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

Рис. 24. Вертикальная циркуляция вод поверхностной структурной зоны в

достигают максимальных величин в экваториальных районах, куда поступает часть вод, опускающихся в субтропических антициклонах. Наши схемы построены по осредненным дан­ ным, которые не могут отразить всю сложность экваториаль­ ной циркуляции. Несмотря на это они довольно хорошо согла­ суются с основными закономерностями приэкваториальной системы течений.

В южных частях океанов в поверхностной структурной зоне отмечается однотипная вертикальная циркуляция; подъем вод в области квазистационарной антарктической дивергенции и опускание их в районе антарктического и субантарктического фронтов. Вертикальная составляющая течений здесь доволь­ но значительна — до 1—2- 10~3 см/сек, а меридиональная ком­ понента — в среднем не более 5—10 см/сек, уменьшаясь в об­ ласти опускания вод до 1—2 см/сек.

В целом полученные схемы оказались весьма близкими к тем графическим построениям, которые были сделаны для низких широт еще в 40-х годах X. Свердрупом по Тихому и А. Дефантом по Атлантическому океанам. В то время количе­ ственная оценка переносов ограничивалась соображением А. Дефанта о том, что величина меридиональной компоненты составляет около Vs скорости поверхностного течения. По низким широтам аналогичные схемы для поверхностной зоны, насколько известно, не публиковались.

Циркуляция вод промежуточной структурной зоны. В по­ граничном слое между промежуточной и поверхностной зо­ нами происходят существенные изменения горизонтальной циркуляции вод. К верхней границе промежуточной зоны практически полностью размываются поверхностная эквато­ риальная антициклоническая система и ложбины тропических

ских частях океанов, заметно ослабевая, прослеживается при­ мерно до оси промежуточной зоны. Субтропические аптициклонические системы смещаются в более высокие широты. Между ними на всем пространстве, примерно от 20° с. ш. до 20° ю. ш., возникает множество мезомасштабных вихрей. Они способствуют повышению интенсивности меридионального пе­ реноса между антициклоническими макроциркуляционнымп системами.

Отмеченные особенности перестройки горизонтальной цир­ куляции характерны и для Индийского океана. Однако мери­ диональная составляющая обращения вод усиливается здесь

114

тем, что восточная периферия южной антициклоиической си­ стемы заметно размывается, разделяясь на ряд слабых антициклонических вихрей. Тогда как на поверхности океана ось квазистационарного антициклонического круговорота протя­ гивается вдоль 20—25° ю.ш., в верхней части промежуточной структурной зоны она смещается на 35—40° ю.ш. В нижней части промежуточной зоны антициклонический круговорот вытягивается в меридиональном направлении; ось его прохо­ дит к востоку от о. Мадагаскар, примерно от 5 до 40° ю. ш.

ВАравийском море происходит довольно интенсивное цик­ лоническое обращение вод. Вдоль северной его периферии, где преобладают нисходящие движения, воды по материковому склону опускаются вплоть до ложа океана. При этом созда­ ется не только промежуточная высокосолевая средиземномор­ ская, но и глубинная североиндийская водная масса. В Бен­ гальском заливе прослеживается несколько мезомасштабных вихрей.

Ввертикальном обращении вод промежуточной зоны связь

споверхностной горизонтальной циркуляцией становится, естественно, слабее, чем в поверхностной структурной зоне. Наиболее ярко она выражена у промежуточных субполярных водных масс, формирующихся за счет опускания поверхност­ ных вод. В низких широтах океанов отмечается преобладание слабого подъема вод, вызываемое наличием интенсивных квазистационарных горизонтальных циклонических круговоротов.

Циркуляция вод глубинной структурной зоны. Расчеты геострофических течений, проведенные от условий поверхности 4000 м по Атлантическому океану Р. П. Булатовым, а по Ин­ дийскому— А. Д. Щербининым, позволили впервые получить представления о горизонтальном обращении глубинных вод. Интенсивность циркуляции постепенно ослабевает с глубиной (рис. 23). В горизонтальном перемещении очень большую рольиграют южные антнциклонические системы и Циркумпо­ лярное течение, за счет которых осуществляется обмен вод между океанами. Хорошо прослеживаются и высокоширотные циклонические системы. В северных частях океанов их не­ сколько труднее обнаружить из-за меньших глубин.

