Файл: Егоров Н.И. Физическая океанография.pdf

тябре, когда вероятность встречи со льдом в Датском проливе

ив районе Шпицбергена составляет всего лишь 0—20%, однако

увосточного берега Гренландии, западнее о. Ян-Майен, всегда со­ храняется узкая полоса льда.

Распределение льдов в южном полушарии. В южном полуша­ рии на поверхности 39 млн. км2 бывают льды. Ледяное кольцо вокруг Антарктиды имеет ширину от 280 до 1100 миль. Основная масса морских льдов формируется с марта по апрель преимущест­ венно в морях Уэдделла, Беллинсгаузена и Росса, а также вблизи материка. В антарктических водах паковые (квазипостоянные мор­ ские льды) дрейфуют с большей скоростью, чем в арктических. Скорость дрейфа в среднем достигает 4 (море Росса) — 5 (море Уэдделла) миль в сутки. В отдельных случаях скорость дрейфа может доходить до 2 миль в час.

Вотличие от Арктики, где движение льда происходит в основ­ ном по замкнутым круговым траекториям, в южном полушарии льды двигаются преимущественно в северо-западном направле­ нии, поэтому продолжительность существования морского льда меньше, чем в Арктике. По мере удаления от Антарктиды дрей­ фующие льдины попадают в открытый океан и начинают посте­ пенно расходиться; между отдельными ледяными полями появля­

же располагается зона антарктической конвергенции, где холод­ ные полярные воды встречаются с более теплой водой из других широт. Здешние воды — самые бурные на нашей планете. Сильные ветры замедляют дальнейшее движение льдов к северу. Четко вы­ раженная граница распространения антарктического льда обычно располагается в широтах 53—54° ю. ш. Здесь происходит его на­ копление, весьма затрудняющее плавание судов в этом районе.

Зимой и весной (с июля по октябрь) площадь, занятая пако­ вым льдом, составляет около 2310е км2, а в осенние месяцы (фев­ раль—март) уменьшается до 4-106 км2. Летом ледовая кромка в южном полушарии проходит в тихоокеанском и индийском сек­ торах между 63—65° ю. ш., поднимаясь до 58° ю. ш. на меридиане

По горным долинам сползают огромные ледники. Достигнув оке­ ана, они дают начало ровным, столообразным айсбергам.

141

Глава V

о п т и к а м о р я

Оптика моря (гидрооптика) представляет раздел океаногра­ фии, исследующий перенос и трансформацию светового излучения

в море.

Под термином свет (определяемый в океанографии как оптиче­ ское излучение) понимается не только видимая часть спектра, ле­ жащая в пределах 0,380—0,770 мк (микрон) или 380—770 нм (наннометров), но и ультрафиолетовая (0,010—0,380 мк) и инфра­ красная (0,770—3,000 мк). Инфракрасная часть спектра с длиной волны более 3 мк в оптике моря не рассматривается, так как она поглощается тончайшим поверхностным слоем воды и имеет су­ щественное значение при изучении тепловых процессов в море (тепловой баланс моря).

В настоящее время основными направлениями оптики моря яв­

ляются:

теоретическая оптика — исследующая закономерности распро­ странения света в море;

гидрофотометрия — изучающая оптические характеристики воды и методы их измерений;

прикладная гидрооптика — рассматривающая методы практи­ ческого применения результатов гидрооптических исследований для решения различных практических задач.

В данной главе основное внимание будет уделено первому на­ правлению,

§ 21. Основные термины и определения

Оптические явления, наблюдаемые в океанах и морях, опреде­ ляются, с одной стороны, физическими свойствами самой воды, а с другой — характеристиками источников света. Основной источ­ ник света — Солнце. С солнечным излучением связано не только поступление энергии, потребляемой океаном, но и создание необ­ ходимых жизненных условий для морских животных и раститель­ ных организмов.

