Виды морских течений и способы их исследования
Течения могут быть разделяемы на группы по различным внешним признакам, например, могут быть течения постоянного и периодического характера. Первые из года в год идут в среднем: по тому же самому направлению, сохраняют в тех же местах свою среднюю скорость и массу; вторые изменяют только что указанные свойства периодически (муссонные течения). Случайные обстоятельства также могут вызывать иногда довольно заметные, но кратковременные, или случайные, течения.
Океанические течения всегда представляют перенос частиц воды из одного места океана в другое, и так как вода отличается очень большой теплоемкостью, то при таком переносе частиц последние очень медленно теряют свое тепло и, кроме того, сохраняют свою соленость. Таким образом, вода течений всегда обладает иными физическими свойствами, нежели та, среди которой идет течение; при этом, если температура воды течения выше таковой же в окружающей воде, то течение называют теплым независимо от числа градусов его температуры. Если же температура воды течения ниже окружающей, то течение будет холодное.
Течение всегда захватывает некоторый слой воды в глубину, но бывают течения совершенно незаметные на поверхности, а существующие только на глубине. Первые называются поверхностными, а вторые — подводными, или глубинными.
Наконец, могут быть течения, идущие близко у дна, тогда их называют придонными.
По своему происхождению течения бывают: дрейфовыми, сточными и компенсационными (восполняющими).
Под именем дрейфовых течений понимаются такие движения поверхностных вод, которые возникли исключительно вследствие трения (тангенциального — объяснение см. теорию Экмана) ветра о водную поверхность. Чисто дрейфовых течений, вероятно, и не существует в океанах, потому что всегда имеются налицо еще и другие причины, возбуждающие движение воды; однако в случаях, когда влияние ветра, как причины возникновения течения, является главнейшим, то такое течение-называют дрейфовым. Далее в описании течений во многих местах сделаны указания на подобные случаи.
Течение называется сточным, когда оно есть последствие накопления воды, вызывающего в свою очередь изменение гидростатического давления в различных местах на тех же самых уровенных поверхностях разных глубин. Накопление воды может произойти от разных причин: и от влияния ветров, и от избытка притока пресных речных вод, или обильного выпадения атмосферных осадков, или таяния льдов. Наконец, на изменение гидростатического давления может влиять и неравномерное распределение (плотности, и, следовательно, точно так же быть причиною возникновения сточного течения.
Под компенсационным течением понимается такое движение воды, которое восполняет убыль воды (т. е. уменьшение гидростатического давления), происшедшую по какой-либо причине в некоторой области океана вследствие оттока воды.
Вертикальные движения, постоянно (происходящие в океане, носят названия или конвекционных движений, или просто поднятий и опусканий воды.
Для исследования течений применяются очень разнообразные способы, они могут быть непосредственными и посредственными. К непосредственным относятся: сличение обсервованного и счислимого мест корабля, определение течений при помощи вертушек, поплавков, бутылок, плавающих остатков судов, потерпевших аварию, плавающих естественных предметов (плавник,, водоросли, льды).
К числу посредственных, или косвенных, способов наблюдений течений относятся: одновременные, наблюдения температуры и солености, наблюдения над распространением пелагического планктона или вообще над распространением морских животных, так как их существование находится в зависимости от физических свойств морской воды.
Большая часть из указанных предметов может быть применена и к изучению подводных течений.
Основной способ исследования поверхностных течений состоит: в сравнении мест корабля, полученных обсервацией, т. е. астрономическими наблюдениями по широте и долготе, с его положениями, последовательной прокладкой курсов корабля на карте и отложением на курсах переплытых расстояний. Навигационные данные: направление курса и скорость корабля находятся под влиянием передвижения того поверхностного слоя воды, среди которого корабль прокладывает себе путь, а потому в них входит по величине и по направлению поверхностное течение. Астрономические же определения места корабля независимы от влияния течения, потому обсервованное место корабля при существовании течения никогда не совпадает со счислимым его местом.
Если бы астрономический и навигационный способы определения места корабля не заключали в себе никаких ошибок, то, соединив на карте оба места корабля, получили бы среднее направление течения за промежуток времени от того места корабля, откуда начали производить прокладку курса, до момента производства астрономических наблюдений. Измерив линию, соединяющую счислимое и обсервованное места корабля, и разделив ее на число часов в вышеуказанном промежутке времени, получим среднюю часовую скорость течения. Обыкновенно «а судах торгового флота астрономические наблюдения производятся раз в сутки, причем (предшествовавшее обсервованное место служит исходным для счисления следующих суток; тогда полученное течение по направлению и по скорости будет средним за предшествовавшие 24 часа.
