Файл: Абузяров З.К. Морские гидрологические информации и прогнозы учеб. для гидрометеорол. техникумов.pdf

В О П Р О С Ы

п ер и о д ы ?

5. К а к о в ы о сн о в н ы е п р а в и л а д р е й ф а л ь д о в , с ф о р м у л и р о в а н н ы е Н а н с е н о м и З у ­

Г Л А В А VII

ДОЛГОСРОЧНЫ Е ПРОГНОЗЫ ТЕМ ПЕРАТУРЫ ВОДЫ И ЛЕДОВЫ Х УСЛОВИЙ

§ 1. П Р О ГН О ЗЫ Т ЕМ П ЕРА Т У РЫ ВОД Ы

Изменения температуры воды в море связаны с величиной при­ хода и расхода тепла через поверхность моря и с количеством те­ пла, переносимого течениями из одного района в другой. Анализи­ руя годовой ход составляющих теплового баланса, можно заметить, что в холодную часть года в море преобладает расход тепла над приходом за счет испарения и теплообмена. В теплую часть года наблюдается обратная картина. Наибольшее количество тепла от Солнца поглощается и сушей и океаном в теплую часть года. Что касается эффективного излучения, то в течение года оно изменяется незначительно. Таким образом, летом океан преимущественно на­ капливает тепло, а зимой расходует на испарение и турбулентный теплообмен. Вследствие этого летом тепловое взаимодействие океана и атмосферы проявляется слабо. С другой стороны, несом­ ненно, что как изменения течений, так и колебания теплового ба­ ланса в течение года и от года к году обусловлены процессами, про­ исходящими в атмосфере.

Н . А. Белинский, рассматривая изменения средних многолетних температур воздуха и воды в Атлантическом океане, пришел к вы­ воду, что распределение температур воды и воздуха определяется влиянием материков, преобладающим западным переносом воздуш­ ных масс и большой теплоемкостью и турбулентной теплопровод­ ностью воды.

Вследствие того что в средних широтах преобладает западный перенос воздушных масс, материки оказывают большое влияние на западные части океанов. Это влияние связано с достаточно резким различием температуры и влажности воздушных масс, формирую­ щихся над океаном и материками.

Зимой с континента на западную часть океана приходит более охлажденный сухой воздух. Поэтому в западной части океана соз-

176

даются большие разности температур воды и воздуха, что приводит к усилению потерь тепла океаном через поверхность. По мере про­

тельно уменьшаются и, естественно, потери тепла также умень­ шаются. Поэтому температура воды в океане постепенно повы­ шается с запада на восток.

Летом наблюдается иная картина. На океан поступает воздух теплее, чем водная поверхность. Благодаря большой теплоемкости и перемешиванию вод солнечное тепло, поглощаемое водной по­ верхностью, распределяется в сравнительно большой толще вод, а поэтому температура воды повышается медленно. По этой при­ чине разности температур воды и воздуха оказываются отрицатель­ ными. Из-за того, что летом теплообмен между воздухом и океаном затруднен, а радиационный баланс поверхности моря от года к году меняется незначительно, аномалии температуры воды формируются главным образом под воздействием атмосферных процессов в хо­ лодную часть года.

Н. А. Белинский получил довольно высокие коэффициенты кор­ реляции между интенсивностью циклонической и антицпклонпческой деятельности над восточной частью Северной Америки и ано­ малиями температуры поверхности воды в ряде районов Северной Атлантики. Во всех рассмотренных районах усиление антицпклоническоп циркуляции приводит к понижению температуры воды, а уси­ ление циклонической деятельности — к ее повышению. При антпциклонпческой циркуляции на океан приходит воздух, ранее распо­ лагавшийся над северными районами Америки, т. е. охлажденный II сухой, что должно увеличивать потерн тепла океаном и приводить

кобразованию отрицательной аномалии температуры воды. При ци­ клонической же циркуляции над западной частью Атлантического океана преобладают ветры с южной составляющей, следовательно, потери тепла поверхностным слоем океана уменьшаются и обра­ зуются положительные аномалии температуры воды.

