Файл: Егоров Н.И. Физическая океанография.pdf

Произведения gHM и gHx , равные разности значений потен­ циала силы тяжести на изобарических поверхностях р и ро в точ­

Динамическая высота характеризует работу, которую необхо­ димо затратить для перемещения единицы массы воды по верти­ кали против силы тяжести от изобарической поверхности р к ро. Если переместить единицу массы на расстояние 0,102 м при уско­

метром. В практике океанографических расчетов динамических глубин обычно пользуются динамическими миллиметрами, рав­ ными одной сотой динамического дециметра.

При выводе формулы (9.4) мы приняли условие, что на глу­ бине залегания изобарической поверхности р течение равно нулю и, следовательно, изобарическая поверхность р параллельна изопотенциальной. Легко показать, что если изобарическая поверхность р будет иметь наклон относительно изопотенциальной, то тогда на глубине залегания этой изобарической поверхности течение не бу­ дет равно нулю, п формула (9.4) даст не абсолютную, а относи­ тельную скорость течения (по отношению к изобарической поверх­ ности р ). Если обозначить абсолютную скорость течения на по­

По этой формуле и рассчитываются скорости плотностных те­ чений.

На рис. 9.2 б приведены линии пересечения изобарических и изопотенциальных поверхностей Di, D2 . ■■D«, в плане. Эти липни вызываются д и н а м и ч е с к и м и г о р и з о н т а л я м и , так как они характеризуют топографию изобарических поверхностей и представляют линии равных динамических высот. На рис. 9.2 б видно, что скорость течения направлена по динамической горизон­ тали, т. е. перпендикулярно к направлению наибольшего уклона изобарической поверхности. При этом если смотреть вдоль тече­

346

ния, меньшие динамические высоты будут оставаться слева (в се­ верном полушарии).

Когда изобарическая поверхность ро имеет более сложную форму, как это изображено на рис. 9.3 а, то и динамические гори­ зонтали имеют более сложную конфигурацию (рис. 9.3 б). В этом случае действующая сила g sin р, направленная параллельно сво­ бодной поверхности моря, по-прежнему будет перпендикулярна к динамической горизонтали в данной точке и направлена вдоль наибольшего уклона изо­ барической поверхности.

Поэтому течение будет направлено по касатель­ ной к динамической гори­ зонтали в той же точке.

Следовательно, дина­ мические горизонтали представляют собой ли­ нии тока, а при устано­ вившемся движении—■ траектории водных ча­ стиц. На этом принципе и основаны практические приемы построения карт

иплотностных течений.

Построение карт плот­

ностных течений. Извест­ но, что изменение дав­ ления— dp в море про­ порционально изменению веса столба воды, т. е.

Учитывая, что плотность воды р величина, обратная удельному объему а, можно записать

a dp = —gdz.

Интегрируя это выражение, получим

j a d p = — J g d z ~ g z = D ,

Рг

где 2 —-расстояние между изобарическими поверхностями. Инте­ грал заменяется суммой

рр

При расчетах динамических высот берется не истинный удель­ ный объем, а условный, который, как показано в гл. II, связан

347

с ним соотношением

Vt = (a — 0,9) • 103.

Откуда

a = V f 10~3 + 0,9,

и формула (9.6) примет вид

рр

Так как при расчете течения определяются разности динамиче­ ских высот между заданными изобарическими поверхностями, вто­ рое слагаемое можно не учитывать, и расчетная формула примет вид

Ро

А£>= 2 vt • Ю-3 Ар.

р

Если давление р выражать в децибарах, оно практически ока­ зывается численно равным глубине, выраженной в метрах, на ко­ торой определяется давление, что значительно упрощает расчеты.

Удельный объем рассчитывается по измеренным значениям температуры и солености на океанографических станциях.

Расчеты динамических высот производятся в соответствии с при­ водимой табл. 33, в которой графа 1— горизонт наблюдений, выраженный в единицах давления — децибарах и численно равный глубине, выраженной в метрах; графа 2 — температура воды на данном горизонте; графа 3 — соленость воды; графа 4 — условный

него условного удельного объема на разность давления между соседними изобарами. Эти произведения представляют собой рас­ стояния между изобарами в динамических миллиметрах, так как при расчетах динамических глубин берется не сумма произведений а Ар, как требуется по формуле, а сумма, умноженная на 103, т. е. тысячные доли динамического метра или динамические мил­ лиметры; графа 13 — динамическая высота изобарической поверх­ ности ро в динамических миллиметрах, отсчитываемая от изобари­ ческой поверхности р=2000 дб.

В приведенном примере принимается, что на изобарической по­ верхности 2000 децибар (на глубине 2000 м) течение отсутствует.

После вычисления динамических высот, на всех океанографиче­ ских станциях, полученные значения наносят на карту данного района и проводят динамические горизонтали (обычно через 5 ди­ намических миллиметров). Расставляя на динамических горизон­ талях стрелки, согласно правилу, что меньшие значения динами­ ческих глубин должны оставаться слева (в северном полушарии),

.348

получаем динамическую карту, характеризующую плотностные те­ чения. В приложении 16 приведен образец такой карты для Арк­ тического бассейна, вычисленной В. Т. Тимофеевым по материа­ лам наблюдений станций «Северный полюс». Для расчета скорости течений в любой точке снимается расстояние L между ближай­ шими динамическими горизонталями. Так как разность динами­ ческих высот между динамическими горизонталями известна, то, подставляя в формулу (9.5) ее значение, снятое расстояние L и широту места ф, находим искомое значение истинной скорости те­ чения, если ит =0, или разности скоростей течений на двух изо­

барических поверхностях, если ут,^=0. Для облегчения расчетов по формуле (9.5) в «Океанологических таблицах» дается значение ко­

ских милях. Умножая выбранное из таблицы значение величины М на разность динамических глубин в динамических миллиметрах, получаем скорость течения в м/с.

Таким образом, в конечном итоге скорость течения определя-

или, при

ут, =0, пТо =Д DM.

Методы определения нулевой поверхности. При построении карт течений динамическим методом важное значение имеет выбор исходной изобарической поверхности р, от которой ведется счет ди­ намических высот. Эту изобарическую поверхность называют н у ­

или весьма малы. Наиболее надежно она может быть определена по инструментальным наблюдениям над течениями. Однако такие наблюдения в океанах единичны. Поэтому выбор нулевой поверх­ ности обычно производится косвенными методами.

Существует довольно большое число методов определения по­ ложения нулевой поверхности в океане.

Дитрих предложил принимать за нулевую поверхность с ми­ нимальным содержанием кислорода на глубине.

Хидака считает, что достаточно надежно нулевую поверхность можно определить на основе расчета диффузии солей на глубинах. Слой, в котором она мала или равна нулю, и предлагается брать в качестве нулевой поверхности.

Парр исходит при определении нулевой поверхности из предпо­ ложения, что движение вод происходит вдоль изопикнических по­ верхностей. Поэтому в слое с минимальной скоростью течения (или отсутствием течения) должен практически отсутствовать наклон изопикнических поверхностей, а следовательно, расстояние между ними должно быть постоянным.

350