Вихри на открития океан
Колко трудно е да се направи откритие. Сред най-важните развития в океанологията през последните 20 години е откриването на огромни водовъртежи. Никой не си е представял, че в открития океан може да има грандиозни вихри. Преди това бяха известни само вихри, които се образуват в бързи течения в близост до морските брегове. Известно е също, че по време на приливни течения в крайбрежната ивица могат да възникнат силни вихри. Първият водовъртеж в открито море е регистриран от експедицията на Института по океанология. П. П. Ширшов Академия на науките на СССР.
Учените се ограничиха до заключението: има добре изразени бароклинни смущения на течения с хоризонтален мащаб от около 250 км. Вихрите на открития океан все още не са открити.
И сега можем да кажем с увереност: това беше голям водовъртеж на Индийския океан с диаметър в подводната част (на дълбочина 150 м) около 250 км.
На този обект са използвани хидрометрични скоростомери с директно отпечатване тип БПВ-2 (проектирани от ленинградския специалист Ю. К. Алексеев), наречени просто грамофони. Този път беше приложен нов метод за използването им: в района на изследвания океан около двеста грамофони бяха поставени едновременно в точки, разположени по лъчите на правоъгълен кръст. Подобно разположение на измервателите на скоростта направи възможно покриването на най-широк диапазон от честоти на възможните флуктуации на скоростта на тока. Всеки лъч беше с дължина 100 км. Центърът се намираше на 16°30 с.ш. ш. и 33°30 W д. Във всеки лъч има 4 шамандури с въртящи се плочи и един общ буй в центъра, общо 17 шамандури. На фигурата на стр. 21 показва оформлението на измервателните уреди BPV-2. На кабелите, свързани към всеки буй, бяха поставени 10 въртящи се плочи на дълбочини от 25 до 1500 м. Едновременно с това бяха използвани и автономни регистратори на температурата на водата.
В същото време заднатачаст от друг антициклонен вихър, който се движи пред главния вихър. Вихрушките вървяха почти близо един след друг.
Такива вихри се наричат синоптични. В метеорологията синоптични промени се наричат промени с период от няколко дни до няколко месеца. С откриването на водовъртежи в океана този термин се наложи твърдо в океанологията.
Механизъм за образуване на вихър.Най-интересното е, че океанският вихър се оказа вълна на Росби. До този извод стигна докторът на физико-математическите науки М. Н. Кошляков след задълбочено проучване на резултатите от работата на "Полигон-70".
Фигурата показва диаграма на главния вихър. Буквата L означава дължината на вълната. Изчислението по известната формула на Росби даде стойност за размерите на вихъра, която съвпадаше доста близо с експерименталните данни.
Схема на главния антициклон на Полигон-70. Елипсите са линии на поток в полето на вихровия поток, правите линии са в полето на вълната, L е дължината на вълната, a е разстоянието от центъра на вихъра до струята с максимална скорост, c е транслационната скорост на вихъра, s. - фазова скорост на вълната; x, y са правоъгълни координати.
Днес синоптичните вихри на открития океан се разглеждат от доктора на физико-математическите науки М. Н. Кошляков и други учени като сложен синтез на вълни на Росби и мащабна турбулентност. Всеки вихър е вид комплекс от високо организиран физически процес (вълна на Росби) плюс чисто случаен мащабен турбулентен вихър. Процентът на турбулентните "примеси" може да варира значително от вихър до вихър. Това е една от трудностите при изучаването и прогнозирането на водовъртежи в открития океан.
Вихри от синоптичен мащаб преди бяха известни само в атмосферата. Океанолозите не разпознаха веднага фактаобразуването им в океана. Сега това вече не е под съмнение. Вихрите се образуват поради бароклинната нестабилност на големи течения.
Съобщението на съветските учени за огромни водовъртежи, движещи се в океана, предизвика интереса на океанолозите от цял свят. През 1973 г. американски учени на своя полигон в Саргасово море повториха измервания в разширен мащаб и потвърдиха резултатите на съветските изследователи. Американският експеримент беше наречен "Mode-1".
През 1974 г. на нова тестова площадка близо до Субарктическия фронт в северозападната част на Тихия океан съветски учени, работещи на изследователските кораби "Витяз" и "Дмитрий Менделеев", откриха друг вихър. Той е най-големият, с овална форма, размерът му по голямата ос е около 150 мили (1 морска миля \u003d 1852 км), текущата скорост по периферията му достига 100 cm / s. Вихърът е проникнал на дълбочина до 3000 м.
Вихрите са енергоемки образувания. Те могат да повлияят на промените във времето. В тази връзка е необходимо да се вземе предвид разликата в температурите на водата във вихъра и в околния океан.
За да оценим огромната величина на последната цифра, нека си припомним, че слънчевата константа е равна на 136R W/m 2 . Оказва се, че вихърът е отделял енергия със същата интензивност, която дава радиацията на Слънцето в космоса и която никога не се случва на нивото на повърхността на океана поради поглъщането на радиация в атмосферата.
