ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 204
Скачиваний: 1
§ 42. Характеристика волн Мирового океана
Из изложенной выше теории следует, что элементы морских волн, возникающих под действием ветра в океанах и морях, зави сят не только от силы ветра, но и от продолжительности его дейст вия, длины разгона и рельефа дна. Поэтому ветер одной и той же силы при различных конкретных условиях может вызывать различ ные волны.
Об этом свидетельствуют и результаты непосредственных на блюдений. Известно, например, что ветер силой 12 баллов может наблюдаться как над океанами, так и почти над всеми морями. Од нако наблюдаемые максимальные высоты волн в океанах значи тельно больше, чем в морях.
Т а б л и ц а 30
Наибольшая высота ветровых волн и соответствующие им длина, скорость распространения и период по наблюдениям в океанах и морях (по Л. Ф. Титову)
|
Ветер |
|
|
|
Элементы воли |
|
балл |
скорость |
высота |
длина |
скорость |
период |
отношение |
(м/с) |
(м) |
(м) |
(м/с) |
(с) |
высоты |
|
|
к длине |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
е |
13 |
4,0 |
87 |
11,8 |
7,4 |
1/22 |
7 |
16 |
5,8 |
129 |
14,2 |
9,1 |
1/22 |
8 |
19 |
8,4 |
138 |
14,7 |
9,4 |
1/16 |
9 |
22 |
11,5 |
180 |
16,8 |
10,7 |
1/16 |
10 |
25 |
12,6 |
285 |
21,1 |
13,5 |
1/22 |
11 |
27 |
14,5 |
376 |
24,4 |
15,5 |
1/25 |
Втабл. 30 приведены наибольшие высоты волн по наблюдениям
вокеанах и морях при различных скоростях ветра, имеющих обес печенность около 5%.
Вдополнение к табл. 25 следует отметить результаты некото
рых наблюдений. Ветровые волны высотой около 18 м определены Корнишем в Атлантическом океане при ветре 10—11 баллов и около 21 м при ветре 12 баллов.
Высоту волны 21 м наблюдали с судна «Асканюс» в Тихом океане во время продолжительного шторма ураганной силы. В ан тарктических водах с дизель-гглектрохода «Обь» в 1958 г. была из мерена инструментально высота волны 24,5 м. Эдмондсон приво дил сведения о наблюденной визуальной высоте волны в Тихом океане порядка 30—35 м.
Приведенные величины ветровых волн встречаются в океанах довольно редко.
Результаты наблюдений, приведенные в табл. 30, показывают, что максимальные штормовые волны могут достигать длины около 400 м и, следовательно, распространяться до значительных глубин.
276
Если принять в соответствии с трохоидальной теорией волн, что вы сота волны с глубиной уменьшается по экспоненциальному закону, нетрудно вычислить, что при высоте волны на поверхности 15 м на глубине 150 м высота волны будет 0,7 м, на глубине 100 м — 1,9 м, а на глубине 30 м — 7 м.
Географическое распределение волн в различных районах Миро вого океана по сезонам (месяцам) дается в специальных пособиях, указанных в списке литературы.
При составлении пособий в настоящее время широко использу ются режимно-климатические характеристики ветровых волн. Для их определения существует несколько приемов.
Один из них заключается в том, что по типовым картам полей ветра рассчитываются элементы волн одним из методов, описанных выше, а далее, исходя из вероятности выделенных полей ветра за год, сезон, месяц, искомую вероятность элементов ветровых волн отождествляют с вероятностью соответствующих типов погоды.
Для океанов оказалось целесообразнее использовать другой прием. По синоптическим картам рассчитывают элементы волн для выбранных точек. Располагая результатами таких расчетов за дли тельный (многолетний) период, можно получить характеристики волн за год, сезон, месяц.
Последний способ требует длительного времени и кропотливых ежедневных расчетов. Поэтому в Ленинградском гидрометинституте М. М. Зубовой разработан способ, позволяющий решить ука занную задачу в более короткие отрезки времени.
