Циркуляция поверхностных вод Мирового океана

Последовательная зональная смена макроциркуляционных систем (крупномасштабная система движений) является общей закономерностью планетарной циркуляции вод. В соответствии с зональным распределением солнечной энергии по поверхности планеты и в океане, и в атмосфере создаются однотипные и гене­тически связанные циркуляционные системы: 5000-15000 км по широте, 2000-5000 км по долготе. Перемещение водных и воз­душных масс определяется общей для атмо- и гидросферы зако­номерностью: неравномерным нагреванием и охлаждением по­верхности Земли. От этого макроциркулярные системы более или менее симметрично располагаются по обе стороны от экватора.

От него в низких широтах возникают восходящие токи (ци­клонические вихри) и убыль масс, в других – высоких широтах развиваются нисходящие токи, происходит увеличение масс (во­ды, воздуха), что характерно для антициклональных вихревых систем. Взаимодействие этих систем и есть циркуляция, движе­ния атмо- и гидросферы.

В тропических областях характер движений антициклони­ческий, то есть течения движутся по часовой стрелке, а в умерен­ных и субполярных широтах течения образуют круговорот, на­правленный против часовой стрелки, то есть имеют циклониче­ский характер. И циклонические, и антициклонические вихри в океане соответствуют климатическим минимумам и максимумам атмосферного давления.

Антициклонические и циклонические круговороты в каж­дом полушарии связаны между собой таким образом, что одни и те же потоки (течения) являются одновременно периферийной частью двух круговоротов. Например, Североатлантическое те­чение является северной ветвью тропического круговорота и одновременно южной ветвью циклонического круговорота уме­ренных и субполярных широт. Благодаря этому круговороты взаимодействуют между собой. Поэтому воды и переносимые ими различные вещества (соли, взвеси и т.д.) способны, переходя из системы в систему, перемещаться по всей протяжённости океана. Перенос масс, обмен энергии и вещества в приповерхно­стном слое океана происходит в основном в широтном направле­нии. Межширотный обмен осуществляется за счёт меридиональ­ного обмена на периферии квазистационарных круговоротов вод. В низких широтах вдоль западных берегов океана происходит вынос лёгких тропических вод в умеренную зону. В умеренных же и субполярных широтах, наоборот, более плотные воды пере­носятся вдоль западных побережий, а менее плотные воды уме­ренного и тропического поясов выносятся вдоль восточных бере­гов в высокие широты Мирового океана. Создающееся таким образом различие плотностей воды в меридиональном направле­нии увеличивает интенсивность пограничных течений в при­брежных частях антициклонических и циклонических систем.

Одни и те же макроциркуляционные системы сохраняются в течение круглого года. Для сезонной изменчивости циркуляции вод характерно небольшое смещение в холодное время года в меридиональном направлении (в зиму северного полушария - к северу, в лето северного полушария - к югу), а также усиление интенсивности циркуляции в результате увеличения термических контрастов между тропическими и полярными широтами.

Установлено, что непосредственное воздействие ветра ог­раничивается верхним слоем толщиной около 30-50 м. Уже в подповерхностном слое между 5 -100 и 200-300 м, решающую роль играет плотностная (вертикальная) циркуляция.

В океане скорость вертикальных движений меньше гори­зонтальных примерно на три-пять порядков, а в атмосфере - при­близительно на два-три порядка. Но значение их велико, по­скольку благодаря им происходит обмен поверхностных и глу­бинных вод энергией, солями и питательными веществами.

Наиболее интенсивный вертикальный обмен осуществляет­ся в зонах конвергенции (схождения) и дивергенции (расхожде­ния) потоков водных масс. В зонах конвергенции наблюдается погружение водных масс, в зонах дивергенции - подъём их к поверхности, называемый апвелингом. Зоны дивергенции форми­руются в областях циклонических круговоротов, где центробеж­ные силы разносят воды от периферии к центру и возникает подъём вод в центральной части круговорота. Дивергенция воз­никает у берегов и там, где преобладает ветер с суши (сгон по­верхностных вод). В антициклональных системах и в тех при­брежных зонах, где господствует ветер с океана, происходит опускание вод.

Распределение зон конвергенции и дивергенции однотипно в различных океанах. Несколько севернее экватора располагается экваториальная конвергенция. По обе стороны от неё по ложби­нам тропических циклонических систем протягиваются тропиче­ские дивергенции, затем по осям субтропических антициклониче­ских систем - субтропические конвергенции. Высокоширотным циклоническим системам соответствуют полярные дивергенции, гребню арктического круговорота воды соответствует арктиче­ская конвергенция.

Это идеальная (осреднённая) схема поверхностных течений океана. Реальная, конкретная ситуация гораздо сложнее, по­скольку течения меняют скорость, интенсивность, а иногда и направление. Некоторые из них временами исчезают. Океаниче­ские потоки имеют сложную структуру. Подобно рекам, они меандрируют, образуя завихрения меньших размеров (до 300-400 км в диаметре).

Структура поверхностных океанических течений, захваты­вающих верхние сотни метров, в основных чертах совпадают со структурой атмосферной циркуляции. Исключение составляют западные течения, замыкающие круговороты и идущие необяза­тельно по ветру, плюс межпассатные противотечения. Следова­тельно, в природе существует более сложная, нежели простая, связь ветер - океанические течения. Действительно, движущаяся атмосфера возбуждает основные океанические течения, но большую часть энергии она получает от океана.

Общее количество солнечной энергии, поглощаемой Миро­вым океаном, определено в 29>,7-Ю¹⁹ ккал/год, что составляет почти 80% всей радиации, достигающей поверхности планеты (36,5-Ш¹⁹ ккал/год). К тому же океан являете* главным аккумуля­тором солнечного тепла; в нём содержится почти в 21 раз больше того количества тепла (76-10²² ккал/год), которое ежегодно по­ступает от Солнца к поверхности Земли. В десятиметровом слое океанических вод тепла в четыре раза больше, нежели во всей атмосфере.

Около 80% солнечной энергии, поглощаемой Мировым океаном, расходуется на испарение всего 3% тепла, накопленного Мировым океаном. На турбулентный теплообмен с атмосферой уходит остальная часть поглощаемой солнечной радиации. Это лишь 0,4% общего теплосодержания океана. Сопоставляя величину приходно-расходных сумм теплообмена через поверхность Ми­рового океана с его теплосодержанием, придём к выводу, что ежегодно в такой обмен с атмосферой вовлекается поверхност­ный слой толщиной около 50 м. Теплообмен наиболее деятельной 200-метровой толщи вод осуществляется через 3-4 года. То есть распределение энергии в значительной степени зависит от струк­туры океанических течений (Гольфстрим несёт в 22 раза больше тепла, чем все реки земного шара).

Атмосферные движения вынуждены приспосабливаться к структуре океанических движений, поэтому океанические и воздушные течения образуют единую систему, возникающую в результате приспособления их друг к другу.

По сравнению с атмосферой океан обладает большей теп­ловой и динамической инерцией. Все возмущения, связанные с реакцией на атмосферные явления, запаздывают в нём. Поэтому не только в пространстве, но и во времени взаимодействия атмо­сфера - океан имеют сложный характер.