Основной перевод: Настя К.

Если вы когда то путешествовали вокруг Соединенных Штатов, то вы могли заметить, что климат восточного побережья сильно отличается от климата восточного побережья. Почему? Почему климат Чарльстона, Южная Каролина так отличается от климата в Сан Диего, хотя оба они находятся приблизительно на 32°N и оба недалеко от окена? В Чарльстоне выпадает примерно 125-150 мм осадков ежегодно - в Сан Диего 25-50, в Чарльстоне летом жарко, в Сан Диего наоборот прохладно. Или почему климат в Сан Франциско так отличен от климата Норфолка, Вирджиния?

 Если повнимательнее рассмотреть характеристики атмосферы вдоль двух берегов около 32°N, то замечаются различия, которые могут объяснить климат. Например, когда ветры с моря дуют прямо на Сан Диего, они приносят слой прохладного, влажного морского воздуха толщиной несколько сотен метров, над которым воздух намного суше и теплее. В то же время, на восточном побережье, когда ветер дует с моря, он приносит слой теплого влажного воздуха гораздо меньшей толщины. Конвекция, которая является основной причиной возникновения дождей, протекает гораздо активнее на восточном побережье, чем на западном. Но почему слои воздуха над поверхностью воды так отличаются на восточном и западном побережьях? Ответ может быть найден при изучении взаимодействия океана с локальными ветрами, которые подробно рассматриваются в этой главе.

9.1 Инерционное движение

Прежде, чем начать изучение течений около поверхности океана, давайте обсудим простейшее решение уравнений движения, описывающих взаимодействие океана и импульса, приводящего воду в движение. Например, сильный ветер, дующий в течении нескольких часов, приводит воду в движение и затем она движется только под воздействием силы Кориолиса и силы тяготения. Никакие больше силы не действуют на воду.

Такое движение называется движением по инерции. Если бы эта жидкость была в невесомости, то она двигалась бы равномерно и прямолинейно, согласно второму закону Ньютона. Но, к сожалению, из-за вращения Земли движение ее выглядит совсем иначе.

Из (7.12) получаем уравнения движения идеальной жидкости:

  (9.1a)

(9.1b)

(9.1c)

Где p – давление, Ω = 2 π/(сидерический день) = 7.292 × 10^-5 рад/сек – скорость вращения Земли вокруг своей оси и φ – широта. Так же мы учитываем, что жидкость идеальная(т.е. невязкая, F_i = 0).

Теперь давайте искать простые решения этих уравнений. Чтобы это сделать, мы должны упростить уравнения моментов. Итак, если только гравитация и сила Кориолиса действуют на жидкость, то проекция градиента давления на горизонтальную плоскость должна равняться нулю:

(9.2a)

(9.2b)

где

(9.3)

есть параметр Кориолиса и Ω = 7.292 × 10^-5рад/сек – скорость вращения Земли.

(9.2) - система линейных дифференциальных уравнений первого порядка, которая решается стандартными методами. Выразим u из второго уравнения и подставим в первое, получим:

Преобразуя правое равенство, получим уравнение гармонического осциллятора:

(9.4)

решениями которого являются (9.5). Это течение называется инерциальным течением или инерциальной осцилляцией:

Нужно отметить, что уравнения (9.5) являются параметрическим заданием окружности диаметра D_i = 2V/f и период T_i = (2π)/f = T_sd/(2 sin φ) где T_sd - сидерический день.

T_i is the inertial period, and it is one half the time required for the rotation of a local plane on Earth's surface (Table 9.1). Направление вращения как у антициклона: по часовой стрелке в северном полушарии и по часовой в южном. Инерционное течение – это свободное движение масс воды на вращающейся плоскости.

Табл.9.1 Инерционные осцилляции 

Инерционные течения – наиболее распространенные течения в океане (Рис. 9.1). Webster (1968) проанализировал много опубликованных работ и обнаружил, что такие течения были обнаружены на всех глубинах и широтах, но они непостоянны и затухают в течение нескольких дней. Осцилляцияна различныхглубинах илиместах как правило непохожи.

Рис. 9.1 Инерционные течения на севере Тихого океана в октябре 1987 (дни года 275-300) измерялись holey-sockdrifting buoy, погруженным на 15м. Позиции проверялись 10-12 раз в день системой Argos на метеорологическом спутнике NOAA. Наибольшее течение было обнаружено на 277 день. И это не случайность. Вся поверхность вращается. Буек, расположенный где угодно, показал бы схожий результат. From van Meurs (1998).

Причиной возникновения инерционных течений является резкая смена ветра у поверхности моря, так как она влечет за собой появление большой осцилляции. Так же мы предполагали, что жидкость идеальная, когда выписывали наши уравнения, но полностью пренебрегать вязкостью мы не можем и через некоторое время осцилляция перейдет в другие поверхностные течения.