ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 209
Скачиваний: 0
Тогда выражения (3.116) представляют параметриче ское задание Т, 5-кривой, а функция (3.117) есть, та ким образом, функция явная. Т, 5-кривая по парамет ру Z может быть названа Т, 5, Z-кривой или по пара метру р — Г, 5, р-кривой [39].
Такой метод интерпретации гидрологических наблю дений был введен норвежским ученым Б. Гелланд-Ган- зеном в 1918 г., а затем получил широкое распростране ние не только благодаря значительно большей емкости Т, 5-диаграммы по сравнению с обычными графиками распределения Т и S по глубине, но и благодаря их свойству сохранять подобие формы кривой на значитель ных акваториях, имеющих однородную структуру по вертикали. Иными словами, Т, 5-кривые являются своего рода образами водных масс, и к тому же более стабильными, чем кривые распределения Т и 5 по глу бине. Именно поэтому Т, 5-кривая как кривая функции Т= / (5) в методе Т, 5-анализа использована в качест ве индикатора при выделении водных масс и исследова нии процессов их вертикального перемешивания.
В наиболее общем случае смешение водных масс в реальных условиях Мирового океана — это вертикальное перемешивание двух, трех и более положенных одна на другую водных масс.
Очевидно, если водная масса по вертикали однород на (температура и соленость с глубиной не меняются), то на Т, 5-диаграмме такая водная масса будет харак теризоваться точкой.
Две однородные массы, расположенные одна над другой, в случае отсутствия между ними процессов пе
ремешивания будут |
характеризоваться |
двумя точками: |
А — с температурой |
Тх и соленостью 5! и В с температу |
|
рой Т2 и соленостью S2 (рис. 31,а). Т, |
S-точки, опреде |
ляющие состояние водных масс в Т, S-координатах, на зываются термохалинными индексами. Вследствие не прерывного перемешивания у границы водных масс об разуется их смесь. Характеристики этой смеси будут связаны с характеристиками перемешиваемых водных масс соотношением (3.115). В поле Т, S-диаграммы ре зультат смешения изобразится прямой AB, называемой прямой смешения и представляющей собой геометриче ское' место точек, расстояния которых от концов пря мой А я В определяются отношением mx/m2 (рис. 31,6).
173
Иными словами, каждая пара соприкасающихся вод ных масс вместе с результатом их перемешивания в Т, S-координатах изображается прямой смешения.
При трех водных массах, расположенных одна над другой, на Т, S-диаграмме появится еще одна точка — С (Ts, S3), образуя «треугольник смешения», вершины ко
торого |
будут |
соответствовать |
Т, S-индексам |
водных |
масс А, |
В и |
С. Если при этом |
промежуточная |
водная |
Рис. 31. Графическое изображение водных масс в поле T u S
масса, полностью перемешиваясь с выше- и нижележа щими, меняет свои характеристики во всей толще, то ломаная АВС на Т, S-диаграмме превращается в кри вую, закругление которой (экстремум) будет соответст вовать характеристике промежуточной водной массы (рис. 31, в). Результат полного смешения трех водных масс будет изображаться точкой с координатами (Т, S), лежащей внутри треугольника смешения.
Таким образом, в случае полного смешения двух или трех водных масс Т, S-индекс смеси будет лежать на прямой смешения AB или внутри треугольника смеше ния АВС [73].
Количественная оценка процессов смешения бази руется на аналитических теориях Т, S-кривых, задачей
174
которых является совместное решение уравнений, опре деляющих пространственное распределение температу ры и солености в океане и его изменения во времени.
Для обоснования термохалинного анализа водных масс могут быть применены следующие уравнения теп лопередачи и диффузии, выражающие изменение тем пературы Г и солености S во времени t при турбулент ном обмене в вертикальном направлении внутри каждой водной массы:
|
d T |
_ |
, |
д 2 Г ' |
|
|
d z |
|
|
|
(3.118) |
|
d S |
_ |
, |
Д2S |
|
|
|
||||
|
d z |
~ ~ R s d Z 2 ’ |
|
||
где k T , k s — коэффициенты |
турбулентного обмена; |
||||
Решая |
Z — глубина. |
при |
определенных |
начальных |
|
эти уравнения |
|||||
условиях |
(т = 0) и краевых |
(граничных) |
условиях, |
В. Б. Штокман и А. В. Иванов (1938—1949 гг.) полу чили ряд практических выводов, позволяющих путем несложных графических построений на Т, S-диаграмме определять:
—количество водных масс;
—глубины залегания границ и центров («ядер») промежуточных водных масс;
—их Т, S-индексы как в момент наблюдений, так и
вначальный момент (до смешения).
Главными из этих выводов-правил являются сле дующие.
