Файл: Егоров Н.И. Физическая океанография.pdf

характеристик, нельзя проводить анализы водных масс в случае переменной величины градиента гидрологической характеристики.

При выделении водных масс морей и океанов чаще используется метод ТЗ-кривых и тесно с ним связанный метод общего анализа водных масс. Метод пзопикнического анализа используется обычно для исследования перемешивания и динамики водных масс, а не для их выделения.

В самом общем виде водные массы можно разделить на два типа. К первому типу относятся теплые поверхностные воды, охва­ тывающие слой, в котором наблюдается годовой ход физико-хими­

сферу применимо только для районов низких и умеренных широт. В высоких широтах (в полярных и субполярных районах) холодные воды выходят на поверхность. Двигаясь в сторону экватора, они встречаются с теплыми водами, следующими к полюсам, и благо­ даря большей плотности погружаются на глубины. В субтропиче­ ских зонах отмечается опускание и теплых, но более соленых вод, которые также оказываются более плотными. Опускание и переме­ шивание поверхностных вод приводит к формированию глубинных и придонных вод умеренных и высоких широт. Зоны встречи течений н опускания вод — зоны к о н в е р г е н ц и и (сходимости) показаны на карте поверхностных течений, приведенной в приложении 9.

Зоны конвергенции тесно связаны с о к е а н о г р а ф и ч е с к и м и ф р о н т а м и , которые, так же как и атмосферные фронты, пред­ ставляют собой зоны раздела между водными массами с различ­ ными свойствами.

В зонах фронтов отмечаются наибольшие вертикальные гради­ енты температуры и солености, а следовательно, и плотности воды, заметные вертикальные течения, направленные вниз.

На рис. 2.18 представлено распределение температуры, солено­ сти и плотности на вертикальном разрезе в зоне фронта. Так как в океане не может происходить только опускание вод, а должен су­ ществовать и компенсационный подъем вод, то наряду с зонами конвергенции отмечаются и зоны дивергенции (расходимости) те­ чений, где осуществляется подъем вод. В открытых частях океанов (см. приложение 9), зоны дивергенции выражены слабее. В связи с этим следует полагать, что более интенсивный подъем вод проис­ ходит у берегов континентов, что подтверждается наблюдаемыми резкими понижениями температуры воды вдоль некоторых из них.

В отличие от метеорологических фронтов и воздушных масс океа­ нические фронты и водные массы отличаются стабильностью гео­ графического положения. Характер вертикального распределения температуры и солености вод океанов позволяет выделить в средних и низких широтах следующие водные массы: поверхностные, подпо­ верхностные, промежуточные, глубинные и донные.

86

Ввысоких широтах водные массы, как отмечено выше, отли­ чаются достаточно большой однородностью значений температуры

исолености по вертикали. Тем не менее и в этих районах можно выделить характерные водные массы.

ВАрктическом бассейне В. Т. Тимофеев выделяет три типа вод­ ных масс: арктическую (поверхностную), атлантическую (глубин­ ную) и донную. Арктическая водная масса охватывает слой 0—50 м

и характеризуется значениями температуры от —1,65 до —1,75° С и значениями солености менее 32,0%0.

Атлантическая водная масса располагается в слое от 50 до 2000—2500 м и имеет четко выраженный максимум температуры на горизонте 300—400 м, составляющий в приатлантической части бас­ сейна 2,0-^3,0° С, а в притихоокеанской +0,5-1-0,6° С при солености всей толщи воды 34,7—34,9'%о- Донная водная масса заполняет ос­ тальную часть бассейна и имеет температуру около —0,80° С и со­ леность около 34,90%о.

Для других океанов первая общая характеристика водных масс дана Г. Свердрупом, а затем Г. Дитрихом и В. Н. Степановым.

В настоящее время наиболее полной является характеристика вод Мирового океана, данная О. И. Мамаевым, основные выводы которого приведены ниже. Классификация водных масс дана им на основе анализа обобщенных ^-соотношений вод океана.

Обобщенные 75-соотношения вод океана — соотношения, кото­ рые рассматриваются ниже, представляют основной материал для 75-анализа в том смысле, что являются основой для дальнейшего изучения вод и картирования их характеристик: вертикальной и го­ ризонтальной протяженности, путей распространения, процентного соотношения и других показателей взаимодействия, количествен­ ного сопоставления результатов термохалинного анализа с другими показателями динамики вод, а также со «вторичными» признаками вод (скажем, с распределением различных форм планктона и его биомассой). Наконец, весьма важной задачей является определение по обобщенным типам 75-кривых коэффициентов вертикального и горизонтального турбулентного перемешивания. Знание таких ко­ эффициентов совершенно необходимо для изучения планетарных процессов обмена теплом и солями и последующего решения других геофизических и географических проблем. Имея в виду связь между 75-диаграммой и коэффициентами обмена, можно сказать, что ко­ эффициенты обмена являются своеобразным параметром состояния природных вод океана и каждой точке 75-диаграммы соответствует по крайней мере одно значение коэффициента, привязанного, в свою очередь, к определенному типу 75-кривой.

