Файл: Егоров Н.И. Физическая океанография.pdf

туры. Поэтому приведенные данные об изменчивости температуры определяют в подавляющем большинстве случаев и изменчивость плотности.

§ 10. Водные массы Мирового океана

При исследовании физического состояния и динамики вод Ми­ рового океана оказалось целесообразным рассматривать не отдель­ ные их физико-химические характеристики (температуру, соле­ ность, содержание кислорода и др.), а комплексные, которые отра­ жали бы в определенной мере те процессы, которые протекают в океане. Такой метод, как известно, нашел широкое практическое применение в синоптической метеорологии, которая использует по­ нятие воздушной массы как комплексной характеристики физиче­ ского состояния достаточно большого объема воздуха, обладаю­

няющие относительную однородность основных физических, хими­ ческих и биологических характеристик, сформированных в опреде­ ленных географических районах океана. В качестве основных фи­ зико-химических характеристик при выделении водных масс чаще всего используются их соленость и температура. Дополнительно привлекаются такие характеристики, как содержание газов, щелоч­ ность, оптические свойства, гидробиологические показатели и дру­ гие. Однако ограниченность данных о дополнительных характери­ стиках водных масс заставляет пользоваться в основном характери­ стиками солености и температуры.

В настоящее время можно указать на следующие основные ме­ тоды выделения водных масс: метод ГЗ-кривых, метод общего ана­ лиза, метод выделения по градиентам гидрологических характери­ стик, метод изопикнического анализа.

Метод ГЗ-кривых. Этот метод предложен Гелланд-Гансеном, а его теория дана В. Б. Штокманом и развита А. В. Ивановым.

Он основан на том, что характеристики температуры и солености водных масс одного и того же происхождения достаточно согласо; ванно располагаются на ГЗ-диаграмме. ГЗ-диаграмма представляет бланк с прямоугольными осями координат — температура — Т и со­ леность— S, на который могут быть нанесены кривые равного зна­ чения плотности (изопикны) или удельного объема (изостеры). На эту диаграмму по данным наблюдений на океанографических станциях над соленостью и температурой наносят точки, около ко­ торых указывается глубина измерений. Точки соединяются плавной кривой и на основе ее анализа судят о характеристике водных масс.

На рис. 2.15 приведен пример анализа ГЗ-кривых при выделе­ нии водных масс в процессе их вертикального перемешивания.

Верхняя часть рисунка относится к смешению двух, а нижняя — трех водных масс. Слева даны кривые вертикального распределения

температуры и солености па различных этапах перемешивания — А,.

Б и В.

На рис. 2.15Л показана 75-кривая до начала перемешивания двух однородных водных масс, одна из которых расположена в слое 200—600 м и имеет 7 = 10° С и 5 = 34,8%0, вторая расположена в слое 600—1000 м и имеет Т= 2° С и 5 = 34,0%0. На этом этапе мы видим на диаграмме только две точки.

На рис. 2.15 Б показан первый этап перемешивания, когда слои 200—400 и 800—1000 м еще не охвачены перемешиванием. Точки

Рис. 2.15. rS -соотношения при вертикальном перемешивании водных масс.

Наверху — смешение двух однородных водных масс; внизу — смешение трех однородных водных масс; слева — распределение температуры и солености по вертикали в начальной стадии (Л) и в двух стадиях дальнейшего перемешивания — (Б) и (В); справа — три стадии н перемешивания (Л. Б, В) на TS-диаграмме.

на прямой, соединяющей первоначальные водные массы, относя­ щиеся к горизонтам 500, 600 и 700 м, характеризуют значения тем­ пературы и солености водных масс для этих горизонтов на первом этапе перемешивания. Отношение расстояния этих точек от началь­ ных к общему расстоянию между начальными точками характери­ зует, в какой пропорции смешаны в данный момент водные массы. Так, например, точка, относящаяся к глубине 500 м, отстоит от на­

этап перемешивания.

В нижней части на рис. 2.15 показан аналогичный процесс сме­ шения трех водных масс. В этом случае 75-кривая (рис. 2.15 В) оказывается более сложной. Однако любую сложную 75-кривую можно заменить ломаной, как показано пунктиром в нижней части рис. 2.15 В. Конечные точки ломаной линии и точка излома опре­

82

деляют начальные значения температуры и солености водных масс, участвовавших в перемешивании.

Приведенный на рис. 2.15 пример является идеализированной схемой, показывающей процесс формирования водных масс.

