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.

---

Иное распределение поверхностных температур в северных районах Атлантического океана (от 35° с. ш.). Здесь, в восточных частях океанов, изотермы расходятся веерообразно, в Атлантическом океане они даже приближаются к направлению меридианов или составляют с ними угол в 45°. Эта особенность связана с мощным потоком Гольфстрима и Куросио. В западных частях океанов вблизи 40° с. ш. у побережий материков изотермы сближаются и, значит, температура резко меняется — на протяжении 5° по широте разница в температурах составляет 10° (от 20 до 10°) в Атлантическом и 12 °C (от 18 до 6°) у побережья Японии.

Наибольшие температуры воды наблюдаются не на экваторе, а несколько севернее. Полоса этих температур, незначительно изменяющая свое положение в различные сезоны, носит название термического экватора. Редко и лишь в отдельных местах термический экватор «заходит» в южное полушарие.

Каковы же наблюдаемые, не осредненные значения температуры воды на поверхности океанов в области термического экватора? Они превышают 28–29 °C. По данным наблюдений, средняя температура во всех океанах равна 17,4° (в Тихом 19,1°, в Индийском 17,0°, в Атлантическом 16,9°). Самая высокая температура в Персидском заливе — 35,6°. Воды океанов в северном полушарии гораздо теплее, чем на таких же широтах в южном. Это объясняется тем, что холодные воды из Антарктиды свободно проникают во все океаны. А влияние холодных вод и льдов Северного Ледовитого океана сдерживают, с одной стороны, узкий Берингов пролив, а с другой — тепло Гольфстрима.

На поверхности океанов в целом преобладает теплая вода — обширные их области (в среднем около 53 % поверхности) заняты водой с температурой выше 20°, и лишь 13 % поверхности имеет температуру ниже 4 °C.

Сравнивая среднюю годовую температуру воды на поверхности Мирового океана со средней годовой температурой нижних слоев атмосферы Земного шара, равной 14,4°, получаем, что в среднем (за год) океан теплее воздуха на 3 °C.

Мы уже говорили о том, как проникает тепло с поверхности океана на глубину. Распределение температуры воды в вертикальном направлении различно в океанах и морях и, в особенности, по широтам, а также в западных и восточных частях океанов. В то же время на гигантских пространствах океанов в пределах 45° с. и ю. ш. есть много общего в распределении температур с глубиной. Здесь в открытой части океана температура равномерно понижается от поверхности и почти до дна (у дна может быть повышение за счёт тепла, идущего снизу). Вначале температура падает очень быстро до глубины 300–500 м, потом все медленнее до 1,2–1,5 тыс. м, а глубже понижение очень медленное или его нет совсем. На глубине более 3 тыс. м температура воды лежит в пределах от 2 до 0 °C. Это значит, что температура воды на больших глубинах всегда ниже самой низкой температуры на поверхности в тех же местах. Замечено, что в некоторых глубоководных впадинах с 3,5–4 тыс. м и до дна (например, в Филиппинской) температура воды немного повышается.

В умеренных зонах температура воды с глубиной не претерпевает такого сильного изменения, так как летом поверхностные воды здесь прогреваются меньше. Приполярные воды сначала (до глубины 50—100 м) охлаждаются, глубже немного теплеют (это создает теплые и соленые воды умеренных широт); максимум приходится примерно на 250–500 м и далее следует постепенное понижение до дна.

В районе Антарктиды сильно охлажденные воды постоянно опускаются на глубину, питая придонные слои Атлантического, Индийского и Тихого океанов.

Моря, которые свободно соединяются с океаном, имеют распределение температур по вертикали, сходное со смежным районом океана. Это общее совпадение, правда, может быть нарушено стоком больших рек, течениями и, главным образом, льдами. В морях, отделенных от океана глубокими порогами или вовсе изолированных от него, изменение температур с глубиной сложное, со своими особенностями, обусловленными местными физико-географическими условиями. Говоря о распределении температуры воды по вертикали, мы уже указывали, что убывание часто идет не непрерывно — понижение в некотором слое сменяется повышением, а затем температура вновь начинает падать. Это довольно распространенное явление тщательно изучено.

Слой холодной воды, лежащий между верхним и нижним слоями более теплой воды, называется холодным промежуточным слоем, а глубинный слой с повышенной температурой — теплым промежуточным слоем. В умеренных широтах и приполярных районах эти слои появляются в результате зимнего охлаждения и особенно заметны весной и ранним летом, когда вода не успела прогреться, а холодные зимние воды опустились на глубину.