Отбелязваме, между другото, че в наше време слънчевата константа, една от световните константи, е престанала да бъде постоянна. Както наскоро беше съобщено от група американски изследователи, ръководени от Р. Уилсън, общата интензивност на слънчевата радиация за 1980-1985 г. намалява с 0,1%. Намаляването на слънчевата радиация е настъпило с приблизително 0,019% годишно. Ако процес: намаляване на слънчевата радиацияпродължава със същата скорост, тогава до 1990 г. общото затихване ще бъде 0,2%. В този случай слънчевата "константа" ще бъде равна на 1357,4 W / m 2, т.е. тя ще бъде близка до стойността на изходната мощност от вихъра. Уилсън приписва намаляването на интензивността на радиацията на обичайния единадесетгодишен цикъл на слънчева активност. Това предположение се подкрепя от едновременното намаляване на магнитната активност, наблюдавано от неговата група.
Скритите и чувствителните топлинни потоци (изпарение от водната повърхност на вихъра) играят специална роля в топлообмена на вихрова вода с въздух. Зависи от скоростта на вятъра, специфичната влажност на въздуха в движещия слой и температурната разлика между въздух и вода. При разлика от порядъка на 10–11°C изпарението може да бъде много голямо. Следователно, голям топъл вихър, при определени условия, може да причини много проблеми, допринасяйки за образуването на торнадо (торнадо, урагани). Фактът, че циклоните се задълбочават, когато достигнат топлата повърхност на океана, е добре известен.
Според съветските учени вихърът отдава топлина на атмосферата по-интензивно, отколкото повърхността на ненарушен океан при същите условия. Режимът на топлообмен над вихър също е различен.
Вихрушките също могат да бъдат студени.Приближаването на бреговете на голяма вихрушка може да предизвика рязко застудяване. Особено ако има много водовъртежи, ако вървят един след друг. Например, край източното крайбрежие на Камчатка бяха открити цели вериги от големи студени вихри, температурата на водата в които беше с 5 ° C по-ниска от температурата на околните води. Като цяло въпросът за влиянието на вихрите върху атмосферните процеси все още не е достатъчно проучен. Метеоролозите оценяват подобно въздействие като потенциално значително.
След обработка на фотографски изображения, направени от американския изкуствен спътник на Земята Landsat-2 от височина 915 км, бяха открити вихрис диаметър около 30 км. Една от снимките показва най-малко осем вихрови образувания на повърхността на океана наведнъж, включително три добре развити двойни пръстеновидни вихри.
А през 1985 г. експедицията на Института по океанология. П. П. Ширшова от Академията на науките на СССР регистрира вихри с размер около 50 km в тропическата зона на Атлантическия океан.
Следователно в океаните има вихри с голям диаметър - около 100-300 km, среден - около 50 km и малък - около 30 km. Това типично ли е за всички океани? Или такъв набор е случаен, свързан с недостатъчно голям брой измервания? Или може би има непрекъснат пространствен спектър от вихри с максимуми при индивидуални размери?
Някои учени смятат, че в океаните няма непрекъснат ансамбъл от вихри с всякакви размери. И има три основни вида вихри, чиито размери приблизително съответстват на откритите.
Изследването на океанските вихри е важно не само от гледна точка на взаимодействието на океана и атмосферата, но и за изучаване на процесите на пренос на замърсяване в океаните, въздействието върху биологичната продуктивност и за навигацията. Очевидно ще трябва периодично да се публикуват или предават по радиото синоптични карти на теченията. Точно както се прави с метеорологичните карти. В крайна сметка всеки кораб, който плава в океана, трябва да знае посоката и скоростта на течението, в противен случай навигаторът няма да може да изчисли точно пътя на кораба.
Но периодичното получаване на точни карти на теченията в океана с помощта на настройки на буйове с грамофони не е толкова лесно. Сателитната навигация дойде на помощ на моряците в наши дни. Позицията на кораба в морето се определя с висока точност с помощта на изкуствени земни спътници. За целта на всеки плавателен съд е монтирано специално оборудване. Грешката при определяне на местоположението не надвишава ± 0,1 мили, а в случаянуждата може да бъде допълнително намалена. Създадени са опростени образци на сателитно навигационно оборудване дори за малки кораби.
Сателитите също могат да помогнат за бързото съставяне на точни текущи карти. За да направите това, във водата в изследваната зона на океана се спускат специални шамандури, които се наблюдават от сателита. В режим на свободен дрейф шамандурите проследяват теченията, а сателитът следи промените в позицията им и съобщава координатите на шамандурите в Центъра за обработка, където бързо получават информация за скоростта и посоката на теченията и техните промени в различни зони на Световния океан.
Има и други радиотехнически методи за определяне на местоположението на кораби в морето, които не са свързани със сателити. Някои от тях се характеризират с изключително висока точност на определяне. Например, съветските фазови радиогеодезични системи за извършване на различни морски проучвания дават "обвързване" с грешка от 2-3 до 30 m на разстояния от станции до 200 km през нощта и до 300 km през деня. Позицията на кораба е посочена в условни координати, които лесно могат да бъдат преобразувани в обикновени географски координати, т.е. ширина и дължина. Такова точно определяне на местоположението на плавателния съд е необходимо при провеждане на различни геофизични изследвания на морското дъно. Например при търсене на нефт и други полезни изкопаеми, при сондиране, по време на аварийно-спасителни операции и за други цели.