Альберт Леонидович Бондаренко
Крупномасштабные течения
и долгопериодные волны
Мирового океана
Глава XIV
Тепловое взаимодействие океана и атмосферы
Приведены
исследования, показывающие существенное влияние океанических волн Россби на
тепловое взаимодействие океана и
атмосферы. Исследования базируются на анализе натурных наблюдений температуры и
скорости течений океана и этих же параметров атмосферы. Прослеживается устойчивая
связь течений волн Россби с температурой поверхностных вод океана, изменения
температуры которых сказываются на изменениях температурного режима атмосферы,
а отсюда - погоды и климата Земли [Бондаренко и др. 2010, Бондаренко и др.,
2011].
Тепловое взаимодействие океана и атмосферы происходит при наличии разности температуры поверхностного слоя воды океана и приводного слоя воздуха атмосферы. Естественно, если температура воды поверхностного слоя океана больше приводного слоя атмосферы, то тепло от океана передаётся атмосфере, и всё происходит наоборот, тепло передаётся океану, если воздух теплее океана. Если же температуры океана и атмосферы равны, то передача тепла между океаном и атмосферой не происходит. Обычно такие условия возникают при неподвижном состоянии океана и атмосферы или когда движения воздуха и воды происходят в горизонтальной плоскости. Чтобы существовал поток тепла между океаном и атмосферой, должны существовать механизмы, изменяющие температуру воздуха или воды контактной зоны океан – атмосфера. Со стороны атмосферы это может быть ветер, осуществляющий поступление воздуха в зону взаимодействия с иной температурой, со стороны океана это механизмы движения воды в вертикальном направлении, обеспечивающие поступление воды с температурой отличной от температуры контактной зоны океана и атмосферы. Считается, что со стороны океана это может быть турбулентность океанских течений или ветровых волн, подъём и опускание воды в ветровых апвеллингах и даунвеллингах, волны Лянгмюра. Эти механизмы взаимодействия не изучены и экспериментально не обоснованы.
Автором и его коллегами проведены исследования и установлено, что основным механизмом, обеспечивающим взаимодействие океана и атмосферы являются, вертикальные движения воды долгопериодных волн Россби. Эти волны определяют температурный режим вод океана и его поверхности и через посредство потоков тепла участвуют во взаимодействии океана и атмосферы. Как формируется температурный режим воды океана и его поверхности волнами Россби, рассмотрено в главах IV, VI, X, XI, XII. На примере развития Эль-Ниньо – Ла-Нинья строго доказательно показано, что изменение температурного режима вод океана и его поверхности осуществляется в основном волнами Россби (гл. XII). Так же показано, что температура поверхности воды в фиксированной точке океана (рассматривается экваториальная зона Тихого океана) зависит от параметров волн Россби. Установлена зависимость температуры поверхности океана от параметров волн Россби, вертикальных движений воды с коэффициентом корреляции ~ 0,9. Это указывает на то, что изменения температурного режима вод океана определяется в основном волнами Россби, а прочие факторы оказывают крайне незначительное влияние.
Естественно, изменение температурного режима вод океана и его поверхности за счёт теплообмена океана с атмосферой приводит к изменению температурного режима атмосферы, её давления и ветра. В главе XII строго доказательно показано, как изменение температурного режима вод океана, создаваемого волнами Россби, изменяет температурный режим атмосферы, отсюда и давления, что и приводит к возникновению ветров – пассатов.
Процесс обмена водой в вертикальном направлении происходит во всей толще океана, но наиболее заметен в поверхностной зоне. Параметры волн Россби, соответственно и вертикального обмена вод, меняются во времени и пространстве. Наиболее значительны процессы обмена происходят в зоне западных пограничных течений, в экваториальной зоне океанов, там, где волны большие - их амплитуды колебания скорости течений достигают 2,5 м/с, а средние - 0,5 м/с. Именно здесь формируются такие явления, как апвеллинг – даунвеллинг, Эль-Ниньо – Ла-Нинья, атмосферные вихри, тропические циклоны, ураганы, существенно влияющие на погоду и климат Земли (главы: X, XI, XII).
В зонах океанов в районе 300 с. и ю. широты амплитуды колебания скорости течений волн Россби крайне малы, всего 2-3 см/с. Это зоны слабых ветров, повышенной температуры воды и воздуха. Обычно здесь образуются атмосферные антициклоны.
Изменение параметров волн Россби во времени и, соответственно, теплового взаимодействия океана с атмосферой, также существенно влияют на погоду и климат Земли. На примере развития Эль-Ниньо – Ла-Нинья это рассматривается в главе XII. Такие изменения могут происходить в режиме от нескольких недель до нескольких десятилетий.
Таяние льдов в Арктике происходит за счёт солнечной активности сверху, а снизу – за счёт вертикальных движений воды волн Россби. Таким образом, изменения таяния льдов в Арктике, соответственно, и изменение климата, связано с изменением параметров волн Россби.
Сведения об авторе.
Альберт Леонидович Бондаренко, океанолог, доктор географических наук, ведущий научный сотрудник Института водных проблем РАН. Область научных интересов: динамика вод Мирового океана, взаимодействие океана и атмосферы. Достижения: доказательство существенного влияния океанических волн Россби на формирование термодинамики океана и атмосферы, погоды и климата Земли.