Н. А. Белинским были построены зависимости для прогноза от­ клонений температуры воды от нормы на летний период, в которых в качестве аргументов были взяты интенсивность циклонической и аптпцпклонической деятельности и температура воздуха за зиму.

Большие исследования по разработке долгосрочных прогнозов температуры воды были проведены А. И. Каракашем для Барен­ цева моря, М . Г. Глаголевой и др. для Татарского пролива, Ю . В. И с­ тощимым и В. Ф. Шапкиной для Японского моря и М . Г. Глаголе­ вой для Северной Атлантики.

А. И. Каракаш разработал прогностические зависимости, позво­ ляющие в апреле давать прогнозы температуры воды по месяцам на всю теплую часть года в важнейших промысловых районах Барен­ цева моря. В основу зависимостей положен тот факт, что аномалии температуры воды в слое от 25 м до дна формируются в холодное

■ сложившейся в холодную часть года, остаются почти неизменными. Это происходит потому, что, как уже указывалось, тепловой баланс поверхности моря в теплую часть года колеблется из года в год в уз­ ких пределах и, кроме того, благодаря прослоенности летом переме­ шивание поверхностных вод с глубинными выражено слабо, а по­ этому тепловые процессы, протекающие на поверхности моря, ока­ зываются изолированными от нижележащих вод.

При построении прогностических зависимостей в качестве аргу­ ментов использовались интенсивность циклонической и антицнклонической циркуляции (в индексах Белинского) как показатель ко­ личества тепла, приносимого в Баренцево море теплыми Атлантиче­ скими водами, и сумма средних месячных температур воздуха (о. Шпицберген), как показатель теплового баланса поверхности моря. В общем виде эти зависимости можно записать следующим

сферной циркуляции по Северной Атлантике и Баренцеву морю за зиму (сентябрь—март).

Зависимости такого вида были построены для различных меся­ цев, слоев и разрезов Баренцева моря. Они позволяют прогнозиро­ вать среднемесячную температуру воды на срок от 3 до 7 месяцев с точностью 0,3—0,5° С.

Для построения зависимостей А. И. Каракаш обработал боль­ шой материал глубоководных наблюдений. В результате им впер­ вые был составлен атлас средних многолетних значений темпера­ туры, солености и плотности воды.

В последние годы при разработке долгосрочных прогнозов тем­ пературы воды стали использовать метод разложения полей атмо­ сферного давления в ряды по полиномам Чебышева или естествен­ ным составляющим. Коэффициенты разложения этих рядов исполь­ зуются в качестве аргументов при построении прогностических зависимостей и являются показателем интенсивности и направления воздушных потоков.

§ 2. Д О Л Г О С Р О Ч Н Ы Й П Р О ГН О З Р А С П Р Е Д Е Л Е Н И Я ТЕМ П ЕРА Т У РЫ

ВО Д Ы ПО П Л О Щ А Д И

И. А. Белинский и А. И. Каракаш показали, что летние анома­ лии температуры воды на поверхности моря формируются в холод­ ное время года, когда наблюдается наиболее интенсивный тепло­ обмен между океаном и атмосферой. Вследствие этого температура воды в теплую часть года может быть рассчитана по значениям температуры к началу зимнего охлаждения и потерям тепла за зиму. Этот вывод был положен в основу метода долгосрочного про­ гноза распределения температуры воды по площади, разработап-

178

ного М . Г. Глаголевой. В качестве косвенного показателя потерь те­ пла с поверхности океана она использовала атмосферную цирку­ ляцию.

Проводилось сопоставление полей атмосферного давления, взя­ тых зимой, с полями распределения температуры воды в Северной Атлантике летом. Для этого указанные поля раскладывались в ряды по естественным составляющим. Предварительно были вычислены естественные составляющие аномалий среднемесячного давления над Северной Атлантикой и Северной Америкой по данным за 1931 — 1940 и 1958— 1965 гг. и аномалий среднемесячной темпера­ туры воды поверхности океана по данным кораблей погоды за

1948— 1967 гг.