В действительности оба указанных способа определения места корабля имеют свои ошибки, которые полностью и входят в величину определяемого течения. Ошибка астрономического места корабля в настоящее время оценивается в 3′ меридиана, или 3 морские мили (5,6 км); ошибка же в счислимом месте всегда больше. Таким образом, если полученное за сутки течение представляет всего около 5—6 морских миль (9—11 км), то эта величина не может быть приписана течению, потому что она находится в пределах ошибок определений мест корабля, и такие случаи при обработке наблюдений над течениями считаются за случаи, когда течения не было вовсе.
Карты океанических течений основаны на десятках тысяч наблюдений такого рода, и для большей части квадратов’ имеются сотни случаев судовых наблюдений течений, а потому случайные причины неточностей определений течений, а также и случайные направления и скорости течений остаются без влияния на средние выводы.
Во всяком случае, картографическая обработка течений на основании судовых наблюдений их гораздо труднее и сложнее, нежели такая же обработка других элементов: температуры, солености и т. п.
Главнейшие причины ошибок в определениях мест корабля в открытом океане состоят в следующем.
В астрономическом способе главные источники ошибок заключаются в часто бывающей неясности естественного (видимого) горизонта, над которым берется высота светила, и неточном знании земной рефракции, которая при неясном горизонте не может быть найдена из наблюдений, и наконец в недостаточном исследовании секстанта. Затем»‘хронометры, несмотря на все их усовершенствования, вследствие накопления ошибки в суточном ходе, на изменение которого влияет и качка на волнении и сотрясения от ударов волн и на паровых судах сотрясения от машины, всегда дают время от исходного меридиана не точно, что входит целиком в ошибку долготы.
В навигационном способе главнейшие ошибки происходят от следующих причин: корабль никогда не идет точно по предполагаемому курсу, потому что рулевой всегда немного виляет; корабль по разным причинам (волнение, ветер, неравномерность в ходе) сходит с линии курса, а рулевой старается приводить его на курс. В компасе корабля хотя и исключено влияние судового железа — девиации, но тем не менее некоторая величина девиации компаса всегда остается, следовательно, курс, по которому идут, в действительности иной, чем предполагаемый. Переплытое расстояние в настоящее время определяется гораздо лучше, нежели раньше, благодаря разным механическим лагам, дающим прямо переплытое расстояние, а не скорость корабля для разных моментов. Но все-таки и при таком способе в определении переплытого расстояния есть ошибки.
Так как в море широты определяются точнее долгот, то вследствие этого все вообще судовые определения течений преувеличивают величину той составляющей течений, которая направлена к востоку или к западу.
Все эти источники ошибок в определениях мест корабля в море на судах военных флотов оказывают наименьшее влияние на точность мест корабля; на судах больших пароходных компаний, содержащих почтовые рейсы, ошибки уже несколько больше, а на обыкновенных грузовых судах эти ошибки достигают наибольшего размера. Между тем по числу наблюдений последний род судов во много раз превосходит первые два.
Все сказанное выше относилось к наиболее часто бывающему случаю определения течения в открытом океане; в виду же берегов тот же самый способ сличения обсервованного и счислимого мест корабля, сохраняя свое значение, становится несравненно точнее, потому что вместо астрономического способа определения обсервованного места пользуются приемом определения его по наблюдениям береговых предметов, положение коих имеется на карте. Тогда обсервованное место корабля не зависит от ошибок хронометра и секстанта, неточности рефракции и т. п. причин. Но этот прием пригоден только для определения прибрежных течений.
