Океаническое течение Гольфстрим и причина
жаркого лета в России и дождливого в Пакистане в 2010г
Прежде, чем приступить к объяснению причин жаркого лета в России и дождливого в Пакистане в 2010г., придётся вернуться к более ранним моим исследованиям крупномасштабных течений и долгопериодных волн Мирового океана [1, 2] . Было установлено, что крупномасштабные течения формируются долгопериодными волнами, которые получили название волн Россби. Более детальный анализ свойств этих волн показал нам, что эти волны больше похожи на Большие уединённые волны, солитоны [5, 6, 9]. Но поскольку эти волны в океане уже названы волнами Россби, то и мы будем называть их так же. Точнее – крупномасштабные течения - это не что иное, как волны Россби Мирового океана. Покажем это на примере волн района Гольфстрима.
Рис. 1а, б. Линии токов течений Гольфстрима и его окружения. Линии токов обозначены тонкими линиями в виде эллипсов со стрелками. Прямыми толстыми и тонкими стрелками указаны направления течения Гольфстрим, глубинного и поверхностного противотечений. Вид по вертикальному сечению через Гольфстрим (а) и сверху (б).
Как и положено солитонам, реальные волны Россби в открытом океане распространяются в западном направлении. В прибрежной зоне они распространяются вдоль берега, так что берег находится справа по отношению к направлению распространения волн.
Схематически линии токов таких волн могут быть представлены линиями токов диполей, расположенных в верхней части воды (рис. 1а, б). Волны распространяются справа налево, т.е. против струи Гольфстрима. Напомню читателям, что линии токов указывают на мгновенное направление векторов движений частиц воды волн, течений, или, что одно и то же, направление силы, создающей течения. Такое распределение линий токов похоже на линии тока солитона. Границами поля линий токов является поверхность воды и дно океана. Положение центральной части волны соответствует положению струи Гольфстрима. В центральной части волны частицы воды совершают вращательные движения в вертикальной или несколько наклонённых плоскостях (рис. 1а). Плотность линий токов у поверхности океана большая, а на глубине она меньше. Такое распределение линий токов формирует в верхнем слое Гольфстрим с большими скоростями, а в нижнем относительно слабое глубинное противотечение. Слева от Гольфстрима частицы воды совершают вращательные движения против часовой стрелки, а справа - по часовой стрелке (рис. 1б). Они формируют поверхностные противотечения. Такие движения воды названы, соответственно, циклоническими и антициклоническими. В этих вращательных движениях возникают давления на воду направленные: внутрь – в циклоническом движении и наружу – в антициклоническом. В результате этого в циклоническом движении собирается тёплая вода на поверхности океана, которая затем опускается на глубину, а в антициклоническом – на поверхность океана выходит с глубины холодная вода. Эти тёплые и холодные воды образуют аномалии округлой формы, которые хорошо выделяются при измерениях температуры поверхности океана.
В науке популярно другое объяснение формирования этих аномалий. Они формируются океаническими вихрями, которые в районе Гольфстрима называются рингами Гольфстрима. В этом случае считается, что аномалии холодной воды вращаются циклонически, а теплой – антициклонически. Такие вращения получили название, соответственно, холодных циклонов и тёплых антициклонов. В свою очередь эти вихри образуются в результате меандрирования (раскачки) Гольфстрима. Мы доказываем, что всё это не так [1, 2, 3].
Скорости течений, движений частиц воды пропорциональны плотности линий токов. Мы видим, что плотность линий токов в Гольфстриме гораздо больше, чем за его пределами, а отсюда и скорости течений большие. В точках 1, 2, 3, 4, расположенных между волнами скорости течений, равны нулю, а в точках I, II, Ш – максимальны.
Рис. 2. Модуль скорости движения дрифтера, трасса которого изображена на предыдущем рисунке.