Расчет по предложенной методике дал следующие значения ре жимно-климатической характеристики высот волн 3%-ной обеспе
ченности |
(близкой к максимальной) |
для |
зимы |
(январь—март) |
|||
в Северной Атлантике, район 56° с. ш., 20° з. д. |
|
|
|
|
|||
Высота волн |
^1,2 ^>1,5 ^>2,3 ^3,2 5=4,1 |
^5,0 |
^6,0 |
^>8,0 |
^10,0 |
^12,0 |
>15,0 |
3%-иой |
|||||||
обеспеченности (м) |
|
|
|
|
|
|
|
Их режимно- |
92,7 82,8 60,8 48,6 28,9 |
19,7 |
8,3 |
3,0 |
0,56 |
0,07 |
0,01 |
климатиче |
|
|
|
|
|
|
|
ская харак |
|
|
|
|
|
|
|
теристика |
|
|
|
|
|
|
|
(%)
Из таблицы видно характерное (достаточно резкое) уменьше ние обеспеченности высот крупных волн. Такая картина отмечается во всех районах Мирового океана. Полученные результаты доста точно хорошо согласуются с данными наблюдений.
Глава VIII
КОЛЕБАНИЯ УРОВНЯ МИРОВОГО ОКЕАНА
§ 43. Уровень океана и причины его колебаний
Положение свободной поверхности Мирового океана — уровень океана \ формируется разнообразными силами, воздействующими на массы воды. Если бы воды океана были однородны и находи лись в полном покое, то поверхность океана совпадала бы с поверх
ностью, |
нормальной к направлению силы |
тяжести, |
называемой |
у р о в е н н о й , или и з о п о т е н ц и а л ь н о й |
поверхностью. |
||
Поверхность среднего многолетнего уровня Мирового океана |
|||
наиболее |
близко совпадает с одной из уровенных |
поверхностей, |
|
а поэтому и принимается в первом приближении за |
поверхность |
||
геоида (среднего положения поверхности Земли). |
|
||
Реальная поверхность океана не остается в покое, а находится в непрерывном изменении под влиянием многих изменчивых сил, от клоняясь от поверхности геоида.
Поскольку отклонения поверхности (уровня) океана от среднего уровня обусловлены движениями его вод, наблюдения над этими от клонениями позволяют судить о динамическом состоянии вод океана. Так, например, по топографии поверхности океана и по на блюдениям над колебаниями уровня у берегов рассчитываются гра диентные течения.
Процессы и силы, влияющие на положение уровня океана. Все процессы и силы, вызывающие разнообразные динамические явле ния в океанах и влияющие на положение его поверхности (уровня), в наиболее общей форме можно объединить в следующие основные группы:
а) космические — приливообразующие силы; б) геодинамические и геотермические явления в земной коре
(землетрясения и моретрясения, извержения вулканов на поверх ности суши и под водой, вековые подъемы и опускания суши и со временные тектонические движения);
1 Уровень океана (моря) — высота поверхности океана (моря), свободной от влияния ветровых волн и зыби, измеряемая относительно условного горизонта.
278
в) механические и физико-химические воздействия, обусловлен ные солнечной радиацией и воздействием атмосферы (тепловые про цессы в океане, изменения атмосферного давления, ветер, осадки,, береговой сток и т. п.).
Сложная система движения водных масс, формирующаяся в ре зультате действия всех этих факторов, в той или иной степени про является в определенной топографии поверхности Мирового океана, непрерывно меняющей свои очертания.
Наиболее правильные во времени периодические колебания по верхности моря возбуждаются ириливообразующими силами. Но даже и эти колебания исследованы еще недостаточно, хотя и много лучше других видов колебаний. Только для ограниченных площа дей некоторых морей имеются карты состояния уровенной поверх ности на определенные фазы приливных явлений.
Благодаря периодичности приливных колебаний уровня они лег ко могут быть исключены из наблюденных данных над уровнем пу тем их осреднения. При осреднении за месяц или год можно также освободиться от других периодических колебаний. Тем самым мо жно выделить из данных наблюдений за колебаниями уровня непе риодическую, наиболее трудно учитываемую часть, обусловленнуюглавным образом изменчивостью воздействия атмосферы.
