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

чения: Гвианское, Антильское, Гольфстрим и Бразильское (в Атлантическом океане), Мадагаскарское и Сомалийское (в Индийском океане), Минданао, Куросио и Восточноавстралий­ ское (в Тихом океане). Устойчивость сточных течений состав­ ляет 50 — 75% и более, скорость 25 — 50 см/сек, местами до 75—100 см/сек. С удалением от экватора их мощность, устой­ чивость и скорость постепенно уменьшаются.

Достигая умеренных широт, они вовлекаются в общий по­ ток, переносящий воды с запада на восток в зоне преоблада­ ния западных ветров. В Северном полушарии это Североатлан­ тическое и Северотихоокеанское течения. В Южном полушарии южную периферию антициклоиических систем составляют Южноатлантическое, Южноиндийское и Южнотихоокеанское течения. Все они являются теплыми субтропическими течения­ ми, образующимися из вод, приносимых из низких широт. Мощность их увеличивается за счет смежных макроциркуляционых систем: высокоширотной циклонической на севере и циркумполярной антарктической на юге.

Для североокеанических течений характерна значительная меридиональная составляющая. Отклонение их к северу свя­ зано в умеренных и субполярных широтах Мирового океана с квазистационарными барическими циклонами, которые обус­ ловливают активный воздухо- и водообмен с полярной об­ ластью. В Тихом океане, где сообщение с Северным Ледови­ тым океаном очень ограничено, меридиональная составляющая североокеанического течения значительно меньше, чем в Ат­ лантическом. По мере продвижения на восток уменьшаются мощность, скорость и устойчивость североокеанических тече­ ний. Так, скорость от 50 — 75 см!сек падает до 25 — 50 см!сек и менее, устойчивость — от 50 — 75% до 25% и ниже.

Южноокеаническйе течения имеют значительно меньшую скорость и устойчивость; они перемещаются на обширнейших акваториях, где интенсивность переноса водных и воздушных масс в условиях пониженных градиентов плотности невелика. Особенно ослаблено и неустойчиво Южнотихоокеанское тече­ ние, поскольку протяженность океана существенно больше, чем двух других. Преобладающие скорости этих течений оце­

65 см/сек.

Североокеанические и южноокеанические течения в восточ­ ных частях океанов основной своей массой направляются к

Т а б л и ц а 10

Основные поверхностные течения Мирового океана (местоположение их показано на рис. 21)

84

ским антициклоном) и компенсацией переноса огромной мас­ сы вод пассатными течениями. Ветви этого потока в непосред­ ственной близости от восточнотропических побережий океанов получили наименования Канарского и Бенгельского течений в Атлантическом океане, Калифорнийского и Перуанского в Тихом, Западноавстралийского в Индийском океане. Средняя скорость около 25 — 30 см!сек, устойчивость от 75 до 25%. Они формируют тропическое компенсационное течение. По мере продвижения к экватору эти воды постепенно прогреваются и, увлекаясь пассатами, начинают отклоняться к западу, перехо­ дя в пассатные течения.

Некоторая часть вод североокеанического течения в вос­ точных частях океанов вовлекается в циклоническую высоко­ широтную макроциркуляционную систему, а у южноокеаниче­ ского течения — в циркумполярную антарктическую.

Заключая рассмотрение антициклонических субтропических макроциркуляционных систем, напомним, что они создаются из следующих главнейших течений: 1) пассатных; 2) западных теплых сточных тропических; 3) основных течений умеренных широт (южноокеанических и североокеанических); 4) восточ­ ных холодных тропических компенсационных. В Мировом океане насчитывается пять таких круговоротов. В северных тропиках Индийского океана в условиях сильной расчленен­ ности сушей и муссонной смены ветров циркуляция вод отли­ чается большой сложностью и сезонной изменчивостью. В юж­ ной части этого океана антициклоническая система имеет меньшие размеры из-за смещения в Южное полушарие эква­ ториальной зоны.

В Атлантическом и Тихом океанах северные антициклонические системы отличаются меньшими размерами и несколько большей интенсивностью обращения вод, чем в Южном полу­ шарии. Это объясняется повышенными термическими градиен­ тами и континентальностыо Северного полушария. В запад­ ной части океана накапливаются большие массы теплых вод. Они сильно ослабляют атмосферный барический максимум, и слабые, мало устойчивые пассаты не могут вызвать интенсив­ ной циркуляции вод.

Субтропические антициклонические системы непосредст­ венно связаны с экваториальной системой и циклоническими тропическими круговоротами вод.

