Файл: Егоров Н.И. Физическая океанография.pdf

марный эффект которых у берегов определяет в конечном резуль­ тате основные черты режима колебаний уровня. Явление нагона всегда означает перемещение некоторого количества более легких поверхностных вод в прибрежную область, а соответственно и повы­ шение уровня. Это повышение уровня несколько усиливается за счет пониженной плотности приносимых к берегу вод. При сгонных вет­ рах, напротив, менее плотные воды уносятся в открытое море, а па смену им вдоль материкового склона поднимаются более плотные глубинные воды. Уровень при этом понижается как за счет оттока вод, так и за счет замены у берега менее плотных поверхностных вод более плотными глубинными водами.

Известно, что непериодические колебания уровня моря у запад­ ного побережья Соединенных Штатов почти полностью зависят от плотности воды в поверхностном 500-метровом слое. В связи с этим было установлено, что динамические причины (течения) обусловли­ вают в этом районе значительно большие изменения плотности, чем солнечная радиация (это, вероятно, справедливо и для многих дру­ гих районов Мирового океана).

В свою очередь, изменчивость течений связывается с колеба­ ниями большого масштаба в интенсивности циркуляции атмосферы. Поэтому, рассматривая колебания уровня под воздействием изме­ нений внутренних свойств водной массы — ее плотности, можно ус­ тановить зависимость динамического состояния океана от внешнего и чрезвычайно общего процесса —-циркуляции атмосферы.

Представляя причины колебаний уровня моря в зависимости от наиболее общих черт динамического режима — циркуляции атмо­ сферы,— надо вместе с тем иметь в виду комплексный характер явлений, связанных с этим сложным и многосторонним процессом. Действием основного фактора — касательными силами ветров — по­ рождаются сопутствующие процессы, которые дополнительно и в одном и том же направлении с основной причиной влияют на по­ ложение уровенной поверхности. В Балтийском море, как показал Л. Ф. Рудовиц, в одном и том же направлении изменяют положение уровня моря ветер, атмосферное давление, плотность воды и осадки. В других местах комбинации одинаково направленных процессов п их соотношение между собой могут быть иными, более или менее выгодными для проявления определенного вида колебаний уровня.

Сложность непериодических колебаний уровня и разнообразие причин, их вызывающих, затрудняют создание их теории и практи­ ческие расчеты. До настоящего времени не разработано сколько-ни­ будь удовлетворительной теории непериодических колебаний уровня. Отдельные частные решения относятся преимущественно к иссле­ дованию колебаний уровня, возникающих при стоячих волнах и на­ зываемых с е й ш а м и 1. В них рассматриваются отдельные харак­ теристики сейш, как, например, периоды, расположение узлов и

1 Сейшевые колебания уровня моря (сейши) — свободные колебания уровня моря в виде стоячих волн в замкнутых и полузамкнутых водоемах, происходя­ щие по инерции после прекращения воздействия внешних сил.

281

пучностей при идеализированных формах морского бассейна (пря­ моугольной, круговой и т. п.) и простых формах рельефа дна (ров­ ное дно, дно с постоянным уклоном и т. п.).

Для практических расчетов непериодических колебаний уровня у берегов морей и океанов обычно используются эмпирические связи между колебаниями уровня и внешними факторами.

Как показывают наблюдения, наиболее резкие колебания уровня связаны с воздействием ветра, вызывающим сгонно-нагонные коле­ бания уровня. Поэтому прежде всего и устанавливаются связи ме­ жду непериодическими колебаниями уровня и направлением и си­ лой ветра. Так как поле ветра определяется полем давления, во мно­ гих случаях оказывается удобнее устанавливать связи между колебаниями уровня и направлением и величиной градиента дав­ ления.

Такой путь решения задачи, когда учитывается только воздейст­ вие ветра на колебания уровня, может быть в определенной мере оправдан и тем, что, как было показано выше, нередко другие при­ чины, вызывающие непериодические колебания уровня (изменение атмосферного давления, плотности воды), действуют в одном на­ правлении с действием ветра. Поэтому они будут учитываться в той или иной степени при установлении эмпирических коэффициентов связи между непериодическими колебаниями уровня и ветром (гра­ диентом давления).

Вместе с тем исследования последних лет показали, что далеко не во всех случаях можно ограничиться только учетом воздействия ветра при расчетах (прогнозах) непериодических колебаний уровня моря. В ряде случаев, как например при наводнениях в устье р. Невы, основную роль играют длинные волны, возникающие вслед­ ствие разности давления над морокой акваторией. Подход гребней таких волн в сочетании с нагоном и создает те исключительные на­ воднения, нередко являющиеся катастрофическими, которые на­ блюдались и в Ленинграде.