По полученным естественным составляющим с помощью ЭВМ были рассчитаны коэффициенты разложения аномалий среднеме­ сячного давления воздуха и аномалий среднемесячной температуры воды для всего имеющегося ряда лет. Затем для каждого коэффи­ циента поля аномалий температуры воды методом множественной корреляции с помощью ЭВМ были получены уравнения вида

в трудах В. Ю . Визе, Н . Н. Зубова и В. В. Шулейкина. Ими были установлены главные факторы, формирующие ледовый режим мо­ рей. Так, Визе в 1923 г. указал на возможность долгосрочного про­ гноза ледовитости для арктических морей, в частности Баренцева, Гренландского, Карского и Восточно-Сибирского, на основании учета предшествующих прогнозу атмосферных процессов (давления и температуры воздуха), температуры воды вдоль Кольского мери­ диана и гидрологической инерции.

Н. Н. Зубов показал, что ледовитость Баренцева моря зависит от аномалий температуры воды, обусловленных влиянием атланти­ ческих вод. Количественные оценки влияния атлантических вод на арктические моря были получены В. В. Шулейкиным путем расчета теплового баланса Карского моря.

В дальнейшем исследования этих ученых были расширены и углублены на основе накопленных материалов наблюдений в морях

А. И. Каракаша, А. Ф. Трешникова, П. А. Гордиенко, И. А . Волкова,

Я. А. Тютнева и др. Все эти работы были направлены на установле­ ние эмпирических зависимостей между ледовыми явлениями п фак­ торами, их обусловливающими.

В настоящее время исследования по прогнозам ледовых явлений ведутся по трем направлениям.

1.Установление несинхронных связей между ледовыми явле­ ниями и отдельными гидрометеорологическими элементами, оказы­ вающими воздействие (прямо или косвенно) на ледовый режим. Эти работы основаны на статистическом способе учета отклонений от­ дельных гидрометеорологических элементов от их средних значений за многолетний ряд наблюдений.

2.Выявление отдельных периодов в многолетнем ходе ледового режима.

3.Изучение тепловых процессов, происходящих в море, и расчет количества тепла по тепловому балансу. Это наиболее перспектив­

ный путь, но из-за недостаточно надежных долгосрочных прогнозов погоды он до сего времени не получил должного развития.

Основная идея возможности предсказания ледовых явлений на большой срок состоит в использовании преемственности атмосфер­ ных и гидрологических процессов. Наиболее отчетливо в синоптиче­

замечено, что меридиональным процессам в январе— феврале, обу­ словливающим частые вторжения холодного воздуха на Европей­ скую территорию С С С Р (ЕТС), предшествуют меридиональные процессы в октябре—ноябре.

Преемственность известна также и для процессов, обусловли­ вающих теплые зимы на ЕТС.

Для учета типа атмосферной циркуляции над естественным си­ ноптическим районом могут быть использованы как приземные си­ ноптические карты, так и высотные карты барической топографии. Установлено, что теплым и холодным зимам на ЕТС соответствуют определенные высотные барические поля в предшествующие сезоны.

Например, для теплых зим на ЕТС в предзимье характерно на­ личие малоградиентного барического поля или слаборазвитой вы­ сотной ложбины на востоке Европы и слаборазвитого высотного гребня на западе. При такой синоптической ситуации происходит интенсивный вынос теплого воздуха с Атлантического океана на восток.

Хорошо развитые высотная ложбина над восточными районами Европы и высотный гребень над западными районами Европы или примыкающими к ней районами Атлантического океана обусловли­ вают на ЕТС холодную зиму с преобладанием меридионального пе­ реноса в атмосфере.

В восточных районах С С С Р распределение давления зимой в из­ вестной мере зависит от поля давления осенью (в октябре). Для теп­ лых зим характерно позднее развитие центров действия атмосферы, затоки теплого воздуха с Тихого океана. Перед холодными зимами обычно преобладают холодные северные потоки в октябре.

Помимо преемственности процессов, при разработке методов ле­ довых прогнозов используются следующие закономерности:

1) свойство инерции процессов;

180