Экваториальная система. Расчеты геострофических тече­ ний, проделанные В. А. Бурковым и Р. П. Булатовым, показа­ ли, что в десятиградусной широтной полосе к северу от эква­

85

тора в Тихом и Атлантическом океанах намечаются мезомасштабные антициклоничеекие круговороты вод (рис. 19). Северная их периферия образует Экваториальное противоте­ чение. Оно проходит примерно между 3—5 и 10—12° с. ш. что связано со смещением к северу юго-восточного пассата и штилевой полосы. Особенно хорошо развито оно в зиму Юж­ ного полушария, когда усиливается Южнопассатное течение

иослабевает Северное пассатное.

ВИндийском океане по расчетам геострофических тече­ ний, проведенных А. Д. Щербининым, как при зимнем, так и летнем муссоне Экваториальное противотечение прослежива­ ется в непосредственной близости от экватора. По данным о сносе судов Экваториальное противотечение появляется только зимой Северного полушария приблизительно между 2—4° и 6 — 8° ю. ш., когда штилевая полоса смещается к югу от эква­ тора, а к северу от него воды переносятся с востока на запад (как в пассатных течениях). Для получения более точных све­ дений об Экваториальном противотечении и о всей системе обращения вод в северной части Индийского океана (по край­ ней мере севернее 10° ю. ш.) и ее изменчивости в результате муссонной смены ветров необходима постановка специальных экспедиционных исследований.

Аналогичные работы нужно провести и в приэкваториаль­

ных широтах Атлантического и Тихого океанов для уточнения представлений о наличии здесь мезомасштабных антициклонических круговоротов вод и обоснованности выделения само­ стоятельной экваториальной антициклонической системы.

Пока что бесспорным является существование Эквато­ риального противотечения. Устойчивость его достигает 50— 75% и более, в целом повышаясь к востоку по мере увеличения его мощности. Скорость этого течения около 40 — 60 см/сек, понижаясь летом в ряде районов до 15 — 30 см1сек и менее; максимальные скорости достигают ПО— 130 см/сек.

По теории В. Б. Штокмана, Экваториальное противотечение обязано своим происхождением поперечной неравномерности скорости ветра. Исходя из того что поверхность океанов в эк­ ваториальной зоне близка к цилиндрической поверхности, В. Б. Штокман получил свои выводы в духе классической тео­ рии морских течений Экмана. При этом он приходит к мыс­ ли, что форма приближенно-цилиндрической поверхности яв­ ляется следствием сгонно-нагонного эффекта зональной сос­ тавляющей пассатов, обладающей поперечной неравномер­ ностью. Таким образом, нашло свое место положение

86

Р. Монтгомери и Е. Пал.ьмена. Вскрывая природу Эквато­ риального противотечения, В. Б. Штокман указал на то, что оно является компенсационным, подтверждая предположения,

•высказанные еще О. Крюммелем.

В. Б. Штокману удалось теоретическим путем определить

.скорости Экваториального противотечения, близкие к наблю­ денным, доказать необходимость существования в эквато­ риальной области линий конвергенции и дивергенции, объяс­ нить прерывистый характер этого течения. Оказалось, что по­ лученная им теоретическая схема циркуляции вод в вертикаль­ ной плоскости меридионального сечения экваториальной области в основном совпадает со схемами циркуляции, постро­ енными А. Дефантом и X. Свердрупом по косвенным данным. Весьма важным его теоретическим выводом следует считать то, что Экваториальное противотечение, исчезая с поверхности, в случае небольшой поперечной неравномерности пассатов мо­ жет существовать в виде глубинного течения. В этих районах линии тока Экваториальных течений должны резко искрив­ ляться. Тем самым, видимо, и объясняется наличие антициклонических вихрей, прослеживающихся в экваториальной зоне на картах геострофической циркуляции вод.

В. Б. Штокман также показал, что для образования проти­ вотечения не обязательно существование берегов, оно возни­ кает в области минимума скорости ветра за счет поперечной его неравномерности и эффекта бокового трения. Это положе­ ние позволяет понять не только причину возникновения про­ тивотечений в различных частях Мирового океана против гос­ подствующего ветра, но и объяснить другие явления, порож­ денные завихренностью поля ветра. С ним, по-видимому, свя­ зано и формирование циклонического обращения вод в тропических районах океанов.

Циклонические тропические системы. Они образуются из ветвей холодных компенсационных течений. Приблизительно у 20° северной и южной широты Канарское, Бенгельское, Ка­ лифорнийское и Перуанское течения, отходя от побережья, направляются в открытый океан (см. рис. 19). Только неболь­ шие ветви Бенгельского и Перуанского течений, как показали исследования научно-исследовательского судна «Академик Куцчатов», прослеживаются в непосредственной близости от побережья. По аналогии можно ожидать, что такие же не­ большие ветви имеются у Канарского и Калифорнийского

течений.

