Автор: А.Л.Бондаренко

Мнение редакции сайта sea-wave.ru не всегда совпадает с мнением  автора. Статьи присылаемые на сайт не проходят рецензирование.

Предисловие

     Слово “течения”, океанские и морские двояко. С одной стороны это некие динамические образования, в которых огромная масса воды находится в движении. Так, нам хорошо известны Крупномасштабные течения Гольфстрим, Куросио, мощные Экваториальные течения и т.д. С другой стороны под этим словом подразумевают конкретные движения, перемещения масс воды океанов и морей. Часто в этом случае отмечают какие-то свойства и параметры течений. Я думаю, читатель по смыслу текста статьи сможет различить эти понятия, где динамические образования, а где движения воды.     Течения имеют различные пространственно - временные масштабы, механизмы и вызваны различными причинами.
 

По пространственно - временным масштабам течения морей и океанов принято разделять на переменные по скорости и направлению, вектор которых меняется неким квазициклическим образом с периодичностью приблизительно до сорока суток и устойчивые или квазиустойчивые по направлению, соизмеримые с масштабами океана или моря, получившие название крупномасштабных течений, крупномасштабной циркуляции. В крупномасштабную циркуляцию океанов вовлечены  практически все его воды от поверхности до дна. Приповерхностные воды в Северном полушарии совершают антициклоническое движение (по движению часовой стрелки)  и циклоническое – в Южном.  В целом по океану скорости крупномасштабных течений  небольшие, приблизительно 10 см/c. Но в западных и экваториальных областях океанов, небольших по площади,  они проявляются в виде мощных струйных течений со скоростями до 2,5 м/с, как, например, в Гольфстриме, Куросио, Сомалийском и Экваториальных течениях и т. д.

С учётом кинематики течения можно разделить на такие типы: дрейфовые, градиентные и длинноволновые. Считается, что основными причинами, вызывающими течения является ветер  и колебания атмосферного давления, а также неравномерное положение уровенной поверхности воды, обусловленное  такими процессами, как осадки, испарение, нагрев океана, соединение вод различной плотности и т.д. При этом одна и та же причина может создать течения, имеющие различные механизмы и пространственно-временные масштабы. Так, движение воздушных масс - ветер в атмосфере создаёт так называемые дрейфовые течения, вызванные ”влекущим действием ветра”. Перемещение масс воды в пространстве осуществляется неравномерно, что создаёт наклон уровенной поверхности океана и, соответственно, градиентные течения. Ветер и колебания атмосферного давления создают волны, в том числе и долгопериодные, в частности волны Россби с периодом до 40 суток. Волны имеют такие параметры, как орбитальные движения частиц воды и волновой перенос, фактически это волновые течения. 

В настоящей статье мы приводим только общие  сведения о Крупномасштабных течениях Мирового океана, их параметрах и некоторых свойствах, приводим схемы поверхностных течений, построенные разными авторами и наши построенные по данным дрифтерных наблюдений,  а также выполняем сопоставительный анализ этих схем на предмет оценки их достоверности. Эти схемы, по данным дрифтерных наблюдений, построены О.П. Никитиным специально по заказу автора статьи и в соответствие с его требованиями, по методике изложенной в [13]. Исходные дрифтерные измерения помещены в Интернете. Мы благодарны О.П. Никитину за проделанную работу. 

Некоторые схемы крупномасштабных течений ХХ в.

При построении этих схем их авторы использовали некие свои представления о течениях и весьма ограниченные натурные сведения о них, полученные в основном по информации о сносе судов в океане. В некоторых случаях течения рассчитывались динамическим методом по информации о плотности воды. Приведём здесь только некоторые из известных и популярных  в океанологической практике. 

Схемы течений Мирового океана, построенные по данным дрифтерных наблюдений.

Приведены схемы среднемноголетних поверхностных течений. При построении схем течений использовалась информация о течениях зарегистрированных в разное время  разными дрифтерами, количество которых превышало двенадцать тысяч для всего Мирового океана. В среднем каждый дрифтер проработал 1,5 года. Даётся описание режимных характеристик течений. 

Тихий океан. 

Ниже приведены схемы течений.