Такое распределение скоростей течений в волнах фиксируется дрифтером или стационарно установленным в потоке прибором как пульсирующее течение, аналогичное, изображённому на рис. 2. Трасса этого дрифтера изображена на рис. 3. Пульсирующий характер течений Гольфстрима указывает на то, что течение состоит из течений волн, т.е. движений частиц воды, и в нём отсутствует постоянное крупномасштабное течение. Это и объясняет, почему в Гольфстриме нет вод Мексиканского залива, а только воды Саргассова моря, поступающие справа от Гольфстрима, и склоновые, поступающие слева от Гольфстрима.
Рис. 3. Трасса дрифтера, запущенного в воды Гольфстрима. Числа около точек – время движения дрифтера в сутках с момента его запуска.
Гольфстрим состоит из волн или волновых течений. Как и во всяких волнах, в волнах Россби масса воды в пространстве не переносится, она перемещается по замкнутому контуру относительно некоего неподвижного центра. Создаётся только некая иллюзия переноса масс, поскольку прибор не фиксирует движения частиц воды, перемещающихся по орбитам, а только некую горизонтальную составляющую действия на дрифтер или прибор, неподвижно установленный в потоке частиц воды, движущихся по различным орбитам.
Будем считать, что так же, как и дрифтер, движутся все тела, находящиеся на поверхности воды, назовём их инородными (различные предметы, водоросли, планктон, нефть, муть и т.д.). Тогда будем считать, что волны не переносят поступательно воду, но инородные тела в зависимости от обстоятельств могут переноситься, а могут вместе с водой совершать вращательные движения по орбитам волны. Если инородные тела находятся в центре волны, в данном случае в струе Гольфстрима, то они будут перемещаться так же как дрифтер (см. рис.3). Если инородные тела будут находиться вне струи Гольфстрима, то они будут перемещаться по почти круговым орбитам и поступательно, а модуль скорости их будет пульсировать аналогично движению дрифтера в центре волны.
В волне Россби (солитоне) могут возникнуть условия, при которых вертикальная составляющая скорости движения частиц будет равна нулю. Такое образование названо Солитоном Россби [5, 8]. Приблизительно линии тока такого солитона изображены на рис. 1б. При таких условиях, соответствующих солитону Россби, вращения масс воды и инородных тел происходят вокруг некоего неподвижного центра, “на месте”. Читатель должен помнить, что в этом случае волны, как и обычно, движутся в направлении против струи Гольфстрима. В этом случае в области вращений формируются обширные температурные аномалии: холодной воды при антициклоническом вращении и тёплой при циклоническом.
Размышляя над причиной жаркого лета в России и дождливого в Пакистане 2010 года, я пришел к мысли, что причиной этому являются атмосферные солитоны, в частности солитоны Россби, которые могут существовать не только в океанах и морях. Просматривая Интернет обнаружил, что я не одинок в своих предположениях [4, 7]. В этих статьях высказывались предположения, что жаркое лето в России и дождливое в Пакистане обусловлено волнами солитонами или волнами Россби. Но как? Этому объяснения не дано. Я же даю такое объяснение.
Всё развивается в целом по сценарию, аналогичному изложенного ранее для океана, района Гольфстрима, но с некоторыми отличиями для атмосферы [рис. 4]. Я исхожу из того, что в атмосфере, так же как и в океане, существуют волны солитоны. Согласно теоретическим представлениям в атмосфере они распространяются также, как и в открытом океане, в западном направлении. В атмосферных солитонах, так же как и в океанах, среда, в которой они существуют (в атмосфере это воздух, в океанах - вода), поступательно не распространяется, а совершает вращательные движения около некоего центра. Об этом уже говорилось. Но инородные тела обычно поступательно распространяются. Инородными телами для атмосферы являются влага в жидком и парообразном состоянии, пыль, частицы гари и др.
Рис. 4. Схема линий токов солитона Россби в атмосфере. Линии токов обозначены тонкими линиями в виде эллипсов со стрелками. Прямыми толстыми и тонкими стрелками указаны направления ветра в циклоне и антициклоне и струйном течении. Гольфстрим (а) и сверху (б).
