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

вые, годовые и многолетние колебания. В связи с этим наблюда­ ются колебания климатологических и метеорологических факторов на побережьях близлежащих материков. Погодные условия Японии связывают с колебаниями фронта Куросио, климатические усло­ вия Курильской гряды, о. Хоккайдо и севера о. Хонсю находятся под влиянием холодного течения Ойясио.

Г Л А В А 17. ВОДНЫЕ МАССЫ МИРОВОГО ОКЕАНА

§ 77. Понятие о водных массах

Одна из важнейших задач в изучении гидрологических условий океанов и морей — установление основных и второстепенных вод­ ных масс, их структуры, взаимодействия друг с другом и геогра­ фического распределения. Достаточно большие объемы воды, сформированные в данных физико-географических условиях в опре­ деленные отрезки времени и отличающиеся характерными физиче­ скими, химическими и биологическими свойствами, называют вод­ ными массами. Комплекс этих характеристических свойств отра­ жает процесс формирования той или иной водной массы.

В учение о водных массах значительный вклад внесен многими’ исследователями: Б. Гелланд-Ганзеном, А. Дефантом, Б. В. Шток­ маном, H. Н. Зубовым, В. К. Агеноровым, А. Д. Добровольским и др. Гелланд-Ганзеном был предложен весьма плодотворный ме­ тод t, 5-кривых для анализа перемешивания и трансформации вод,, теория которого в дальнейшем была разработана В. Б. Штокма­ ном. Понятие об однородных объемах вод с характерными физико­ химическими свойствами было впервые введено Дефантом, кото­ рый разделил Мировой океан на океанические тропосферу и стра­ тосферу.

H. Н. Зубов показал основные особенности формирования вод­ ных масс океанов и водных масс морей и выделил восемь видов водных масс в Атлантическом океане на основе анализа распре­ деления температуры, солености, содержания кислорода и распо­ ложения вод по глубине и в пространстве.

В. К. Агеноров предложил подразделять водные массы на пер­ вого рода, у которых градиент гидрологических характеристик не изменяется в пространстве и близок' к нулю, и второго рода с гра­ диентом, не равным нулю, но постоянным.

Значительный вклад в изучение водных масс внесен А. Д. Доб­ ровольским, предложившим более строгое определение водных масс„ фронтальных областей, фронтальных зон и обобщившим основные вопросы проблемы структуры водных масс Мирового океана. Вод­ ные массы формируются главным образом в поверхностных слоях Мирового океана под влиянием климатических условий, процессов термического и динамического взаимодействия океана и атмо­ сферы. В Мировом океане — от поверхности до больших глубин — непрерывно идет созидание и уничтожение градиентов океанологи-

11* 163;;

ческих характеристик, главным образом в результате процессов пе­ ремешивания. В формировании водных масс основная роль при­ надлежит конвективному перемешиванию, которое, так же как и другие типы вертикального обмена, завершается образованием од­ нородной водной массы. Течениями водные массы переносятся в другие районы, где, соприкасаясь с водами иного происхождения, трансформируются, особенно по периферии. При взаимодействии вод различного происхождения образуются промежуточные водные массы. Границы между водами, резко различающимися по своим

Рис. 40. t, S -кривые, по данным 33-го рейса «Витязя». Январь 1961 г.

новные водные массы, сформированные в поверхностных слоях, и вторичные, возникающие во фронтальных зонах в результате взаи­ модействия двух или нескольких водных масс.

Для изучения и анализа водных масс используются следующие их характеристики: температура, соленость, содержание кислорода, оптические свойства, биологические показатели и др.

