авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |

«М. Г. Г лаголева JL И. С криптунова П Р О Г Н О З ТЕМ ПЕРАТУРЫ ВОДЫ ...»

-- [ Страница 3 ] --

Коэффициенты А{ могут быть рассчитаны по заданным величи­ нам t, Z (+А^) й. По данным наблюдений в северной части Ат­ лантического океана и Баренцевом море были найдены зависимо­ сти вида A ‘ = f(J, 2(+^) ^о) Для первых коэффициентов ряда зависимости получились надеж­ ными и физически понятными. Например, коэффициент Л1( харак­ теризующий градиент температуры в слое толщиной D, выра­ жается через разность to — to и величину 23 (+ А 0 - Аналогичные связи обнаружены для коэффициентов А 2 и Аз. Для коэффициен­ тов же более высокого порядка зависимости получились в извест­ ной мере формальными. Поэтому более надежным оказался метод, основанный на учете экспоненциального закона распростране­ ния потока тепла в море.

Температура воды на каждом горизонте определяется двумя потоками тепла, один из которых* направлен сверху вниз, а дру­ гой— снизу вверх. Распределение температуры воды с глубиной ^ можно выразить формулой '...............

tk - 1 j- U,e~b (А" 1}" - M De~d (D~ h)"\ (32) где / — средняя температура рассматриваемого слоя;

At\-— откло­ нение температуры воды на поверхности от средней температуры слоя;

Дtn — отклонение температуры воды на нижней границе рассматриваемого слоя от средней температуры слоя;

Ь, й, п, т — величины, зависящие от факторов, определяющих особенности рас­ пространения тепла;

h — вертикальная координата, отсчитываемая сверху вниз (поверхностный горизонт обозначен единицей). Ве­ личины п и пг определяются по специально построенной номо­ (+ A /)/A /i и AtD/Ati. Способ грамме с входными параметрами построения номограммы описан в работе [35].

О-щ-исанная расчетная схема, как и большинство других расчет­ ных схем, применима для двухслойной среды. При более сложном распределении температуры воды, когда понижение температуры воды с глубиной сменяется повышением, расчет ведется для от­ дельных слоев. Например, для района Новошотландского шельфа распределение температуры воды рассчитывается, для слоев 0— 100 и 100—200 м. В качестве исходных,данных для расчета при­ нимаются значения температуры на нижней и верхней границах рассматриваемых слоев (to, tm, Uoo), !характеристика теплосодер­ № ) ] и средняя жания верхней части каждого слоя Е П Д ^).

температура слоев (Ц и t2). Температура воды на горизонте 100 м принималась в качестве граничного условия для двух слоев 0— 100 и 100-—200 м, поэтому разрыва в рассчитанных значениях на границе не получается. Расчеты, проведенные для Баренцева моря, Атлантического и Тихого океанов, показали хорошее совпа­ дение с фактическими значениями.

этап. Прогноз параметров t0, tD, i ( + At), t. Чтобы перейти II от расчета распределения температуры воды по вертикали к прог­ нозу, необходимо найти способ прогноза параметров to, tn, 2] (At) и t. При прогнозе этих характеристик учитывается влия­ ние потоков тепла через поверхность океана и адвекции тепла те­ чениями. Поскольку потоки тепла через поверхность океана мо­ жно определить более надежно, чем адвекцию, то расчет целе­ сообразно начать с выделения той части изменений температуры воды, которая обусловлена именно этими составляющими тепло­ вого баланса. Для того чтобы рассчитать изменения средней температуры слоя толщиной D, обусловленные потоками тепла через поверхность моря Q. достаточно определить отношение ZQ —— (здесь с — теплоемкость морской воды, р — плотность).

— cpD 6 Зак. № Аналогичным образом изменения величины 2 (+Д*) 33 счет п°. ZQ токов тепла определяются как д — (Дh — расстояние между соседними горизонтами).

После определения изменений величин t и 2 ( + А/) за счет влияния 2 Q выделяют изменения, которые обусловливаются ди­ намическими факторами и могут быть определены в зависимости от характеристик поля атмосферного давления [4дв и Z (-ЬЛ^адв)]:

cij~Ah~ ' ^адв— ^факт~ С 2 ^адв= 2 ^факт р) Что касается прогноза величины то при краткосрочных прог­ нозах можно не учитывать влияние потоков тепла через поверх­ ность на ее изменения (при достаточно большом значении D — порядка 100—200 м).

В разделе 3.4 было сказано о возможности учета влияния ад­ векции по заданному полю атмосферного давления. Если поле ат­ мосферного давления представлено в виде ряда, то задача прог­ ноза сводится к отысканию уравнения вида ^адв== k\ A.§ Q-\-k%A.\o-\-—.... -\-knA tj, j— )==АА|0+^2-А10 + 4Л )1+ • • • JT^nAij, 2 (+ ^ а д в tri'\Aoa-\-m'2;

Aw-\-mzAQ\-\-... -j- т пА ^. (33) Здесь А ц — коэффициенты ряда;

k, I, m — коэффициенты ре­ грессии.

При разработке метода прогноза важным вопросом является определение заблаговременности прогноза. Передача энергии ат­ мосферной циркуляции водной среде происходит не мгновенно.

Среднее время х, необходимое для приспособления поля темпера­ туры воды к изменениям атмосферной циркуляции, может рас­ сматриваться как заблаговременность прогноза температуры воды по фактическим метеорологическим условиям. Для определения времени % используется корреляционный анализ. Взаимные корре­ ляционные функции позволяют установить тот оптимальный сдвиг во;

времени, при котором связи окажутся наиболее тесными. Ис­ следования, проведенные для районов открытого океана, показали, что средняя;

заблаговременность прогноза температуры воды по заданной барической обстановке равна 36 ч.

Следует иметь в виду,, что таким способом можно определить некоторое среднее значение заблаговременности. В действитель­ ности х представляет собой переменную величину, меняющуюся в зависимости от интенсивности процессов в атмосфере, началь­ ного распределения, температуры воды и т. д. Например, К И. Смирнова [107] показала, что, чем больше градиенты темпе­ ратуры воды, тем меньше затрачивается времени на перестройку поля температуры при прочих равных условиях (рис. 32 ). Провер­ кой реальности полученного значения т служат установленные сдвиги во времени между изменениями в поле атмосферного дав-, ления и скоростью течений (ti = 24 ч) и скоростью течения и из­ менениями температуры воды (т г = 124-18 ч). Таким образом, величина Т=Т1+Т2 в среднем может быть принята равной 36—42 ч.

Для увеличения заблаговременности прогноза можно использовать не фактические поля атмосферного давления, а прогностические.

В этом случае заблаговременность прогноза температуры воды увеличится на значение забла т говременности поля атмосфер Рис. 32. Зависимость т от гра­ JSr ного давления. диента температуры [107].

1 Для расчета температуры воды поверхностного слоя не­ обходимо учитывать как ло­ кальные изменения за счет по­ токов тепла через поверхность моря и перемешивания, так и адвективные. Формула для локальных изменений температуры, полученная О. И. Шереметевской [126], имеет вид *Q0 - S -° дt - ср 0.5А.

где Q®— поглощенная солнеч­ 0,4 0,8 0,12 0,16 0,20 0,24 Ц »

ная радиация;

2 ] (—Q) — по­ тери тепла за счет испарения турбулентного теплообмена и эффективного излучения;

Я—длина волны;

к — коэффициент, позволяющий учитывать, какая часть энергии поглощается в слое 2 м.

Адвективные изменения температуры поверхностного слоя учи­ тываются косвенным образом по полю атмосферного давления.

Общие изменения температуры в зависимости от потоков тепла через поверхность моря и адвекции тепла течениями рассчиты­ ваются по формуле kQ, ср (34) 0,5?, Уравнения (33), (34) дают возможность получить прогноз U, d t, 2 (+Д) с заблаговременностью 36 ч. По прогнозируемым значениям этих характеристик по формуле (32) восстанавли­ ваются значения температуры воды на каждом горизонте, т. е.

дается прогноз распределения температуры воды по вертикали.

Важным вопросом при прогнозировании температуры воды по 6* заданным значениям потока тепла: и атмосферной циркуляции яв­ ляется учет начальных условий и введение поправки на влияние приливов.

Свободный член в уравнениях для прогноза t, ^ (+А^), U, tD, полученных по материалам наблюдений за определенный период времени, соответствует средним температурным условиям именно этого периода. При использовании уравнений для любых условий необходимо вводить начальные условия. Введение начальных ус­ ловий всегда связано с дополнительной гидрометерологической информацией, поэтому при краткосрочных прогнозах важно уста­ новить, через какой наибольший промежуток времени необходимо вводить начальные условия, чтобы ^корректировать прогноз. На 10-летнем ряде наблюдений судна погоды «М» было показано [101], что при введении начальных условий каждые две недели (шаг равен 4 2 ч) обеспеченность прогнозов составляет 8 2 %.

Все приведенные выше рассуждения и расчеты относятся к не­ периодическим изменениям температуры воды, обусловленным не­ периодическими течениями, вызванными атмосферной циркуля­ цией. Чтобы выделить непериодические Изменения температуры воды, необходимо предварительно исключить влияние приливов.

Исключение производится одним из способов, разработанных в теории приливов, или с помощью скользящего осреднения;

Спо­ соб скользящего осреднения заключается в том, что по данным 8 — 2 4 наблюдений в сутки (в зависимости от дискретности, с ко­ торой проводились наблюдения) находится среднее суточное зна­ чение температуры и относится к середине периода осреднения.

Таким образом исключается влияние полусуточного и суточного приливов. Но при этом получается среднее суточное значение тем­ пературы, и, чтобы прогнозировать её на любой час, необходимо ввести поправку на приливы. ';

Для исследования влияния приливов необходимы продолжи­ тельные наблюдения над температурой воды в пунктах с постоян­ ными координатами. Наблюдения на многосуточных станциях и судах погоды в некоторой степени отвечают этим требованиям.

По данным наблюдений на судне погоды «М» в Норвежском море в Гидрометцентре СССР были определены поправки на при­ ливы [101].

Выявление приливных колебаний температуры воды ослож­ няется тем, что в качестве показателя влияния приливов прини­ маются сами значения температуры, несмотря на то что заранее известно, что они подвержены влиянию других причин (потоков тепла через поверхность, перемешивания и др.). Известно также, что изменения температуры воды в условиях переслоенного моря зависят не только от скоростей течений, но и от градиентов темпе­ ратуры воды. Поэтому, строго говоря, характеристики приливных колебаний необходимо определять для каждого типа стратифика­ ции. В районе судна погоды «М» в летний период характер рас­ пределения температуры воды по вертикали отличается большим разнообразием. Малым числом типов охарактеризовать все случаи нельзя, а большое число типов затруднило бы использование по­ лученных результатов на практике. В качестве первого прибли­ жения была сделана попытка найти среднее значение приливных изменений температуры воды на горизонтах 0, 10, 25, 50, 75, 100, 150 м [101]. Данные наблюдений судна погоды «М», имеются лишь один раз в двое суток, и применить методы выделения при­ ливов, основанные на использовании нескольких наблюдений в сутки, не представляется возможным. Поэтому целесообразно использовать метод, который позволяет довольно просто опреде­ лять приливные характеристики.

А. И. Дуванин показал [43], что изменения приливных явлений во времени можно с достаточной точностью определять по двум параметрам — времени верхней куль­ минации Луны и горизонтальному па- *«и °с раллаксу Луны. Причем главную роль играет время верхней кульминации Луны, так как оно является общей ха­ рактеристикой пяти факторов, от ко­ торых в основном зависят приливы:

склонение Луны и Солнца, часовые углы Луны и Солнца, расстояние от центра Земли до центра Солнца. При выявлении приливных колебаний III I l J _I I_L_J_L температуры воды в районе судна по­ -12 - -4 S t -т ч годы «М» применен следующий прием. Рис. 33. Примеры изменения Строились графики, по горизонталь­ температуры воды на гори­ ной оси которых откладывались значе­ зонте 150 м в зависимости от параметра t — т.