Затрагиваемый вопрос не нов. Как отмечено выше, обобщенные 75-соотношения водных масс Мирового океана (исключая припо­ верхностный 100-метровый слой) были определены Свердрупом и Дитрихом. Эти диаграммы показаны в приложениях 3 и 4 соответ­ ственно. Известные 75-соотношения Свердрупа показаны на диа­ грамме области, где укладываются основные типы 75-крнвых Ми­ рового океана; по приложению 3 можно отметить тот или иной вид

88

определенной 75-кривой в разных районах океана. Однако схема Свердрупа страдает известным недостатком, так как не охватывает целых групп 75-кривых между основными типами и соответствую­ щих районам, переходным по отношению к тем, указания на кото­ рые имеются на рисунке. Для характеристики указанного недо­ статка приведем такой пример: область центральных вод восточной части северной половины Тихого океана переходит, если следовать по меридиану, па юг, в область экваториальных вод; этому «пере­ ходу» соответствует постепенное, плавное изменение формы ^ -к р и ­ вой от одного типа к другому даже при переходе через фронтальные области. Однако на схеме Свердрупа между типовыми 75-полосами имеется значительный разрыв, и неясно, какую форму принимают «промежуточные» 75 -кривые.

Осредненная 75-диаграмма Дитриха (приложение 4) в извест­ ной мере устраняет отмеченные недостатки диаграммы Свердрупа, так как в 75-области, соответствующей каждому из океанов, укла­ дываются все возможные для этих областей 75-кривые. Однако картина слишком генерализована, и мы лишаемся возможности судить об их форме, так как основные типы здесь не определены, и в пределах каждой из заштрихованных 75-областей мы можем, вообще говоря, вообразить 75-кривую любой формы. Конечно, схема Дитриха тоже подсказывает нам преобладающую конфигу­ рацию 75-кривых, однако, глядя, например, на 75-область, соот­ ветствующую Индийскому океану, с трудом можно представить себе вероятность почти 75-прямой, характерной для водных масс юж­ ной части Бенгальского залива, где с глубиной наблюдается почти полная гомохалинпость.

В работе В. II. Степанова рассматриваются основные типы структур вод Мирового океана, проводится их классификация, а также приводятся типовые 75-кривые, соответствующие основ­ ным структурам.

Таким образом, представляется необходимым уточнение кар­ тины 75-соотношений основных водных масс; на них, помимо основ­ ных «вееров», «пучков» и других совокупностей 75-кривых, должны быть изображены и термохалинные индексы (значения температуры и солености) первоначальных водных масс (в том числе и «точеч­ ных»), а также основные треугольники смешения, чтобы анализ 75-соотношений можно было существенно дополнить выводами, следующими из аналитических теорий 75-кривых. Кроме того, не­ обходима известная систематизация 75-индексов основных водных масс. Эта задача была решена О. И. Мамаевым.

Видоизмененные 75-соотношения основных водных масс Атлан­ тического, Индийского, Тихого и Южного океанов, построенные О. И. Мамаевым, даны в приложениях 5—8 соответственно. В ос­ нову этих обобщенных 75-соотношений положена схема Свердрупа (приложение 3), и в известной степени они могут рассматриваться как модификация последней. Кроме того, при построении этих соот­ ношений, помимо 75-диаграммы Свердрупа, были использованы се­

89

рии 7\S-KpHBbix, построенных для избранных разрезов в океанах, а также литературные источники.

Помимо термохалпнных индексов первоначальных водных масс, в приложениях 5—8 показаны положения основных прямых и треу­ гольников смешения (хотя основания треугольников в большинстве

в результате смешения первоначальных водных масс (черные кру­ жочки). Попятно, что появление на 7'S-диаграмме термохалпнных индексов первоначальных водных масс открывает дорогу большему простору в определении возможных вариаций 7\Ь’-кривых в соответ­ ствии с их «геометрией».

Классификация водных масс. Таким образом, на обобщенных ГЗ-диаграммах (приложения 5—8) ГЗ-линии рассматриваются не как образцы индивидуальных водных масс, а как линии смешения между основными (материнскими) водными массами океана. Здесь

в океанах. Как правило, тропосферные воды характеризуются при­ поверхностным субтропическим максимумом солености. TS-иидексы тропосферных вод и определяются как точки пересечения касатель­ ных у соответствующего экстремума. Приповерхностная водная масса, очень тонкая, с подвижным термохалинным индексом, при этом исключается (хотя может служить объектом отдельного рас­ смотрения). В случае когда подповерхностный максимум солености не имеет места, индекс тропосферной массы «выходит на поверх­ ность». При этом не должно смущать «отсутствие толщи» у таких тропосферных водных масс: именно стабильность ГЗ-индекса в не­ которой приповерхностной точке океана можно трактовать как ука­ зание на «водную массу». Область распространения тропосферных (центральных) водных масс Мирового океана, по Свердрупу, пока­ зана в приложении 9.

Промежуточные водные массы образуют своеобразную жидкую границу между тропосферой и стратосферой океана и распола­ гаются на глубинах примерно от 600—800 до 1200 м. Промежуточ­ ные воды определяются на ГЗ-кривых характерными экстремумами

иделятся на три основных вида:

1)промежуточные воды с минимумом солености, образующиес

всубарктических и субантарктических широтах; это субарктические

воды в Атлантическом океане, субарктические воды в Тихом океане и антарктические воды во всех трех океанах (в южных их частях);