Все прочие макроциркуляциопные системы размываются. Значительно увеличивается меридиональный перенос. Особен­ но ярко это проявляется на схемах обращения вод в меридио­ нальной плоскости океанов (рис. 25).

ВАтлантическом океане меридиональное перемещение вол. связано с глубинной североатлантической водной массой.

о

Рис. 25. Вертикальная циркуляция вод в меридиональной плоскости океа­ нов: Атлантического (вверху), Тихого (посередине) и Индийского (внизу).

Цифрами справа от линий показаны нижние границы структурных зон: 4 — поверхностной; 5 — пограничного слоя; б — промежуточной; 7 — глу­

бинной.

116

Раньше считали, что она движется на юг на всем протяжении океана. Расчеты, однако, показали, что от северных умерен­ ных широт некоторая часть этих вод движется на север с не­ большими скоростями до десятых долей сантиметра в секунду. Там они вовлекаются в слабый восходящий поток циклониче­ ского круговорота. Основная же масса глубинных североат­ лантических вод перемещается на юг. Средняя скорость их меридионального движения меняется от 0,1 до 1 см/сек. Ско­ рости вертикальной компоненты большей частью составляют 1—2 • 10-4 см/сек. Они уменьшаются на севере океана и в при­ экваториальных широтах до 5—9-10-5 см/сек и увеличиваются в районе субантрактической дивергенции до 1—2 • 10_3 см/сек. В антарктической области глубинные североатлантические воды вовлекаются в общий циркумполярный поток; наличие здесь вертикального круговорота указывает на преобладание широтного переноса (рис. 25).

В Индийском океане южная компонента движения глубин­ ных вод преобладает на всем пространстве вплоть до антарк­ тической области. Величина вертикальных составляющих те­ чений меняется довольно значительно; на севере океана она около 1—2 -10-4 см/сек, в южных умеренных широтах падает до 4—5 ■10-5 см/сек, а в субантарктической области дости­ гает 1—2- 10_3 см/сек.

Всегда было особенно трудно оценить скорости движения глубинных вод в Тихом океане из-за их большой гомогенности. Однако примененный расчетный метод дал довольно стройную картину (рис. 25). Самым интересным его результатом яви­ лось то, что глубины Тихого океана заполнены не только трансформированными антарктическими (циркумполярными) водами, как ранее считали некоторые исследователи, но и вод­ ной массой, которая в значительной степени формируется на севере океана. Скорость меридионального переноса очень не­ велика, в среднем от 0,1 до 0,8 см/сек, а вертикальных состав­ ляющих редко более 1—2*10~4 см/сек. Таким образом, рас­ четы показывают, что скорости обеих компонент течений в Ти­ хом океане примерно такие же, как и в других океанах. Это противоречит тем соображениям, которые высказывались ра­ нее о возможности наименьших их значений в условиях боль­ шой гомогенности вод. Последнее, видимо, связано с несколь­ кими вертикальными круговоротами, которые прослеживают­ ся в глубинной структурной зоне от субантарктической обла­ сти до Берингова моря; они указывают на широтные переносы вод. Многократно обращаясь в пределах этих вертикальных

117

круговоротов, глубинные воды интенсивно перемешиваются и приобретают столь характерную для них однородность.

Циркуляция вод придонной структурной зоны. Для сужде­ ния о перемещении придонных вод обыкновенно используются изменения физико-химических свойств и прежде всего потен­ циальной температуры. Проведенные расчеты меридиональ­ ной и вертикальной составляющих течений в меридиональной плоскости океанов подтвердили представление о перемещении придонных антарктических вод далеко на север и позволили проследить встречное движение придонных вод, образующих­ ся в северных частях океанов. Кроме того, они дали возмож­ ность сделать количественную оценку скорости их перемеще­ ния. Оказалось, что меридиональные составляющие имеют скорость в среднем от 0,1 до 1 см/сек, причем большей частью на 0,1—0,2 см!сек меньше средней скорости глубинных вод.