ния разности между временем верх­ ней кульминации Луны (т) и. време­ нем наблюдений над температурой воды (t), а по вертикальной — значения температуры. На графиках, построенных для каждого горизонта и каждого летнего месяца, получились довольно отчет­ ливо выраженные кривые с двумя экстремумами, т. е. обнаружен полусуточный характер прилива. Влияние приливов проявляется начиная с 25-метрового горизонта. В верхнем 10-метровом слое прослеживается лишь сезонный ход, т. е. повышение от начала к концу месяца. На горизонте 25 м на это систематическое повы­ шение температуры накладываются колебания, обусловленные приливами;

на горизонтах 50— 150 м приливные изменения выра­ жены более отчетливо. Сравнение графиков показало, что период кривых, положение экстремумов относительно значения t — т в основном остается постоянным, меняется главным образом амп­ литуда. На рис. 33 в качестве примера показаны кривые для го­ ризонта 150 м. Для определения средней поправки на изменения температуры воды на каждом горизонте за счет приливов были отобраны случаи с наиболее четко выраженной периодичностью кривых. Затем на каждый час величины t — т вычислялись сред­ ние значения температуры воды на каждом горизонте, наносились на график и по ним проводились кривые. С этих кривых снимались значения поправки на приливы в виде отклонения от среднего значения (табл. 4).

Таблица Поправки на приливы (°С) t —x ч И м -1 -1 3 -1 2 -9 - -И -7 - - 0,1 7 0, 25 - 0,3 5 0,03 0,25 0,40 0, 0, 50 0,39 0, - 0,2 6 0 0,44 0,34 0, - 0,3 4 - 0,1 75 - 0,4 4 0,34 0,40 0,42 0, 0, - 0,3 2 0, 100 - 0,4 7 - 0,4 2 0, 0 0,58 0, 150 - 0,4 5 - 0,1 0 0,35 0,60 0,65 0, - 0,6 0 0, 4 t~-c ч Им -1 - -3 — 1 “ 25 - 0,0 5 - 0,5 7 - 0,6 1 - 0,5 2 0, 0,22 - 0,3 - 0,3 50 0,04 —0,36 - 0,4 6 - 0,5 1 0, - 0,4 6 - 0,3 1 - 0,0 75 - 0,4 1 0, 0,31 - 0,1 7 - 0,3 6 - 0,3 7 - 0,0 - 0,3 100 0,48 - 0,2 2 - 0,4 2 - 0,4 7 - 0,4 7 - 0,0 - 0,3 7 0, 150 0 - 0,6 - 0,6 0 - 0,6 0 - 0,5 0 - 0,1 0 0,40 0, t —т ч Ям 3 4 8 0. 25 0,58 0,09 0,51 - 0,2 1 - 0,2 0,13 - 0,3 0, 50 0,34 0,34 0.34 0,24 - 0,1 6 - 0,4 6 - 0,5 75 0,41 0,43 0,45 0,36 0,07 - 0,2 7 - 0,4 - 0,3 100 0,48 0,53 0,53 - 0,2 7 —0,42 —0, 0,48 0, 150 - 0,4 0,60 0,60 - 0,5 0,60 0,40 0,05 - 0,5 Наибольшее значение средней поправки получилось на гори­ зонте 150 м, т. е. там, где наблюдается наибольшая изменчивость температуры. Полученные значения поправок имеют тот же по­ рядок, что и фактические изменения температуры воды. Например, на горизонте 150 м амплитуда изменений температуры за счет прилива составляет 1,25°С, и такое же значение отмечается в 77% случаев фактических изменений в течение 2 суток.

3.6. Промысловые прогнозы, основанные на прогнозах температуры воды Методы прогнозов температуры воды, которые были рассмот­ рены в предыдущих разделах, разрабатывались для обслуживания различных отраслей хозяйственной деятельности человека, в том числе и рыбного хозяйства. Однако целесообразно отдельно рас­ смотреть методы, посвященные непосредственно прогнозу промыс­ ловых показателей или гидрологических характеристик, Связанных с ними. Причем и те, и другие прямо или косвенно основываются на прогнозе или анализе температуры воды.

Трудность разработки методов гидрологических прогнозов, ко­ торые могут служить основой промысловых, состоит в том, что про­ мысловые концентрации рыб часто встречаются в районах, отли­ чающихся сложными гидрологическими условиями: фронтальных зонах, областях интенсивного подъема глубинных вод и т. д.

Гидрометеорологические прогнозы важны для рыбного про­ мысла как с точки зрения предсказания поведения рыб в зависимо­ сти от окружающей среды, так и с точки зрения учета влияния гидрометеорологических условий на проведение промысловых опе­ раций.

Влияние температуры на поведение рыб на различных стадиях их развития чрезвычайно сложно. Здесь мы не имеем возможности останавливаться на этом вопросе.

Рассмотрим методы краткосрочных прогнозов температуры воды, которые необходимы прежде всего для определения районов с промысловыми концентрациями рыб.

Следует отметить, что прогнозами температуры воды поль­ зуются как основой промыслового прогноза не только в тех случаях, когда температура воды является определяющим фактором в изме­ нении поведения и распределения рыб. Иногда изменения темпера­ туры лишь сопутствуют изменению главных факторов (солености, морских течений и т. д.), но благодаря тому, что наблюдения над температурой ведутся более регулярно, ее чаще используют в про­ мысловых прогнозах.

Довольно подробно о морских прогнозах в применении к зада­ чам рыбного промысла написано в книге Левасту и Хела [77]. Для успешных промысловых прогнозов необходимы прогнозы трехмер­ ного температурного поля. Эти данные могут быть использованы для выявления областей с оптимальными температурными усло­ виями существования рыб. Очень важен прогноз слоя скачка, так как именно на этих горизонтах наблюдаются концентрации неко­ торых рыб. Одни из них встречаются над слоем скачка, другие — в слое скачка. Поэтому прогноз положения слоя скачка может быть использован для организации промысловых операций. Например, от этого зависит выбор глубины, на которой должны быть установ­ лены орудия лова, и т. д.

Ведение рыбного промысла в открытом океане связано с приме­ нением гидроакустических средств. Для этого также необходим прогноз термической структуры океана. Особую важность здесь приобретают прогнозы реальных вертикальных профилей темпера­ туры, а не осредненных характеристик.

Разумеется, температура — не единственная характеристика гидрологических условий. Соленость морских вод, течения, волне­ ние, колебания уровня моря также оказывают влияние на жизнь рыб, на образование промысловых концентраций. Поэтому промыс­ ловые прогнозы, основанные только на учете температуры воды, будут надежными лишь в тех случаях, когда температура воды яв­ ляется главным фактором или хорошо связана с главными факто­ рами, обусловливающими условия обитания рыб.

По данным вертикального распределения температуры воды можно судить о положении границ водных масс и областей выхода глубинных вод, где наблюдаются концентрации некоторых рыб.

Метод прогноза границ водных масс в районах Новошотланд­ ского шельфа и северо-западного шельфа Африки был разработан В. Н. Яковлевым, В. А. Брянцевым и А. Ф. Федосеевым [22,23,131].

В шельфовых районах границы между водными массами с раз­ личными свойствами характеризуются большими градиентами тем­ пературы воды и повышенным содержанием биомассы. Вблизи этих граничных зон образуются скопления промысловых рыб, и прогноз смещения границ водных масс может быть основой промыслового прогноза.

В районе Новошотландского шельфа и банки Джорджес разли­ чаются три водные массы, расположенные друг над другом: местные прибрежные воды, промежуточная водная масса, которую форми­ руют воды Лабрадорского течения, и донная водная масса, образо­ ванная водами Гольфстрима [21]. Прибрежная водная масса, на которую оказывает влияние материковый сток, имеет наименьшую соленость — 30,0—32,5% Температура ее меняется от 0—3°С зимой о.

до 16—18°С летом. Она занимает поверхностный слой, толщина ко­ торого в среднем составляет 50 м. Промежуточная водная масса образована водами холодного Лабрадорского течения и обнаружи­ вается по минимуму температуры воды (от 1 до 8°С). Нижняя ее граница лежит на глубине 90— 150 м. Третью водную массу обра­ зуют воды Гольфстрима. Эти воды находятся за пределами шельфа, по глубоководным впадинам они проникают на шельф и образуют водную массу, которая характеризуется относительно высокими значениями солености (33,5—35%о) и температуры (3— 12°С). Вод­ ные массы подвержены трансформации, поэтому определить гра­ ницы между ними — задача довольно сложная. Достаточно отчет­ ливо границы водных масс прослеживаются летом. Зимой граница между прибрежной и лабрадорской массами практически исчезает и образуется один поверхностный слой с низкими температурами.

Со временем положение и объем водных масс не остаются посто­ янными, меняется их горизонтальная и вертикальная протяжен­ ность. Причины, вызывающие эти изменения, различны: сезонный ход гидрометеорологических элементов;

атмосферная циркуляция;

изменения мощности течений как долговременные, так и кратковре­ менные;

приливные явления.

Поскольку соленость более консервативная характеристика, чем температура, то можно было бы в качестве характеристики поло­ жения границ между водными массами выбрать определенные изо­ галины. Однако температура более удобна для систематических наблюдений, поэтому границы целесообразно представить в виде определенных изотерм. Для исследования колебаний границ вод­ ных масс на Новошотландском шельфе АтлантНИРО провел 4 мно­ госуточные станции (рис. 34). Ежечасные наблюдения на этих стан­ циях (« 300) и послужили основой для разработки метода крат­ косрочного прогноза границ водных масс: между прибрежной и промежуточной (Н а) и промежуточной и донной (#&). Границы водных масс подвержены как пери­ одическим, так и непериодическим колебаниям. С целью выявления периодических колебаний кривые хода величин На и Н ь подвергались периодограмманализу. Для этого ис­ пользовался' метод Шустера. Были выявлены периоды продолжительно­ стью от 4 до 30 ч. Наиболее отчет­ ливо прослеживается 12-часовой пе­ риод, соответствующий полусуточ- Рис. 34. Положение многосу ному приливу. С помощью метода точных станций [23].

Дарвина были рассчитаны гармо­ нические постоянные и предвычислены приливные колебания ве­ личин На и Нь. На рис. 35 представлен ход наблюденных вели­ чин Н а и Н ь и вычисленных по четырем основным гармоникам М2, Sz, К, Qi. Совпадение фактических и вычисленных значений полу­ чено достаточно удовлетворительное. Практическое использование ------------- На ------------ ВО г 120 - /Г /? * \\ 160 j / 1 ! 1 I I I I I I i I I 200 i i I I 0 12 0 0 12 16 VII 17 VII 18 VI! 1965г.

Нъ 80 160 I I I I I I ! I I I I I I I I 200 1 12 12 0 0 2311 24 И 251! 1966г.

Рис. 35. Фактические (/) и вычисленные (2) значения Н а и Нь на двух много­ суточных станциях [23].

подобного рода графиков несколько затруднено тем, что средний уровень может меняться.

Кратковременные непериодические изменения положения гра­ ниц водных масс вызваны адвекцией, и для их прогноза необхо­ димы сведения об изменчивости течений. Из-за отсутствия таких сведений в качестве определяющих факторов взяты характери­ стики атмосферной циркуляции. Поле атмосферного давления в районе 55—35° с. ш., 80—60° з. д. представлялось рядами по полиномам Чебышева. Способом множественной корреляции отыс­ кивались уравнения связи между непериодическими изменениями На и Нь (полученными после исключения периодических колеба­ ний) и коэффициентами разложения поля атмосферного давления.

Характер влияния атмосферных процессов довольно сложен, и механизм, посредством которого осуществляется это влияние, не­ достаточно ясен. Не имея возможности дать. полную физическую интерпретацию полученным уравнениям, авторы дают объяснение влияния отдельных аргументов на колебание положения границ.

Главную роль в уравнениях играют те члены ряда, которые харак­ теризуют меридиональные (Лю, Л 2о) и широтные потоки (Ли, Лог) в поле атмосферного давления.

Рассмотрим для примера некоторые из элементарных полей.

