В 1918—1925 гг. во время работы норвежской экспедиции в Арктическом бассейне на судне «Мод»
Свердруп впервые исследовал дрейфовые подледные течения. Он пришел к выводу,
что при ветровом
дрейфе льда в движение вовлекается весь гомогенный поверхностный слой Арктического бассейна
толщиною несколько
десятков метров. Этот слой свободно скользит по нижележащему слою гидросферы ввиду
незначительности сил внутреннего трения в зоне наибольшего градиента плотности. Пренебрегая
сопротивлением
трения, он полагал, что дрейфу льда сопротивление оказывают только окружающие ледяные
поля. Последующие исследования,
выполненные на дрейфующей станции «Северный по-люс-1» в
1937 г. П. П. Ширшовым,
выявили неполноту этого
допущения. Ошибочным оказалось также предположение Свердрупа о пропорциональности силы
трения воздух—лед первой степени
скорости ветра, а не второй, как показали результаты дальнейших исследований (Ширшов, 1944).
П. П. Ширшов считал, что дрейфовые
подледные течения имеют много общих черт с дрейфовыми ветровыми течениями моря, свободного от льда. Скорость подледного течения быстро уменьшается с глубиной: на
горизонте
5 мона, по данным П. П. Ширшова, составляет 90—100 % от скорости дрейфа
льда, на глубине
25 м
— 25—30 %. На глубине
25 м
вектор течения отклоняется вправо от вектора
скорости дрейфа льда на угол 25—30°.
В
1959
г. группа исследователей во главе с А. Г. Колесниковым выполнила инструментальные наблюдения за
дрейфовыми течениями
в подледном слое (Колесников, 1960). Измерив средние и пульсационные скорости течений, авторы сделали вывод, что толщина слоя
воды, увлекаемая ветровым дрейфом льда, невелика. При скорости дрейфа 5 см/с течение
распространяется на глубину только 5м от нижней кромки льда. На глубине 1 м подо льдом скорость течения составляет только 50 % от
скорости дрейфа льда.
Более подробные
данные о структуре дрейфовых подледных течений
получил Ханкинс летом
1958 г.
на американской дрейфую щей станции «Альфа»
[Hunkins, 1966]. Истинные
течения получены путем вычитания элементов дрейфа льда, вычесленного по
астрономическим наблюдениям местоположения станции. По данным натурных
наблюдений было построено 180 эпюр
вертикального распределения скорости и
направления течения, но анализировались только 23, которые соответствовали
условиям установившегося дрейфа льда. На основании анализа обобщенных данных был построен годограф скорости дрейфового течения, из которого следует, что
угол отклонения вектора скорости
дрейфа льда от направления ветра равен 45°.
Л. Н. Беляков обобщил результаты собственных наблюдений за дрейфовыми течениями под ледяным
покровом и измерений, выполненных
другими исследователями и нашёл что на глубине
5 метров направление
течения составляет угол примерно 40ْ к направлению дрейфа льда (Беляков,
1974)
В результате дрейфа «Фрама», станции «Северный полюс-1» и
ледокольного парохода «Г. Седов», хотя они не проходили по центральной части
бассейна, была получена важная информация о закономерностях дрейфа льдов. На
основе этих данных Н. Н. Зубов сформулировал свое знаменитое «правило дрейфа
льда по изобарам», а затем вместе с М. М. Сомовым построил первую (хотя еще
гипотетическую) схему дрейфа льда в Арктическом бассейне [Зубов и др. 1940].
Одновременно
накапливались данные о циркуляции вод в поверхностных слоях Арктического
бассейна. Используя результаты наблюдений на дрейфующих станциях и воздушных
экспедиций, А. Ф. Трешников в
1954
г. составил первую динамическую карту (Трешников 1959),
на которой ясно проступали основные контуры известной теперь схемы—широкое
Трансарктическое течение, направленное от Берингова пролива к проливу Фрама и
обширный антициклонический круговорот вод в Амеразийском суббассейне (рис.4).
Рис.
4. Схема циркуляции поверхностных вод Северного Ледовитого Океана.