Точно так же, как и в Гольфстриме, в атмосфере в центре волны частицы воздуха вращаются по замкнутому контуру в вертикальной или несколько наклонённых плоскостях вокруг некоего центра. Плотность линий тока на высоте 8-10 км большая, а с понижением она уменьшается. Эта область с большой плотностью линий тока получила название струйного течения (рис.4). Справа от центра волны, от направления струйного течения воздух (частицы воздуха) вращается антициклонически, т.е. по движению часовой стрелки, а слева – циклонически, против движения часовой стрелки.
Динамика этих образований такова, что составляющая градиента давления в антициклонических движениях направлена от центра образования, а в циклонических – в центр. В результате внутри антициклонического образования давление воздуха высокое, а внутри циклонического – низкое. Это антициклон (АЦ) и циклон (Ц). На этот чисто волновой процесс накладываются процессы не волновой природы, происходящие, например, в атмосферных вихрях [2]. В антициклонах воздух выходит из него и за счёт этого в центре он опускается, влажность воздуха уменьшается, давление увеличивается, в циклонах всё происходит в обратной последовательности: воздух входит и в центре поднимается вверх, влажность воздуха увеличивается, происходит конденсация влаги и выпадение дождей, давление падает.
Обычно циклоны и антициклоны движутся, перемещаются в пространстве. Перемещаются также и инородные тела за счёт чисто волновых движений и за счёт неволновых процессов. Воздух же перемещается в пространстве только за счёт неволновых процессов, например, как движущийся вихрь. Всё это развивается в обычных солитонах.
При определённых условиях, солитон может превратиться в солитон Россби, что происходит при условии равенства нулю вертикальной составляющей скорости движения частиц воздуха. Струйное течение должно ослабнуть из-за отсутствия вертикальных движений. В этом случае и воздух и инородные тела будут вращаться одновременно, т.е. циклон и антициклон будут стоять на месте. Это способствует усилению циклона и антициклона и происходящих в них процессов. Например, падения давления в циклонах, соответственно, обильного выпадения осадков, а в антициклонах – повышения давления и температуры воздуха. Вот так можно объяснить жаркое лето в России и обильное выпадение осадков в Пакистане летом 2010 г . Понятно, что у них общий источник - солитон Россби.
Из изложенного так же понятно, что динамика океана и атмосферы во многом схожа. В океане и атмосфере существуют волны солитоны. В океане они формируют движения воды, течения, например, такие, как Гольфстрим, противотечения, циклонические и атициклонические и др., а в атмосфере – движения воздуха, ветер, например, движения воздуха в циклонах и антициклонах, струйное течение и др.
Литература
1.Бондаренко А.Л., Жмур В.В. Настоящее и будущее Гольфстрима// Природа. 2007. № 7. С. 29 – 37. http://vivovoco.astronet.ru/VV/JOURNAL/NATURE/07_07/GULFSTREAM.HTM
2.Бондаренко А.Л. Крупномасштабные течения и долгопериодные волны Мирового Океана. 2011г. http://lib.oceanographers.ru/component/option,com_booklibrary/task,view/id,82/catid,29/Itemid,39/
4.ГОПМАН. СОЛИТОН РОССБИ, БОЛЬШОЕ КРАСНОЕ ПЯТНО ЮПИТЕРА И АНОМАЛЬНОЕ ЛЕТО РОССИИ. ОКО ПЛАНЕТЫ. 2011. http://politiko.ua/blogpost40980
5.Ларичев В.Д., Резник Г.М. Численный эксперимент по столкновению двумерных уединённых вихрей Россби// ДАН СССР. 1982. Т. 264. № 1. с. 229-233.
6.Макеев Н. Н. Знаменитое открытие XIX века (К 175-летию открытия солитона). Вестник Пермского Университета. 2010. Вып. 2(39).
http://vestnik.psu.ru/files/articles/138_34820.p
7.Найдена связь между пожарами в России и наводнениями в Пакистане в 2010 году. http://www.inopressa.ru/article/01Sep2011.
8.Незлин М.В.. Солитоны Россби. - УФН, т.150, №1, с.3 – 60, 1986 г.
9.Makino M., Kamimyra T., Taniuti T. Dinamics of two-dimensional solitary vortices in a low-β-plasma with convective motion// J. Phys. Soc. Japan. 1981. Vol. 50. № 4. h. 980-989.