Коэффициент Л го соответствует элементарному полю, в западной части которого потоки направлены с севера на юг, а в восточной — с юга на север (при Л г о 0 ), т. е. обнаруживается сходство с распо­ ложением течений Лабрадорского и Гольфстрим. Одна из многосу­ точных станций (№ 183) проводилась в восточной части района, т. е. в зоне теплых течений. Установлено, что усиление меридио­ нального потока, характеризующееся большими значениями Л 2о, приводит к увеличению На и уменьшению Нь Это можно объяс­ нить тем, что с ростом Л2 увеличивается заток вод Гольфстрима и уменьшается поступление воды с Лабрадорским течением. В урав­ нении, полученном для станции № 46, большой вес имеет коэффи­ циент Л 0 1. Усиление западного переноса ( Л о 1 0 ) приводит к умень­ шению На и увеличению Нь. Это обусловлено сокращением объема прибрежных вод и Гольфстрима и увеличением объема лабрадор­ ских вод. Такой эффект может быть создан сгоном с шельфа местных вод и отклонением от шельфа вод Гольфстрима, обусловленных за­ падным переносом. Подобный анализ можно провести и для дру­ гих коэффициентов разложения поля атмосферного давления.

Уравнения для прогноза величин На и Нь получены методом корреляции в виде Расчеты ведутся с шагом в одни сутки;

наиболее надежные связи получены при сдвиге во времени от одних до 4 суток. Не­ смотря на то, что уравнения получены для отдельных точек, они представляют несомненный интерес. С привлечением дополнитель­ ных материалов наблюдений можно выделить определенные уча­ стки шельфа, для которых они будут применимы.

На основе статистического анализа было установлено, что в шельфовых районах положение определенных изотерм может ха­ рактеризовать динамические процессы — смещение границ водных масс или подъем глубинных вод [23, 131]. Так, для Новошотланд­ ского шельфа положение характерных изотерм позволяет опреде­ лить границы между водами Гольфстрима, Лабрадорского течения и прибрежными. По глубине залегания вод с определенной темпе­ ратурой на северо-западном шельфе Африки можно судить о подъ­ еме или опускании холодных глубинных вод. Кривая, характери­ зующая глубину залегания определенной изотермы, представлялась рядом по полиномам Чебышева. Отдельные коэффициенты разло^ жения соответствуют подъему или опусканию вод в отдельных частях разреза. Причиной, обусловливающей смещения границ вод­ ных масс, а также подъем и опускание вод, является атмосферная циркуляция над океаном. Поэтому отыскивались связи между ко­ эффициентами разложения кривой, соответствующей положению изотермы, и характеристиками поля атмосферного давления. Поле атмосферного давления представляется также рядами Чебышева.

Уравнения находились методом множественной корреляции. Забла­ говременность прогноза равна одним—трем суткам.

Перемещение изотермы на поверхности океана в определенных условиях может служить показателем процессов, происходящих в океане. Ю. А. Вялов [28] для оценки перемещений сельди в рай­ оне банки Джорджес, обусловленных колебаниями морских тече­ ний, принял в качестве показателя положение конкретной изотермы на поверхности. При этом предполагалось, что смещение водных масс приводит к перераспределению скоплений сельди. Автор при­ водит пример, когда при продвижении теплых вод на север в районе банки Джорджес промысловая обстановка изменилась таким обра­ зом, что районы промысла разделились на более мелкие участки.

Для отыскания количественных связей между смещением изотермы и полем атмосферного давления уравнение кривой, соответствую­ щей изотерме, раскладывалось в ряд по полиномам Чебышева.

Этот же способ использовался и для представления поля атмосфер­ ного давления. При разложении фактических кривых обнаружено, что наибольший вес имеют члены ряда Лзфз и Элементарная кривая, соответствующая члену ряда Лзфз, характеризуется пото­ ком, направленным на север в восточной части района и на юг в за­ падной (при Л3 0 ). Поскольку в восточной части проходит поток теплых вод, то вполне объяснимо существование прямой связи ко­ эффициента Лз с коэффициентом разложения поля атмосферного давления, характеризующего меридиональный перенос. Аналогич­ ная связь с атмосферной циркуляцией выяснена и для других ко­ эффициентов разложения. Заблаговременность прогноза равна од­ ним суткам.

Для районов с динамической неустойчивостью, вызывающей кратковременные подъемы и опускания водных масс, смещение границ течений, используется краткосрочный прогноз формирова­ ния скоплений рыбы, основанный на экстраполяции гидрологиче­ ских явлений [93]. Для составления такого прогноза необходима гидрологическая информация, полученная к моменту составления прогноза. В шельфовых водах Западной Африки скопления про­ мысловых рыб наблюдаются в областях подъема глубинных вод, а также в тех районах, где происходит заток вод Канарского тече­ ния через его восточную границу на шельф. Эти районы обнару­ живаются по данным глубоководных гидрологических разрезов, выполненных к моменту составления прогноза. Положение изотерм на графиках, построенных по данным разреза, позволяет устано­ вить географическую широту скоплений рыбы и оптимальные глу- j бины траления. Например, установлено, что при узких, отчетливо !

выраженных затоках канарских вод скопления рыбы следует ожи­ дать на сравнительно меньших глубинах, чем в предыдущие сутки.

Отсутствие длительных рядов наблюдений над гидрологиче­ скими характеристиками привело к тому, что для составления про­ мысловых прогнозов используются связи непосредственно между синоптическими условиями и промысловыми характеристиками.

При этом имеется в виду учет в скрытой форме зависимости между синоптической обстановкой и гидрологическими условиями, с одной стороны, и гидрологическими условиями и промысловыми характе­ ристиками, с другой. Иными словами, предполагается существова­ ние цепи связей: атмосферная циркуляциягидрологические усло­ вия промысловые скопления рыбы улов. Для количественной характеристики атмосферной циркуляции применяются разные спо- I собы: градиенты давления, ряды по полиномам Чебышева, типы барических полей и др. Так, Б. Е. Алемасовым [3] разработана особая типизация полей атмосферного давления применительно к промысловой обстановке в Северном море. Предложено 5 типов, соответствующих определенному улову сельди, и введена особая характеристика, названная синоптическим коэффициентом. Для каждого типа поля атмосферного давления найдено процентное от­ ношение улова к среднему его значению. Произведение этого отно­ шения на повторяемость полей в течение определенного проме­ жутка времени и представляет собой так называемый синоптиче­ ский коэффициент. Этот показатель и используется в качестве аргумента при нахождении уравнений связи для определения улова. При прогнозировании улова на сутки необходим прогноз поля атмосферного давления. Опыт составления такого промысло­ вого прогноза показал, что оправдываемость прогноза улова пол­ ностью определяется оправдываемостью метеорологических про­ гнозов.

Для района юго-восточной Атлантики установлена связь между промысловыми скоплениями рыб и выходом глубинных вод на шельф. Принимая во внимание, что выход вод связан с изменениями в поле ветра, авторы работы [118] нашли связь непосредственно между одним из промысловых показателей (улов на усилие) и гра­ диентом атмосферного давления. Была также обнаружена связь с другой характеристикой поля атмосферного давления — смеще­ нием антициклона, которое обусловливает гидрологическую ситуа­ цию. Заблаговременность этих прогнозов 3 суток.

Ю. А. Вялов [29] нашел связи между такими характеристиками полей атмосферного давления, как коэффициенты разложения по­ лей атмосферного давления, и непосредственно промысловыми по­ казателями. Для района банки Джорджес найдена зависимость уловов сельди от показателя меридионального переноса воздуш­ ного потока (коэффициент Лю) и уловов сардины от среднего по площади значения давления (Лоо). Существование связи можно объ яснить на примере уловов сардины следующим образом. Ослабле­ ние притока относительно теплых вод на юго-восточном склоне банки Джорджес приведет к тому, что скопления рыбы будут при­ жаты к грунту, что приведет к увеличению уловов. Поток же теп­ лых вод зависит от атмосферной циркуляции. Так, по данным наб­ людений на многосуточной станции, выполненной в этом районе, •обнаружена тесная связь между составляющей течения на мери­ диан и средним давлением (Аоо) • При сопоставлении этой характе­ ристики атмосферной циркуляции с уловом обнаружена довольно четкая связь. Причем найденная связь имеет прогностическое зна­ чение, так как сдвиг во времени равен 3 суткам.

Для северо-восточной Атлантики В. Н. Яковлев и Ю. В. Чук­ син [132] разработали метод прогноза по характеристикам атмо­ сферной циркуляции таких ежесуточных показателей вылова ставриды, как: 1) использование времени флотом, 2) вылов на судо сутки лова, 3) вылов ставриды от общего вылова. Связь промысло­ вых показателей с метеорологическими характеристиками объяс­ няется, во-первых, связью с гидрологическими характеристиками, которые в свою очередь оказывают влияние на поведение ставриды;

во-вторых, непосредственным влиянием метеорологических явлений (ветер, атмосферное давление, траектории барических систем) на проведение промысловых операций. В качестве аргументов исполь­ зовались такие характеристики атмосферной циркуляции, как ко­ эффициенты разложения приземных полей атмосферного давления над Северо-Восточной Атлантикой и полей барической топографии АТ5 0 Принимались также во внимание значения приземного дав­ 0.

ления в некоторых характерных точках—в районе исландского ми­ нимума давления, азорского максимума и др. В результате полу­ чены уравнения, которые дают возможность составлять прогноз указанных промысловых показателей с заблаговременностью 1, 3, 15 суток.

Рассмотрение методов краткосрочных прогнозов температуры воды в океане показывает, что современное состояние науки по­ зволяет предвычислять изменения в температурном поле океана с заблаговременностью от нескольких часов до нескольких суток.

Некоторые из разработанных методов уже нашли применение в оперативной практике прогнозов, другие нуждаются в обеспече­ нии специальной гидрометеорологической информацией.

Часть II Долгосрочные прогнозы Глава О СН О ВЫ М ЕТО Д О В Д О Л ГО С РО Ч Н О ГО П РО ГН О ЗА Т Е М П Е Р А Т У Р Ы ВО ДЫ 4.1. Физические процессы, формирующие тепловой режим океана Вопрос долгосрочного прогноза температуры воды в море тесно связан с проблемой взаимодействия океана и атмосферы во всех ее проявлениях. При решении этой задачи необходимо исследовать связь между атмосферными процессами и циркуляцией вод, влия­ ние течений на тепловое состояние моря, оценить роль потоков тепла через поверхность, выяснить, каково значение турбулентного перемешивания в перераспределении тепла и т. д.

Выяснение характера взаимосвязи и взаимообусловленности всех процессов, происходящих в атмосфере и океане,— задача крайне трудная и сложная, решается она усилиями многих исследо­ вателей.

