книги из ГПНТБ / Океанография и морская метеорология учебник

3.Быть достаточно прочными для работы в усло­ виях качки.

4.Иметь высокую устойчивость к химическому воз­

действию морской воды.

5. Обладать хорошей электроизоляцией кабелей, при­ меняемых при электрических методах измерений.

6. Получать искомые данные в удобной для считы­ вания форме (цифровые индикаторы визуального отсче­ та, цифропечатающие устройства, запись на магнито­ фонную, киноили перфоленту), а также вводить дан­ ные измерений в ЭВМ.

Для опускания гидрологических приборов на глуби­ ны и подъема их на палубу экспедиционное судно

стем применяются в зависимости от глубины и харак­ тера наблюдений:

—гидрологические лебедкй с ручным и электроме­ ханическим приводами — для опускания батометров и других легких приборов;

—специальные тяжелые лебедки — для постановки судна на глубоководный якорь и опускания тяжелых приборов (драг, больших грунтовых трубок и т. п.);

—кабельные лебедки — при электрических методах измерений.

В табл. 4 приведены основные технические данные наиболее распространенных гидрологических лебедок отечественного производства. Большие емкости бараба­ нов, значительные скорости выбирания, высокая стои­ мость опускаемых лебедкой приборов предъявляют по­ вышенные требования к конструкции лебедок, а именно:

—возможность переключения и торможения без рывков при достаточно широком диапазоне скоростей;

—наличие тросоукладчиков для равномерной на­

бивки троса на барабан;

—высокая прочность барабанов, исключающая воз­ можность деформации и разрыва их щек;

—удобное размещение лебедок и другого оборудо­ вания на палубе судна с соблюдением правил техники безопасности (расстояние между лебедками должно быть возможно большим, лебедки с большей емкостью барабана должны устанавливаться ближе к корме).

50

изготовляются из оцинкованной проволоки углероди­ стой" стали, получаемой методом холодной протяжки. Наиболее часто употребляются тросы с мягкими сер­ дечниками правой крестовой свивки из оцинкованной проволоки высшей марки для жестких условий работы.

Технические данные тросов, рекомендуемых для раз­ личного рода гидрологических работ, приведены в табл. 5.

При выборе троса в каждом конкретном случае не­ обходимо учитывать:

—конструкцию лебедки и емкость ее барабана;

—нагрузки на трос, определяемые собственным ве­ сом троса ^поднимаемых им приборов;

—увеличение нагрузки под действием внешних ди­

намических факторов;

— увеличение нагрузки при прохождении троса че­ рез систему блоков.

52

Формулы и величины составляющих нагрузок в фор­ муле (2.2> получены эмпирическим путем из опыта'ра­ бот научно-исследовательского судна «Витязь». Лобовое сопротивление батометров Pj в общем случае пренебрежимо мало и поэтому принимается равным нулю. При прохождении троса через систему блоков нагрузка уве­ личивается обратно пропорционально коэффициенту по­ лезного действия блочных передач. Для двухблочнбй системы к. п. д. принимается равным у= 0,96, для трех­ блочной— у= 0,92, для четырехблочной — у= 0,89. Тогда окончательное значение суммарной рабочей нагрузки будет равно

(2.3)

Так как нагрузка в длинных тросах сильно возрас­ тает за счет собственного веса, а увеличение диаметра троса не рационально, целесообразно применять ступен­ чатые тросы, составленные из отдельных отрезков, сече­ ние которых увеличивается от нижнего конца троса к верхнему. Длина каждой ступени определяется по фор­ мулам:

,A i - k P .

А2 - k (Р + Тllj)

(2.4)

k T 2

5 3

Г Л А В А 3

СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОД МИРОВОГО ОКЕАНА

Из положений термодинамики следует, что каждому состоянию физического тела соответствует определен­ ная температура. Температура, как и внутренняя энер­ гия, является функцией состояния данного тела. При этом определенной температуре соответствует бесконеч­ ное множество состояний тела, характеризуемых раз­ личными объемом и давлением.

Уравнение / = Ф(а, р), определяющее температуру t как функцию удельного объема а и давления р, назы­ вается уравнением состояния вещества. Это уравнение можно решить относительно а или р:

<*= f(t, P)>P=F( . t, a),

(параметры) состояния морской воды — удельный объем (или плотность), температуру, соленость и давление, на­ зывается уравнением состояния морской воды.

Удельный объем (плотность) и давление являются механическим, температура — термодинамическим, со­ леность — физико-химическим параметрами состояния морской воды. Именно они характеризуют морскую воду

55

как термодинамическую систему и являются ее количе­ ственными признаками.

Вот почему изучение температуры, солености и плот­ ности в океанах и морях и их распределения во време­ ни и пространстве является обязательным пунктом программ исследований всех без исключения океано­ графических экспедиций, а приборы и методы для опре­ деления этих параметров в значительной степени стан­ дартизированы.

/•

§7. ТЕМПЕРАТУРА ВОД ОКЕАНОВ И МОРЕЙ

Врезультате ядерных реакций, протекающих в нед­ рах Солнца, в мировое пространство излучаются в виде тепла и света огромные количества энергии. И хотя по­ верхности Земли достигает лишь незначительная доля излучаемой Солнцем энергии, по и она астрономически

большая величина.

Естественно, что Мировой океан, покрывающий бо­ лее 2/з нашей планеты, поглощает основную часть сол­

ным представлениям, сложную смесь свободных моле­ кул и двух-, четырех- и восьмимолекулярных ассоциаций, является аномальным физическим телом и обладает са­ мой высокой удельной теплоемкостью среди всех жид­ ких и твердых веществ, кроме нашатырного спирта. По­ этому океан в одних и тех же широтах поглощает на 25—50% тепла больше, чем суша, и представляет собой огромное хранилище тепла, предохраняющее нашу пла­ нету от вымерзания: почти повсеместно температура воды оказывается выше температуры воздуха. Так, средняя температура воды на поверхности составляет ;+17,4° С, а приводного слоя атмосферы +14,4° С.

