Мировой океан, его место и роль в климатической системе.
Мировой океан устанавливает климат нашей планеты.
Главное:
-Мировой океан-накопитель тепла, предохраняет землю от критических перепадов температур
-Мировой океан испаряет большое количество влаги, которая защищает планету от потери тепла в космическое пространство
-Мировой океан распределяет тепло по широтам, перенося экваториальные воды на север, в полярные - на юг (Морские течения вместе с воздушными выравнивают температуру между полярными и тропическими широтами)
-Замерзая, воды мирового океана отражают солнечную радиацию, предотвращая потепление.
-Мировой океан является колыбелью метеорологических процессов, над водной поверхностью образуются тропические циклоны.
-Эль-ниньо и т.д.
Океаническая поверхность из всех естественных поверхностей Земли является лучшим поглотителем солнечной радиации. Но та же поверхность в другом агрегатном состоянии (лед и снег) является наиболее совершенным отражателем. Хотя температурная гамма поверхности океана и приземного слоя атмосферы невелика, но вода в этом тесном диапазоне довольно часто и быстро меняет свое состояние. Такая изменчивость резко сказывается на климате.
Океан —огромный дистиллятор. Он ежегодно испаряет 448 000 км3 воды, а континенты — только 71 000. Чем теплее океан, тем больше он испаряет влаги. Влажный воздух, укрывая планету, понижает утечку тепла в космическое пространство, лучше орошает земли и облегчает земледельцу выращивание обильных урожаев.
Океан — мощный терморегулятор планеты. Благодаря большой массе воды и её высокой теплоемкости (в 3200 раз больше, чем у воздуха) он летом аккумулирует солнечное тепло и расходует его зимой на обогрев атмосферы, выравнивая межсезонную изменчивость климата. В ряде случаев океан выравнивает и межгодовые колебания. Материки не способны аккумулировать тепло, поэтому континентальность климата, как правило, возрастает с удалением от границ с океаном.
Воды океана находятся в беспрерывном движении. Они больше, чем суша, поглощают солнечное тепло и являются генеральным поставщиком энергии в глобальные ветровые системы. Ураганы и штормовые ветры энергично перемешивают и перемещают водные массы. Так, течение Западных ветров в Южном полушарии ежегодно переносит вокруг Земли около 6 млн. км3 воды, что равно двум объемам Средиземного моря. Особенно активен поверхностный 100—200-метровый слой. Но и подповерхностные и даже придонные слои океана находятся в вечном движении. Морские течения приносят большие массы тепла и холода. Частица воды может совершить в Мировом океане любые кругосветные путешествия, меняя свое состояние, нагреваясь под экватором и обращаясь в лед в полярных водах обоих полушарий.
Акустика океана. Рефракция звуковых лучей. Подводный звуковой канал.
Скорость распространения звука в морской воде зависит от: Т, S, Р, Н, плотности, грунта, наличия примесей в воде.
Скорость звука в морской воде в среднем 1500 м/с – больше, чем в пресной и в воздухе в 5 раз. Чем выше частота звука, тем больше он поглощается в морской воде. Главная роль в поглощении в широком диапазоне звуковых частот принадлежит серномагниевой соли (MgSO4).
Скорость звука возрастает как с повышением солености, так и с повышением Т. Т.о., по мере увеличения глубины на величину скорости звука действуют два противоположных фактора – понижение Т ведет к уменьшению скорости звука, а увеличение статического давления и солености – к ее росту.
Подводный звуковой канал (ПЗК) определяется как слой в толще воды, в котором звуковые лучи распространяются, испытывая многократное внутреннее отражение (рис. 11). При этом звуковая энергия концентрируется вдоль оси канала, что создает условия сверхдальнего распространения звука.
Для возникновения подводного звукового канала необходимо, чтобы на некоторой глубине отмечался минимум скорости звука. Выше этой глубины скорость звука увеличивается из-за повышения температуры, а ниже - вследствие увеличения гидростатического давления. Слой с минимальной скоростью звука называется осью подводного звукового канала.
При распространении звуковых лучей в акустически неоднородной среде наблюдается искривление траектории звукового луча, называемое рефракцией.
Звуковой луч, падающий на границу раздела двух сред с различной скоростью звука, частично отражается от поверхности раздела и частично преломляется, проникая во вторую среду. Границы раздела могут быть между водой и воздухом, водой и дном, между слоями воды с различной плотностью.
Если разница в скорости звука велика, то происходит почти полное отражение звука. Так, через границу раздела вода-воздух проходит примерно одна тысячная доля падающей звуковой энергии, т. е. поверхность моря является практически идеальной для отражения звука.
Песчаное дно отражает примерно 13% падающей на него звуковой энергии, остальная энергия проходит в грунт.
Рефракцию необходимо учитывать при определении дальности распространения звука. Чем больше стратифицировано море, тем больше искривляется звуковой луч, тем меньше дальность распространения звука.
В зависимости от наблюдаемого в море вертикального распределения скорости звук выделяется четыре типа рефракции:
- положительная рефракция, наблюдаемая при возрастании скорости звука с глубиной (положительный градиент скорости звука);
- отрицательная рефракция, наблюдаемая при убывании скорости звука с глубиной (отрицательный градиент скорости звука);
- изменение положительной рефракции в поверхностном слое, в котором возрастает скорость звука с глубиной, на отрицательную в нижележащих слоях, в которых скорость звука убывает с глубиной (переход от положительного градиента скорости звука к отрицательному);
- подводный звуковой канал, наблюдаемый при убывании скорости звука в верхнем слое и возрастании в нижнем (переход от отрицательного градиента скорости звука к положительному).
При увеличении скорости звука с глубиной (градиент скорости звука положительный) наблюдается положительная рефракция - звуковые лучи искривляются в сторону поверхности моря
Распространение звука сопровождается многократными отражениями от поверхности моря, а потери звуковой энергии ничтожны. Образуется канал приповерхностный звуковой. Звуковые лучи при положительной рефракции «образуют кружево, подвешенное к поверхности моря».
При убывании скорости звука с глубиной (отрицательный градиент скорости звука) наблюдается отрицательная рефракция - звуковые лучи искривляются в сторону дна.
Звуковые лучи отражаются от дна и при каждом отражении часть звуковой энергии переходит в грунт, что заметно снижает дальность распространения звука.
Кроме того, между предельным лучом, выходящим из источника звука, и поверхностью моря образуются зоны, куда не попадают звуковые лучи, независимо от мощности, направленности и ориентации излучателя – зоны акустической тени в отличие от зон, в которых распространяются звуковые лучи и которые называются освещенными зонами.
При увеличении скорости звука в поверхностном слое и ее убывании от нижней границы этого слоя до дна (изменение положительного градиента скорости звука на отрицательный) наблюдается изменение положительной рефракции в верхнем слое на отрицательную в нижележащих слоях.
.