фл.семафором циклон

исполнить цепочку-на главную в кубрик-на 1 стр.
  • главная
  • астрономия
  • гидрометеорология
  • имена на карте
  • судомоделизм
  • навигация
  • устройство НК
  • памятники
  • морпесни
  • морпрактика
  • протокол
  • сокровищница
  • флаги
  • семафор
  • традиции
  • морвузы
  • моравиация
  • мороружие
  • словарик
  • кают-компания



  •  

                                         Альберт Леонидович Бондаренко

     

           Крупномасштабные течения
        и долгопериодные волны
         Мирового океана




     

    Глава XV

     

    Основы динамики океана и атмосферы: общее и различия

    Причины аномально жаркого лета в России и дождливого в Пакистане 2010 г.

            

     

            

    Показано, что динамика океанов и атмосферы во многом схожа. И там, и там существуют волны солитоны. В океанах они формируют практически все основные движения воды, течения, а в атмосфере – движения воздуха, ветер, циклоны и антициклоны. В атмосфере существуют вихри, в океане их нет [Бондаренко, 2011б, 2011в].                                                                                                                                         

           В динамике океана и атмосферы много общего, но есть и некоторые различия. По моим исследованиям основные движения вод океана формируются океаническими солитонами. В атмосфере так же, как и в океане существуют атмосферные солитоны. Кроме того в атмосфере существуют атмосферные вихри. В основном атмосферные солитоны и вихри формируют динамику атмосферы.

           Согласно исследованиям [Бондаренко, Жмур, 2007, Бондаренко 2011а], в структуре течений абсолютно доминируют длинноволновые процессы (волны Россби, континентальные шельфовые и др.) или процессы, ими сформированные. Показано, что горизонтальные составляющие орбитальных движений частиц воды волн формируют крупномасштабные течения и противотечения (поверхностные и глубинные) океанов и морей, а вертикальные  – обмен вод в вертикальном направлении, соответственно, такие явления, как апвеллинг – даунвеллинг, Эль-Ниньо-Ла-Нинья, атмосферные вихри, ветры и др. Тепловое взаимодействие океана с атмосферой осуществляется в основном вертикальными движениями воды долгопериодных волн и, таким образом, они участвуют в формировании погоды и климата Земли.

             Более детальный анализ свойств этих волн показал, что они больше похожи на Большие уединённые волны, солитоны [Ларичев, Резник, 1982, Макеев, 2010, Незлин, 1986]. Поскольку 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.

             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. 37а, б). Волны распространяются справа налево, т.е. против струи Гольфстрима. Напомню, 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. 37а). 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 (рис. 37б). 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. 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.  Автор данной работы доказывает, что это не так [Бондаренко, Жмур 2007, Бондаренко 2011а, 2011б].    

             Скорости течений, движений частиц воды пропорциональны плотности линий токов. 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.

             Такое распределение скоростей течений в волнах фиксируется дрифтером или стационарно установленным в потоке прибором как пульсирующее течение, аналогичное, изображённому на рис. 36. Трасса этого дрифтера изображена на рис. 35. 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.

             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 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 (рис. 35). 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 [Ларичев, Резник, 1982, Незлин, 1986]. Линии токов такого солитона изображены на рис. 37б. При  таких условиях, соответствующих солитону Россби, вращения масс воды и инородных тел происходят вокруг некоего неподвижного центра, “на месте”. 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, автор данной работы пришел к мысли, что причиной этого являются атмосферные солитоны, в частности, солитоны Россби, которые могут существовать не только в океанах и морях. Просматривая Интернет, автор  обнаружил, что не одинок в своих предположениях [ГОПМАН, 2011, Найдена связь…., 2011]. В статьях высказывались предположения, что жаркое лето в России и дождливое в Пакистане обусловлены волнами солитонами или волнами Россби. Но как? Этому  объяснения не дано. В данной работе даётся такое объяснение.

             Всё развивается в целом по сценарию, аналогичному изложенному ранее  для океана, района Гольфстрима, но с некоторыми отличиями для атмосферы [рис. 66]. 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.

             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.66). 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.

    Схема линий токов солитона Россби в атмосфере          

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    Рис. 66. 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.

            

     

              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 неволновой природы, происходящие, например, в атмосферных вихрях [Бондаренко, 2011б]. В антициклонах воздух выходит из него,  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 перемещаются в пространстве. Перемещаются также и инородные тела за счёт чисто волновых движений и 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 равенстве 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, падению давления в циклонах, соответственно, обильному выпадению осадков, а в антициклонах – повышению 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. Обильному выпадению осадков в Пакистане способствовал очень влажный воздух, приносимый летними муссонами с океана.

             На рис. 67 изображена карта приземного атмосферного давления на время 27.07.10.  Выделяется области высокого давления (В) – антициклон расположенный над Европейской частью России и низкого давления (Н) –  циклоны  над северной частью Аравийского п-ва и Пакистаном. Приблизиттакая ситуация сохранялась в течение всего июля и начала августа 2010 г.

    Карта приземного атмосферного давления        

     

     

     

     

     

     

     

     

    Рис.67.  Карта приземного атмосферного давления на время 27.07.2010.

            

            

             На рис. 67  выделяются области высокого давления (В) – антициклон расположенный над Европейской частью России и низкого давления (Н) –  циклоны  над северной частью Аравийского п-ва и Пакистаном. Такая ситуация сохранялась в течение всего июля и начала августа 2010 г.

             Из изложенного так же понятно, что динамика океана и атмосферы во многом схожа. И в океане, и в атмосфере существуют волны солитоны. В океане они формируют практически все основные движения воды, течения, например, такие, как Гольфстрим, противотечения, циклонические и антициклонические и т.п., а в атмосфере – движения воздуха, ветер, движения воздуха в циклонах и антициклонах, струйные течения и т.п..

             Во вводной части работы указано, что источник движения воды в океане практически один  -  это океанические волны Россби, а точнее солитоны. Они формируют практически все основные движения воды в океане. А океанические вихри? Их существование не доказано и, скорее всего, в океанах они не существуют, что показано в одной из работ автора [Бондаренко, 2011в]. Вместе с тем, источников движения  воздуха в атмосфере можно назвать несколько. Это атмосферные вихри (тропические циклоны, тайфуны, торнадо и др.) [Бондаренко, 2011б], это движения воздуха в солитонах, обусловленные процессами, характерными для вихрей, что мы уже обсуждали, ветры, как результат неравномерного распределения температуры воздуха, обусловленного, в основном, неравномерным распределением температуры воды океана. В свою очередь это распределение температуры океана формируется океаническими волнами Россби, что мы также уже обсуждали. Так, что динамика атмосферы в основном сформирована солитонами и процессами, сформированными океаническими солитонами.

     

     

    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.

    Контакты с автором статьи

     








    Рейтинг@Mail.ru