Слава Кан - Океан и атмосфера

• Название: Океан и атмосфера
• Автор: Слава Кан
• Издательство: Наука
• Жанр: Научпоп
• Год: 1982

Океан, занимающий две трети нашей планеты, и атмосфера, окутывающая ее, играют огромную роль в жизни человечества. Составляя вместе оболочку Земли, они функционируют как единая механическая и термодинамическая система. Совместное изучение этих сфер и их взаимодействия — основное направление современной мировой гидрометеорологической науки. Этим вопросам посвящена и предлагаемая вниманию читателя книга. В пей показано также, что знание процессов, которые происходят в океане и атмосфере, имеет большое практическое значение, и в первую очередь для мореплавания, эксплуатации ресурсов океана, для морских и метеорологических прогнозов.

Для читателей, интересующихся проблемами окружающей среды.

---

В течение уже нескольких десятилетий в Ленинграде гидрометеорологическая служба ведет большую работу по предсказанию наводнений. Здесь используются теоретические и эмпирические методы, моделирование, налажена четкая оперативная информация, использующая все современные средства связи. Делается все, чтобы вовремя оповестить население, уберечь здания, службы, имущество. А наводнения продолжаются. В настоящее время принят проект сооружения плотины, которая оградила бы город на Неве от стихийных бедствий. Какую роль после ее сооружения будут играть прогнозы, сказать пока трудно, но надо полагать, что в какой-то степени и форме они останутся необходимыми.

Из чего складывается величина колебаний уровня при сгонно-нагонных ветрах, от чего она зависит? Прежде всего от ветра. Само влияние ветра складывается из его силы, продолжительности, направления по отношению к береговой черте. Кроме того, имеет значение глубина моря и рельеф дна. Данные условия можно было бы учесть в общем виде и установить зависимости от них колебаний уровня. Однако в настоящее время это еще не удалось сделать ни одному ученому. И. Н. Зубов расчленил задачу на ряд более простых, элементарных случаев, в которых рассматривается циркуляция, вызываемая ветром в прямоугольном длинном бассейне.

Катастрофические сгонно-нагонные колебания уровня время от времени происходят практически на всех морях. 10–13 ноября 1952 г. в северо-западной части Каспийского моря нагон был вызван штормовыми ветрами, достигавшими 28 м/с. Поднявшаяся вода затопила западное побережье моря и берега в дельте Волги. Этот нагон был близок лишь к одному в наше столетие, имевшему место на Каспии в ноябре 1910 г.

Изменения уровня происходят, когда в данный район поступают дополнительные количества воды. Основная роль в этом принадлежит передвижению морской и речной воды (в пределах одного года и от года к году), второстепенная — осадкам и испарению. Обмен водами между морями, соединенными с океаном, а также сток рек в общем не вызывают заметного колебания уровня. Но в морях, отделенных от океана, материковый сток играет очень большую роль. Например, на Каспийском море во время весеннего половодья на реках (в первую очередь на Волге) уровень достигает наибольшей величины. Общеизвестно также падение уровня Каспия (с 1933 г.), связанное с резким уменьшением стока Волги.

В течение ряда лет изучались причины падения уровня Каспия. Проводились также работы по долгосрочным прогнозам его уровня. Советский океанолог Н. А. Белинский предложил метод, успешно применяющийся на практике. В основе его лежит учет атмосферной циркуляции на обширных пространствах, формирующих цепочку процессов, конечным итогом которых явилось падение уровня Каспия.

В прогнозах уровня Каспия на год (по месяцам) и на пятилетие заинтересованы многие отрасли народного хозяйства: гидростроительство, рыбная промышленность и промысел морского зверя (на Каспии водятся тюлени) и др.

Рассматривая колебания уровня, мы часто говорим «средний уровень». Как и всякая средняя величина, он является результатом вычисления (осреднения наблюдений) за тот или иной период: сутки, месяц, сезон, год, ряд лет. Такие расчеты важны для практических и научных целей. Колебания среднесуточных уровней, особенно связанные со сгонно-нагонными явлениями, могут быть очень большими — до 2–3 м. Средние месячные уровни в одном и том же пункте колеблются в пределах нескольких десятков сантиметров и наиболее велики в области действия муссонов. Средние годовые уровни меняются от года к году. В Азовском, Балтийском и Черном морях они отклоняются от среднемноголетнего уровня больше, чем на океанских побережьях. Но в целом изменение величины годового уровня небольшое — в пределах 20 см.