Источник
Наблюдение глубоководных течений
Наблюдение глубоководных течений
| Для наблюдения глубоководных и вообще подводных течений непосредственно, корабль должен или стоять на якоре или на драге. На небольших глубинах (до 500 м) измерения производятся со шлюпки, установленной на двух якорях, с носу и с кормы. В сущности, только в этом случае и можно быть уверенным в неподвижности наблюдателя, что существенно необходимо для точности наблюдений. На судне при довольно сильном течении можно на умеренных глубинах стоять хорошо на якоре. В океане были случаи, что удавалось стоять на драге или рыболовном трале на глубинах до 1000 м; конечно, в этих случаях якорным канатом служит не якорная цепь, а стальной трос. В открытом океане на больших глубинах возможно еще становиться на плавучий якорь соответственных судну размеров, опущенный на глубину не менее 1000 м, где можно надеяться, что воды, если и имеют движение, то очень медленное. Тогда можно в верхних слоях наблюдать течения на разных глубинах, результаты наблюдений будут давать относительные течения поверхностных слоев. Во всяком случае, подобные измерения ‘посреди открытого океана на больших глубинах находятся еще в периоде попыток, и пока единственным приемом для определения поверхностных течений остается сравнение обсервованного и счислимого мест корабля, а для глубинных течений — косвенные способы, о которых говорится далее. В океане существуют банки, на которых глубины около 1000—2000 м, в этих местах возможно и теперь производить ‘непосредственные измерения течений на глубинах с судна, стоящего на якоре; но таких банок немного, и наблюдения на них, конечно, не могут быть отнесены к таким же глубинам океана вне области банки. Стать на якорь на проволочном тросе возможно и на глубине 4000—5000 м (но судно все-таки не будет неподвижно, при такой длине якорного каната оно будет то приходить на канат, то отходить и при этом еще двигаться из стороны в сторону; последнее движение корабля можно наблюдать по компасу, а для первого, вдоль каната, пока не существует способа определения. Конечно, период таких колебаний корабля очень большой и движение его медленное, а время, необходимое для измерения течения прибором, всего около 10 мин., и если наблюдаемое течение имеет значительную скорость, то движение корабля на якорном канате внесет только небольшую ошибку. Приборы, употребляемые для измерения течений на глубинах, бывают двух родов: поплавки Митчеля или вертушки разного рода. Выше были описаны и поплавки и одна только вертушка системы Экмана. Когда для наблюдения глубинных течений употребляют поплавки Митчеля, то их раздвигают настолько, чтобы нижний из них находился на той глубине, где желают определять течение. Оба поплавка обладают одинаковой поверхностью и объемом, и потому их система под влиянием поверхностного и глубинного течений двигается по равнодействующей обоих. Одновременно другой парой поплавков, но подвешенных один сейчас же под другим, наблюдают поверхностное течение. Таким образом, в параллелограмме сил определяют равнодействующую и одну из составляющих, вторую же составляющую вычисляют, она соответствует по направлению и скорости нижнему течению. Этот способ дает достаточно хорошие результаты даже для довольно значительных глубин в несколько сот метров. Для определения глубинных течений широко пользуются косвенным приемом, наблюдая распределение температуры, солености и плотности, а также и содержания газов в воде. Зная все эти четыре величины для многих вертикальных рядов наблюдений в океанах, на их основании строят гидрологические разрезы, где наносятся или по отдельности температура, соленость, плотность, или две первые величины вместе, или все три величины одновременно, а для кислорода или его недостачи строятся отдельные разрезы. По этим разрезам возможно судить о движении глубоких слоев в океане. Для того чтобы гидрологические разрезы давали более обстоятельные сведения, необходимо, чтобы они были построены по одновременным наблюдениям, одинаково произведенным и обработанным, и чтобы станции были тем чаще, чем условия распределения глубинных слоев сложнее. Источник Космические исследования океанаТема 1. Исследования Мирового океана средствами дистанционного зондирования Основные проблемы и методы аэрокосмического изучения океана Слабо изучена, пока на уровне гипотетических построений динамика водных масс всей толщи океана. Остается нерешённым и ряд важнейших практических проблем: безопасности мореплавания и судоходства, прогноза погоды, контроля загрязнения окружающей среды и зон повышенной продуктивности. Для судоводителей, рыбаков, работников портов, прогнозистов-океанологов особую ценность представляют научные сведения о таких слабо изученных явлениях как сейши, сулой, «мёртвая вода», апвеллинг, меандрирование течений, фронтальные зоны, свечение моря… Сама постановка таких задач предусматривает различные масштабы охвата океана, включая глобальный, и высокую периодичность обновления информации. Однако традиционные методы исследования океана с использованием научно-исследовательских судов и автономных буёв предоставить этого не могут, что