Заметно выделяются течения с большими скоростями: среди них Куросио (1) со скоростями ~ 40 – 50 см/c и Восточно-Австралийское (2) со скоростями ~ 30 cм/с, Приэкваториальные и Циркумполярное. Приэкваториальные течения (назовём их так) охватывают зону приблизительно от 15°о с. ш. до 8° ю. ш. и имеют западное направление, за исключением полосы шириной ~ 300 км около 8° с. ш., которые, скорее всего, на схемах рис. 2, названы Межпассатным противотечением. В зону Приэкваториальных течений входят Северные и Южные пассатные течения. Максимальные скорости поверхностных течений на экваторе, ~ 25 см/с и уменьшаются к северу и югу до скоростей ~ 10 cм/с. Напомню, что здесь речь идёт о средне годовых течениях. В приэкваториальных течениях выделяются полосы направленные вдоль экватора, в которых течение направлено на запад или восток. Так в полосе, южная граница которой проходит по параллели 80° с.ш. течения западные, в полосе между 80° с.ш. и 50° с.ш.- восточные, далее на юг течения западные. Фактически все приэкваториальные течения, за исключением течений в полосе  80° с.ш. - 50° с.ш. направлены на запад.

В последние двадцать пять лет на экваторе Тихого океана по программе TOGA TAO выполнены продолжительные (с 1982г по настоящее время) стационарные измерения течений на различных горизонтах, что позволило надёжно установить их режимные характеристики. В Приэкваториальной зоне существует (по измерениям на экваторе) две системы течений: переменные с годовой периодичностью в направлениях запад - восток и подповерхностные постоянные, направленные на восток. Максимальные скорости переменных течений наблюдаются у поверхности, до 0,8 м/с и с глубиной они уменьшаются до нуля на горизонте ~ 270 м. Таким образом эти переменные по скорости и направлению течения носят сезонный характер. Летом для Северного полушария переменное течение направлено на запад, а зимой на восток. Можно допустить, что переменные течения охватывают всю  приэкваториальную зону. Но скорости течений вне экватора существенно меньше, чем на экваторе.

Максимальные скорости постоянных течений наблюдаются на экваторе на горизонте ~ 80 м, с глубиной и к поверхности океана они уменьшаются: на горизонте 270 м. они практически равны нулю, а у поверхности имеют западное направление со скоростью ~ 30 cм/c. В целом воды этим течением переносятся на восток, и только небольшой слой воды до горизонта 25 м у поверхности океана переносится на запад. Это постоянное подповерхностное течение, получившее название, течения Кромвелля, прослеживается до 2о северной и южной широты.

Циркумполярное течение, направленное на восток, прослеживается от 50° ю. ш.  на севере и, скорее всего, на юге до Антарктиды. Скорости ~ 20 – 30 cм/с. Около Антарктиды измерения течений дрифтерами не производились, поскольку океан покрыт льдами. Согласно схеме Шотта (рис.1) непосредственно около берегов Антарктиды существует течение, направленное в противоположную сторону Циркумполярному течению. Оно получило название течение Восточных ветров.  

Если взять за образец течение Гольфстрим и Приэкваториальные течения Тихого океана, которые нам хорошо знакомы, то можно допустить, что области с большими скоростями течений в струйных течениях западных пограничных и экваториальных областей океанов сосредоточены в верхнем слое океана, до горизонта 300 – 500 м. Отсюда можно допустить, что такие течения, как Куросио и Циркумполярное, также сосредоточены в верхнем слое океана.

Обычно под течением существует глубинное противотечение, а с обоих сторон от течения – поверхностные противотечения. Эти противотечения гораздо слабее самого течения. Так около Гольфстрима, средняя скорость которого 0,5 – 1 м/с,  поверхностные противотечения имеют скорости ~ 5 см/с, скорости глубинного противотечения в основном такие же. Но вот во Флоридском проливе скорости глубинных противотечений большие, достигают величин ~ 50 см/с при максимальных скоростях поверхностных течений до 2,5 м/с [15]. При этом, скорости этих противотечений увеличиваются с глубиной. Можно считать, что остальные струйные течения сопровождаются подобными противотечениями. Так, течение Восточных ветров около Антарктиды фактически является противотечением Циркумполярного течения. А знаменитое сильное подповерхностное противотечение Кромвелла можно рассматривать, как течение и тогда по отношению к нему пассатные течения, более слабые, окажутся противотечениями. Можно рассматривать и наоборот: пассатные это течения, а подповерхностное – противотечение. Закономерности формирования этих противотечений рассматриваются в работе [2].