143

При исследовании оптических явлений в морях и океанах ос­ новное значение имеет не энергетическая, а фотометрическая сто­ рона солнечного излучения.1 Последняя тесно связана с физиоло­ гическим действием света, вследствие чего фотометрические вели­ чины в отличие от энергетических носят в значительной мере субъ­ ективный характер. Дело в том что излучение различных длин волн воспринимается человеческим глазом неодинаково. При одном и том же излучении глаз человека наиболее восприимчив к участку спектра с длинами волн 500—556 нм, соответствующему желтозеленому цвету. Излучение с другими длинами волн видимой ча­ сти спектра, лежащей в диапазоне 380—770 нм, воспринимается значительно хуже. Если принять за единицу восприятия яркости человеческим глазом лучистый поток с длиной волны 556 нм, то

(700 нм) —■в 250 раз.

Приведенный пример показывает, что люди по-разному ощу­ щают отдельные участки спектра. Поэтому для измерения фото­ метрических величин исходят из так называемой средней чувстви­ тельности глаза, устанавливаемой из сравнения чувствительности глаза большого числа лиц, не страдающих дефектами зрения. Средняя чувствительность глаза характеризуется особой величи­ ной, называемой ф у н к ц и е й в и д н о с т и V, значение которой за­ висит от длины волны света. Она определяется как отношение све­

Стандартная величина силы света — свеча. При силе света в одну свечу и телесном угле, равном одному стерадиану, световой поток равен одному люмену.

Л у ч и с т ы й по т о к — количество энергии, переносимое излу­ чением в единицу времени и соответственно выражается в едини­ цах энергии — ваттах.

Следовательно, лучистый и световой потоки различаются чис­ ленно на величину функции видности. Поэтому в зависимости от решаемой задачи пользуются одним или другим потоком.

Си л а и з л у ч е н и я ЛПлучистый поток, испускаемый источни­ ком или элементом источника в бесконечно малом конусе, ось которого совпадает с данным направлением, отнесенный к вели­ чине телесного угла этого конуса, выражается в Вт/стер.

1 Основные определения оптических характеристик приведены ниже.

144

Я р к о с т ь — лучистый поток в единице телесного угла на еди­ ницу площади проекции на поверхность, перпендикулярную на­ правлению излучения. Выражается в Вт/'м2 • стер.

Лучистый поток, падающий на единицу поверхности, называ­ ется о б л у ч е н н о с т ь ю и выражается в Вт/м2.

Световой поток, падающий на единицу поверхности, называется о с в е щ е н н о с т ь ю и выражается в люксах. Люкс соответствует освещенности, создаваемой потоком в 1 лм на площади 1 ы2, т. е.

Для примера можно сказать, что освещенность поверхности моря днем при положении Солнца в зените равна 140 тыс. лк,

а ночью, при полнолунии, —-1л к .

Как отмечено выше, оптические явления, наблюдаемые в океа­ нах и морях, определяются двумя группами оптических характе­ ристик. Первую группу составляют характеристики, зависящие

метрической структуры светового поля, называемые в т о р и ч н ыми . К первичным характеристикам относятся показатели поглоще­ ния, рассеяния и ослабления света, а также индикатриса рассея­ ния; вторичными характеристиками являются такие, как показа­

тели яркости и облученности.

П о к а з а т е л ь п о г л о щ е н и я т ( Х ) — коэффициент погло­ щения бесконечно тонкого слоя воды для нормально падающего на нее пучка, отнесенный к толщине этого слоя. Единица измере­

бесконечно тонкого слоя воды для нормально падающего на нее пучка, отнесенный к толще этого слоя. Показатель ослабления

с — т (X) + k.

С показателем ослабления света тесно связаны понятие проз­ рачности морской воды и коэффициент пропускания Т слоя мор­ ской воды. К о э ф ф и ц и е н т о м п р о п у с к а н и я слоя морской воды называется отношение лучистого потока F (потока излуче­

ния), прошедшего без изменения направления сквозь данный слой

р

воды, к потоку Fo, вошедшему в этот слой, т. е. Т = - у —.

Спектральный коэффициент пропускания относится к монохро­ матическому излучению определенной длины волны К.

П р о з р а ч н о с т ь ю м о р с к о й воды называется коэффициент пропускания, отнесенный к однородному слою воды толщиной 1 м. Она обычно выражается в процентах на 1 м. Прозрачность свя­ зана с показателем ослабления с соотношением с = —logiO0.