книги из ГПНТБ / Степанов В.Н. Мировой океан. Динамика и свойства вод

. U'< 0 no I'JO iso

103

V

ri;\

■- - \ m , : .... .,,,..

Рис. 23. Геострофическая циркуляция вод Атлантического и Индийского океанов на глубине 2000 м (вверху) н 3000 м (внизу), рассчитанная от условной поверхности 4000 м (в ус­ ловных динамических см).

104

ответствии с этим происходит перестройка физико-химиче­

ских полей.

Вертикальное развитие экваториальной антициклонической системы в основном ограничивается поверхностной структурной зоной. Несколько глубже (до нижней границы пограничного слоя, т. е. около 500 м) ее влияние может ска­ заться в Тихом океане, где она отличается большей интенсив­ ностью. Из-за наиболее низкой плотности поверхностных вод и сильной их стратификации вертикальные движения не мо­ гут распространиться на большую глубину.

Тропические циклонические системы получают значитель­ ное развитие только в восточных частях океанов. Их ложби­ ны по обе стороны от экватора почти целиком размываются в пограничном слое, разделяющем поверхностную и проме­ жуточную структурные зоны. Ниже едва заметные вертикаль­ ные движения молено обнаружить по характеру физико-хи­ мических полей. Влияние лее циклонических систем в восточ­

ской циркуляции (рис. 22) и более ярко по физико-химиче­ ским свойствам вод, особенно по содерлеанию растворенного кислорода. Интенсивные вертикальные движения в области тропических циклонических систем играют значительную роль в обмене энергии и веществ низкоширотных частей океа­ нов. Восходящими потоками в верхние слои выносятся воды промелеуточной структурной зоны с пониженной температу­ рой и содерлеанием кислорода, но с высокой концентрацией биогенных элементов. Разносясь по лолебинам, они оказыва­ ют решающее воздействие на формирование физико-химиче­ ских полей экваториальной и тропической зон верхней части Мирового океана.

Влияние всех прочих макроциркуляционных систем прослелеивается до нилсней границы глубинной структурной зоны (около 4000 м), а высокоширотных циклонических круговоро­ тов вод даже до дна (см. рис. 23 и 25).

Антициклонические круговороты вод сильно размываются в тропиках, почти целиком смещаясь в умеренные области. В промелеуточной структурной зоне они располагаются пример­ но между 20 — 40° северной и южной широты, а в глубинной зоне — в Юленом полушарии далее меледу 30 и 50° ю. ш. Ан-

105

только в верхней части глубинной структурной зоны, а в Ти­ хом океане, судя по косвенным данным, антициклоннческое обращение, по-видимому, охватывает всю массу глубинных вод.

Южные антициклоническне круговороты и формирующее их периферию Циркумполярное течение являются той систе­ мой, за счет которой осуществляется обмен вод между антар­ ктической областью н остальными частями океанов. По за­ падной периферии этих круговоротов воды выносятся из оке­ анов, увлекаемые далее Циркумполярным течением, а по во­ сточной их окраине приносятся воды с юга. Таким образом про­ исходит обмен вод, энергии и веществ между океанами.

Антициклонические системы играют большую роль в обра­ зовании промежуточных и глубинных водных масс, а следо­ вательно, в формировании физико-химических полей проме­ жуточной и глубинной структурных зон, о чем более подроб­ но говорится ниже.

В низких шпротах океанов создается почти безграднентное динамическое поле (рис. 22 и 23). Перемещение вод на всем этом пространстве, надо полагать, определяется обме­ ном вод, который возбуждается южными и северными антпцнклонпчески.ми системами. Несколько подробнее это будет освещено при рассмотрении циркуляции вод в пределах от­ дельных структурных зон.

Влияние антарктической циркумполярной и циклониче­ ских высокоширотных систем, как уже упоминалось, просле­ живается вплоть до дна океанов. Отсюда понятно, сколь ве­ лико их значение в обмене энергии и веществ полярных и субполярных районов. Циркумполярное течение заметно осла­ бевает с глубиной, оставаясь самым мощным потоком Ми­ рового океана.

Размеры и интенсивность обращения вод высокоширотных циклонических систем, а также другие местные условия опре­

106

вается в основном на поверхностной и промежуточной струк­ турных зонах. С повышением давления и плотности скорость

-основные статьи прихода и расхода вод в океанах, можно получить оценку переноса и перераспределения масс между

при объеме в 724 • 106 км3 для полного обновления всей мас­

вод—-292-106 км3\ следовательно, на полный обмен вод потребуется только 40 лет. Интересно, что почти такой же он (38 лет) и в Северном Ледовитом океане, где годовой

всего водообмена океанов. Все прочие составляющие водооб­ мена большей частью не превышают нескольких сот тысяч кубических километров воды в год, или 5—7%' общего водо­ обмена (табл. 11). Очень много воды переносят Игольное и Восточноавстралийское течения. Водообмен океанов с от­ дельными морями оценивается, как правило, в несколько де-

107

Т а б л и ц а II

ВОДНЫЙ БАЛАНС ОКЕАНОВ (но В. Г. Корту)

ВОДНЫЙ БАЛАНС АТЛАНТИЧЕСКОГО ОКЕАНА

108

109

П р о д о л ж е н и е

сятков тысяч кубических километров в год, составляя, следо­ вательно, десятые и даже сотые доли процента.