Одну из возможных схем взаимосвязи тепловых процессов в Се­ верной Атлантике и Арктическом бассейне предложил В. В. Ш у - лейкин [129]. При повышении температуры в теплом Северо-Атлан^ тическом течении в Арктический бассейн поступает больше тепла,, в результате чего усиливается таяние льдов. Это, с одной стороны,, увеличивает теплообмен с атмосферой, так как площадь ледяного покрова сокращается, увеличивает потери тепла через поверхность j и приводит к более интенсивному охлаждению воды. С другой сто­ роны, таяние льдов увеличивает дрейф льда в Атлантический океан с Лабрадорским и Восточно-Гренландским течениями. В резуль­ тате этого в районе Ньюфаундленда, в зоне смешения холодных и теплых течений, и далее в области Северо-Атлантического тече­ ния температура воды понижается. Это приведет к ослаблению притока теплых вод в Арктический бассейн, следовательно, к умень­ шению таяния льда. В свою очередь увеличение ледяного покрова сократит потери тепла в атмосферу, холодные течения будут пере­ носить менее охлажденную воду, уменьшится и количество дрей­ ф ую щ его л ь д а. В зо н е см еш ен и я теп лы х и хол одн ы х в о д тем п ер а ­ т у р а в оды п овы си тся, и ци кл п овтор и тся. В. В. Ш ул ей к и н п р ед с т а ­ вил к ол и ч ествен н ую сх ем у п о д о б н о го ци к ла. В п ер вом п р и б л и ж е­ нии м о ж н о до п уст и т ь, что и зм ен ен и е к ол и ч еств а л ь д а в А р к ти ч е­ ском бассейн е (/) пропорционально и зм ен ен и ю теп л озап аса С е в е р о -А т л а н т и ч е с к о г о т е ч е н и я (Q ) 4 r = -/r c (Q -Q o ), ( г д е m — к о э ф ф и ц и е н т п р о п о р ц и о н а л ь н о с т и ;

Qo — н а ч а л ь н о е з н а ч е ­ н и е т еп л о за п а са. В св ою оч ер ед ь и зм ен ен и е т еп л о за п а са теч ен и я п р оп ор ц и он ал ьн о и зм ен ен и ю к ол и ч ества л ь д а в А рктик е - n ( J - J 0), (3 6 ) di I гд е n — к оэф ф иц иент п р оп ор ц и он ал ьн ости ;

J 0 — н ач ал ь н ое зн ач е­ н и е к ол и ч ества л ь д а. | П о сл е ди ф ф ер ен ц и р ов ан и я по врем ени уравн ен и й (3 5 ) и (3 6 ) и в заи м н ой п одстан ов к и п ол уч аю тся д в а ур ав н ен и я I d 4 J ~ Jo ) + m n ( J - J 0) = 0, | d 4 Q d~ 2Q o) + m n ( Q - Q 0) = 0, j из к отор ы х с л ед у е т, что А р к ти ч еск и й б а ссей н и С ев ер н ая А т л а н - I тика п р едстав л я ю т со б о й к ол ебател ь н ую теп л овую си стем у с п е- j ри одом, оп р еделяем ы м из соотн ош ени я !

Т=— I у TYIYI А. И. Д у в а н и н [4 4 ] р а с с м о т р е л м е х а н и з м в з а и м о д е й с т в и я м е ж д у м ак роци рк уляци ям и в атм осф ер е и ок еан е на п р и м ере северн ой ч асти А тл ан ти ч еск ого ок еа н а. О н соп оста в и л р а сп р ед ел ен и е т ем п е­ р атур н ы х ан ом ал и й в си ст ем а х теп л ы х и х о л о д н ы х теч ен и й С ев ер - ' ной А тлантики с ф орм ой атм осф ерн ой циркуляции н а д океаном.

Так, уси лен и е зап адн ого перен оса в средн и х ш иротах пр иводи т к уси л ен и ю теч ен и й. В это м сл у ч а е в зо н е теп л ы х теч ен и й н а б л ю ­ даю тся п ол ож и тел ьн ы е ан ом ал и и тем п ер атуры воды, в зо н е х о л о д ­ н ы х — о т р и ц а т ел ь н ы е (р и с. 3 6 а ). Т а к о е р а с п р е д е л е н и е т е м п е р а ­ тур ы в ы зы в а ет а к т и в и за ц и ю п р о ц е сс а т еп л о о т д а ч и и з о к е а н а в а т ­ м осф ер у в зон е к л и м атол оги ческ ого полярного ф ронта. Э то сп о со б ст в у ет д а л ь н ей ш ем у р азв и ти ю зон ал ь н ой ц и р к ул яц и и в а т м о ­ сф е р е и соо тв етств ую щ и х адв ек ти вн ы х и зм ен ен и й тем п ер атуры воды.

П р и н ар уш ен и и зо н а л ь н о й ц и р к ул яц и и в а т м о сф ер е п р ео б л а ­ д а ю щ а я си стем а теч ен и й в ок еа н е о сл а б л я ет ся, р а сп р ед ел ен и е а н о ­ м али й тем п ер атур ы воды п ол уч ается обратн ы м : в обл асти теп лы х т е ч е н и й т е м п е р а т у р а н и ж е н о р м ы, в о б л а с т и х о л о д н ы х — в ы ш е 95 {р и с. 3 6 б ). К о н т р а с т ы т е м п е р а т у р ы в о д ы н а п о в е р х н о с т и с г л а ж и ­ в а ю т с я, н а б л ю д а е т с я о с л а б л е н и е т е п л о о т д а ч и и з о к е а н а в, а т м о ­ с ф ер у. Т ак о е р а сп р ед ел ен и е теп л а в о к еа н е сп о со б ст в у ет сохран е?

нию осл а б л ен н о й зон ал ьн ой ци рк уляци и.

О д н ак о т ак ая согл асов ан н ость м е ж д у в озд ей ств и ем атм осф ер ы на о к еа н е и обр атн ы м вл и ян и ем ок еа н а су щ ест в у ет в р ем ен н о. О б ­ ш ирны е тем п ер атурн ы е аном ал ии постеп ен но п ер ем ещ аю тся в п р о­ стр ан ств е, п од в ер гаю тся в о зд ей ств и ю д р у ги х ф ак торов;

в озн и к аю т п р едп осы л к и дл я п ерестр ой к и усл ови й. А. И. Д у в а н и н п р ед п о л а ­ гает, что п р о ц есс п ер ен о са т еп л а в С ев ер н ой А тл ан ти к е и м еет в о л ­ новую п р и р оду. О н п р оан ал и зи р ов ал дл и тел ьн ы е ряды н абл ю ден и й н ад ги др ом етеорол оги ч еск и м и эл ем ен там и, которы е м огут сл уж и ть п ок азател я м и п р оц ессов в си стем е о к еан — а тм осф ер а, и пол учи л д и ап азон ы пери одов таких к о л е б а н и й о т 2,0 д о 3, 4 г о д а и о т 4,0 д о 7,0 л е т.

И зуч ен и ю ц и к ли чн ости в и зм ен ен и и ги др о м етео р о ­ л оги ческ их э л е м е н т о в уде^ л яется вни м ани е м ногим и уч ен ы м и. Т ак, в п осл едн ее в р ем я ин тен си вны е и с с л ед о ­ вания п р оводятся по и зуч е­ нию к вази двухл етн ей цик­ ли ч н ости и в о зм о ж н о ст и ее хмтчса аатрсиа и с п о л ь з о в а н и я в д о л г о с р о ч ­ Р с 36. Сеаиекя хркеитк и.

окоеи тмеауыв д о н р ы н ы х п р о г н о з а х п о г о д ы.

тлннй епртр о ы т о м в ссеа тпы и х л д ы тчнй итмх елх о о н х ееи В ы воды, пол ученн ы е при Свро А лнии пи уиенй (а) еенй татк р слно исследован и и ци кли чн ости и олбенй (б) цруяи [44].

сално иклци пр оц ессов в си стем е ок еан — + + + п о ло ж и тел ьн ы е, --------о тр и ц ател ьн ы е а т м о сф ер а, м огут бы ть пр и­ о т кл о н ен и я t..,.

няты во вним ание при р а зр а б о т к е п р огн озов тем п ер атур ы воды больш ой за б л а г о в р ем ен ­ ности.

Н еп оср едств ен н ое влияние на ф ор м и р ован и е теп л ового р еж и м а в од ок азы в ает приток сол н еч н ой эн ер ги и на п овер хн ость м ор ей и ок еа н о в. Н а ри с. 3 7 п р ед ст а в л ен ср ед н и й м н огол етн и й го д о в о й х о д притока теп л а от сол н ц а и тем п ер атур ы п оверхн ости м оря, з а и м с т в о в а н н ы й и з к н и г и В. С. С а м о й л е н к О [9 4 ].

К ак видн о из ри сун ка, н аи бол ьш ее зн ач ен и е тем п ер атур ы воды н а п о в е р х н о с т и д о с т и г а е т с я о б ы ч н о ч е р е з 1,5 м е с я ц а п о с л е м а к с и ­ м ум а кривой сум м ар н ой солнечн ой ради ац и и.

Т еп л ов ое в заи м одей ств и е ок еан а с атм осф ер ой не огр ан и ч и ­ вается притоком солнечн ой эн ерги и на его п оверхн ость. Н а п ов ер х­ н ости о к еа н о в и м о р ей су щ ест в у ет непр ер ы вны й т еп л о о б м ен, о б у с ­ л ов л ен н ы й р азл и ч н ы м и ф и зи ч еск и м и п р о ц есса м и. О н ск л а д ы в а ется из тр ех ком понентов: тур бул ен тн ого т еп л о о б м ен а, эф ф ек ти в н ого и з­ л уч ен и я и к ол и ч ества теп л а, за тр ач и в аем ого при и сп ар ен и и и к он ­ ден сац и и. Г одовой х о д составляю щ и х теп лового бал ан са поверхно йти п о Ю. В. И с т о ш и н у [5 4 ] п о к а з а н н а р и с. 3 8. К р о м е т о г о, в р я д е рай он ов М и рового ок еан а и вн утр ен н и х м ор ей н ео б х о д и м о учиты ­ вать теп л о, св я за н н о е с о б р а зо в а н и ем л ь д а и его тая н и ем.

В ср едн ем за год пр и ходн ы е и р асходн ы е составляю щ и е теп л о­ вого б а л а н са п оверхн ости ок еан ов ур авн овеш и в аю тся, как ви дн о из т а б л. 5 [7 4 ]. З н а ч и т, в о с н о в н о м п р и т о к т е п л а ч е р е з п о в е р х н о с т ь (и л и е г о п о т е р и ) о п р е д е л я ю т и з м е н е н и я т е м п е р а т у р ы в о д ы с о в р е ­ м ен ем, а п р оц ессы ветрового и к он век ти вн ого перем еш ивания, а т а к ж е адвек ц и я теп л а теч ен и ям и лиш ь п ер ер а сп р ед ел я ю т п осту­ пи вш ее теп л о по гл уби н е и по акватории ок еанов.

Р ол ь внутриводного п ерен оса нал/(см -м ес) теп л а в теп л овом б а л а н се м оря вп ервы е п о к а за л В. В. Ш улей к и н н а п р и м е р е К а р с к о г о м о р я [1 2 9 ].

Р ассчи тав составляю щ и е теп л о­ вого б а л а н са м ор я, он пол учи л, Р с 38. Гдвй х д ссалю и. о о о о о твя­ Р с 37. С е н ймооенйг­ и. р д и нглти о щ х тпооо блна пврн­ и елвг аас оехо двй хд пиоа тпа (1) и оо о ртк ел си м р, п Ю. В И т ш н.

т оя о. соиу тмеауын пврнсим р епртр а оехот о я (2), п В С С м й е к.

о.. аолно 1 — сум м арн ая ради ац и я;

2 — эф ф ек­ ти вн о е и зл у чен и е;

3 — за т р а т ы те п л а н а и сп ар ен и е;

.4 — тепл ообм ен с' а т м о ­ сф ерой.

что в ср ед н ем м н о го л етн ем б а л а н с ок азал ся отри ц ател ьн ы м.

В сл ед ст в и е эт о го Ш ул ей к и н в ы ск аза л п р ед п о л о ж ен и е, что в К а р ­ ское м оре д о л ж н о п оступ ать т еп л о и зв н е с теп лы м теч ен и ем.

Т б и а алц Заеи с с а л ю и тпооо блна нчня о т в я щ х елвг аас всенмд я оенв[ к лс 2- о ) рде л као в а / м г д] ( С оставляю щ ие теплового баланса Океан ®т.о Я ф + ^ п + ^ т.о *© — 82 - Алниекй татчси — 78 - Тхй ии 85 -77 - Идйкй ниси R в— р д а и н ы блн;

Q - о е и тпа н ипрне QT;

0 - у а и ц о н й аас u п т р ел а саеи;

тр б лннйтпобе, уеты еломн 7 Зак. № 298 Э кспедиционны е и сследован и я в п осл едств и и о б н а р у ж и л и ветвь теп л ого теч ен и я и з А тл ан ти к и, в х од я щ ую в м о р е с сев ер а.

В дал ьн ей ш ем в оп р осу вли яни я адвек ц и и теп л а, п р и н оси м ого из А тл ан ти ч еск ого и Т и хого ок еан ов в А р к ти ч еск и й б а ссей н, у д е л я ­ лось м н ого вним ания.