С уходом компенсационных течений от берегов они должны

87

Рис. 21. Океанические фронты (вверху) и важнейшие поверхностные тече­ ния (внизу) Мирового океана.

Фронты обозначены: Э — экваториальный, СбЭ — субэкваториальный. Тс — тропический северный, Тю — тропический южный, СбАр — субарктиче­ ский, СбАи — субантарктический, Ар — арктический, Ан — антарктический.

коширотные. Наименование течений в соответствии с нумерацией иа карте приведены в табл. 10.

88

уже считаться пассатными. В противоположность ранее суще­ ствовавшим представлениям пассатные течения с удалением от восточных побережий согласно расчетам геострофического перемещения вод направляются не на запад, а на юго-запад в Северном полушарии и на северо-запад в Южном. Не дохо­ дя до экватора, примерно у 5 — 10° северной и южной широты эти мощные потоки разветвляются. Одна часть их, направляясь на запад, замыкает антициклоническое обращение вод. Другая ветвь поворачивает затем в приэкваториальных широтах на восток (рис. 21).

С восточными ветвями пассатных течений, по-видимому, соединяются воды экваториальных противотечений. Достигая восточных побережий океанов, они поворачивают к субтропи­ кам, замыкая с востока тропические циклонические системы. Вдоль восточнотропических побережий океана происходит пе­ ренос вод не к экватору, как ранее считалось, а от него. Эти восточ'нотропнческие потоки предлагается назвать в Атланти­ ческом океане течением Зеленого мыса и Ангольским, а в Ти-

пассатов имеет место по всей протяженности океанов, в при­ экваториальных широтах повсеместно могут образовываться мезомасштабные циклонические вихри (рис. 19). Следователь­ но, по обе стороны от экватора должны создаваться относи­ тельно узкие ложбины, далеко протягивающиеся на запад от циклонических макроциркуляционных систем (рис. 20). Эти положения, основывающиеся пока на расчетах геострофических течений (при довольно ограниченных еще данных), долж­ ны быть впоследствии подкреплены экспедиционными рабо­ тами.

Специальные исследования южнотропических циклониче­ ских круговоротов вод Атлантического и Тихого океанов, про­ веденные в 1968 г. на «Академике Курчатове»1, показали, что в их пределах формируются отдельные мезомасштабные вихри циклонического и антициклонического вида. Они возникают вдоль восточных побережий океанов, образуясь между север­ ными ветвями Бенгельского и Перуанского течений с ветвями

1 См. статьи автора, опубликованные в журнале «Рыбное хозяйство», 1969, № 3 и № 4.

89

восточнотропических течений, направляющимися им навстре­ чу. Возможно, некоторые из них носят квазистационарный ха­ рактер.

На фоне общего подъема вод в циклонических круговоро­ тах будут возникать более интенсивные восходящие (в цик­ лонических вихрях и дивергенциях) и нисходящие (в антнциклонических вихрях и конвергенциях) движения. Эта много­ образная система вертикальных перемещений вод усложняет­ ся меандрированием основных потоков, образующих тропические циклонические круговороты, и перестройкой горизонтальной циркуляции в соответствии со стратификаци­ ей вод, а в прибрежной части океана, кроме того, сгонным эффектом, создаваемым пассатом (явление, называемое апвелингом).

Тропические циклонические системы оказывают немалое влияние на тепло- и влагообмен океана с атмосферой. Восхо­ дящими движениями в центральных частях циклонических круговоротов из глубин к поверхности выносятся холодные воды. Благодаря этому температура воды на поверхности океана оказывается на 5—10° С ниже, чем в тех же широтах западнее циклонических систем. Аномалия температуры воды прослеживается в верхнем слое толщиной около 300—500 м. В противоположность остальным акваториям она на несколь­ ко градусов меньше, чем у воздуха. По данным В. С. Самойленко, полученным в экспедиции на «Академике Курчатове», охлаждающее влияние океана распространяется в атмосфере на высоту до 2 км. В результате переохлаждения происходит постоянная конденсация водяного пара и образование сплош-

'ного слоисто-кучевого облачного покрова. При низкой темпе­ ратуре воды испарение мало, облачный покров тонок и пото­ му осадки почти не выпадают.

Характеристика физико-химических полей, а также карты геострофической циркуляции вод указывают на несколько более слабое развитие северотропических макроцнркуляционных систем. В Индийском океане циклоническое обращение вод намечается к западу от Австралии. Специально обследо­ вались пока только южнотропические системы Атлантиче­ ского и Тихого океанов. Дальнейшее изучение этих весьма своеобразных макроциркуляционных круговоротов вод пред­ ставляет не только познавательный, но и практический инте­ рес, связанный с исследованием условий формирования высо­ кой биологической продуктивности вод океана.