1-антициклонический круговорот вод Арктического бассейна; 2- Трансарктическое
течение; 3-Восточно-Гренландское течение; 4 – Западно-Исландское течение и
Восточно-Исландское течения; 5 – Норвежское течение; 6 – система циклонических
течений Северо-Европейского бассейна; 7 – Нордкапское течение; 8 –
Шпицбергенское течение. (Взято из Никифоров, Шпайхер, 1980)
Впервые существование антициклонической циркуляции вод и
льдов подтвердил дрейф станции «Северный полюс-2». Ее лагерь, оставленный
зимовщиками весной
1951 г.,
был дважды обнаружен во время воздушных экспедиций в 1954 и
1955 г. вблизи того места,
где станция была создана в
1950
г.
3. М. Гудкович обработал результаты дрейфа станции по барическим
и динамическим картам (Волков и Гудкович, 1967). Оказалось, что за 5 лет
станция совершила круговой дрейф с радиусом около
1000 км вокруг центра
антициклонической циркуляции, выявленной А. Ф. Трешниковым. Затем наличие этой
циркуляции подтвердил дрейф советских станций «СП-7, 8, 11, 12, 16», а также
дрейф американских станций «Т-3», «Альфа» и «Браво».
Это представление о циркуляции поверхностного слоя
подтвердилось в работе Coachman and Barnes (1961), которые проанализировали 300 океанологических станций и поля
динамических высот. За уровень отсутствия движения они приняли глубину
1200 метров. Не очень
понятно почему именно эта глубина была выбрана. Кроме того, они упоминают о том
что во многих случаях прямых измерений течения не было проведено, но они
определяли его, исходя из предположения о том, что циркуляция льда и
поверхностного слоя океана совпадают. Это возможно не лучшее приближение.
Наиболее сильным аргументом в пользу того, что циркуляция океана соответствует
циркуляции льда являлось то, что большие ледовые острова имеющие вертикальные
размеры более
40 метров
следуют по траекториям, совпадающим с кругом Бофорта и Трансарктического
течения. Предположение заключается в том, что перемещение этих ледовых островов
контролируется океанской циркуляцией. Но здесь игнорируется тот важный факт,
что ледовые острова не плавают изолированно а зажаты окружающим ледовым полем
способным передавать им энергию которая может превышать энергию получаемую от
течений. Такая точка зрения обсуждалась Hibler and Bryan (1987).
Представления Coachman и Barnes (1961) были
развиты Newton (1973). Он нашел, что основная циркуляция арктических (поверхностных)
вод в Канадском бассейне именно такая, как и предполагали Coachman и Barnes (1961). Как и его предшественники, Newton снова сделал
свои выводы на основе данных по дрейфу крупных ледяных островов, но добавил
также измерения дрейфа более тонкого (2-3м) льда. Он использовал данные
полученные в ходе Arctic Ice Dynamics Joint Experiment (AIDJEX) за 1970-1972
годы. В этом эксперименте измерители течений были помещены в лунки
просверленные во льду и измеряли скорость потока и его направление относительно
льда. Затем, используя данные по дрейфу льда, эти измерения переводились в
систему координат связанную с Землёй и таким образом должна была получаться
картина реальных течений. Погрешности для данных эксперимента AIDJEX официально так никогда и не были представлены. Ньютон отмечает что
измерители течений часто работали за порогом точности, составляющим 2.5 см/с.
Фактически очень много измерений было именно такого порядка величины.
Интересное сообщение по поводу
циркуляции в южной части моря Бофорта, было сделано Aagaard (1984),
который проанализировал измерения течений и данные со станций сделанных над
континентальным склоном в этом районе. Он сообщает о крупномасштабной
циркуляции (Бофортское противотечение) направленной в пролив Фрама а не в
Берингов пролив как думали раньше. Он предположил что этот поток является
частью крупномасштабной циркуляции бассейна. Так как Aagaard использовал
лучшие измерения течения сделанные в этом районе, возможно что течения в южной
части круговорота Бофорта действительно движутся в противоположную сторону по
сравнению с циркуляцией льда.
|