Существует несколько методов выделения и анализа водных масс, которые излагаются в специальной океанологической лите­ ратуре. Простейшим и наиболее распространенным является метод і, 5-кривых и t, 5-диаграмм. Сущность этого метода заключается

в том, что соотношение между температурой и соленостью рас­ сматривается в виде функциональной связи t = f(S). Эта функция не имеет физического смысла, так как температура от солености не зависит, но она имеет большой географический смысл. В каждом районе океана под влиянием физико-географических условий, глав­ ным образом теплового и водного балансов, формируется опреде­ ленная температура и определенная соленость, т. е. они связаны с действием общей внешней причины, поэтому связь имеет сущест­ венное географическое значение. Тем не менее соотношение t—5 можно рассматривать с позиций аналитической геометрии, как это сделал Штокман, создавший теорию t, 5-кривых, t, 5-диаграмма представляет собой график, на котором по оси абсцисс разбита шкала солености, а по оси ординат— шкала температуры. На гра­ фике проводят линии одинаковой плотности (at) или удельного объема (Vt). t, 5-диаграмма позволяет теоретически изучать связь температура—соленость—плотность (или удельный объем). С дру­ гой стороны, t, 5-диаграмма служит номограммой для определе­ ния плотности (или удельного объема) по температуре и солено­ сти, для расчетов конвекции, условий появления льда и т. п. Для построения t, 5-кривой по осям t и S наносят точки по парам тем­ пература—соленость, наблюденным на каждом горизонте гидроло­ гической станции. Около каждой точки проставляются горизонты, на которых наблюдались данные температура и соленость. Все точки соединяются плавной линией, которая называется t, 5-кри­ вой. Такие кривые рисуют связь, существующую между t и 5 по вертикали (рис. 40). Прямолинейные участки t, 5-кривой соответ­ ствуют слоям, в которых температура и соленость есть результат смешения водных масс в вертикальном направлении. Для случая смешения трех водных масс кривые изображаются тремя отрез­ ками, причем закругленная часть кривой соответствует промежу­ точной водной массе.

Для выделения водных масс и их границ, кроме /, 5-кривых, привлекаются графики вертикального распределения температуры, солености, содержания кислорода, биологических и других пока­ зателей; учитывают распределение вертикальной устойчивости и коэффициентов вертикального обмена. Когда установлены основ­ ные типы вод, можно проследить процесс взаимодействия между ними.

§ 78. Водные массы океанов

По аналогии с атмосферой в Мировом океане водные массы объединяют в две группы. Поверхностная зона, ограниченная глу­ биной распространения вертикальной конвекции, для которой ха­

тропосфера. Глубинные и донные холодные воды, относительно однородные, заполняющие область больших глубин, называют

океанической стратосферой. Это подразделение условно и приме­ нимо для тропико-экваториальных и умеренных областей.

Из высоких широт холодные опресненные воды течениями пере­ мещаются в направлении к экватору. Встречаясь с теплыми тропи­ ческими водами, они погружаются в глубины вследствие более вы­ сокой плотности (из-за низкой температуры). Опускание и взаи­ модействие теплых (в субтропических зонах) и холодных вод приводит к формированию промежуточных, глубинных и придонных водных масс. В пределах всего Мирового океана встречаются эти четыре основных типа водных масс: поверхностные, промежуточ­ ные, глубинные и придонные. Несмотря на то что к поверхностным водам относится слой толщиной всего 200—250 м, им принадле­ жит основная роль в формировании промежуточных, глубинных и придонных вод. Каждая из этих водных масс отличается местными, региональными особенностями. В соответствии с зональным изме­ нением физико-географических и климатических условий поверх­ ностные водные массы, так же как и остальные типы, можно под­ разделить на экваториальные, тропические южные и северные, суб­ полярные и полярные, включающие арктические и антарктические воды.

Экваториальные поверхностные воды отличаются наивысшей

воткрытых районах океана температурой, пониженной соленостью

иплотностью, а также сложной системой циркуляции.

Тропическим водам свойственна повышенная соленость, высо­ кая температура и опускание их в центральных областях антициклонических круговоротов. Эти теплые воды высокой солености пе­ ремещаются в направлении к экватору и умеренным широтам.

