Файл: Океанография и морская метеорология учебник..pdf

На основании формулы (3.1) можно написать сле­ дующее выражение полного дифференциала плотности морской воды как функции ее температуры, солености и давления:

Выражение (3.45) представляет собой уравнение со­ стояния морской воды и определяет количественную связь между t, S, р и р(а). Из формулы (3.45) следует, что плотность морской воды является нелинейной функ­ цией ее температуры и солености, а при увеличении глубины она дополнительно возрастает по мере увели­ чения давления вышележащих слоев [39].

Поэтому и распределение плотности воды в океане зависит от характера распределения температуры, соле-

105

пости и давления. При этом преобладающее влияние оказывает температура, как наиболее подвижный пара­ метр состояния морской воды. На поверхности откры­ тых частей океана плотность воды возрастает от 1,0220 в экваториальной зоне до 1,0275 в зоне высоких широт, достигая местами предельной величины 1,0280. В при­ брежных районах из-за колебаний берегового стока, сгонно-нагонных и приливных явлений плотность по­ верхностных вод может меняться в широких пределах. Распределение плотности вод океана по глубинам и

температуры. Поэтому наиболее существенные измене­ ния плотности с глубиной отмечаются лишь в пределах верхней части термоклина, ниже плотность воды равно­ мерно возрастает.

Важной особенностью распределения плотности в верхней части термоклина до глубины примерно 200 м является его стратификация, т. е. слоистое строение, обусловленное различием физических свойств слоев (температуры, солености и плотности) на различных глубинах: слои с малыми вертикальными градиентами физических характеристик чередуются со слояшг'с боль­ шими градиентами.

Слой морской воды с большими вертикальными гра­ диентами плотности, разделяющий слои с малыми гра­ диентами, которые расположены выше и ниже его, при­ нято называть слоем скачка плотности морской воды.

В общем случае слой скачка возникает при одновре­ менном нагревании и опреснении поверхностных водили при наложении более пресных и более теплых прибрежных вод на более соленые и холодные океанские воды. Но чаще всего слои скачка плотности возникают по чисто термическим причинам, в результате скачкообразного убывания температуры, хотя в ряде случаев (при тая­ нии распресненных льдов, при усиленном береговом сто­ ке, выпадении обильных осадков) скачок плотности мо­ жет быть обусловлен резким увеличением солености с глубиной. В некоторых случаях вертикальное распреде­ ление солености несколько усиливает интенсивность скачка плотности термического происхождения.

106

Океан редко бывает изотермическим вплоть до боль­ ших глубин; в более типичном случае изотермический слой лежит поверх слоя скачка температуры, верхняя граница которого может располагаться на глубинах от нескольких метров до десятков и даже сотен метров. Чаще всего к образованию слоя скачка температуры приводят процессы перемешивания. На рис. 16, где по-

Рис. 16. Образование слоя скачка температуры в результате ветрового перемешивания. Кривые распределе­ ния температуры:

abde — до шторма; a'bcde — после шторма

казана схема образования слоя скачка температуры в результате ветрового перемешивания, видно, что ниже перемешавшегося слоя находится слой, не охваченный ветровым перемешиванием, а на границе раздела воз­ ник слой скачка температуры.

Нередко причиной появления слоя скачка плотности является вторжение (адвекция) вод с резко отличающи­ мися значениями физико-химических характеристик.

Из сказанного можно сделать вывод, что в зависи­ мости от характера и интенсивности вызвавших их по­ явление факторов слои скачка плотности бывают по­ стоянными, сезонными или временными (случайными), могут быть более или менее резко выраженными и за­ легать на различных глубинах.

107

сти на 1 м глубины.

Различная степень интенсивности слоев скачка ги­

Таким образом, за верхнюю границу слоев скачка принимается глубина, начиная с которой вертикальные градиенты превышают для плотности 0,015 уел. ед./м,

на, начиная с которой вертикальные градиенты стано­ вятся меньше указанных величин.

Элементы слоя скачка подвержены не только сезон­ ному, но и суточному ходу, обусловленному нагреванием поверхностных вод днем и охлаждением ночью. Однако суточные изменения значительно меньше сезонных, кроме того, они часто носят случайный характер, так как зависят от метеорологических условий.

Слои скачка гидрологических элементов оказывают существенное влияние на использование сил и средств ВМФ. Условия погружения, всплытия и каневрирова-

108

ния подводных лодок по глубине в значительной сте­ пени определяются характером распределения плотно­ сти морской воды по вертикали.

Одним из главных условий равновесия подводной лодки в надводном и подводном положениях по закону Архимеда является равенство ее веса D силе плавуче­ сти (силе поддержания), т. е.

которая называется остаточной плавучестью подводной лодки.

Изменение остаточной плавучести подводной лодки при погружении. «Жидкий грунт». При погружении под­ водной лодки без изменения веса ее остаточная плаву­ честь не будет постоянной как по причине изменения плотности воды, так и за счет изменения ее подводного объемного водоизмещения. Величина изменения оста­ точной плавучести может быть найдена по формуле

до глубины Z, где температура tz и условная

плотность а ;

'z

ß— коэффициент объемного термического расши­ рения судовой стали;

а— коэффициент обжатия корпуса, зависящий от типа подводной лодки.

Обозначим

Яі — {°,2 - о,,); q2= ß {tz — t0) • 10s; — *Z •108.

109