Т а к, в р а б о т е [1 2 8 ] а д в е к ц и я а т л а н т и ч е с к и х и т и х о о к е а н с к и х в о д в А р к ти ч еск и й б а ссей н р а ссм а тр и в а ет ся к ак осн ов н ой ф ак т ор, с пом ощ ью к отор ого м о ж н о оцени ть и зм ен ен и я теп л ов ого р еж и м а А р к т и ч ес к о г о б а с с е й н а. П о р а с ч е т а м Е. Г. Н и к и ф о р о в а, Е. И. Ч а п ­ л ы ги н а и А. О. Ш п а й х ер а о к а за л о сь, что теп л о, п о ст у п а ю щ ее с ю га в А р к ти ч еск и й б а ссей н в теч ен и е го д а, п р евы ш ает с у м м у теп л а о т р ади ац и и и адвек ц и и теп л а в а т м о сф ер е. Д л я вы явлени я за в и си м о ­ сти м е ж д у к о л еба н и я м и тем п ер атур ы воды на гл у б и н а х в А р к ти ч е­ ском б а ссей н е и п оступ л ен и ем теп л ы х в од бы ла п р ов ед ен а л и н ей ­ ная корреляция м еж д у тем п ер атурой воды и р асходам и атлантиче­ с к и х [1 1 1 ] и т и х о о к е а н с к и х [1 1 6 ] в о д. В ы я с н е н о, ч т о к о э ф ф и ц и е н т к орреляц ии м е ж д у тем п ер атур ой воды на гл уби н ах в К арском м ор е в м а р те— м а е и р а сх о д о м атл ан ти ч еск и х в о д в п р ед ш еств у ю ­ щ е м г о д у с о с т а в и л 0,5 8. П о м е р е у д а л е н и я о т п р о л и в а м е ж д у Ш п и ц берген ом и Г р ен л ан ди ей, ч ер ез которы й п оступ аю т в А рктик у теп лы е водн ы е м ассы, в р ем я п ер ен оса ан ом ал и й ув ел и ч и в ается.

П о э т о м у в А м е р а зи й с к о м б а с с е й н е н а и б о л ь ш а я т ес н о т а с в я зи (г = = 0,8 8 ) м е ж д у р а с х о д а м и а т л а н т и ч е с к и х в о д и т е м п е р а т у р о й в о д ы на гл уби н е 200 м о б н а р у ж ен а со сдви гом в 4 год а. ' Т аким о б р а зо м, и зуч ен и е влияния м еж год ов ы х к ол ебан и й в п о­ ступ л ен и и в н утр и в од н ого теп л а на т ем п ер а т у р у воды ар к ти ч еск и х м ор ей м ож ет, сы грать о п р ед ел ен н о е зн а ч ен и е в сов ер ш ен ств ов ан и и м етодов долгосроч ного п р огн оза эл ем ен тов теп лового р еж и м а А рктики. ' О тм еч а ет ся т а к ж е, что н а м еж го д о в ы е и зм ен ен и я т ем п ер а т у р ы п ов ер хн остн ы х и гл уби н н ы х в о д и к ол и ч ества т еп л а, о т д а в а ем о го глуби нн ы м и в о д а м и в в ы ш ел еж а щ и е сл ои, о к азы в ает вл и я н и е ц и р ­ к у л я ц и я а т м о с ф е р ы в з и м н и й п е р и о д [9 0 ].

Т ак и м о б р а зо м, со в ер ш ен н о я сн о, что путь к д о л го ср о ч н о м у п р о г н о з и р о в а н и ю т е м п е р а т у р ы в о д ы в о к е а н е (и л и о т д е л ь н ы х е г о ч астях) л еж и т ч ер ез исследован и е пол ного теп л ового бал ан са ок еан а и атм осф еры. К со ж а л ен и ю, д о н астоя щ его в р ем ен и н еп о ­ средствен н ы е изм ер ен и я их п р оводятся только во врем я эк сп ед и ­ ций, их м ал о, они р азр озн ен н ы по врем ени и по п р остр ан ству и в осн овн ом и м ею т зн ач ен и е д л я уточн ен и я м етоди к и расч етов о т ­ дел ьн ы х составл яю щ и х б а л ан са. П оэтом у иа практике обы чно и м ею т д ел о с рассчи тан н ы м и зн ач ен и я м и теп л ов ого б а л а н са.

О ценк и состав л я ю щ и х теп л ов ого б а л а н са, п р ов еден н ы е в р а б о ­ т а х [1 3 7 ] и [1 4 0 ] д л я с е в е р н о й ч асти ;

Т и х о г о о к е а н а, п о к а з ы в а ю т, что на ф о р м и р о в а н и е т ем п ер а т у р н ы х аном алий в е р х н е г о '• с л о я ок еан а п р еи м ущ еств ен н ое вли яни е ок азы в аю т теп л овой б а л а н с п о­ в ер хн ости и п ер ен о с т еп л а теч ен и ям и. И х о тн оси тел ь н ое зн ач ен и е за в и си т от н ач ал ьн ого теп л ов ого состоя н и я ок еа н а и п о сл ед у ю щ его хар ак тер а атм осф ерн ой циркуляции. В к л а д тур бул ен тн ого п ер ем е­ ш ивания в и зм ен ен и е теп лосодерж ани я верхнего слоя океана в ср едн ем сущ еств ен н о м еньш е.

Д л я р а зр а б о т к и м ето д о в п р о гн о зо в н у ж н о зн ать и зм ен ч и в ость отдел ьн ы х составл яю щ и х теп л ового б а л ан са.

И ссл ед о в а н и я в н утр и годов ой и зм ен ч и в ости теп л ов ого б а л а н са п о в ер х н о ст и, его от д ел ь н ы х со ст а в л я ю щ и х п ок азы в аю т, что н а и ­ бол ь ш ее к ол и ч ество теп л а от сол н ц а п огл ощ ается ок еан ом в т еп ­ л у ю ч асть го д а, н аи м ен ь ш ее — в х о л о д н у ю. Н а о б о р о т, и сп ар ен и е с водн ой п овер хн ости и турбул ен тн ы й теп л ообм ен с атм осф ер ой д о ­ сти гаю т н а и б о л ь ш и х зн ач ен и й зи м о й, н аи м ен ь ш и х — л ето м. Э ф ф е к ­ тивн ое и зл уч ен и е по сравн ен и ю с др уги м и составл яю щ и м и теп л о­ вого б а л а н са п ов ер хн ости м ен я ется м а л о, и его п р ак ти ч еск и м о ж н о счи тать п остоян н ы м во в се сезо н ы го д а.

В р а б о т е А. И. К а р а к а ш а [5 7 ] п р о в е д е н а к о л и ч е с т в е н н а я о ц е н к а отдел ь н ы х состав л я ю щ и х теп л ового б а л а н са Б ар ен ц ев а м оря и их м еж годовой и зм ен ч и в ости. Р а сч ет ы п о к а за л и, что н аи б о л ь ш и й удел ьн ы й вес в общ ем теп л овом б а л а н се и м еет сол н ечн ая р а д и а ­ ция (5 7 % ). О дн ак о ее и зм ен ен и е от го д а к го д у невелик о. Н а п р и ­ м ер, в августе в ср едн ем оно состав л яет 5%, а м ак си м альн ое р а с­ х о д о в а н и е — 15%. В св я зи с эти м вл и я н и е этой состав л я ю щ ей б а ­ л а н са на и зм ен ен и я тем п ер атур ы воды в м ор е от го д а к го д у б у д ет н ев ел и к о. Р асч еты п о к а за л и т а к ж е, что и и сп ар ен и е, и т еп л о о б м ен с атм осф ер ой л етом м еняю тся м ал о (9 и 3% с о о т в е т с т в е н н о ).


В зи м н ее врем я и сп ар ен и е и т еп л о о б м ен с атм осф ер ой дости гаю т н а и б о л ь ш и х зн ач ен и й и м ен я ю тся в ш и р ок и х п р ед ел а х. Н ап р и м ер, в м а р т е в о т д ел ь н ы е го д ы он и м о г у т о т к л о н я т ь ся от н ор м ы н а 6 0 до­ о ц е н к а а дв ек ц и и т еп л а в м о р е з а р азл и ч н ы е сезон ы г о д а п о к а за л а т а к ж е, ч то в о сен н е -зи м н и й п е р и о д к о л и ч ест в о т еп л а, п р и н о си м о е т е ч е н и я м и, н а 17% б о л ь ш е, ч е м л е т о м.

Т ак и м о б р а зо м, л ето м о к еа н м а л о ак ти вен, он гл авн ы м о б р а ­ зо м н ак ап л и в ает теп л о. Н а и сп ар ен и е и т еп л о о б м ен с атм осф ер ой ок еан летом р а сх о д у ет теп ла м ало. П оэтом у в теп л ое врем я года теп л ов ое в заи м одей ств и е ок еан а с атм осф ер ой п роявл яется сл або.

Д л я п о д т в е р ж д е н и я э т о г о п о л о ж е н и я Н. А. Б е л и н с к и й [1 2 ] а н а ­ л и зи р ов ал р а сп р ед ел ен и е тем п ер атур ы воды в С евер н ой А тл ан ти к е и у ста н о в и л, что т ем п ер а т у р а воды в средних ш иротах (5 5 — 4 5 ° с. ш.) и з и м о й, и л е т о м в о з р а с т а е т в н а п р а в л е н и и с з а п а д а н а восток. П ри этом р азн ости тем п ер атур ы воды и в о зд у х а зи м ой п о ­ л ож и тел ьн ы и убы в аю т с за п а д а н а восток, а л етом отри ц ательн ы и почти н е м ен я ю тся по д о л г о т е (т а б л. 6 ) /Т а к а я ж е к ар ти н а в р а с ­ п р ед ел ен и и тем п ер ат ур ы в оды н а б л ю д а е т с я и в сев ер н ой ч асти Т и ­ хого ок еан а. О бъ ясн ен и ем этого обстоятельства м ож ет служ и ть в л и я н и е м атер и к ов. Д ей ств и т ел ь н о, при п р ео б л а д а н и и за п а д н о -в о с ­ точ н ого п ер ен о са в а т м о сф ер е м атер и к и ок азы в аю т б ол ь ш ее в л и я ­ н и е н а за п а д н ы е о б л а с т и о к еа н о в, ч ем н а в осточ н ы е. З и м о й с м а ­ тер и к а на ок еан п р и ходи т б о л ее хол одн ы й и сухой в о зд у х. Е сте­ ственн о, что на за п а д е ок еан ов, б л и ж е к м ат ер и к ам, р а зн о сти тем п ер атур ы воды и в о зд у х а велик и, ч то у си л и в а ет п р оц ессы кон­ тактного теп л ообм ен а, и сп ар ен и я, эф ф ективного и зл учен и я.

7* Таблица Сене мооенетмеауы в д и взуа вАлниекм оен рди нглти епртр о ы одх татчсо кае Западн ая долгота, град.

О преде­ Северная ляемые ш ирота, 4 5 -4 0 3 5 -3 0 2 5 -2 град. величины 50—45 4 0 -3 5 3 0 -2 5 1 5 -1 2 0 -1 Яв р наь 4,4 8,3 9, 3,9 7,2 10,0 10, 5, 55- \а 8,3 8,9 10,0 10,6 10,6 10,6 10, 6, ZW 2, 2,2 3,9 0,6 0, 1,7 1,7 1, td 10,6 10, 5,6 8,9 10, 50-45 1,7 11, 11, ta 11,7 11,7 11,7 11, 9,4 12,2 11, 2, tw 0, 1,1 3,3 0,6 0, 3,8 1,7 1, tw ta Ил юь 10,6 12,2 13,9 13,9 14,4 15,6 16,1 16, 55-50 ta 9,4 12,8 13,9 14,4 15,0 15, 11,7 12, iw — 1,2 -0,5 -1,7 - 1,1 -0,5 - 1.2 - 1,1 - 1, tw tft 17,8 17,8 17,8 17,2 17,8 17, 11, 50-45 16, 16,7 16,7 16,7 16,7 16,7 16, 10,0 15, tw — 1,7 - 1,1 - 1,1 — 1,1 - 1,1 -0,5 — 1,1 - 1. tw ta П ер ем ещ аясь н а д океаном к востоку, в о зд у х п р огревается и стан о­ вится б о л е е в л аж н ы м. П р о ц ессы т еп л о о б м ен а при этом о с л а б ­ л яю тся.