связано, прежде всего, с невозможностью охватить постоянными измерениями акваторию всего океана и даже малых его частей. Используя традиционные методы исследования, океанологи не могли иметь полной картины пространственно-временной изменчивости океана. Необходимость дистанционного зондирования Всё это привело к понимаю того, что к исследованию процессов, протекающих в океане, должны быть привлечены принципиально новые средства и методы наблюдения, из которых наиболее перспективным оказалось дистанционное зондирование с борта космических аппаратов. На смену стали приходить сначала наблюдения с самолётов, а затем – из космоса. А к 70-80-м годам прошлого века сформировалось целое научное направление – дистанционное зондирование океана. С 1970 г. стали доступны инфракрасные снимки океана со спутников NOAA с пространственным и термическим разрешением, достаточным для качественного оценивания горизонтального переноса в приповерхностном слое океана и визуализации динамических структур, проявляющихся в поле температуры поверхности воды. Первые радиолокационные изображения океана из космоса были получены радиолокатором с синтезированной апертурой SAR во время полёта американского спутника Seasat в 1978 г., открыв возможность изучения волнения. В настоящее время дистанционное зондирование океана – одно из быстро развивающихся направлений исследований Земли. Со времён глубокой древности известно, что на поверхности океана проявляются самые разнообразные гидрофизические и гидробиологические процессы, происходящие как внутри океана, так и на его поверхности при взаимодействии с атмосферой. Основной особенностью, отличающей дистанционные методы исследования океана от традиционных (контактных), является непрямой характер наблюдения физических процессов и измерения их параметров. Приборы, установленные на спутниках, регистрируют активный (отраженный) или пассивный (собственное излучение) сигнал в различных областях электромагнитного спектра, который необходимо преобразовать в интересующую океанологов физическую величину. Дистанционное зондирование в видимом диапазоне основано на наблюдении яркости рассеянного и отражённого океаном солнечного света. Такую съёмку ведут с помощью оптических камер и сканеров: из российских – это многозональные сканеры МСУ-М, МСУ-СК и МСУ-Э на спутниках « Ресурс-О » и « Метеор » , « Океан » ; из зарубежных – сканеры спутников NOAA , Landsat , Spot , IRS и многих других, а также специально созданные для изучения цвета океана системы CZCS ( Coastal Zone Color Scaner ) спутников Nimbus и SeaWiFS ( Sea viewing Wide Field Sensor – сканер цвета моря) спутника SeaStar . Зондирование в тепловом инфракрасном диапазоне для определения температуры поверхности океана основано на измерении собственного теплового излучения поверхности океана. Наиболее известен сканирующий радиометр AVHRR ( Advanced Very High Resolution Radiometer ) на спутниках серии NOAA – его данные получили повсеместное признание и используются во всем мире; другой известный аналог – радиометр серии ATSR ( Along Track Scanning Radiometer ) на европейских спутниках ERS и Envisat . Пассивное зондирование в микроволновом радиодиапазоне, который в отечественной литературе называют СВЧ-диапазоном, основано на регистрации собственного СВЧ и радиотеплового излучения океана (системы океан-атмосфера); активное (радиолокация) зондирование – на излучении со спутника и приёме отраженного/рассеянного морской поверхностью радиосигнала. Среди данных пассивных СВЧ-радиометров накоплены значительные массивы данных радиометров SSMR спутников Nimbus и SSM / I , спутников DMSP . С помощью пассивных радиометров можно получить информацию о температуре поверхности океана, сплоченности и толщине морских льдов и даже солёности, а также влагозапасе облаков, интенсивности осадков, скорости ветра. Основным средством активного зондирования стали радиолокаторы бокового обзора с реальной антенной (РЛСБО) и антенной с синтезированной апертурой (РСА или SAR ). Наибольший вклад в исследование океана внесли SAR на спутниках Seasat , ERS -1, ERS -2, Radarsat и Envisat , среди российских – РЛСБО на спутниках серии «Океан» и РСА на спутнике «Алмаз». На принципе активной локации работают также радиоальтиметры (для измерения уровня океана и высоты волн) спутников Topex / Poseidon , Jason и др., и скаттерометры (для измерения поля приповерхностного ветра) NSCAT , QuikScat и др. Большинство перечисленных датчиков позволяют вести глобальный мониторинг Мирового океана и их данные доступны через Интернет практически в реальном времени. Работоспособность датчиков оптического диапазона (видимого и теплового инфракрасного) в значительной степени ограничена погодными условиями (в первую очередь наличием облачности), состоянием атмосферы и освещённостью. Датчики радиодиапазона SAR , РЛСБО, СВЧ-радиометры, альтиметры и скаттерометры могут работать независимо от облачности и освещённости. В настоящее время исследования океана радиолокационными методами являются одним из активно развивающихся направлений спутниковой океанографии. Поля и явления Мирового океана, исследуемые дистанционными методами Источник |