Многолетние уровни вычисляют по данным наблюдений за все имеющиеся годы — чем ряд наблюдений длиннее, тем с большей точностью он определяется. Самые длительные наблюдения в нашей стране ведутся на Балтийском море, в Кронштадте, где они начаты с 1835 г. Для каждого порта вычисляется средний уровень за определенное число лет, принимаемый как ординар. Средний многолетний уровень для морей без приливов служит нулем глубин для морских карт. Это значит, что от этого уровня отсчитываются глубины моря, а также высоты на суше. В нашей стране за нуль высот принят нуль Кронштадтского футштока — рейки, по которой отмечается положение уровня. Чтобы не вводить отрицательных значений уровня, все наблюдения уровня приведены к отметке на 5 м ниже нуля Кронштадтского футштока. В то же время в других странах существуют свои нули высот. Естественно, что при изучении, анализе и сравнении колебаний уровня Мирового океана это создает лишние сложности. Поэтому возникла необходимость создать единую международную систему — единый нуль глубины и высоты. В сентябре 1954 г. в Риме Генеральная ассамблея Международного геодезического и геофизического союза приняла решение об уравнивании европейской нивелирной сети.

На всех морях нашей страны есть один или несколько пунктов, связанных с общегосударственной системой высотных отметок. Широко используется также метод, позволяющий путем расчетов увязать нули постов (в пунктах, где это трудно или невозможно сделать нивелировкой) с теми, которые связаны с государственной сетью.

Наблюдения над уровнем при решении научных и практических задач подвергаются различной статистической обработке — это и спектральный анализ, позволяющий выявить скрытые периодичности, и гармонический анализ для определения некоторых характеристик колебаний и др. Часто важно знать, как долго стоит уровень, — это особенно интересует портостроителей и мореплавателей. В таких случаях строятся графики повторяемости уровня.

Следует упомянуть еще о колебаниях уровня, вызываемых сейшами. Они могут возникнуть при резких изменениях атмосферного давления над каким-либо районом моря и от иных причин: сейсмических, сгонов и нагонов и др. Сейши начали изучать не на морях, а на озерах, где они особенно заметны. Так, на Женевском озере наблюдаются сейши с амплитудой до 2 м. На Азовском море бывают сейши с амплитудой до 80 см. В Севастополе, когда над городом прошла гроза (25 августа 1911 г.), падение атмосферного давления на 6 мм вызвало толчок в колебаниях уровня около 60 см. Полагают, что сейши являются причиной и тягуна, наблюдающегося в некоторых портах, например в Туапсе на Черном море. Происходящее при тягуне горизонтальное и вертикальное движение вод приводит к катастрофам — суда наваливаются друг на друга, на стенки набережных и т. д. Это явление, однако, еще до конца не изучено.

Сведения о колебаниях уровня моря требуются в первую очередь гидрографической службе, мореплавателям, жителям побережий. Знание характера колебаний уровня важно также при определении горизонтальной циркуляции вод океана, при поисках полезных ископаемых на дне моря и т. д.

Течения

Движения морской воды, о которых мы говорили до сих пор, носят колебательный характер. Но в Мировом океане существуют движения, при которых частицы воды переносятся на огромные расстояния — на тысячи миль. Это — морские течения. Они разнообразны. Течения с общим направлением и средней скоростью называются постоянными. Они несут колоссальные объемы поверхностной воды, захватывающие более или менее мощный слой. Движение вод на глубине и у дна медленнее, но также имеет генеральное направление, часто обратное по отношению к поверхностному. Так возникает круговорот океанических вод на планете.

В морях и океанах наблюдаются также течения, которые вызывают временные причины, в первую очередь ветер, изменчивый по скорости и направлению. За 12–24 часа такие течения переносят воду на 5—10 миль. Существуют также периодические приливно-отливные течения. В узких заливах и проливах они движутся вперед и назад.

Морские течения были известны еще в древние времена. Аристотель писал о течениях в Керченском проливе, Босфоре, Дарданеллах. Знания о течениях накапливались из века в век, со все более серьезными обобщениями картированием.

Крупные открытия океанических течений были сделаны в конце 50-х годов и во второй половине нашего столетия. Речь идет о мощных глубинных течениях в Атлантическом, Тихом и Индийском океанах. Еще совсем недавно считалось, что течения в глубине вод имеют очень маленькие скорости. Современные методы наблюдений (с помощью заякоренных буев и поплавков нейтральной плавучести) позволили установить, что на глубинах в 1 тыс. м непериодические течения в некоторых местах достигают 30 см/с, а приливные — даже 50 см/с. Инструментальные наблюдения показали также, что на глубинах более 1 тыс. м скорости течения колеблются от 5 до 15 см/с. После тщательного изучения мощных океанических течений Гольфстрима и Куросио установлено, что они сохраняют направление и скорость до глубин 750—1500 м. Подтвердилась также гипотеза о том, что под крупнейшими течениями Мирового океана должны наблюдаться достаточно сильные течения, направленные в обратную сторону. И действительно, такие течения были открыты — прежде всего в Атлантическом океане под Гольфстримом, а потом в Тихом под Куросио.