Файл: Тареев, Б. А. Динамика бароклинных возмущений в океане.pdf

Рис. 34. Распределение вертикаль­ ных составляющих скорости над синусоидальным дном

ленные значения для получения размерных величин долж­ ны быть умножены на w0 = u$^o.

§х и z/H. Как видно из рисунка, при вышеприведенных зна­ чениях параметров, порядок величины вертикальной состав­ ляющей скорости в основной толще океана — 1 см/сек. Это значение намного превышает порядки вертикальных скоро­ стей, обычно встречающиеся при рассмотрении осредненной,

бароклинные волны не дают вклада в результирующий вер­ тикальный водообмен между достаточно удаленными точка­ ми по вертикали ввиду квазипериодического характера дви­ жения. В самом деле, мы здесь имеем типичный случай стационарных внутренних волн, в которых вертикальные колебания изотерм (порядка 10 м), соответствующие сме­ щениям частиц жидкости, не должны вызывать удивления. Хорошо известно, что скорости вертикального движения во внутренних волнах в общем намного больше вертикальных скоростей в средней крупномасштабной океанской циркуля­ ции. Используя данные вычислений, приведенные на рисун­ ке, легко оценить, что в данном случае величина вертикаль-

159

и т. д. Существование таких больших по абсолютной вели­ чине вертикальных скоростей может иметь решающее зна­ чение в формировании упомянутой микронеровности в про­ цессах осадкообразования. Если предположить, что шаро­ образные частицы падают в поле тяжести по закону Стокса, то для скорости их падения получается выражение:

Радиусы илистых частиц, переносимых океанскими тече­ ниями и выпадающих на дно, обычно порядка 10“3— 10~4см,

фиксированного значения, и, наоборот, в других местах, где имеются нисходящие токи, связанные с рассматриваемыми стационарными волнами, процессы осадкообразования мо­ гут быть существенно усилены вертикальной циркуляцией. Более детальные оценки в настоящее время затруднены ввиду крайней недостаточности количества совместных дан­ ных о гранулометрическом составе морских осадков в зави-!

приближений, использованных в настоящей задаче. Если бы мы захотели учесть изменение температуры с глубиной не только в глубинных водах океана, но и в слое главного термоклина, то, разумеется, предположение о независимо­ сти вертикального градиента температуры от глубины пере­ стало бы быть справедливым. Учет реального изменения градиента температуры (и плотности) во всей толще океана, как это сделано в § 3.3 (см. также Тареев, 1963, 1966), при­ водит к существенному усложнению в изменении амплитуд внутренних волн с глубиной и соответствующему усложне­ нию задачи о собственных значениях. Вместе с тем, как уже было указано, ниже слоя главного термоклина, изменение плотности с глубиной очень мало отклоняется от линейного. Поскольку приведенный пример рассчитан для характерной глубины Я = 5 км, почти на порядок большей толщины тер­ моклина, то предположение Щ = const, позволяющее обойти

математические сложности, является удовлетворительным.

160

Линеаризация основных уравнений и граничных условий также является допустимой, коль скоро £/Я<С1. Это тре­ бование также с достаточной точностью выполняется для круга вопросов, которые мы рассматривали. Конечно, если бы рассматривались неровности дна с высотой порядка глубины океана и имеющие значительную горизонтальную протяженность, то следовало4 бы использовать методы ре­ шения нелинейных задач такогорода, разработанных в последние годы в метеорологии. Тогда, чтобы быть после­ довательным, следовало бы, по-видимому, учесть и влия­ ние вращения Земли. Однако для значений параметров, рассматриваемых здесь, линеаризованные уравнения долж­ ны давать достаточно хорошее приближение.

Для численного примера мы выбрали, скорость набе­ гающего течения, равной 10 см/сек, что является весьма большой величиной. В действительности, на больших глу­ бинах, ниже слоя главного термоклина, средняя скорость

ционарных внутренних волн) в 100 раз и уменьшение вер­ тикальных составляющих скоростей в 10 раз. Такая мик­ ронеравномерность с расстоянием, на котором w меняет знак, равным примерно 10—15 м, не окажет существенного влияния на процессы осадкообразования, так как'наличия очень мелких флуктуаций в скоростях падающих частиц будет достаточно, чтобы осадки выпадали практически равномерно.

С другой стороны, наблюдения с помощью поплавков нейтральной плавучести указывают, что, по крайней мере, в некоторых районах океана, на очень больших глубинах существуют сильные течения, для которых оценка 10 см/сек ни в коей мере не является завышенной. На эти же явле­ ния указывают некоторые фотографии морского дна, на которых заметна песчаная рябь, подобная той, которую можно видеть на перекатах быстро текущих рек. Сущест­ вование столь больших скоростей на глубинах, как мы видели, может быть объяснено процессами бароклинной неустойчивости и океанического циклогенеза (гл. II), за­ хватывающими всю толщу океана. Соответственно этому, выбирая невозмущенную скорость горизонтального течения порядка 10 см/сек, мы получаем собственную длину ста­ ционарных внутренних волн, соизмеримую с «длиной вол­ ны» неровностей дна и «длиной волны» периодического изменения мощности осадочных отложений на таких не­ ровностях.

§ 3.5. Эксперименты по измерению колебаний температуры в диапазоне частот внутренних гравитационных волн. Определение параметров измеряющих систем. Описание аппаратуры и методики наблюдений

В ' этом и следующем параграфах бу­ дет дано описание наших экспериментов, методики и не­

кальный характер, не является стандартной и общеприня­ той в океанографических работах, мы дадим сравнительно подробное описание основных параметров и технических характеристик измеряющих комплексов. При изложении материала этих параграфов мы будем следовать в основ­ ном статье (Иванов, Смирнов, Тареев, Филюшкин, 1968).

Экспериментальные исследования колебаний темпера­ туры, проведенные нами в северо-западной части Черного моря в 1966—1967 гг., были посвящены изучению колеба­ ний температуры в диапазоне частот, соответствующих

внутренним гравитационным волнам в слое сезонного тер­ моклина. Поскольку механизм таких колебаний опреде­ ляется, главным образом, вертикальной стратификацией, географический аспект исследований имеет второстепенное значение. Следует заметить, что большое значение внутрен­ них гравитационных волн в формировании энергетического спектра временной изменчивости гидрологических характе­ ристик, было обнаружено сравнительно недавно путем не­ посредственных измерений колебаний температуры малоинерционными приборами (Lafond, 1959; Кокс, 1965; Са­ бинин, 1966).

В связи с этим возникает ряд новых научных и мето­ дических вопросов, а также требований, которые должны

датчиков, пространственно-временными интервалами и дли­ ной ряда и т. д.

Хотя изучение высокочастотных колебаний представ­ ляет большой самостоятельный научный и практический интерес, важно заметить, что даже при изучении низкоча­

162