максимальные значения характерны для зимнего времени, они достигают 335 см/с, а летом 334 см/с. Осредненные скорости равны 136 см/с летом и 115 см/с зимой [18].
Наблюдения 1950 – 1970-х годов прошлого столетия показало, что, несмотря на столь разные результаты единичных измерений все же имеется некоторая временная закономерность расхода воды. В годовом ходе расхода воды наблюдается максимум в июле – августе и два незначительных максимума в декабре и феврале. Значительный минимум наблюдается, как правило, в январе, а два менее значительных в ноябре и марте [2].
В это же время задумывались и над основной причиной столь огромного расхода воды в системе течений Гольфстрим, и эта причина – ветер. В. Манк установил, что расход воды пропорционален завихренности поля ветра над Атлантическим океаном. Ему удалось получить соответствие между значениями расходов, вычисленных с помощью среднего напряжения ветра над Атлантикой и известным средним значениям расходов воды. Такая же зависимость наблюдается и во Флоридском течении.
Динамическая структура вод в районе Багамских островов имеет сложный характер. Антильское течение, как правило, само по себе примыкает к склону Багамских островов, хотя иногда его стрежень отклоняется в сторону моря. Само Антильское течение иногда может разделятьсяслабым противотечением, либо существует как поток с двумя ядрами, где повышены скорости течения. Ширина Антильского течения колеблется от 110 км, когда оно течет единым потоком до 330 км, когда имеет два ядра скоростей. Максимальное значение скоростей колеблется от 20 до 50 см/с и это наблюдается в слое воды до глубины 400 м. Что касается годовой динамики, то тут все же наблюдается некоторая закономерность. У Антильского течения максимум расходов наблюдается в летние месяцы, а минимум зимой, причем наступление фаз колебаний расходов варьируется во времени, т. е. возможен сдвиг наступления фаз на два месяца.
3.2. Скорости воды собственно Гольфстрима
Ранее ввиду отсутствия спутниковых технологий измерить скорости в районе действия собственно Гольфстрима было проблематично вне гидрологических разрезов. В 1970-х годах прошлого столетия появились дрифтеры – специальные океанографические дрейфующие буйки, которые после запуска, посредством спутниковой связи, могли передавать информацию о скорости, температуре и солености воды в реальном времени в Центр сбора данных. Всего было запущено 400 дрифтеров за 1980-е годы. Благодаря этим устройствам был собран колоссальный объем данных, который позволил ученым получить наглядное представление о том, как распределяются скорости не только в районе Гольфстрима, но и во всей Северной Атлантике. Рассмотрим трассу одного из многих дрифтеров, запущенных недалеко от Флориды в апреле 1999 г. (рис. 3.1).
Рис. 3.1. Трасса дрифтера запущенного в апреле 1999г (вверху) и
график модуля скорости (внизу) [9]
точками указаны положения дрифтера через 24, 48, 72, 96 суток и т. д.
Как выяснилось, Гольфстрим не всегда ведет себя как однородная струя воды. Равномерным потоком он течет до мыса Хаттерас, а вот потом все изменяется. Натыкаясь на течение склоновых вод и Лабрадорское течение, он образовывал вихри и меандры.
Дрифтер придерживался определенного направления в течение 42 суток. После этого она начал менять направление, меандрируя вместе с водными массами. Показания скорости при этом были максимальные. После выхода из Флоридского течения, местами она достигала 2,4 м/с, однако в среднем составляла 0,8 – 1 м/с.
После 72 суток плавания, скорость существенно уменьшилась и уже составляла 0,3 – 0,4 м/с. Однако, это все же существенное значение, в то время как средняя скорость многих течений не превышает 0,1 – 0,2 м/с. Количество меандров существенно возросло в районе 40º с. ш. и 55º з. д., а дрифтер стал чаще менять направление своего движения. Через 216 суток плаванья дрифтер попадает в зону завихрений, где находится в течение 72 дней, при этом его скорость оставалась такой, какой она была до этого, но ввиду частой смены направления движения, дрифтер существенно не приблизился к берегам Европы. Лишь через 72 суток дрифтер выплыл из этого района (45º с. ш. и 40º з. д), но это трасса только одного из них. Для того, чтобы понять, как вели себя дрифтеры в разные промежутки времени, проанализируем рисунок 3.2.