В Атлантическом океане хорошо выраженный меридио­ нальный перенос придонных антарктических вод прослежи­ вается до 20—30°с. ш., в Индийском океане — до экватора, а в Тихом океане эти воды, по-видимому, проникают до север­ ных субтропиков (рис. 25 и 29). Навстречу им движутся при­ донные воды, которые формируются за счет нисходящих дви­ жений вдоль материкового склона, создающихся у северной периферии субарктических макроциркуляциониых систем.

В заключение следует еще раз отметить, что проведенные расчеты дали вполне правдоподобную и стройную картину, позволившую выявить главнейшие закономерности циркуля­ ции вод в меридиональной плоскости океанов и сделать отно­ сительную оценку скорости вертикальных и меридиональных составляющих основных потоков.

ГЛАВА VI

ВОДНЫЕ МАССЫ МИРОВОГО ОКЕАНА

Существующие представления о водных массах Мирового океана, областях и причинах их формирования, переносе и трансформации крайне ограничены. Вместе с тем исследова­ ния всего того многообразия свойств вод, которое встречается в реальных условиях, необходимо не только для понимания структуры и динамики вод, но также для изучения обмена энергии и веществ, особенностей развития биосферы и других важнейших сторон природы Мирового океана.

118

Большинство промежуточных, глубинных и придонных вод­ ных масс формируется из поверхностных. Опускание поверх­ ностных вод происходит, как уже говорилось, главным обра­ зом за счет тех вертикальных перемещений, которые вызыва­ ются горизонтальным обращением. Особенно благоприятны условия для образования водных масс в высоких широтах, где развитию интенсивных нисходящих движений по периферии макроциркуляционных циклонических систем способствует бо­ лее высокая плотность вод и менее значительные вертикаль­ ные ее градиенты, чем в остальной части Мирового океана.

Границами различных типов водных масс (поверхностных, промежуточных, глубинных и придонных) являются погра­ ничные слои, разделяющие структурные зоны. Однотипные водные массы, расположенные в пределах одной структурной зоны, разделяются океаническими фронтами. Их значительно проще проследить у поверхностных вод, где фронты выраже­ ны наиболее ярко. Сравнительно легко подразделить проме­ жуточные воды, заметно отличающиеся своими свойствами друг от друга. Труднее выделить различные виды глубинных и придонных вод при гомогенности и еще довольно слабом представлении об их перемещении. Привлечение новых дан­ ных (особенно по содержанию в водах растворенного кисло­ рода и фосфатов), являющихся хорошими косвенными показа­ телями динамики вод, позволило развить ранее разработан­ ную общую классификацию водных масс Мирового океана 1. При этом по Индийскому океану широко использовалось иссле­ дование водных масс, проведенное А. Д. Щербининым. Более слабо изученными пока оказались водные массы Тихого и Се­ верного Ледовитого океанов.

На основе всех имеющихся сведений удалось уточнить ра­ нее опубликованные схемы переноса водных масс в меридио­ нальном сечении океанов (рис. 26 и 27) и построить .карты их распространения (рис. 28 и 29).

Поверхностные водные массы. Их свойства и пределы рас­ пространения определяются зональной изменчивостью обмена энергии и веществ и циркуляции поверхностных вод.

В поверхностной структурной зоне формируются следую­

119

верхностного: 2 — переходного («скачка»); 3 — нижнего. Вертикальные гра­

ницы между водными массами даны кружочками, а условные их обозначе­ ния — буквенными индексами, расшифровывающимися в тексте. Скорости меридионального переноса показаны стрелками различного вида, а верти­ кального— головками этих стрелок, в соответствии с градациями и услов­ ными обозначениями, приведенными под рисунком.

залива (Тб); 3) субтропические (СбТ), делящиеся на север­ ные (СбТс) и южные (СбТю); 4) субполярные, состоящие из субарктических (СбАр) и субантарктических (СбАн); 5) по­ лярные, включающие антарктические (Ан) и арктические

(Ар).

Экваториальные поверхностные водные массы образуются в пределах экваториальной антициклонической системы. Их границами служат экваториальный и субэкваториальный фронты. Они отличаются от других вод низких широт самой

120

Рис. 27. Границы распространения и схемы перемещения промежуточных,, глубинных н придонных водных масс в меридиональной плоскости Атлан­ тического (вверху), Тихого (посередине), Индийского (внизу) океанов.

121