Файл: Давыдов Л.К. Общая гидрология учебник.pdf

воды немного щелочная, то часть СО2 связывается в нейтральные и кислые карбонаты СаСОз и Са(НСОз)2, что вызывает новое по­ ступление газа из воздуха.

Углекислота играет большую роль в биологических процессах, так как это единственный источник углерода, который использу­ ется растениями для построения органического вещества.

ГЛ А В А 8. ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ОКЕАНОВ И МОРЕЙ

§28. Процессы нагревания и охлаждения морской воды

Основной источник тепла, получаемого поверхностью Мирового океана,— это прямая и рассеянная солнечная радиация. Часть ее отражается водной поверхностью, часть излучается в атмосферу и межпланетное пространство.

Морские воды, соприкасаясь с атмосферой, обмениваются с ней теплом. Если вода теплее воздуха, то происходит отдача тепла в атмосферу, если же вода холоднее, она получает некоторое коли­ чество тепла в процессе теплообмена.

Большое количество тепла море теряет на испарение. Известно,

большое количество тепла теряют поверхностные слои океана, на­ пример, в области пассатов, где испарение очень велико.

В высоких широтах нагревание и охлаждение морской воды связано с ледовыми явлениями. В осенне-зимний период при обра­ зовании льда всегда выделяется скрытая теплота ледообразования, которая затрачивается на нагревание воды и воздуха над ней. Вес­ ной при таянии льда происходит, наоборот, охлаждение воды и

воздуха.

Дополнительным источником тепла могут служить речные воды. Наконец, большая роль в распределении и изменении температуры вод океанов и морей принадлежит материкам, господствующим вет­

рам и особенно течениям.

Тепло, поступающее от Солнца, поглощается тонким поверхност­ ным слоем и идет на нагревание воды, но благодаря малой тепло­ проводности воды почти не передается на глубину. Проникновение тепла от поверхности к нижележащим слоям происходит главным образом путем вертикального перемешивания (см. § 36), а также за счет адвекции тепла глубинными течениями. В результате вер­ тикального перемешивания в летнее время к поверхности под­ нимаются более холодные воды и понижают температуру поверх­ ностных слоев, а глубинные воды отепляются. В зимнее время, когда поверхностные воды охлаждены, с глубин в процессе верти­ кального обмена происходит подток более теплых вод, задержи­ вающих начало ледообразования. Изучение тепловых процессов, изменений температуры воды во времени, в пространстве и по глу­ бине основано на непосредственных наблюдениях. Измерения тем­

пературы воды в различных районах океанов и морей осуществля­ ются на гидрологических станциях при помощи глубоководных опрокидывающихся термометров.

В последние годы в практику океанологических наблюдений ши­ роко внедряются самописцы температуры — термографы, батитер­ мографы и термозонды, которые позволяют получить непрерывный ход температуры во времени и по глубине. Методы измерений тем­ пературы воды и основных элементов теплового баланса излага­ ются в специальной литературе и методических руководствах.

§ 29. Тепловой баланс моря

На поверхности раздела океан—атмосфера, а также в толще воды непрерывно происходят процессы, изменяющие тепловое со­ стояние вод. Некоторые из этих процессов сопровождаются выде­ лением тепла и приводят к повышению температуры воды, другие приводят к потере тепла и понижению температуры. Соотношение количеств тепла, поступающего в воду и теряемого ею в резуль­ тате взаимодействия различных тепловых и динамических процес­ сов, называют т е п л о в ы м б а л а н с о м (иногда бюджетом). Со­ отношение между приходной и расходной частями теплового ба­ ланса различно в отдельных частях Мирового океана и значительно' меняется с течением времени.

Уравнение теплового баланса с учетом основных факторов, определяющих приход и расход тепла в океанах и морях, можно записать в следующем виде:

(2эф — тепло, теряемое или получаемое морем в результате эффек­

отдаваемое морем в результате турбулентного (контактного) теп­ лообмена с воздухом; Qu — тепло процессов ледообразования и тая­ ния; QCT — тепло вод материкового стока; Q0 — тепло атмосферных осадков; QaÄB— тепло, получаемое в результате водообмена (тече­ ний); Qt — разность между приходом и расходом тепла, пошедшая на изменение температуры в деятельном слое моря.

Слой воды, в котором проявляются сезонные (годовые) колеба­ ния океанологических характеристик, называется д е я т е л ь н ы м

сл о е м моря . За нижнюю границу этого слоя принимается глу­ бина, на которой еще заметен годовой ход температуры. В морях

сбольшими годовыми амплитудами температуры иногда за нижнюю

1Эффективное излучение представляет собой разность между длинноволно­ вым (тепловым) излучением поверхности моря и встречным длинноволновым1 излучением атмосферы. Излучение с поверхности моря почти всегда больше излу­ чения атмосферы, поэтому море теряет тепло. В уравнение теплового баланса <38ф почти всегда входит с отрицательным знаком.