В сл ед ст в и е б о л е е ин тен си вны х п р оц ессов теп л ообм ен а на з а ­ п а д е н абл ю даю тся бол ьш и е п отери теп л а, и тем п ер атур а воды в о к еа н е на за п а д е н и ж е, ч ем на в осток е.

Л ет о м на ок еа н п о ст у п а ет с м атер и к а в о зд у х б о л е е нагреты й, ч ем в о д а. Р а зн о с т и т ем п ер а т у р ы в о д ы и в о з д у х а о т р и ц а т ел ь н ы. П о ­ эт о м у о б м ен т еп л а м е ж д у о к еа н о м и а т м о сф ер о й в т еп л у ю ч асть го д а за т р у д н ен. В св я зи с эти м п р ео б л а д а ю щ ее вл и я н и е на т ем п е­ р а т у р у воды в о к еа н е ок а зы в а ю т п р оц ессы, п р о и сх о д я щ и е зи м о й, к о г д а н а б л ю д а е т с я н а и б о л е е ин тен си вн ы й т еп л о о б м ен о к еа н а с а т ­ м осф ер ой. А н ом ал и и тем п ер атур ы воды, по к р ай н ей м ер е в в ер хн ем сл ое м оря, склады ваю тся обы чно в х о л о д н о е врем я года.

В. Ю. В и з е е щ е в 1 9 2 8 г. [2 7 ] у к а з ы в а л, ч т о п о л о ж и т е л ь н ы м и отри ц ател ьн ы м ан ом ал и я м тем п ер ату р ы воды в Б ар ен ц ев о м м ор е в л е т н ее в р ем я п р ед ш ест в у ю т зи м ы с р азл и ч н ы м р а с п р ед е л е н и е м атм осф ер н ого дав л ен и я н а д север ом А тлан ти ческ ого ок еан а. Т ак, годы с п о л о ж и тел ь н о й а н о м а л и ей тем п ер а ту р ы воды х а р а к т ер и ­ зу ю т ся м ощ ны м р азв и ти ем и сл а н дск о го м и н и м ум а, бол ьш и м и гр а ­ диентам и давлен и я в области Н орвеж ск ого м оря. Э то приводит к у си л е н и ю ю г о -за п а д н ы х в етр о в, б о л е е и н тен си вн ом у притоку теп л ы х атл ан ти ч еск и х в о д и отн оси тел ьн о теп л ы х в оздуш н ы х м асс.

П р и ток теп л ого в о зд у х а за м ед л я е т о х л а ж д ен и е, а адвек ц и я теп л а повы ш ает тем п ер атур у в Б ар ен ц ев ом м ор е. В р езул ь тате со зд а ет ся п ол ож и тел ьн ая ан ом ал и я тем п ер атуры воды.

Н а о б о р о т, при отри ц ательн ой ан ом ал и и тем п ер атур ы воды и с­ л ан дск и й м иним ум в зи м н ее врем я о сл а б ев а ет, р а зб и в а ется на дв а:

оди н — в п р оли ве Д ей в и са, др у го й — н а д Б ар ен цевы м м ор ем. Г р а­ ди ен ты дав л ен и я н а д Н ор в еж ск и м м ор ем невели к и, и ин тен си в­ ность п ер ен оса в оздуш н ы х и в одн ы х м а сс с А тл ан ти ч еск ого ок еан а ум ен ьш ается. В р езул ь тате тем п ер атур а воды в Б ар ен ц евом м ор е пониж ается.

В и зе вы числил к оэф ф и ц и ен ты к ор р ел я ц и и м е ж д у гр ади ен том давления Л ен и н гр а д — С ти к к и схоул ь м ур (И с л а н д и я ), средн им с н оя бр я по ап р ел ь, и т ем п ер атур ой воды в Б ар ен ц ев ом м ор е в п о­ с л е д у ю щ е е л е т о (и ю л ь — с е н т я б р ь ). К оэф ф и циенты корреляц ии о к а з а л и с ь п о р я д к а 0^ 50, ч т о у к а з ы в а е т н а с у щ е с т в е н н о е в л и я н и е б а р и ч е с к о й о б с т а н о в к и в т еч ен и е зи м ы н а р а с п р е д е л е н и е т е м п е р а ­ туры воды в м ор е.

И зм ен ен и е тем п ер атур ы воды в зи м н ее и л етн ее врем я п р ои с­ х о д и т п о -р а зн о м у. З и м о й, когда- о к е а н т ер я е т т еп л о, гл ав н ы м п р о ­ ц ессо м, п ер ер асп р ед ел я ю щ и м его, явл яется к он век ц и я, которая приводи т к вы равниванию тем п ер атур. Л етом вследстви е больш их гр ади ен тов тем п ер атур ы воды как на п овер хн ости, так и по гл у ­ би н е в о зр а ст а ет роль адвек ц и и.

П о эт о м у м етоды п р огн оза тем п ер атур ы в хо л о д н у ю и теп лую ч асти го д а обы чно и м ею т р а зн у ю осн ову.

4.2. Исходные данные для разработки методов долгосрочных прогнозов Д л я р а зр а б о т к и м етодов д о л госр оч н ого п р огн оза тем п ер атуры воды нуж н ы дан н ы е н абл ю ден и й н а д тем п ер атур ой и тем и эл ем ен ­ там и ги др ом етеорол оги ч еск ого р еж и м а, которы е оп р едел яю т ее и з­ м енени я.

П ри долгосроч н ы х п р огн озах обы чно п р огн ози р ую тся ср едн и е м е с я ч н ы е з н а ч е н и я (и л и с р е д н и е з а д р у г о й д о с т а т о ч н о б о л ь ш о й и н тер в ал в р е м е н и ). Д а н н ы е д о л ж н ы бы ть о б р а б о т а н ы в со о т в ет ­ ств и и с эти м.

С и стем ати зи р ов ан н ы х н а б л ю д ен и й в откры том о к еа н е за д о с т а ­ точн о бол ьш ой р я д и м еется весьм а огр ан и ч ен н ое кол и чество. Т ак, ш и р ок о и звестн ы дан н ы е о т ем п ер а т у р е в оды на п ов ер хн ости в о т ­ д ел ь н ы х р а й о н а х сев ер н ой ч асти А тл ан ти ч еск ого океана, собр ан ­ н ы е С м е д о м з а д л и т е л ь н ы й р я д л е т. С 1 9 4 8 г. и м е ю т с я н а б л ю д е н и я с судов погоды в С евер ной А тлан ти ке. Д а н н ы е о тем п ер атур е воды и основны х м етеорол оги ч еск и х эл ем ен тах си стем ати зи р ов ан ы и о п у б л и к о в а н ы, о д н а к о с 1 9 7 2 г. р я д с у д о в п о г о д ы н а б л ю д е н и я п р ек р ати л.

В п о сл ед н и е годы стал и сост а в л я т ь ся ср ед н и е м есяч н ы е карты р асп р ед ел ен и я тем п ер атур ы воды на п ов ер хн ости д л я северн ы х частей А тл ан ти ческ ого и Т и хого ок еан ов, п остроен н ы е по средн и м зн а ч ен и я м т ем п ер а т у р ы д л я к в а д р а т о в р а зн ы х р а зм ер о в. Н о р я д их за к он к р етн ы е годы ещ е невели к.

С и стем ати зи р ов ан н ы х д а н н ы х о т ем п ер а т у р е воды на гл уби н е почти сов сем нет. К ак п р ав и л о, и м ею тся тол ьк о д ан н ы е н абл ю д ен и й на стан дар тн ы х р а зр е за х. О бы чно они п р оводятся оди н р а з в м е­ ся ц, пр ич ем в р а зн ы е ч и сл а. П о эт о м у д л я в о зм о ж н о ст и ср а в н ен и я и х п р и в о д я т к сер ед и н е м еся ц а (1 5 -е ч и сл о) п утем п о ст р о ен и я г р а ­ ф иков х о д а тем п ер атур ы воды во врем ен и на к а ж д о м гор и зон те наблю дени й.

С л ед у ет остан ови ться на дан н ы х о состоян и и атм осф еры, к ото­ ры е и сп ол ьзую тся при состав л ен и и п р огн озов тем п ер атур ы воды.

О сн овн ы м и из ни х я в л я ю тся т ем п ер а т у р а в о зд у х а, в етер, в л а ж ­ ность, о бл ач н ость. Э ти эл ем ен ты н ео бхо д и м ы д л я р асч ет а теп л ов ого б а л а н са поверхн ости ;


к р ом е того, н ек отор ы е из них в ход я т в п р о­ гн ости ч еск и е ур ав н ен и я в к ач естве ар гум ен тов. С и стем ати зи р ов ан ­ ны х д а н н ы х д л я откры ты х р а й о н о в о к еа н о в и м о р ей оч ен ь м а л о, п о ­ это м у часто приходи тся п ол ь зов ать ся данны м и н аблю дени й на п р и бр еж н ы х стан ц и ях, р еп р езен тати в н ы х дл я отдел ь н ы х рай он ов откры той ч асти м ор я.

Н а и б о л ее р азн ообр азн ы ф орм ы уч ета атм осф ер н ого дав л ен и я, так как атм осф ерн ая циркуляция оп р едел я ет харак тер больш и н­ ства теп л овы х и д и н ам и ч еск и х п р оц ессов в м ор е.

В н ач ал е разви ти я м етодов м ор ск и х п р огн озов в п р огн ости ч е­ ские у р а в н ен и я обы чно вводил ось атм осф ер н ое д ав л ен и е в одн ом п ун к те или ср ед н ее по н ескольк им пун к там, а т а к ж е р азн ости д а в ­ лени я м еж д у пунктам и.

Н ео б х о д и м о ст ь к ол и ч ествен н ого уч ета х а р а к т ер а атм осф ер н ой ц и рк ул яц и и и ее и н тен си вн ости н а д бол ьш и м и р а й о н ам и п р и в ел а к вв еден и ю р азл и ч н ы х ч и слен н ы х п о к а за т ел ей — и н дек сов. В м о р ­ ск и х п р о гн о за х н аш л и н а и б о л ь ш ее п р и м ен ен и е и н дек сы Л. А. В и тел ьса и Н. А. Б елин ск ого.

И ндексы В ительса х а р а к т ер и зу ю т и н тен си вн ость бар и ч еск и х о б р а з о в а н и й — ц и к л о н о в и а н т и ц к л о н о в — п о 1 0 -б а л л ь н о й ш к а л е.

Н уль соответствует м ощ ном у антициклону, б а л л 9 — глубок ом у ци клон у. О ни оп р едел я л и сь д л я 8 р ай он ов Е вроп ей ск ого м атер ик а и п р и л е г а ю щ е й ч а с т и А т л а н т и ч е с к о г о о к е а н а [4 8 ].

Б е л и н с к и й в в е л д в е с и с т е м ы и н д е к с о в [1 1 ]. П е р в а я и з н и х я в ­ л я ется уп р ощ ен и ем систем ы и н дек сов В и тел ь са. Т ри гр адац и и ис­ п о л ь з о в а л и с ь д л я х а р а к т е р и с т и к и м о щ н о с т и а н т и ц и к л о н а и т р и '— дл я хар ак тер и сти к и глуби ны ц и к лон а. А н ти ц и к л он и ч еск ая ц и р к у­ л я ц и я б е р е т с я с о з н а к о м « — », ц и к л о н и ч е с к а я — с о з н а к о м « + ».

В тор ая си стем а и н дек сов Б ел и н ск ого д а ет б о л ее д ет а л ь н у ю х а ­ рак тер и сти к у бар и ч еск и х обр а зо в а н и й. И н дек сы о п р едел я л и сь дл я к в а д р а т о в с о с т о р о н а м и 10° п о д о л г о т е и 5° п о ш и р о т е п о 1 3 -б а л л ь ­ ной ш к ал е о тд ел ь н о д л я ц и к л он и ч еск и х и ан ти ц и к л он и ческ и х о б р а ­ зов ан и й. П о д сч ет и н дек сов п р ов од и т ся п о еж ед н ев н ы м си н оп т и ­ ч еск и м к а р т а м д л я в сего сев ер н о го п о л у ш а р и я. С ум м ы суточ н ы х и н дек сов сост ав л я ю т м есяч н ы е зн ач ен и я ин тен си вн ости цикло и антициклони ческой циркуляции.