Субполярные поверхностные водные массы располагаются ме­ жду тропическими и полярными областями. Для них типично боль­ шое разнообразие характеристик, связанное с различными услови­ ями их формирования в Тихом и Атлантическом океанах и в суб­ антарктической области. В северном полушарии субарктические поверхностные воды наибольшее распространение имеют в Тихом океане; в Атлантическом они встречаются лишь на крайнем северозападе, так как по всей акватории между тропической и полярной зонами распространяются трансформированные тропические воды. В южном полушарии поверхностная субантарктическая вода рас­ полагается между антарктическим и субантарктическим фронтами. Ей свойственно уменьшение температуры и солености в направле­ нии к южной ее границе, т. е. антарктическому фронту. На всем про­ странстве между этими фронтами (см. рис. 38) происходит опуска­ ние водных масс, которые затем распространяются в промежуточ­ ных глубинах в направлении к экватору.

Полярные арктические и антарктические холодные воды с низ­ кой температурой (— 1,2, —1,5° С) и соленостью 32,50—34,60%» формируются севернее арктического фронта и южнее антарктиче­ ского.

Под поверхностными водными массами располагаются проме­ жуточные, верхняя граница которых залегает на горизонтах 300—

500 м, а нижняя между 1000 и 1200 м. Толщина промежуточных водных масс в разных районах Мирового океана различна, от 600—800 до 1200—1400 м. Максимальной она оказывается в по­ лярных областях и в центральных областях антициклонических круговоротов, где преобладает опускание вод. В экваториальной зоне, где происходит поднятие вод, толщина промежуточных вод­ ных масс уменьшается до 900 м, а в районе циклонических круго­ воротов — до 600—800 м. Промежуточные водные массы также под­ разделяются на полярные и субполярные арктические и антаркти­ ческие, промежуточные северотихоокеанские, североатлантические и промежуточные североиндийские, различающиеся по термогалинным свойствам. Формирование и распределение промежуточных водных масс связано с опусканием поверхностных и подъемом глу­ бинных вод. Основная масса субполярных промежуточных вод фор­ мируется в результате опускания поверхностных водных масс ме­ жду антарктическим и субантарктическим фронтами, а также к се­ веру от субантарктического фронта в Тихом океане (см. рис. 38). Общий перенос этих промежуточных вод направлен от субполяр­ ных фронтов к экватору. Субантарктические воды в Атлантическом океане распространяются до 20° с. ш., в Индийском — до 5— 10° ю. ш., а в Тихом океане — до экватора, куда проникают с се­ вера и субарктические промежуточные воды.

Глубинные воды Мирового океана отличаются большой одно­ родностью, но вместе с тем все типы этих вод имеют свои харак­ терные черты. Формируются глубинные воды главным образом в высоких широтах в результате смешения поверхностных и про­ межуточных вод в областях циклонических круговоротов, располо­ женных вблизи материков. К основным очагам образования глубин­ ных вод относятся северо-западные районы Тихого, Атлантиче­ ского океанов и районы Антарктиды. Они располагаются между промежуточными и придонными водами. Толщина этих вод в сред­ нем 2000—2500 м. Она максимальна (до 3000 м) в экваториальной зоне и в районе субантарктических котловин.

Придонные воды образуются, так же как и другие типы вод­ ных масс, в результате опускания вышележащих вод, взаимодей­ ствия и трансформации их главным образом в высоких широтах. На характеристики придонных вод оказывает влияние расчленен­ ность подводного рельефа. В среднем толщина придонных вод 1000—1500 м, кроме глубоководных желобов (впадин), где глу­ бина превосходит 6000 м. Скорость горизонтального и вертикаль­ ного переносов убывает в направлении от поверхностной к придон­ ной зоне в 5—10 раз и более. Большое значение в динамике водных масс имеет горизонтальный и особенно меридиональный перенос глубинных и придонных вод.

Как показано В. Н. Степановым, величина вертикальных со­ ставляющих скорости течений в среднем по всему Мировому океану от наибольших значений (нескольких тысячных сантиметров в се­ кунду) в поверхностной зоне уменьшается (до нескольких десяти­ тысячных сантиметров в секунду) в глубинной и придонной зонах,

Рис. 41. Схема распространения промежуточных вод Мирового океана.