Геотермические и геодинамические явления в земной коре обус ловливают либо кратковременные непериодические, зачастую до вольно резкие, даже катастрофические, колебания уровня, такие, как цуна ми , с и л ь н ы е с е й ши , либо относительно медленные изменения среднего уровня вследствие поднятия или опускания
суши.
Непериодические колебания уровня. Колебания уровня, обус ловленные различными сторонами деятельности атмосферы и сол нечной радиации, имеют обычно непериодический характер. Однако^ во многих случаях в них можно установить известный ритм, свя занный с наличием суточного и годового хода определяющих гидро метеорологических факторов. Многообразные стороны атмосфер ной деятельности приводят и к многообразию видов колебаний уровня. В общем режиме уровня моря можно выделить следующие главнейшие непериодические составляющие, вызванные солнечной радиацией и деятельностью атмосферы.
а) Сгонно-нагонные колебания, связанные с циркуляцией вод, возникающей в результате тангенциального трения, возникающего между воздушным потоком и водной поверхностью, ограниченной береговой чертой.
б) Колебания уровня, вызванные изменением атмосферного дав ления, представляют статическую реакцию воды на изменение атмо сферного давления. При повышении атмосферного давления на 1 миллибар уровень моря понижается на 10 мм и наоборот, при по нижении давления на 1 мб уровень моря повышается на 10 мм.
в) Колебания уровня вследствие неравномерностей в процессе влагооборота (испарение, осадки, береговой сток) связаны с изме нением количества воды в различных частях океана или в морях.
279'
г) Колебания уровня вследствие изменений плотности воды. При увеличении плотности уровень понижается, при уменьшении — по вышается. Плотность воды, как известно, изменяется при измене нии ее температуры и солености.
В природе мы не наблюдаем в чистом виде перечисленные виды колебаний уровня. Наблюдатель фиксирует суммарный эффект раз личных причин. Интересно отметить, что между различными видами колебаний уровня существует определенная связь. Еще в работах С. О. Макарова и в более поздней работе Л. Ф. Рудовица, по ре зультатам наблюдений над уровнем Черного и Балтийского морей, было установлено, что с основными колебаниями ветрового проис хождения совпадают изменения уровня, обусловленные измене ниями атмосферного давления и плотности воды. Это нетрудно объ яснить. Понижение атмосферного давления над сушей и повышение давления над морем сочетается с нагонными по отношению к берегу ветрами. Следовательно, уровень моря повышается одновременно под воздействием двух факторов: ветра и атмосферного давления. В обратном случае, когда давление над материком повышается, а над морем понижается, происходит понижение уровня моря у бе рега под воздействием обоих факторов.
Однако изменения уровня вследствие изменений давления — ста тические изменения, значительно меньше динамических, обуслов ленных действием ветров и течений как вдоль береговой черты, так и в открытом море.
Н. Н. Зубов рассмотрел положение уровня под влиянием бари ческого рельефа при условии ничем не ограниченного моря. На ос новании очень приближенной зависимости он сделал вывод, что «динамическое понижение уровня моря, создаваемое ветрами и те чениями, возникающими под влиянием распределения давления ат мосферы, в области пониженного давления в десять раз больше статического повышения уровня, создаваемого тем же распределе нием давления без учета влияния ветров, течений и отклоняющей силы вращения Земли (силы Кориолиса)». Следовательно, и в от крытом океане статическая реакция уровенной поверхности на из менения атмосферного давления значительно уступает колебаниям динамического происхождения.
Колебания уровня вследствие неравномерностей в процессе влагооборота: выпадения осадков, испарения, берегового стока могут быть весьма значительными. Так, например, при сильных ливнях может выпадать количество осадков, измеряемое величинами не сколько сот миллиметров и даже более метра за сутки. Такие осадки могут вызвать кратковременные резкие подъемы уровня.
В некоторых районах отмечается сильное испарение, приводя щее к значительным понижениям уровня. Так, например, в Красном море слой воды, испаряющийся за год, достигает 2,5 м.
Рассматривая влияние плотности воды на положение уровня моря у берегов, можно заметить, что действие этой причины тоже совпадает с действием ветра. Наиболее естественное объяснение этому вытекает из самого существа сгонно-нагонных явлений, сум
280