В д а л ь н ей ш ем в п р ак ти к е м ор ск и х п р огн озов ста л п р и м ен я ться сп о со б ан ал и ти ч еск ого п р едстав л ен и я р асп р ед ел ен и я атм осф ер н ого дав л ен и я на больш ом п р остр ан стве с пом ощ ью р а зл о ж ен и я в ряды по ортогон альн ы м ф унк циям. К ак у ж е отм еч ал ось в п р еды дущ ей ч асти, к оэф ф и ц и ен ты р а зл о ж ен и я р я д а м огут и сп ол ьзов ать ся в к а ­ ч ес т в е а р г у м ен т о в -в п р о г н о с т и ч ес к и х у р а в н е н и я х.

Д л я р а зр а б о т к и м етодов п р огн оза теп л ов ого р еж и м а отдел ьн ы х м ор ей С С С Р атм осф ерн ая циркуляция, вы р аж ен н ая в ср едн и х м е­ сячн ы х ан ом ал и я х и н дек са Б ел и н ск ого, р аск л ады в ал ась в ряды по п о л и н о м а м Ч е б ы ш е в а [1 5 ]. Д л я м о р е й Е в р о п е й с к о й 1 т е р р и т о р и и С С С Р р а ссм а т р и в а л ся р а й он Е вроп ы и в осточ н ой ч асти С евер н ой А тлан ти ки, д л я дал ьн евосточн ы х м ор ей — бол ьш ая обл асть сев ер ­ н ой ч асти Т и хого ок еа н а и п р и л ега ю щ а я ч асть А зи а т ск о го м а т е ­ р и к а. Н ек отор ы е пр и м еры и сп ол ь зов ан и я к оэф ф и ц и ен тов р а з л о ж е ­ ния ан ом ал и й и н дек сов Б ел и н ск ого в п р о гн о за х тем п ер атур ы воды в м ор е б у д у т рассм отр ен ы в соответствую щ и х р а зд ел а х.

В п о сл ед н и е годы д л я !р а зл о ж ен и я п ол я а т м осф ер н ого д а в л ен и я, как и др уги х эл ем ен тов ги др ом етеорол оги ч еск ого р еж и м а, п р и м е­ н я ю т с я е с т е с т в е н н ы е с о с т а в л я ю щ и е. В р а б о т е [3 1 ] н а й д е н ы е с т е с т ­ в е н н ы е с о с т а в л я ю щ и е д л я р а з л о ж е н и я а н о м а л и й с р е д н е г о м е с я ч, н ого д а в л ен и я н а д северн ы м п ол уш ар и ем. С ев ер н ое п ол уш ар и е бы л о р а зб и т о на 5 сек тор ов: I — А тл ан ти ч еск и й ок еан, II— Е в р оп а’, III — А з и я, IV — Т и х и й о к е а н и V — С е в е р н а я А м е р и к а. К о э ф ф и ­ ци ен ты р а зл о ж ен и я н а х о д и л и сь д л я к а ж д о г о с е к т о р а о т д е л ь н о :.

. П р и м ер ы и сп ол ьзов ан и я и х в д ол госр оч н ы х п р о гн о за х тем п ер атур ы воды дан ы в сл едую щ ей главе.

Глава 5 М ЕТО Д Ы Д О Л ГО С РО Ч Н О ГО П РО ГН О ЗА Т Е М П Е Р А Т У Р Ы ВО Д Ы 5.1. Методы прогноза температуры воды, основанные на учете термодинамического взаимодействия океанов и атмосферы Н а и б о л ее ш ирокое р асп р остр ан ен и е в практике составлен и я пр огн озов тем п ер атур ы воды получили м етоды, основанны е на у ч ет е а т м о сф ер н о й ц и р к ул я ц и и н а д к он к р етн ы м р а й о н о м м о р я или ок еан а или п р илегаю щ и м и к ним рай он ам и. П ри этом хар ак тер ат­ м осф ер н ой циркуляции о п р едел я ет как о б щ ее ди н ам и ч еск ое, так и т еп л о в о е со ст о я н и е атм осф ер ы, а т а к ж е и н тен си вн ость п ер ен оса в оздуш н ы х и в одн ы х м асс.

И сп ол ь зуя ги п отезу о п р ео б л а д а ю щ ем влиянии зи м н и х п р оц ес­ сов на ф ор м и р ов ан и е тем п ер атур н ого р еж и м а ок еан а в теп л ую ч а с т ь г о д а, Н. А. Б е л и н с к и й [1 4 ] п р е д л о ж и л м е т о д п р о г н о з а т е м п е ­ ратуры воды в С евер ной А тл ан ти к е по тем п ер атур е в о зд у х а и ат­ м осф ер н ой циркуляции, вы р аж ен н ой в и н дек сах Б ел и н ск ого, н ад р ай он ам и, п р и легаю щ и м и к А тл ан ти ческ ом у ок еан у. И сходн ы м и данн ы м и дл я р азр аботк и м етод а п осл уж и л и аном ал ии тем п ер атуры воды в восьм и р ай он ах А тлан ти ческ ого ок еан а — к в адр атах С м еда (р и с. 3 9 ).

1(Й Б ы ли пол учены п р огн ости ч еск и е зав и си м ости ан ом ал и и т ем п е­ р а т у р ы в о д ы н а л етн и й с е зо н (с а п р ел я п о с е н т я б р ь )..

В к ач естве ар гум ен тов и сп ол ь зов ал ась т ем п ер ат ур а в о зд у х а на ю ж н ой ок он еч н ости Г р ен л ан д и и — ст. Н а н а р та л и к, к отор ая л уч ш е | д р у ги х х а р а к т ер и зу ет т ем п ер а т у р у в о зд у х а н а д сев ер н ой ч астью А т ­ л ан ти ческ ого ок еан а. В дан н ом сл уч ае тем п ер атур а в о зд у х а р а с­ см атр и в ается как п ок азател ь теп л оп отерь с п ов ер хн ости ок еа н а в х о л о д н у ю ч асть г о д а. Б о л е е п р ав и л ь н о бы л о бы п о л ь зо в а т ь ся т ем ­ п ер атур ой в о зд у х а, изм ер ен н ой в тех ж е р ай он ах, гд е р ассм атр и ­ вается ан ом ал и я тем п ер атуры воды. О дн ак о н едостаток дан н ы х пом еш ал этом у.

Ч астн ы е к оэф ф и ц и ен ты к ор рел яц и и тем п ер атур ы в о зд у х а в Н а н а р т а л и к е с а н о м а л и я м и т е м п е р а т у р ы в о д ы и з м е н я ю т с я о т 0,7 в р а й о н е А д о 0,3 9 в р а й о н е Е, т. е. о н и у м е н ь ш а ю т с я п о м ер е удал ен и я от Г р ен лан ­ д и и, что п о д т в е р ж д а ет вы ­ в о д о ц ел есообр азн ости ис­ п ол ь зов ан и я тем п ер атур ы воды и в озд уха в одни х и тех ж е районах.

В торой аргум ен т, в х о д я ­ щ ий в п р огн ости ч еск и е за в и ­ с и м о с т и,— и н д е к с ы цикло и антицик лони ческой дея - ' тел ь н ости по Н. А. Б елин­ ск о м у. М о ж н о сч и тать, что они хар ак тер и зую т н е толь- ;

ко ди н ам и ч еск ое, но и теп л о Р с 39. К а р т С е а и. вдаы мд. вое состоян и е атм осф еры.

Д ей стви тельн о, если сопо­ стави ть т ем п ер а т у р у в о зд у х а в том ж е Н а н а р т а л и к е за м есяц ы с о к т я б р я п о м а р т, т. е. з а х о л о д н ы й с е з о н г о д а, и и н д е к с ц и р к у ­ л я ц и и н а д С е в е р н о й А м е р и к о й в р а й о н е 6 2 (р и с. 4 0 ) з а т о т ж е и н ­ т ер в ал в рем ен и, то к оэф ф и ц и ен т к ор рел я ц и и, хар ак тер и зую щ и й э т у с в я з ь, б у д е т р а в е н — 0,6 2. Т а к и м о б р а з о м, у ч е т а т м о с ф е р н о й ц и рк уляц и и п утем в веден и я в п р огн ости ч еск и е зав и си м ости в к ач е­ стве ар гум ен та ин дек сов Б ел и н ск ого о т р а ж а ет и ди н ам и ч еск ое, и теп л ов ое в озд ей ств и е атм осф ер ы на тем п ер а ту р у воды в ок еан е.

П ри м ер уравн ен ия дл я расч ета ан ом али и тем п ер атуры воды д а н н и ж е:

IX ш II I 2 Д. = 5,54XЦ ^ -О.О ЭXЗ/и+О.вЗ, (37) IV IX где ^ A t w — сум м а аном алий тем п ер атуры воды в р ай он е А з а пе IV ш ^ t a — сум м а ср едн и х м есяч н ы х тем п ер а риод ап р ел ь— сен тябр ь;

8 5 2 90 60 30 0 30 60 90 2 5 Рс 40. Кра рйнв д ктрх ордллс идкы амсенй цруяи Н А Блнкг.

и. ат аоо, л ооы пееяиь нес я тофро иклци.. еисоо Ill тур в о зд у х а в Н ан ар тал и к е и 2 ] h i — сум м а цикло- и антициклони х ч еск ой д ея тел ь н о ст и в р а й о н е 62 з а п р ед ш ест в у ю щ ее в р ем я (с о к ­ т я бр я п о м а р т ). О бщ и й к о эф ф и ц и ен т к ор р ел я ц и и эт о й св я зи р ав ен 0,8 0 ;

о б е с п е ч е н н о с т ь о ш и б о к, н е п р е в ы ш а ю щ и х 2 0 % а м п л и т у д ы и з ­ м е н е н и я а н о м а л и и т е м п е р а т у р ы в о д ы, с о с т а в л я е т 88% ;

.

Д л я р а й о н о в, р а сп о л о ж ен н ы х д а л ь ш е от Г рен л ан ди и : в отк р ы ­ том ок еан е и в области, прилегаю щ ей к И сл ан ди и, ок азал ось н ео б ­ ходи м ы м учиты вать атм осф ер н ы е п р оц ессы и н а д Е вроп ей ск и м м а ­ т ер и к ом. В н ек отор ы х сл у ч а я х ц е л е с о о б р а зн о бы л о и сп ол ь зов ат ь п р едш еств ую щ ую тем п ер атур у воды.

Н ап р и м ер, д л я рай он а Я ур ав н ен и е д л я п р огн оза ан ом али й т ем ­ пературы воды и м еет вид IX III III II I II 2 Д ^ - 0,7 2 2 *в - 0, 4 2 Ц / и, 6 5 + 0, 3 3 У / 4, 7 _ 6 + 0, 4 2 2 Д ^ - 0,5 1, IV X X X IX (3 8 ) IX г д е ^ A t w — су м м а а н ом ал и й тем п ер а ту р ы в оды в р а й о н е Я за ап IV ш р е л ь — с е н т я б р ь ;

2 3 -fe, е5 — с у м м а ц и к л о - и а н т и ц и к л о н и ч е с к о й д е я х ш т е л ь н о с т и п о р а й о н а м 6 2 и 6 5 з а о к т я б р ь — м а р т ;

23 h 7 - 6 — с у м м а х ц и к л о - и а н т и ц и к л о н и ч еск о й д ея т е л ь н о ст и в р а й о н а х 4, 7 и 6 (и н ­ д ек с в р ай он е 6 б ер ется с обратн ы м зн а к о м ) за тот ж е п ери од;

п 2 3 A tw — с у м м а а н о м а л и й т е м п е р а т у р ы в о д ы в р а й о н е Я з а с е н IX ш т я б р ь — ф е в р а л ь ;

2 3 ta — т о ж е, ч т о и в у р а в н е н и и ( 3 7 ).

