Анализ результатов измерений течений показал, что роль ветровых течений в динамике  Каспийского моря составляет меньше 5% (Бондаренко 1993). В литературе находим высказывания, подтверждающие такой вывод. Судольский А.С.: “Измеренные в водоемах ограниченных размеров течения, которые мы называем ветровыми, часто являются результирующими. Нередко они обусловлены совместным действием ветра и волнового переноса, действием сейшевых, конвективных, стоковых и других видов течений…. Оценить степень участия каждого из видов течений на результирующий перенос водных масс затруднительно, а чаще невозможно. В связи с этим течения, измеряемые в замкнутых водоемах при действии ветра, считаются ветровыми только условно.” (Судольский 1991).

            Перед нами встала задача - показать на натурных данных результат ветрового воздействия на существующие течения другой природы (захваченные берегом, инерционные, сейшевые) в водоемах различных размеров.

            Шулейкин В. В. (1968) в параграфе «О роли волнового течения» приводит расчет полного потока «волнового» стоксова переноса и пишет: «Как ни странно, никто не думал о практическом значении этого «волнового» потока, пока не появилась работа Е.Г. Никифорова (1956), который показал, что различие между схемой ветровых течений по Экману и действительным механизмом переноса ветрового волнения велико».

            Е. Г. Никифоров пишет: «Как показывает опыт наблюдений, все океанографические явления ветрового происхождения развиваются одновременно и в одном и том же пространстве. Любая частица воды одновременно участвует в следующих движениях: перемещается по траекториям ветрового течения, совершает движение по круговым орбитам и участвует в ветровом перемешивании. Толщина поверхностного слоя охваченного этими движениями определяется преобладающей длиной волны» (Никифоров 1956).

            По существу из этой теории следует, что ветровые течения – это волновой перенос ветровых волн.

            Шулейкин В. В. пишет, что причину ленинградских наводнений никак нельзя было объяснить дрейфовым нагоном, т.к. формулы Экмана давали сильно преуменьшенные подъемы уровня воды в р. Неве. Расчеты стоксова волнового потока (а не дрейфового) дали хорошее совпадение с наблюдавшимися нагонами. Расчеты по формулам Никифорова привели в примерах катастрофических нагонов к результатам близким к истине» (Шулейкин 1968).

            Величина волнового переноса одни исследователи считают незначительной, или даже формальной (Каменкович 1973), а другие исследователи – весьма существенной и даже равной измеренным в натурных условиях переносам воды. (Иванов Р. Н. 1965; Лабзовский Н. А. 1956).

            Основным фактом, показывающим зависимость течения от ветра, является наличие или отсутствие течения при ветровом воздействии и без него. Так в работе (Демин, Филатов 1989) отмечается, что «Спектр для оз. Красного (7х1 км) построить довольно сложно, так как в этом озере течения эпизодического характера, обычно они существуют всего несколько суток после воздействия ветра….и могут отсутствовать после этого от нескольких часов до 2 суток». Отсюда следует методически важный вывод: ветровые течения, их природу гораздо легче можно исследовать именно в таких водоемах, а не в Каспийском море, где их энергия составляет менее 5% от энергии других течений.

 

                        

Рис. 3.1. Изменение скорости течения  с увеличением глубины в оз. Строгино, Москва.

           

            Исходя из представлений Е. Г. Никифорова разработан метод исследования закономерностей ветровых течений, т. е. набор этапов, которые необходимо реализовать, набор параметров, которые необходимо измерять.

1. Скорость и направление течений в нескольких точках на трех горизонтах до глубины 2 м. посредством автономных приборов АЦИТТ.

2. Колебания уровня (4-5 точек по периметру, желательно на подветренной и наветренной стороне).

3. Скорость и направление ветра (непрерывная регистрация).

            Измерения должны включать ситуации развития и затухания течений при возникновении и затухании ветра, а так же при смене его направления.

            Мы запланировали подобные исследования в малом озере (Строгино, Москва). Диаметр озера равен около 1 км., глубина достигает 18 м. В связи с тем, что течения в таких озерах малы, близки к порогу чувствительности приборов АЦИТТ, первоначально для измерения скоростей течений использовались дрифтеры. Измерения показали, что на поверхности при скорости ветра около 5 м/с. скорость течения составляла около 5 см/с. (рис. 3.1.).

            Скорость течения уменьшается до 0 на глубине 1,5 – 2 м. Обратного течения в глубинных слоях зарегистрировано не было. Возможно потому, что при такой большой глубине (18 м.) скорость компенсационного потока очень мала и для того, чтобы ее зарегистрировать, необходимо гораздо больше времени. Возможно, что в озерах с небольшой глубиной компенсационный поток зарегистрировать легче.

            Эти исследования носили пилотный характер, проводились для отработки методики наблюдений, для оценки наблюдаемых эффектов, но тем не менее результаты оказались ценными. Они не противоречат точке зрения Никифорова Е. Г. о том что ветровые течения – это “волновой” перенос ветровых волн.

            Очень информативна работа об исследованиях течений Чудского озера (Богачев, Филатова 1975). Приведены данные измерений скоростей и направлений течений и ветра, и расчитаны схемы течений для СЗЗ ветра. В соответствии с этой схемой поверхностные течения действуют по направлению ветра, а глубинные образуют две циркуляции, циклоническую и антициклоническую, с потоком против ветра в средней части озера. Но здесь же приводятся графики изменения векторов течения и их составляющих в придонном слое Чудского озера.

                 

Рис. 3.2. Колебания компонент вектора скорости течения на параллель (1) и на меридиан (2) в центре Псковского озера и колебания уровня в августе

                1971 г., 3- уровень, 4- векторы течения см/с.(Богачев А. Г., Филатова Т. Н. 1975).