1. До смешения Т, S-кривая представляет собой ло маную, которая состоит из отрезков прямых, соединяю щих Г, S-точки, характеризовавшие каждую водную массу в начальный момент.
2.Точки Т, S-кривой, соответствующие «ядрам» про межуточных водных масс, являются точками экстрему ма кривой.
3.В точках Т, S-кривой, достаточно удаленных от границ промежуточной водной массы, касательные к Т,
S-кривой практически совпадают с прямыми, соединяв шими Т, S-точки в начальный момент, т. е. со сторона ми треугольников смешения.
4. Точки, характеризующие центр промежуточной водной массы в последовательные моменты времени, ле
175
жат на |
медиане треугольника |
смешения, проведенной |
из вершины, соответствующей |
промежуточной водной |
|
массе. |
Точки, соответствующие при перемешивании гра |
|
5. |
ницам промежуточной водной массы, определяются пе ресечением побочных медиан с Т, 5-кривой (побочной медианой названа прямая, соединяющая середины сто рон треугольника смешения). .
Применение этих правил для Т, 5-анализа водных масс покажем на рассмотренном выше примере (Т, 5- кривая на рис. 30).
1.Количество водных масс устанавливается по пра вилам 1 и 2. Данная кривая изображает четыре водные массы: двум из них соответствуют закругленные части кривой (экстремумы), двум другим — начало и конец кривой.
2.Начальные характеристики водных масс могут быть найдены по правилам 1 и 3 проведением касатель ных к прямолинейным участкам кривой. Координаты точек пересечения касательных (В и С) дадут темпера туру и соленость водных масс до начала перемеши вания.
3.Глубины залегания и характеристики центров про межуточных водных масс определяются по правилу 4 построением треугольников смешения АВС и BCD и проведением медиан BE и CF. Точки пересечения ме диан с закругленными частями Т, 5-кривой будут соот ветствовать центрам промежуточных водных масс. Ко ординаты этих точек (В' и С') определят их темпера
туру и соленость; глубина залегания центров может быть определена приближенно, интерполяцией на глаз между соседними горизонтами (100 и 150, 250 и 300 м).
4. Глубины залегания границ водных масс определя ются по правилу 5 проведением побочных медиан (GE, НЕ, FI) в треугольниках смешения. Точки, соответст вующие границам водных масс, будут лежать в пересе чении побочных медиан с Т, 5-кривой.
Из рассмотренного примера следует, что вертикаль ная структура четырех различных типов водных масс в данной точке Мирового океана характеризуется дан
ными, приведенными |
в табл. 12 и |
на |
рис. 32. |
Необходимо также |
указать, что |
Т, 5-кривые наряду |
|
с обычными графиками вертикального |
распределения |
176
температуры и солености могут служить целям критиче ского анализа гидрологических наблюдений, так как точки, не согласующиеся с общим ходом Т, 5-кривой,
Рис. 32. График распределения водных масс, температуры и солености по глубине
могут свидетельствовать о промахах в наблюдениях на океанографической станции.
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
12 |
|
|
|
Вертикальная структура водных |
масс |
|
|
|||
|
|
|
|
Характеристики |
|
|
|
|
В о д н ы е |
начальные |
в момент |
наблюдения |
глубина залегания, м |
Т о л щ и н а |
|||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
г °с |
Ѵоо |
Л °С |
S , °/„„ |
аентра |
Гранин |
слоев, |
м |
|
|
|
||||||
А |
|
|
— 1,65 |
31,46 |
, |
0 |
38 |
|
|
|
|
|
|||||
В |
— 2,00 |
34,50 |
— 1.68 |
34,28 |
112 |
38 |
|
|
147 |
|
|||||||
с |
+ 1,50 |
34,02 |
+ 1.18 |
34,90 |
290 |
185 |
|
|
425 |
|
|||||||
D |
““ |
|
—0,44 |
35,21 |
|
610 |
|
|
|
|
>640 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
Дно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 — 9 7 2 |
177 |
Построение треугольников смешения для выделения водных масс. Пусть в данном районе имеется несколько водных масс с сугубо индивидуальными физико-хими ческими показателями. Для построения треугольников смешения необходимо предварительно подвергнуть ана лизу выполненные в данном районе наблюдения темпе ратуры и солености' и на каждой океанографической станции выбрать те горизонты, на которых температура
Рис. 33. П остроени е треугольника смеш ения
и соленость имеют экстремальные значения. Эти точки (горизонты), подлежащие дальнейшему анализу, нано сят на Т, S-диаграмму. После этого по преобладающему расположению точек вписывают один (если выявлены три типа водных масс) или два (если выявлены четыре типа водных масс) треугольника, абсциссы и ординаты вершин которых будут соответствовать соленостям и температурам наименее смешанных водных масс. Срав нивая полученные значения Т, S-индексов с известными
178