Холодный промежуточный слой может исчезнуть или сохраниться до следующей зимы, в зависимости от того, каким было охлаждение. Каких величин достигает охлаждение в этом слое? В северной части Черного моря вдали от берегов — 6–8°, в Охотском море — 1,6–1,8 °C, что соответствует температуре замерзания морской воды.

Холодный и теплый промежуточный слои могут возникнуть и по другой причине — благодаря приносу вод (в горизонтальном направлении) из других районов с иными температурами и соленостью. Характерный пример — поступление теплых атлантических вод в Северный Ледовитый океан.

Слой воды с большими изменениями температуры по вертикали (градиентами) в океанологии называют слоем скачка. Условно принято считать слоем скачка в океане градиент, равный 0,1° на 1 м. В действительности наблюдаются и значительно большие градиенты. Так, к востоку от Японии с помощью батискафа были обнаружены слои с температурами, отличающимися друг от друга на несколько градусов. Они непосредственно соприкасались между собой без промежуточного слоя скачка. Это явление замечает и каждый купающийся в море — теплая вода поверхности немного глубже подстилается очень холодной.

В зависимости от времени (сезона, суток) температура воды в океанах также сильно изменяется, в особенности в верхних слоях, которые по аналогии с атмосферой принято называть тропосферой, и меньше в нижних слоях — стратосфере. Колебания температуры зависят от соответствующих изменений количества тепла, поступающего из атмосферы и притока вод другой температуры со стороны или снизу. Основной источник прихода тепла — это Солнце, поэтому в колебаниях температур наблюдается суточный и годовой ход. Суточный и годовой ход имеют обычно форму, близкую к синусоиде; это особенно заметно при осреднении данных. Но за конкретные сутки или годы под влиянием дополнительных причин температуры могут отличаться от главного синусоидального хода. Наибольшей величины температура достигает через 2,5–3 часа после полудня и наименьшей — перед восходом Солнца. Разница между максимальной и минимальной температурами в пределах суток на поверхности в среднем очень мала — 0,5 °C, хотя иногда может достигать и нескольких градусов. Размах колебаний температуры в открытом океане зависит от времени года, географической широты, облачности, ветра.

Сезонные изменения температуры (годовой ход) обусловлены главным образом соотношением составляющих теплового баланса, так как зимой море теряет тепло, а летом аккумулирует. Самые высокие температуры на поверхности океанов в северном полушарии приходятся на сентябрь или вторую половину августа, а в южном — на февраль-март. Это — так называемое гидрологическое лето. Самые низкие температуры в северном полушарии наблюдаются в феврале-марте и в южном — в августе-сентябре. Изменения температур в течение года гораздо большие, чем за сутки, — наименьшие они в приэкваториальной зоне, наибольшие — в районах около 40° с. ш. и 30° ю. ш. Самые большие годовые колебания, объясняющиеся влиянием теплых и холодных течений, замечены у берегов Северной Америки и к востоку от Японии.

Колебания температуры воды на ее поверхности быстро угасают — они незаметны уже на глубинах более 25–30 м, и лишь если существует мощный однородный слой, их можно заметить глубже. Максимум в последнем случае запаздывает по сравнению с поверхностным на несколько часов.

Годовые колебания распространяются гораздо глубже, достигая 400–500 м, и также уменьшаются. От года к году изменения температуры колеблются — меньше всего в тропиках (до 1 °C), увеличиваясь к северу и югу от них и вновь уменьшаясь в высоких широтах, особенно в ледовитых районах.

Океан оказывает очень большое влияние на климат материков. В холодное время года в Европу тепло приносят юго-западные ветры. Многие исследования были посвящены влиянию Гольфстрима на климат Европы. Когда тепло Гольфстрима (и его продолжения — Северо-Атлантического течения) концентрируется в его середине, зима в Европе холодная. Но если Гольфстрим теплее в северной части, в Европе теплая зима, а в Гренландии — холодная. К этому выводу пришел шведский ученый В. Сандстрем. Он предположил, что влияние тепла Гольфстрима не непосредственное, а через атмосферу — над теплой водной поверхностью увеличивается барическая депрессия и, в зависимости от того, севернее или южнее это происходит, возникают холодные или теплые ветры. Теория Сандстрема не общепризнанна, хотя и верна в принципе. Дело в том, что остаются неясными еще многие явления. В частности, по Сандстрему, потепление вод Гольфстрима должно сменяться похолоданием, затем следует новая волна потепления; промежуток времени добегания гребня или подошвы волны «потепление — похолодание» от Флоридского пролива до северо-западных берегов Норвегии составляет 3–4 года. Но в действительности оказалось, что это не так.