Альберт Леонидович Бондаренко
Крупномасштабные течения
и долгопериодные волны
Мирового океана
Глава VII
Формирование противотечений в океанах и морях
Приводится
объяснение формирования волнами Россби глубинных и поверхностных противотечений
Мирового океана.
Обычно течения за пределами крупномасштабного течения направлены в противоположную сторону этого течения, образуя противотечения. Принято выделять глубинные и поверхностные противотечения. Так, под Гольфстримом наблюдается глубинное противотечение, а справа и слева от него поверхностные противотечения [Каменкович, Монин, 1978, Каменкович, Кошляков, Монин, 1987]. Скорости глубинных противотечений Гольфстрима во Флоридском проливе достигают 50 - 60 см/с при скоростях самого течения до 2,5 м/с [Kielmann, DUing, 1974]. С глубиной скорости противотечений увеличиваются. Скорости поверхностных противотечений небольшие, ~ 5 см/с. Фактически ложе, по которому течёт Гольфстрим, движется в обратную сторону самого течения Гольфстрим.
Широкая полоса вод Антарктического Циркумполярного течения движется в восточном направлении, в то время как воды, прилегающие к Антарктиде, движутся в обратном, западном направлении, образуя течение Восточных ветров. Фактически это поверхностное течение является противотечением по отношению к Антарктическому Циркумполярному течению. Скорости течений этого противотечения большие, ~ 20см/c (см. схему течений Мирового океана, автор Schott, 1943, гл. II монографии, она опубликована в [Каменкович, Кошляков, Монин, 1987].
В замкнутом Чёрном и Каспийском морях крупномасштабные течения имеют, как отмечалось, циклоническую направленность, т.е. против движения часовой стрелки [Бондаренко, 1993, Кривошея и др., 2001]. В узкой прибрежной зоне, шириной приблизительно 10 км, и в центральных частях морей существуют противотечения антициклонической направленности. Противотечения прибрежной зоны Чёрного и Каспийского морей были зафиксированы инструментально [Бондаренко, 1993, Кривошея и др., 2001]. Противотечения центральной части Чёрного моря были обнаружены автором по данным их измерений дрифтерами. Мы привели только несколько примеров существования противотечений, их гораздо больше.
Из изложенного можно сделать вывод, что глубинные и поверхностные противотечения, сопутствующие крупномасштабным течениям есть некая закономерность динамики вод океанов и морей.
Закономерности формирования этих противотечений изучены плохо, во всяком случае нет единой концепции их формирования. Известны только отдельные работы, в которых противотечения рассматриваются с позиции градиентной и ветровой природы течений и при этом применительно к отдельным регионам [Штокман, 1970].
Авторы одной из работ [Kielmann, DUing, 1974] обратили внимание на большие скорости глубинных противотечений Гольфстрима во Флоридском проливе и предположили, что они сформированы волнами Россби. Предположили, но не объяснили их кинематику. По-видимому, вывод они сделали под влиянием экспериментальных исследований волн Россби этого района, выполненных ранее [Thompson, 1971].
Не буду анализировать эти гипотезы на предмет их репрезентативности, а приведу новое объяснение закономерностей формирования противотечений, основанное на представлениях о длинноволновой природе течений. Сколь оно репрезентативно отражает объективную реальность, покажут последующие исследования.
Согласно представлениям [Бондаренко, 2007, Бондаренко, Жмур, 2007, Бондаренко, Борисов, Жмур, 2008] в формировании течений и противотечений играют важную роль долгопериодные волны Мирового океана. Как они образуются?
Исследования, приведенные в гл. VI позволили волновое поле, в частности Гольфстрима и его окружения, представить в виде цепочки уединённых волн или солитонов, течения (движения частиц воды волн), в которых происходят по замкнутому контуру в горизонтальной и вертикальной плоскостях (рис. 37 а, б). Такое расположение линий токов течений волн Россби похоже на линии токов диполя, проводящей средой которого является вода. Напомню, что линии токов указывают на мгновенное направление векторов течений, или, что одно и то же, направление силы, создающей течения. Скорость течения пропорциональна плотности линий токов. Мы видим, что в Гольфстриме плотность линий токов волн гораздо больше, чем за его пределами, а отсюда и скорости течений больше, чем за его пределами.
Можно допустить, что это волновое течение, где плотность линий токов большая (на рис. 37а, б она затемнена), участвует в формировании крупномасштабных течений, в частности Гольфстрима. В данном случае эти волновые течения и есть течения Гольфстрима. Глубинные и поверхностные противотечения формируются орбитальными движениями частиц воды волны, в которых плотность линий токов меньше (на рис. 37а, б они обозначены).
Уже отмечалось, что с глубиной скорости противотечений Гольфстрима увеличиваются. Объяснение этому такое. Как ранее говорилось, что линии токов волны похожи на линии токов диполя проводящей средой которого является вода. Естественно, дно и воздух являются изолятором. На границе изоляторов плотность линий токов увеличивается. В данном случае дно – изолятор, и у его границ скорость увеличивается. Скорости течений у дна больше, чем на некотором удалении от него. Нередко и в открытых частях океанов у дна наблюдаются течения с большими скоростями, даже за пределами крупномасштабных течений.
Итак. Крупномасштабные течения, глубинные, поверхностные противотечения и вертикальные движения воды есть орбитальные движения частиц воды волн Россби Мирового океана.
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.