В настоящее время разработаны методы прогноза наводнений на основе теоретических решений уравнений гидродинамики с уче­ том статистических связей. Однако эти вопросы выходят за рамки данной монографии, а тем, кто ими интересуется, следует обра­ титься к соответствующим литературным источникам. Среди по­ следних работ надо отметить монографию Н. А. Лабзовского (1971), в которой дано достаточно полное освещение вопроса о непериоди­ ческих колебаниях уровня и современных методах их прогноза.

Средний уровень. Вследствие значительных изменений уровня при его изучении во многих случаях оказывается более удобным пользоваться вместо истинных высот уровня средними его значе­ ниями.

Средним уровнем моря называется величина, полученная в ре­ зультате осреднения наблюденных значений уровня за определен­ ный интервал времени. В зависимости от промежутка времени, за который производится осреднение, выделяют следующие средние уровни: суточный, месячный, годовой, многолетний.

282

В практике кораблевождения, гидрографии и геодезии наиболь­ шее значение имеет средний многолетний уровень, так как от него ведется отсчет глубин в море и высот па суше.

Средний многолетний уровень определяется как среднее ариф­ метическое из среднегодовых уровней, принимаемых как равноточ­ ные. Поэтому для его определения с заданной точностью необхо­ димо иметь наблюдения определенной продолжительности.

При определении средних уровней исключаются при осреднении периодические приливные колебания уровня. Поэтому необходимая продолжительность наблюдений для определения среднего много­ летнего уровня с заданной точностью определяется величиной не­ периодических колебаний, обусловленных воздействием атмосферы. В различных морях эти величины различны.

Для определения необходимой продолжительности наблюдений А. И. Дуванин вывел простую формулу, которая имеет вид

б m a x

( 8. 1)

где П — заданная точность определения многолетнего уровня; бщах — наибольшее наблюденное значение отклонения среднего го­ дового уровня от многолетнего; п — необходимое число лет наблю­ дений.

Значение 6шах определяется из продолжительной серии наблю­ дений (в несколько десятков лет) по одному из пунктов моря, в ко­ тором велись такие наблюдения. В настоящее время практически на всех морях имеются хотя бы в одном пункте наблюдения над ко­ лебаниями уровня продолжительностью более 10 лет. Наибольшее значение бтах для такого пункта и принимается при расчетах про­ должительности наблюдений для любого другого пункта в том же море. По формуле (8.1) можно решить и обратную задачу — опре­ делить погрешность в определении среднего многолетнего уровня, полученного из ряда наблюдений за п лет.

Приведем пример пользования формулой (8.1). Из 63-летнего ряда наблюдений над уровнем в Азовском море установлено, что наибольшее отклонение 6тах среднегодового уровня от среднего многолетнего, выведенного за тот же период, равно 30 см. Если не­ обходимо в каком-то пункте моря определить многолетний уровень с точностью 10 см, то, как следует из формулы (8.1), продолжитель­ ность наблюдений должна быть 3 года.

Положение многолетнего уровня зависит от гидрометеорологи­ ческих условий рассматриваемого района. Поэтому многолетний уровень меняется от пункта к пункту. Для побережий океанов мно­ голетний уровень можно считать постоянным на расстояниях, не превышающих 500 км. Для морей эти расстояния следует считать порядка 70—100 км. В Балтийском море, например, существует ук­ лон среднего многолетнего уровня к проливам.

Средний многолетний уровень имеет годовой ход. Если рассчи­ тать средние многолетние уровни для каждого месяца (среднеме­ сячные уровни) и нанести их на график, то можно заметить, что они

283

изменяются от месяца к месяцу. На рис. 8.1 приведены кривые го­ дового хода среднего многолетнего уровня по данным А. И. Дуванина. Как видно на рисунке, кривые в его левой части указывают на повышение среднего многолетнего уровня в летние месяцы и по­ нижение в зимние, а кривые правой части имеют обратный ход.

Рис. 8.1. Годовой ход среднего многолетнего уровня при муссонном (а) и зо­ нальном (б) типах циркуляции атмосферы.

Различие годового хода обусловлено различием в режиме цир­ куляции атмосферы. Кривые в левой части рисунка относятся к рай­ онам с хорошо выраженной муссонной циркуляцией, а в правой — с зональной. Эти изменения среднего многолетнего уровня необхо­ димо учитывать при определении высоты уровня и глубины моря.

§44. Приливные колебания уровня. Важнейшие термины

иопределения

Явление приливов. Приливными явлениями, или приливами, в Мировом океане называются динамические и физико-химические процессы в водах морей и океанов, вызванные приливообразую­ щими силами. Они возникают вследствие действия космических сил — сил притяжения между Землей, Луной и Солнцем. Приливо­ образующая сила Луны в среднем в 2,17 раз больше приливообразующей силы Солнца. Поэтому основные черты приливных явлений определяются главным образом взаимным положением Луны

и Земли.

Вследствие непрерывного изменения взаимного положения Зе­ мли, Луны и Солнца изменяются и величины приливообразующих сил Луны и Солнца. Они могут действовать в одной и той же точке

284