Из прочих составляющих годового водного баланса осо­ бый интерес представляет влагообмен океана с атмосферой. Величина его в общем балансе каждого океана не превышает десятых долей процента. Согласно данным В. Г. Корта, в Ат­ лантическом океане испарение примерно на 24 тыс. км3 в год превышает количество выпадающих осадков. Поскольку это не полностью компенсируется речным стоком, то около 8000 км3 воды в год уносится из его бассейна. Основная мас­ са вод, испарившихся с поверхности Атлантического океана, переносится преобладающими западными ветрами в Европу, что и определяет ее влажный и мягкий климат.

Еще больше воды, около 25 тыс. км3 в год, уносится из Ин­ дийского океана. Значительная часть его поверхности нахо­ дится в тропических широтах. С поверхности океана испаря­ ется большое количество воды, слабо восполняющееся осад­ ками и в еще меньшей степени речным стоком. Воздушные массы переносят эту влагу в бассейны других океанов.

В противоположность Атлантическому и Индийскому оке­ анам в Тихом масса осадков больше, чем испаряющейся во­ ды. С учетом речного стока сюда ежегодно поступают свыше

ском океане, ежегодно добавляется свыше 6 тыс. км3 пресной воды. При малой его площади это -приводит к очень болыно-

110

му опреснению поверхностных вод, которое усиливается тая­ нием значительной массы льдов в теплое время года.

Таким образом, влагообмен океана с атмосферой, несмот­

венные нм закономерности как для всего Мирового океана в целом, так и для отдельных океанов 1 целесообразно рассмат­ ривать по каждой такой зоне особо. Четырехслойная систе­ ма обращения вод Мирового океана определяется тесной вза­ имосвязью между их циркуляцией и структурой.

Циркуляция вод поверхностной структурной зоны. В го­ ризонтальную циркуляцию вод в процессе взаимодействия океана с атмосферой вовлекается вся поверхностная струк­ турная зона. Карта геострофических течений для глубины 200 м сохраняет те же закономерности, которые свойственны циркуляции вод у поверхности океана. В дополнение к сведе­ ниям о переносе вод в макроциркуляционных системах необ­ ходимо особо остановиться на обращении вод северной части Индийского океана, связанной с муссонной сменой ветров. Расчеты геострофических течений, проведенные А. Д. Щерби­ ниным, дали картину, существенно отличную от ранее имев­ шихся представлений, основанных на данных сноса судов.

Прежде всего следует отметить отсутствие сплошного зо­ нального переноса вод, подобного пассатным течениям к се­ веру от экватора в зиму Северного полушария. Частично оно прослеживается только между Зондским архипелагом и Ара­ вийским морем. В Бенгальском заливе образуется антициклоническпй круговорот, а в Аравийском море — циклониче­ ский. В западной части приэкваториальной полосы открытого океана обнаружено течение на восток, которое, встречаясь с потоком, идущим от Зондского архипелага, направляется в Аравийское море.

1 Исключая Северный Ледовитый океан, по которому за не­ достаточностью имеющихся данных приходится ограничиться сведениями, приведенными в других разделах этой главы.

111

Со сменой муссона происходит значительная перестройка циркуляции вод. Летом к северу от экватора не создается сколько-нибудь ясно выраженных однонаправленных перено­ сов. Между экватором и 10—15° с. ш., а также в Бенгальском заливе возникают мезомасштабные вихри циклонического и антициклонического вида. В Аравийском море зимний цикло­ нический круговорот преобразуется летом в антициклоническую систему. Центр ее смещается в открытый океан. Муссон­ ная перестройка циркуляции затрагивает только поверхност­ ную структурную зону.

По расчетам геострофических течений специфической в Ин­ дийском океане является и циркуляция вод экваториальной зоны. Между экватором и 10° ю. ш. формируется циклониче­ ское обращение вод. Северная периферия этой системы пред­ ставлена Экваториальным противотечением. Однако оно не получает такого лее развития, как в других океанах. Южная антпцнклоническая система распространяется на весь океан от одного берега до другого; западная и восточная его пери­ ферии образованы Мадагаскарским и Западноавстралийским течениями.

Все отмеченные особенности циркуляции поверхностных вод Индийского океана объясняются тем, что он ограничен с севера сильно расчлененной сушей. С нею связано формирова­ ние обмена энергии и веществ, который весьма отличается от обычного в тех же широтах других океанов.

Несколько обстоятельнее необходимо рассмотреть верти­ кальное обращение вод поверхностной структурной зоны. При­ водящиеся здесь схемы (рис. 19 и 24) показывают хорошую связь между вертикальной и горизонтальной циркуляцией. В низких широтах в центральных частях горизонтальных антициклонических круговоротов (примерно между 10 и 30° ши­ роты Северного и Южного полушарий) преобладает опуска­ ние, а в высоких широтах — подъем вод, обусловленный су­ ществованием горизонтальных циклонических круговоротов. Это приводит к возникновению компенсационных переносов от антициклонических круговоротов к циклоническим со значи­ тельной меридиональной составляющей, скорость которой в среднем 10—20 см/сек, местами — до 40—50 см/сек. Верти­ кальные компоненты течений в областях горизонтальных кру­ говоротов порядка 2—3-10-3 см/сек. С ростом широты мери­ диональные составляющие уменьшаются до нескольких санти­ метров в секунду в субполярных областях.

Меридиональные и вертикальные составляющие течений

112