счет процессов ледообразования и таяния, приток материковых вод, имеющий значение в прибрежной полосе, и выпадение осадков. Следовательно, приход тепла в Мировой океан определяется глав­ ным образом количеством суммарной солнечной радиации, т. е. теплом, получаемым от Солнца. Расходуется это тепло на излуче­ ние в атмосферу, на испарение и турбулентный (контактный) по­ догрев нижних слоев атмосферы. Так происходит круговорот энер­ гии в системе океан—атмосфера, а уравнение теплового баланса (16) представляет собой одну из частных форм основного физичес­ кого закона — закона сохранения энергии.

Изучение баланса тепла отдельных морей, одеанов и Мировогб океана в целом — это важная проблема в исследовании термичес­ кого режима Земли, ее климата и погодных условий, с которыми связаны природные ресурсы.

Существует несколько методов определения теплового баланса, основными из которых являются полуэмпирические методы, бази­ рующиеся на непосредственных иструментальных измерениях, спе­ циальные теоретические и эмпирические формулы, изложенные в специальных работах. Определение элементов теплового баланса осуществляется обычно для годового цикла, т. е. определяют сред­ ние суточные и средние месячные их значения в калориях с 1 см2 поверхности моря за год. Можно рассчитать и многолетние значе­ ния элементов теплового баланса. Результаты этих расчетов сво­ дят в таблицы, графики и схемы распределения элементов в пре­ делах моря или океана. На рис. 11, заимствованном у В. В. Шу­ лейкина, изображен ход элементов теплового баланса Черного моря, из которого видно, как с марта начинается нагревание, про­ должающееся до начала сентября, когда приход тепла превосходит расход, а с сентября начинается остывание — теплоотдача в атмо­ сферу увеличивается, и количество тепла, поступающего в одну часть года, расходуется деятельным слоем в другую часть года.

§ 30. Распределение температуры воды на поверхности Мирового океана и морей

Распределение температуры поверхностных вод тесно связано с распределением солнечной радиации и расходом тепла на испаре­ ние и в соответствии с этим носит в значительной мере зональный характер. Но эта зональность под влиянием местных причин (оке­ анических течений, ветров, близости материков) во многих райо нах значительно нарушается.

Наглядное изображение распределения температуры на поверх­ ности Мирового океана дают карты изотерм — линий, соединяющих точки с одинаковыми значениями температуры (средними годо­ выми, сезонными, средними месячными). Такие карты для февраля

щена к югу по сравнению с картой августа. Система изотерм средних годовых температур занимает промежуточное положение. Пояс наивысших температур (выше 26° С) охватывает на обеих картах широкую полосу севернее экватора. В этой полосе лежит т е р м и ­ ч е с к и й э к в а т о р (линия наивысших температур), положение которого незначительно меняется от сезона к сезону. Термический экватор то удаляется, то приближается к географическому эква­ тору в пределах 7— 10° северной и в отдельных местах южной широты.

В тропическом поясе широтное распределение температуры воды нарушается под влиянием пассатных течений, идущих вдоль эква­ тора с востока на запад. Воды этих течений, проходя вдоль эква­ тора, успевают нагреться и, встретив на западе берега материков, отклоняются к северу и югу. Перемещение теплых вод в умеренные широты отражается на картах в отклонении изотерм к северу и югу от экватора. В восточных же частях тропического пояса течения, спускающиеся с севера в северном полушарии и с юга в южном, приносят холодные воды. Таким образом, в тропическом поясе на одной и той же широте температура поверхностных вод у за­ падных берегов выше, чем у восточных. Охлаждению поверхност­ ных вод в этой части океана способствуют, кроме того, холодные воды, поднимающиеся из глубин под влиянием сгона поверхност­ ных вод пассатными ветрами. В результате аномалии темпера­ туры, или отклонения от средней для данной широты, достигают —8° С.

Вюжном полушарии к югу от 40° ю. ш. изотермы располага­ ются почти параллельно широтам. Здесь земной шар с 58° ю. ш. опоясан сплошным кольцом воды, не разделенной материками.

Всеверном же полушарии севернее 35° с. ш. зональное распре­ деление температуры резко нарушается. В этой части земного шара сосредоточены основные массы суши. Кроме того, здесь у западных берегов на 35—40° с. ш. встречаются теплые и холодные течения: Гольфстрим, Лабрадорское и Восточно-Гренландское в Атлантиче­

ском океане, Куросио и Камчатско-Курильское в Тихом океане. В связи с этим изотермы в этих районах резко отклоняются от па­ раллелей, а в Атлантическом океане наблюдаются аномалии тем­ пературы до 5° С.

Самые высокие температуры на поверхности Мирового океана наблюдаются в августе. Они достигают 32° С близ берегов Америки и-- Азии в Тихом океане. В феврале в южном полушарии такие высокие температуры не наблюдаются. На этот месяц приходятся самые низкие температуры (—1,8°С), наблюдающиеся в Северном Ледовитом океане к северу от Америки и Азии, в Атлантическом океане около Ньюфаундленда и в южных полярных водах вблизи берегов Антарктиды.

По картам изотерм можно подсчитать средние годовые темпе­ ратуры поверхностных вод для отдельных широт (табл. 11).

Поверхностные воды Мирового океана в северном полушарии теплее, чем в южном, вследствие большей изоляции вод умеренных