х К о э ф ф и ц и е н т к о р р е л я ц и и у р а в н е н и я ( 3 8 ) р а в е н 0,7 6, о б е с п е ч е н ­ ность 82%.

И н т ер есн о отм ети ть, что у си л ен и е ан ти ц и к л он и ч еск ой д е я т е л ь ­ ности н а д С ев ер н ой А м ер и к ой соотв етств ует п он и ж ен и ю т ем п ер а ­ туры воды во в сех р ай он ах, а уси л ен и е ц и к лон и ч еск ой ц и р к ул я ­ ц и и — повы ш ени ю т ем п ер атур ы. Д ей ств и т ел ь н о, при ан ти ц и к л он и ­ ч еск ой циркуляции над С ев ер н о й А м ер и к о й н а сев ер н у ю ч асть А тл ан ти ческ ого о к еан а п оступ ает в о зд у х с сев ер а м атер и к а, п оэтом у он х о л о д н ы й и су х о й. Э то, к ак бы л о о т м еч ен о вы ш е, у си л и в а ет п о ­ т е р и т е п л а н а и с п а р е н и е, т е п л о о б м е н и и з л у ч е н и е.. К р о м е т о г о, т а ­ к и е атм о сф ер н ы е п р оц ессы в ы зы в аю т, в ер оя т н о, у с и л е н и е х о л о д ­ ны х теч ен и й : В о с т о ч н о -Г р е н л а н д ск о г о и Л а б р а д о р с к о г о, а т а к ж е см ещ ен и е к в осток у Г ол ьф стр и м а. В се это сп о со б ств у ет п он и ж ен и ю тем п ер атур ы воды в ок еан е. Н а о б о р о т, при р азви ти и ци к лон и ч еск ой ц и рк уляц и и н а д С евер н ой А м ер и к ой на за п а д н ы е рай он ы С евер н ой А тл ан ти к и п оступ ает в о зд у х с ю га с повы ш енн ой тем п ер ат ур ой и в л аж н остью. П о эт о м у потери теп л а ч ер ез п оверхн ость ок еан а РайонН -0,6 0 0,6. 1, Р с 41. Г а и испсалняфкиекхив ч с е н хзаеи а о а и и. р ф к оотвеи атчси ы и л н ы нчнй н м л и ! тмеауыв д п всм р й н мА л н и и[14].

епртр о ы о оьи а о а т а т к б у д у т ум ен ь ш ать ся. К р ом е того, в о зд уш н ы е поток и с ю га о сл а б я т и н тен си в н ость х о л о д н ы х теч ен и й, что т а к ж е п р и в ед ет к п ов ы ш е­ нию тем п ер атуры воды.

С вязь ан ом ал и й тем п ер атур ы в оды с ц и р к ул я ц и ей н а д Е в р о ­ п о й — о б р а т н а я той, к отор ая сущ ест в ует с ц и рк ул яц и ей н а д А м ер и ­ к о й, т. е. ч ем и н т ен си в н ей а н т и ц и к л о г е н е з н а д Е в р о п о й, т ем вы ш е т ем п ер атур а воды в С евер н ой А тл ан ти к е.

Р езул ь таты р асч етов по ур ав н ен и я м, полученн ы м Н. А. Б ел и н ­ ск и м, д а н ы н а р и с. 41. С о п о ст а в л ен и е в ы ч и сл ен н ы х и ф ак ти ч еск и х зн ач ен и й ан о м а л и й т ем п ер ат ур ы воды п ок азы в ает в о зм о ж н о ст ь п р едвы ч и слен и я ср едн ей за летн ий сезо н тем п ер атур ы воды по х а ­ р а к т е р у а т м о с ф е р н ы х п р о ц е сс о в п р е д ш е с т в у ю щ е й зи м ы.

А налогичны й п о д х о д к п р огн озу тем п ер атур ы воды прим ени л А. И. К а р а к а ш д л я Б а р е н ц е в а м о р я [5 7 ]. П р о в е д е н н ы й и м а н а л и з н а б л ю д ен и й н а д т ем п ер а т у р о й воды п о к а за л, что п о л о ж и тел ь н а я °с б) _ - • а • •• * з 120 100 ВО -90 - 70 50 ш -3 (Ъщ-Ъа) С X (-t 0)°S Р с 42. Сяьм ж утмеауо в д со 0— 200 мп К л с о ум р д а у и. вз е д епртрй о ы ля о о ь к м е иин вагсеирзотютмеау в д ивзуа (а) итмеауо взуа вут ансь епртр о ы одх епртрй одх (б) воен- инй про [57].

сне ми еид з и отри ц ател ьн ая аном ал ии тем п ер атуры н абл ю д аю тся, как п р а­ вил о, на бол ьш и х п р остр ан ств ах м ор я и в зн ач и тел ьн ой то л щ е его в о д. Э то го в о р и т о том, что теп л о в о й р еж и м м ор я н а х о д и т ся п о д в оздей ств и ем п р оц ессов больш ого м асш таба.

О сн овы ваясь на р езу л ь т а т а х а н а л и за т еп л ов ого б а л а н са Б а р ен ­ ц ев а м ор я и его изм ен чи вости, К а р а к а ш п остр ои л свой м ето д п р о ­ гн о за тем п ер атур ы воды н а у ч ете теп л оп отер ь п оверхн остью м оря в о с е н н е -зи м н е е в р ем я и к о л и ч ест в е т еп л а, п р и н о си м о го в Б а р е н ­ ц ево м ор е из С евер ной А тлантики за тот ж е п ери од.

П о тер и теп л а ч ер ез п ов ер хн ость в х о л о д н у ю ч асть го д а п р о п о р ­ ц и он ал ьн ы р а зн о сти т ем п ер ат ур в оды и в о зд у х а. Н а р и с. 42 а п о ­ к а за н а зав и си м ость тем п ер атур ы воды сл оя 0 — 2 0 0 м на р а з р е зе по К ольск ом у м ер и ди ан у в августе от разн ости тем п ер атур в осен не зи м н е е в р ем я (с сен т я б р я п о м а р т ) в р а й о н а х м. Н о р д к а п — о. М е д ­ в еж и й. О д н а к о зи м о й в отк р ы том м ор е, т ем п ер а т у р а в оды поч ти н е н а б л ю д а ется. П оэтом у в м есто р азн ости тем п ер атур воды и в о зд у х а уч и ты вается тольк о тем п ер атур а в о зд у х а. Э то в о зм о ж н о п отом у, что т ем п ер а т у р а в оды м ен я ет ся от го д а к го д у в зн а ч и тел ь н о м ен ь­ ш и х п р е д е л а х, ч ем т е м п е р а т у р а в о з д у х а, в с л е д с т в и е ч его и м ен н о о н а о к азы в ает б о л ь ш ее вл и я н и е на и зм ен ч и в ость теп л оп отер ь.

Н а ри с. 4 2 б д а н а за в и си м о ст ь т ем п ер а т у р ы в од ы н а том ж е К о л ь ­ ск ом м ер и д и а н е от тем п ер атур ы в о зд у х а на ст. Ш п и ц б ер ген. С р а в ­ н ен и е д в у х гр аф и к ов это го р и сун к а п о д т в ер ж д а ет в о зм о ж н о сть т а ­ кой зам ен ы.

Ч т о б ы в ы бр ать п о к а за т ел ь а д в ек ц и и, к отор ы й м о ж н о бы л о бы ввести в кач естве ар гум ен та в пр огностич ески е уравн ен и я, К ар а каш соп остави л адвек ц и ю теп л а Н ор дк ап ск и м теч ен и ем со ск ор о­ с т ь ю т еч ен и я (р и с. 4 3 ). Н о с а м а с к о р о с т ь о п р е д е л я е т с я а т м о с ф е р ­ ной ц и р к ул я ц и ей н а д р а й о н а м и, г д е ф ор м и р уется п оток теп лы х атл ан ти ч еск и х в о д в Б а р ен ц ев о м ор е, а т а к ж е н а д сам и м м ор ем.

Д ей ств и тел ь н о, коэф ф и ц и ен т к ор рел яц ии м еж д у скоростью Н о р д ­ к ап ск ого теч ен и я и и н тен си в н остью атм осф ерн ой циркуляции, вы ра­ 'Q к а л /( с м -с) ж ен н ой в и н дек сах Б ели н ск ого, н а д С евер ной А тлантикой и Б ар ен ц е­ в ы м м о р е м р а в е н 0,8 0.

Таким обр азом, в р езул ь тате ан ал и за дл я п р едск азан и я тем п ер а­ туры воды в Б ар ен ц ев ом м ор е в теп ­ л у ю ч асть го д а в к ач ест в е а р гу м ен ­ тов бы ли вы браны : тем п ер атура в о з д у х а н а о. Ш п и ц б ер ген (Б а р ен ц б у р г ) к ак п о к азател ь зи м н его о х ­ л а ж д ен и я и и н тен си вн ость ци к ло- и антициклонической дея тел ьн ости Р с 43. Сяь м ж у соотю и. вз е д крсь н а д С евер н ой А тлан ти кой (р а й о н тчня и авкий тпа [57].

ееи деце ел / ) и Б а р ен ц е в ы м м о р ем (р а й о н 2) 0— 25 м Агс.

. вут как п ок азател ь адвек ц и и теп л а те­ ч ен и ям и.

К а р а к а ш п ол учи л п р огн ости ч еск и е зав и си м ости в и да ш ш tw = a ' 2 Л, (* ^ ) IX IX г д е tw — с р е д н я я м е с я ч н а я т е м п е р а т у р а в о д ы в с л о е 0 — 2 0 0 м и л и п о о т д е л ь н ы м с л о я м : 0 — 1 0 0, 2 5 — -5 0, 5 0 — 1 0 0, 1 5 0 — 2 0 0 м ;

ta — т ем ^ п е р а т у р а в о з д у х а п о с т. Б а р е н ц б у р г ;

h, 2— и н д е к с а т м о с ф е р н о й ц и р к у л я ц и и н а д р а й о н а м и 1 я 2;

а, Ь, с — к о э ф ф и ц и е н т ы у р а в н е н и я регр есси и.

П ол уч ен н ы е св я зи д о ст а т о ч н о тесн ы е, о б есп еч ен н о сть и х со ст а в ­ 80—90% 0,5°.

ляет при ош ибке Заблаговрем ен ность п р огн озов от 2 д о 6 м есяц ев.

И н т ер есн о отм ети ть за к о н о м ер н о ст ь в и зм ен ен и и вли яни я о б о и х аргум ен тов на тем п ер атур у воды : так, рол ь тем п ер атур ы в оздуха з а зи м у в и зм ен ен и я х тем п ер атур ы воды л етом от м еся ц а к м есяц у п о н и ж а ется, а рол ь адвек ц и и п овы ш ается.

И л л ю с т р а ц и е й э т о м у с л у ж и т т а б л. 7, г д е п р и в е д е н ы к о э ф ф и ц и ­ енты корреляц ии м еж ду тем п ер атурой воды слоя 5 0 — 100 м средн ей на р а зр езе по К ольск ом у м ери ди ан у, с одн ой стороны, и тем п ер атур ой в о зд у х а и атм осф ер н ой ц и рк уляци ей, с др угой.

Т биа алц Заеи чснхгио щ хR кэфцетв нчня аты би офиино креяи д я со 50— 100 м орлци л ля Э лементы V II V III V VI IX 0,68 0, 0,58 0,51 0, rt ' la w -0,60 -0,65 -0, -0,72 -0, r*w’ I 0,78 0, 0,76 0,76 0, R З а в и си м о ст и в и д а (3 9 ) б ы л и п ол уч ен ы д л я р а зл и ч н ы х р а й о н о в м оря, там, гд е р егул я р н о пр оводи л и сь стан дар тн ы е р а зр езы и гд е Р с 44. К р ырсрдлнятмеауыв д [57].

и. а т апеееи епртр о ы а — вы ч и сл ен н ая, б — ф а к т и ч е ск а я.



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.