Циркумполярная антарктическая система. Уже говори­

90

лось, что эта макроциркуляционная система формируется только одним течением — Циркумполярным, которое переме­ щает огромную массу вод с запада на восток вокруг Антарк­ тиды. Оно пополняется водами южноокеанических течений и Прибрежного антарктического течения, с которыми находит­ ся в теснейшем взаимодействии. В то же время это течение теряет воды, замыкая субтропические антициклонические кру­ говороты и отделяя ветви при встрече с южной оконечностью Африки, Австралии, Южной Америки. Затем эти ветви сли­ ваются с Бенгельским, Западноавстралийским и Перуанским течениями.

Циркумполярное антарктическое течение 1 является самым

'25 — 50% и в целом несколько уменьшается с увеличением широты. Скорость около 25 — 30 см/сек.

Согласно оценкам В. Г. Корта, мощность его почти везде

•изменяется сравнительно мало. Так, из Атлантического океа­

перенос и при проходе через пролив Дрейка—183 • 106 м3/сек. По уменьшению количества воды, поступающей из Тихого океана в Антлантический, можно сделать заключение о том, что Перуанское течение питается водами Циркумполярного течения в значительно большей степени, чем два других хо- -лодных компенсационных потока (Бенгельское и Западно­ австралийское). Увеличение переноса воды Циркумполярным течением от пролива Дрейка до восточной границы Атланти­ ческого океана, примерно на 32-106 м3/сек, показывает, что ■оно пополняется здесь особенно сильно. Формируясь глав­ ным образом из вод умеренной зоны (в противоположность образованию североокеанических течений из теплых сточных течений), Циркумполярное течение оказывается холодным. Циклонические высокоширотные системы. В соответствии с особенностями распределения воды и суши они существенно

-отличаются своими размерами и интенсивностью обращения вод в Северном и Южном полушариях.

1 Иногда его называют Поперечным, переносящим воды по­ перек океанов, Антарктическим круговым, Течением западных ветров, Южным' дрейфовым, Восточным течением Южного по­ лушария, Соединительным, соединяющим все океаны.

91

Североциклоническне системы создаются в области Ис­ ландского и Алеутского барических минимумов. В их образо­ вании ведущую роль играют Североатлантическое и Северо­ тихоокеанское течения, которые после отделения Канарского и Калифорнийского течений направляются вдоль восточных побережий океанов на север. Здесь скорость их летом около 25 см/сек, местами увеличиваясь до 50 см/сек, при устойчиво­ сти 25—50%. Зимой, когда обостряются термические градиен­ ты, скорость и устойчивость течений повышаются. Проходя вдоль восточных берегов океана и достигая проливов, соеди­ няющих Северный Ледовитый океан с остальными океанами, североокеанические течения снова разделяются на две части. Одна из них направляется в Северный Ледовитый океан в ви­ де Атлантического и Тихоокеанского течений; другая, про­ должая следовать вдоль северных, а затем западных бере­ гов, дает начало холодным субполярным компенсационным течениям (Лабрадорскому, Камчатскому и Ойясио).

В Тихом океане субполярное течение практически цели­ ком формируется из охлажденных вод Северотихоокеанского' течения, а в Атлантическом океане к нему прибавляется зна­ чительная масса полярных вод, выносимых из Северного Ле­ довитого океана. Субполярное компенсационое течение в се­ верной части Атлантического и Тихого океанов обладает при­ мерно такой же скоростью и устойчивостью, как -и северооке­ анические течения. Воды субполярного течения, встречаясь с водами сточного тропического течения, увлекаются на запад, замыкая североциклоническую систему.

Размеры североциклонических систем в Атлантическом и Тихом океане довольно значительны. При меридиональной протяженности около 2000 км они вытянуты по параллели примерно на 5000—6000 км.

Благодаря активному водообмену Атлантического океана с Северным Ледовитым североциклоническая система получи­ ла довольно широкое распространение в обоих этих океанах, подразделяясь на несколько отдельных циклонических круго­ воротов. Один из них образуется к югу от Гренландии тече­ ниями Ирмингера (ветвь Североокеанического течения, про­ ходящая к югу от Исландии) и Лабрадорским. Другой круго­ ворот находится в море Баффина, где теплые воды Западно­ гренландского течения взаимодействуют с холодными аркти­ ческими водами проливов Канадского арктического архипе­ лага, следующими к проливу Девиса. Третий весьма интен­ сивный круговорот возникает в Норвежском и Гренландском1

92