Поглощая прямую и рассеянную солнечную радиа­ цию, воды Мирового океана нагреваются. Однако в ре­ зультате действия ряда факторов содержание тепла не­ прерывно меняется. Влияние одних факторов на тепло­ содержание вод океана незначительно, например, за счет притока тепла из недр Земли, при радиоактивном распаде и химико-биологических процессах, в результа­ те действия сил трения при движении вод. Решающими же факторами являются два главных [60]:

56

1) непосредственный теплообмен через поверхность раздела сред воздух — вода Qa:

расход тепла в океане за какой-то промежуток времени, или уравнение теплового баланса океана, будет иметь вид

многих процессов и явлений, протекающих в Мировом океане. Но для этого необходимо знать неизвестные ве­ личины t\ и *2 > входящие в правую часть уравнения. Определены же они могут быть только путем фактиче­ ских измерений в океане, выполняемых в процессе экспедиционных исследований.

Температура в гидрометеорологии измеряется в гра­ дусах международной температурной шкалы Цельсия

(°С),

Морская вода не имеет определенной температуры замерзания т, она ниже, чем у пресной воды, и зависит от солености. Так, для пресной воды т= 0°, для океан­ ской воды т~ —1,9°. Температура кипения морской воды

57

нейно уменьшается с увеличением солености от 3,98° (пресная вода) до —3,5° (океанская вода со средней со­ леностью 35 г солей на 1 кг морской воды).

Теплоемкость морской воды, т. е. количество тепла, необходимого для нагревания 1 г морской воды на 1°С, несколько меньше теплоемкости пресной воды, но, как указывалось, значительно больше, чем у других веществ. Удельная теплоемкость уменьшается с увеличением тем­ пературы и солености морской воды и в реальных усло­ виях лежит в пределах от 0,92 до 0,99 кал/(г-°С).

Теплота испарения морской воды, т. е. количество тепла, необходимого для испарения 1 г морской воды при неизменной температуре, также аномально велико (около 590 кал/г).

Морская вода и лед (как и воздух) плохо проводят тепло. Теплопроводность морской воды, т. е. количество тепла, проходящего в единицу времени через плоскопа­ раллельный слой морской воды толщиной в единицу длины с основаниями, равными единице площади, при разности их температур в Г С и при условии, что весь тепловой поток проходит в направлении, перпендикуляр­ ном основаниям, возрастает при повышении температу­ ры и давления и несколько убывает при увеличении со­ лености. Коэффициент молекулярной теплопроводности очень мал — около 0,0013 кал/(сексм *°С) (для серебра он равен 1,0000).

Средняя температура воды Мирового океана +3,8° при разнице между крайними значениями в различных районах и глубинах, равной 40° (для приводного слоя атмосферы она приблизительно в 3,5 раза больше— 133°).

Поверхностные слои океана нагреваются неравно­ мерно, так как в низких широтах приход солнечной энергии больше, чем отдача тепла в мировое простран­ ство, а в высоких широтах — наоборот. Однако в каж­ дой точке океана средние годовые температуры остают­

зонтальной и вертикальной циркуляции, создающей кру­ говорот энергии и веществ в масштабе всего Мирового океана. Самые низкие температуры в поверхностных пе­ реохлажденных слоях океана были отмечены в Атланти­ ческом океане у Южных Шетландских островов (—3,3°), самые высокие для открытых районов— в тропической

5 8

Коэффициент молекулярной теплопроводности мор­ ской воды и скорость процесса передачи тепла на глу­ бины оказываются столь ничтожными, что необходимы столетия для обнаружения заметных изменений темпе­ ратуры даже в подповерхностных слоях океана. Поэтому главную роль в передаче тепла на глубины играют про­ цессы не молекулярного, а турбулентного перемешива­ ния, включающего фрикционное (преимущественно вет­ ровое или волновое) и плотностное (конвективное) пере­ мешивание, при котором в переносе тепла участвуют крупные объемы жидкости. Эти процессы протекают поразному в различных морях и районах океана, опреде­ ляя особенности распределения температуры воды с глубиной. Однако при всем многообразии типов этого распределения в океане при нормальном убывании тем­ пературы с глубиной обычно можно выделить три от­ четливо выраженных слоя:

1)поверхностный слой, или зона процессов переме­ шивания;

2)зона с повышенными отрицательными вертикаль­ ными градиентами, называемая термоклином;

3)глубинные воды, расположенныениже термокли­ на до дна океана, с малыми изменениями температуры по глубине.

Верхний слой океана, прилегающий к поверхности раздела сред воздух — вода, находится в непрерывном взаимодействии и зависимости от атмосферных условий, и именно в этом слое отмечаются наибольшие сезонные, суточные и случайные изменения температуры. Поэтому

вверхнем слое можно встретить и изотермию (постоян­ ство температуры воды с глубиной, условно определяе­ мое вертикальным градиентом, не выходящим из преде­ лов ±0,005°С на 1 м глубины), и понижение, и повыше­ ние температуры с глубиной. Летом в штилевую погоду

врезультате инсоляции поверхность океана прогревает­ ся, с глубиной температура убывает — создаются отри­

цательные градиенты температуры. Вследствие зимнего охлаждения, начинающегося с поверхности, нижележа­ щие слои еще сохраняют более высокую температуру — создаются положительные градиенты температуры. Дли­ тельные штормы, вызывающие интенсивное турбулент­

59