           

           При ветре одного направления продолжительностью 5 суток течение меняется с периодом 2ч. 20 мин. (рис. 3.2.). Эти данные противоречат расчетной схеме. Ведь прибор, установленный в любой точке водоема, должен показывать не изменяющиеся направление и скорость. В действительности регистрируется изменяющееся по направлению течение. Этот факт делает маловероятным образование циркуляций, рассчитанных авторами на модели Соскина.

            Привлекает внимание, что изменчивость уровня соответствует изменчивости течений.

           Можно предположить, что в водоемах соизмеримых с Чудским озером (20х50 км) при ветровом воздействии возникают изменяющиеся по направлению течения с периодом 2 ч 20 мин., которые А. В. Караушев называл сейшеобразными. В работе 1946 г. он писал, что течения в озерах зачастую не совпадают с направлением ветра, и дал расчет, показывающий возможность возникновения изменяющихся по направлению течений при ветре одного направления.

            Дополнительные экспериментальные данные позволили уточнить понимание происходящих процессов. В нашем распоряжении оказались данные наблюдений на гидрометеосети в Аральском море - измерения скорости и направления ветра и изменения уровня в пунктах Аральское море, Барсакельмес, Уялы, Тигровый. Наиболее интересно проанализировать изменение уровня на противоположных берегах моря ( станции Аральское море и Тигровый).

            Рассмотрим изменчивость параметров в январе, когда море покрыто льдом и ветровое воздействие на водную поверхность отсутствует. На образце записи (рис.3.3) отчетливо видно, что уровень изменяется с периодом 23 ч., амплитуда изменений 5-10 см.

            Сопоставление изменения среднего уровня на станциях Аральское море и Тигровый показывает, что они изменяются в противофазе. Очевидно, что увеличение атмосферного давления в пункте Тигровый повлекло увеличение уровня в пункте Аральское море на 10 см., и периодические колебания с периодом 23 ч. действуют при повышенном уровне.

            Другая картина в безледный период, в мае (рис.3.3). Амплитуда основных колебаний с периодом 23 ч. при малом ветре и в безветренную погоду больше- 15-20см. Ветровое воздействие приводит к увеличению амплитуды основных колебаний до 60 см., и изменяет средний уровень в результате сгона- нагона. По аналогии с Псковским озером можно предположить, что течения Аральского моря будут изменяться с периодом 23 ч. в соответствии с изменением уровня.

            Таким образом, анализ натурных данных Псковского озера и Аральского моря показывает, что в подобных по размеру объектах существуют сейшевые течения и подо льдом. При отсутствии льда ветровое воздействие вызывает увеличение амплитуды основных колебаний и изменение среднего уровня (увеличение при ветре с моря, и уменьшение при ветре с берега). Вклад волнового переноса ветровых волн в сейшевые течения этих водоемов по имеющимся экспериментальным данным показать не удалось.

                     

Рис. 3.3. Изменение уровня Аральского моря (1), ветра (2) на станции Аральское море  а) зимой, подо льдом, январь 1967 г., б) летом, май 1967 г.

 

            Сейши образуются и в малых озерах (Malm J. 1975), они наблюдаются и подо льдом. Амплитуда изменения их скорости столь мала (2-3 мм/с.), что требуется свой метод их исследования (измерения параметров).

            Основной вывод, который следует из рассмотрения инструментальных наблюдений в Чудском озере и в Аральском море: наблюдаемые течения (период изменения 2ч. 20 мин., 23 ч.соответственно) не ветрового происхождения. 

            Анализ результатов измерений течений в морях и озерах показывает, что из трех моделей ветровых течений - Экмана, Стокса и Е. Г. Никифорова - ближе к действительности модель Е. Г. Никифорова, в соответствии с которой ветровое течение – это волновой перенос ветровых волн. Но это физически обоснованная гипотеза. Для того, чтобы показать, что эта гипотеза близка к действительности необходимо провести специальные исследования (Щевьев В. А. «Ветровые течения во внутренних морях и озерах». Электронный журнал «Исследовано в России»,  http:/hurnal.ape.relarn.ru/articles/2008/005.pdf). Наблюдения необходимо произвести в малом озере на нескольких горизонтах (3-4) длительное время, в продолжении которого произойдет изменение ветра от штиля до максимальной скорости, затем снова до штиля (и т. д.). Обязательно волнографом измерять изменчивость волнения, и изменения уровня в нескольких точках. Параметры ветра тоже должны измеряться в продолжении всего эксперимента. Таким образом можно зарегистрировать увеличение скорости течения на разных горизонтах при возникновении ветра, и затухании его при прекращении его, и процесс проникновения действия ветра на глубину.

            Анализ многочисленных натурных данных, как прямых измерений скорости течений, так и косвенных, полученных при участии автора, так и по литературным источникам показал:

            В крупных озерах и замкнутых морях наблюдаются инерционные течения и захваченные берегом волновые течения. Показать по нашим измерениям вклад ветровых течений не удалось. Ветровое воздействие на водную массу проявляется в нагонах, во вдоль береговом течении, и в волновом переносе ветровых волн.

            В средних озерах и крупных мелких морях (Азовское) наблюдаются сейшевые течения, период изменчивости которых зависит от размеров водоема. При ветровом воздействии амплитуда сейшевых течений увеличивается, и средний уровень на наветренном берегу увеличивается. Ветровые течения- это волновой переноc ветровых волн.

            В малых озерах наблюдаются ветровые течения – волновой перенос ветровых волн. Ветровой коэффициент на поверхности близок к 0,01. На глубине равной длине волны скорость течения равна нулю.