2. Изменения основных океанографических характеристик во времени

Характерными ритмами временной изменчивости океанографических характеристик являются: суточный, годовой (сезонный) и межгодовой. Первые два обусловлены суточным и годовым солнечным циклом. С ними не совпадают приливные колебания, близкие по величине к суточным, и синоптические, связанные с естественными изменениями погоды. Различаются по амплитуде колебания в поверхностном и в глубинных слоях.

Температура. Суточные колебания температуры воды в море определяются радиационными изменениями соответственно с максимумом после полудня и минимумом после полуночи. Притоки вод в приливном цикле, ветровые сгонно-нагонные явления с адвективным притоком более теплых или холодных вод, даже изменения погодных условий, могут исказить обычный «радиационный» период. Из-за тепловой инерции воды, в особенности на больших пространствах открытого океана, амплитуда суточных колебаний температуры невелика и составляет от 0 до 2⁰. Наибольшие колебания в этих пределах наблюдаются в умеренных широтах и летом, наименьшие – в тропических и полярных. В глубинных слоях при наличии термоклина и развивающихся здесь внутренних волн в приливных циклах температурная амплитуда увеличивается до 3,5⁰.

Годовой период обусловлен тепловым балансом поверхности океана под воздействием изменений притока солнечной радиации. Естественно, минимум приходится на зимний период, максимум – на летний, но со смещением из-за указанной инерции на 1-2 месяца. Таким образом, в океане и в открытой части достаточно большого моря, как, например, в Черном, минимальная температура поверхностного слоя наблюдается в марте, максимальная – в августе. Искажение годового периода может происходить при адвекции теплых или холодных вод при смещении макромасштабных объемов их. Так, в зимний период смещение ринга Гольфстрима в 1966 году обусловило увеличение средней температуры у восточного побережья Канады на 2-3⁰. В тропических и полярных широтах амплитуда годовых колебаний температуры воды меньше по сравнению с умеренными. Здесь может достаточно определенно проявляться и полугодовой период – в поверхностном слое в тропических водах и в глубинных – полярных. Следует отметить асимметрию в сезонном процессе охлаждения и прогрева морских вод. Первый из них происходит быстрее по причине плотностной конвекции, второй – медленнее, поскольку обусловлен прогревом более легких поверхностных вод и их ветровым перемешиванием, охватывающем лишь слой от 10 до 50 метров.

А.М. Муромцев выделял три типа процессов изменения температуры воды в годовом цикле: 1-й – радиационный, 2-ой – радиационно-адвективный, 3-й - радиационно-адвективный с вертикальным подъемом глубинных вод. Первый определяется в основном процессами конвективно-турбулентного перемешивания. Второй включает еще горизонтальную адвекцию вод с различающейся температурой. В третьем типе, кроме двух указанных процессов, имеет место еще и подъем глубинных вод в районах океанских пассатных апвеллингов.

На глубинах, ниже глубины распространения плотностной конвекции, сезонные изменения мало заметны.

Межгодовые колебания температуры связаны в основном с макромасштабной адвекцией. Среднегодовые изменения температуры в открытом океане из-за смещения водных масс могут достигать 3,5⁰. На глубинах более 100-150 м – до 4-6⁰. В некоторых субтропических и полярных районах межгодовые колебания температуры превосходят сезонные. Периодичность многолетних изменений представляют собой сложную научную проблему. В процессе исследований были выявлены квазициклы, весьма неустойчивые по фазе и амплитуде. В то же время, для промысловой океанологии межгодовые колебания температуры очень важны, поскольку они связаны с урожайностью промысловых видов рыб.

Соленость. Суточный ход солености в поверхностном слое вод не выражен, - процесс испарения и конденсации в таком временном промежутке не может создать ее значительных изменений. В прибрежных районах фиксируются понижения солености на десятые доли промили во время ливневых осадков. Ветровые сгонно-нагонные явления создают более ощутимый эффект, например, при повышении солености в процессе адвекции морских вод в эстуариях со значительным речным стоком. Сами стоковые течения могут менять форму своего распространения в море под воздействием ветра и приливов, что обуславливает быстрое изменение солености в определенных пунктах. В глубинных слоях открытого моря в слое галлоклина колебания солености под воздействием внутренних волн приливного масштаба достигает 0,5‰.

Годовой ход солености определяется сезонными изменениями водного баланса. Весеннее таяние льдов в умеренных и полярных широтах, а также речной сток у побережий, изменяют соленость до 2-3‰, но только в поверхностном слое глубиной до 20 м. При адвекции вод с отличающейся соленостью такие изменения могут охватывать слой в 100-150 м, особенно вблизи фронтальных зон.

Значительными могут быть и межгодовые различия солености, если они определяются разностью в речном стоке и формой потоков распресненных вод. На северо-западном шельфе Черного моря уровень притока вод Дуная и Днепра меняется в пределах 150 км³, что составляет более 50% среднегодового значения. Кроме того, ветры северо-восточной половины румбов обуславливают сток распресненных вод вдоль западного побережья Черного моря к проливу Босфор. С преобладанием атмосферных переносов противоположного направления речные воды в большей степени распространяются в пределы шельфа, что сопровождается понижением солености. В антарктических водах межгодовые колебания солености определяются изменениями уровнем максимального распространения плавучих льдов на север.

Плотность. Все временные изменения плотности морской воды обусловлены колебаниями температуры и солености. В суточных изменениях ее более значительную роль играет первая характеристика, поскольку, как указывалось выше, ее изменчивость в таком масштабе превосходит изменчивость второй. В поверхностном слое изменения плотности могут достигать 0,05-0,16 единиц условного значения. В слое пикноклина колебания увеличиваются на порядок. Сами внутренние волны обуславливаются скачком плотности, затем являются причиной указанных изменений.

Годовые колебания плотности определяются сезонными изменениями теплового и водного баланса в различных широтах Мирового океана. До глубины 150-200 м плотность воды изменяется под действием всех вышеперечисленных процессов, влияющих на температуру и соленость: термической конвекции, сезонного стока и прогрева вод, адвекции водных масс, колебаний фронтальных разделов. Однако, следует иметь в виду, что плотность есть функция температуры и солености, в меньшей степени гидростатического давления, и разнообразие этих характеристик «упорядочивается» плотностной стратификацией. Поэтому разнообразие форм Т, S – кривых ограничено условием их непересечения.