На рис. 2.16 приведены 75-кривая гидрологической станции, вы­ полненной в Гренландском море в августе 1956 г., и заменяющая ее

водных масс под воздействием внешних факторов. Однако в некото­ рых районах Мирового океана и, в частности, в зонах конверген­ ции, где наблюдается достаточно интенсивное горизонтальное пере­ мешивание благодаря значительным горизонтальным градиентам температуры и солености, также может быть применен метод 75кривых; в этом случае кривая строится по значениям температуры

исолености, измеренным не по вертикали, а вдоль изопикничеекой поверхности.

Метод общего анализа водных масс. Для анализа водных масс

иих трансформации В. Т. Тимофеевым был предложен метод, наз­ ванный им методом общего анализа. Он основан на использовании 75-кривых с привлечением дополнительных характеристик.

Сущность метода заключается в следующем. На основе анализа данных о температуре и солености, полученных при выполнении

гидрологических разрезов, устанавливаются основные типы вод­ ных масс и их характеристики. Анализ производится на основе построения разрезов, карт географического распределения темпера­ туры и солености, ГЗ-кривых с учетом распределения других фи­ зико-химических свойств (pH, 0 2, щелочности и др.).

После установления основных типов водных масс для данного

случая трех водных масс приведен на рис. 2.17.

Здесь Я соответствует полярной водной массе, А — атлантиче­ ской, Д — донной. Для любой другой водной массы т того же моря наносят на диаграмму точку по ее температуре и солености. На сто­ ронах треугольника отсчитывается процентное содержание в ней основных водных масс. По определенному таким путем процентному содержанию основных водных масс в различных точках моря и на разных горизонтах строятся вертикальные разрезы процентного со­ держания основных водных масс и их географическое распределе­ ние. Такие карты позволяют судить об очагах формирования основ­ ных водных масс, их перемещении и интенсивности процессов перемешивания.

84

Выделение водных масс по градиентам гидрологических ха­ рактеристик. В этом методе, предложенном В. К. Агеноровым, водные массы определяются по значениям градиентов гидрологиче­ ских характеристик. Агеноров выделяет водные массы первого рода, у которых градиент гидрологических характеристик близок к нулю, и второго рода, у которых этот градиент постоянен. При взаимо­ действии двух водных масс между ними устанавливается линия фронта, по обе стороны от которой располагаются фронтальные зоны, а за ними зоны трансформации.

Фронтальная зона определяется как зона, где наблюдается рост градиента гидрологической характеристики, а фронт — как линия с максимальными градиентами гидрологической характеристики.

Метод может оказаться полезным при исследовании зон сопри­ косновения водных масс: зоны сходимости (конвергенции) и расхо­ димости (дивергенции) течений.

Метод изопикнического анализа водных масс, предложенный А. Е. Парром, основан на предположении, что движение вод проис­ ходит вдоль поверхностей равных значений плотности — изоиикнических поверхностей. Поэтому, выбрав определенную характери­ стику водной массы (соленость, содержание кислорода, щелочность и др.), называемую отождествительным свойством, и исследуя ее изменения в пространстве вдоль изопикнической поверхности, мо­ жно установить траекторию движения водной массы, определить границы между водными массами различного происхождения и су­ дить о степени их перемешивания.

Вместе с определенными преимуществами этот метод обладает и известными недостатками. Так, например, позволяя определи!ь истинные траектории движения частиц, он нс дает возможности су­ дить об их скорости. Далее, учитывая, что в процессе анализа ис­ пользуется только одно отождествительное свойство, метод позво­ ляет определить географическое распределение только двух типов водных масс, обладающих максимальным и минимальным значе­ ниями отождествительного свойства. Между тем, каждая из этих двух типов водных масс может, в свою очередь, быть результатом смешения других водных масс, установить которые рассматривае­ мым методом не представляется возможным. Для устранения по­ следнего недостатка В. Т. Тимофеевым был предложен прием вы­ деления первоначальных водных масс на основе изопикнического анализа с использованием ^-диаграмм, применяемых в методе об­ щего анализа водных масс.

Основные типы водных масс Мирового океана. Различие в ме­ тодах анализа водных масс приводит и к различию в определении типов водных масс реального моря или океана и их характеристик. Это тем более логично, что само понятие водной массы в известной мере условно, а поэтому ее характеристики будут зависеть от при­ нятого определения водной массы и выбранного параметра для ее оценки. Так, например, применяя метод изопикнического анализа, можно выделить только два типа водных масс в рассматриваемом районе, а если исходить из метода градиентов гидрологических

85