Рис. 3.2. Трассы дрифтеров, запущенных в разное время
недалеко от Флориды [9]
Рисунок 3.2 показывает, что все устройства сохраняли одно стабильное направление до 35º с. ш. и 67º з. д. Это тот район, где скорость Гольфстрима наибольшая и наблюдается меньше всего вихрей и меандров, т. к. нет резкого гидрологического фронта, который бы вынуждал течение меандрировать и замедляться. В том же районе где этот фронт стал возникать, и начались меандры и вихри, и как показывает рисунок, часть дрифтеров попадала в антициклонические вихри, а часть проходила по основному потоку, но попадала в циклонические вихри в районе 38º с. ш. и 55º з. д. В этом районе образуются как циклонические, так и антициклонические вихри в разное время. Дрифтеры, которые попадали в меандры, направленные в разные стороны отклонялись по-разному: одни влево, другие вправо, все это происходило вплоть до района разветвления Гольфстрима. Но фактически дрифтеры уже были разделены, и им оставалось только следовать вместе с водными массами. Таким образом, получается что часть, которая отклонилась вправо, следует в сторону Азорских островов, а та, которая отклонилась влево, следовала по направлению к Европе.
Проанализируем общее поле скоростей в районе действия Гольфстрима, его разветвления и прилегающих акваториях (рис. 3.3).
Рис. 3.3. Схема течений Атлантики в северном полушарии,
построенная по ансамблю всех дрифтерных наблюдений [18]
1 – Гольфстрим,2 – Гвианское течение, 4 – Лабрадорское течение, 6 – Канарское течение
По распределению скоростей район действия Гольфстрима выделяется отчетливо. На выходе из Флоридского пролива четко видна зона с высокими скоростями. Эти векторы направлены на север, и они показывают, что скорости здесь максимальны. Значения скоростей здесь составляет от 1,0 до 1,5 м/с. После достижения мыса Хаттерас скорости снижаются и составляют в среднем 0,4 – 0,5 м/с. Севернее мыса Хаттерас появляются неоднородности в поле скоростей. Векторы начинают отклоняться от основного потока сначала на небольшие углы (около 5º), а затем в районе разветвления собственно Гольфстрима эти отклонения возрастают до 20 – 30º.
Поведение Гольфстрима южнее мыса Хаттерас вполне предсказуемо. Он движется вдоль побережья Северной Америки единым мощным потоком, в котором скорости явно больше, чем 0,5 м/с. После того как течение отклоняется от побережья, скорости потока уменьшаются. В поле скоростей появляются неоднородности, которых становится все больше при продвижении к району разветвления. Что же могло вызвать такие неоднородности? Ответ прост – это вихри и меандры.
Рис. 3.4. Схема течений Северной Атлантики,
построенная по ансамблю всех дрифтерных наблюдений [18]
Красным цветом выделены участки трасс дрифтеров,
когда их скорость превышала 50 см/с
После разветвления скорость значительно падает. Места, где она превышает 0,5 м/с, встречаются отдельными небольшими пятнами, причем поле скоростей становится более однородным и стабильным. Но самое интересное здесь то, что средняя скорость Антильского течения по данным дрефтерных наблюдений составляет не более 0,1 м/с. Согласно А. Л. Бондаренко, Антильское течение практически не привносит дополнительных водных масс в Гольфстрим. Кроме того стоит отметить, что средняя скорость Гвианского течения у берегов Южной Америки составляет 0,5 – 0,7 м/с. Это говорит о том, что основную подпитку Гольфстрим получает не от Антильского и Северного Пассатного течений, а от Гвианского [6, 16].