Около 30° с. ш. и ю. ш. существует обширная зона очень слабых течений со скоростями ~ 3 см/с. Севернее 30° с. ш. и южнее 30° ю. ш. в целом воды океана переносятся на восток, а между этими широтами – на запад. 

В восточных окраинах океана: вдоль берегов Северной Америки прослеживается слабое Калифорнийское течение (3) на юго-восток со скоростями ~10 cм/с и вдоль берегов Южной Америки – Перуанское течение (4) на север со скоростями ~ 15 – 20 см/с.  

Атлантический океан.

Схемы течений.

Рис. 11 а, б. Трассы дрифтеров, запущенных в воды Северного (а) и Южного (б) полушарий Атлантического океана. Красным цветом выделены участки трасс дрифтеров, в которых их скорость перемещения, следовательно, и скорость течения превышала 75 (б) см/с, а жёлтым цветом - меньше указанных значений. 

Заметно выделяются течения с большими скоростями: Западные пограничные течения, среди них Гольфстрим (1) со скоростями ~ 50 – 100 см/c и Гвианское (2) со скоростями ~ 50 cм/с, Бразильское (3) ~ 30 см/c противотечения: Лабрадорское (4), скорость которого ~ 40 cм/c и Фолклендское (5) c такими же скоростями, Приэкваториальные и Циркумполярное. Приэкваториальные течения охватывают зону приблизительно от 8° с. ш. до 8° ю. ш. и имеют в основном западное направление, за исключением полосы шириной ~ 300 км около 7° с. ш.. 

Скорости приэкваториальных течений , ~ 20 - 30 см/с. По экваториальной зоне Атлантического океана имеется меньше информации о течениях, чем - Тихого океана. Однако можно считать, что  режимы течений этих зон имеют много схожих черт. Можно считать, что переменные экваториальные течения имеют сезонную изменчивость, а постоянное подповерхностное течение, получившее название течения Ломоносова имеет  схожие параметры с течением Кромвелла [7, 11]. Поверхностные приэкваториальные течения можно разделить на две области: севернее 0,8° ю.ш., течения в которых направлены на восток и южнее этой широты – на запад.   

Циркумполярное течение, направленное на восток, прослеживается от ~ 40° ю. ш. на севере и, скорее всего, на юге до Антарктиды. Скорости ~ 20 – 30 cм/с.  

Около 30° с. ш. и ю. ш. так же как и в Тихом океане существует зона очень слабых течений со скоростями ~ 3 см/с. Севернее 30° с. ш. и южнее 30° ю. ш. в целом воды океана переносятся на восток, а между этими широтами – на запад. 

В восточных окраинах океана: вдоль берегов Северной Африки существует слабое Канарское течение на юг со скоростями ~10 cм/с (6) и вдоль берегов Южной Африки заметно выделяется Бенгельское течение на северо-запад со скоростями  15 – 20 см/с (7).

Индийский океан.

Схемы течений.
 

Заметно выделяются течения с большими скоростями: Западные пограничные течения, среди них: Сомалийское (1) со скоростями ~ 50 – 100 см/c, Мадагаскарское (2) со скоростями ~ 50–75, Мыса Игольного (3) со скоростями ~ 50 cм/с., Экваториальное течение шириной ~ 300 км преимущественно восточное со средними скоростями ~ 40 см/c, Южное пассатное течение около 14° ю. ш. шириной ~ 700 км со скоростями ~ 30 см/с - западное и Циркумполярное. Сомалийское, Экваториальное и Южно-пассатное течения образуют хорошо заметную антициклоническую циркуляцию вод. 

Экваториальное течение, точно так же как и Приэкваториальные течения имеют сезонную изменчивость в направлениях запад – восток. Эти течения называют Муссонными, они как и течения Тихого и Атлантического океанов имеют сезонный характер. На экваторе выделяется постоянное подповерхностное течение Тареева [7] со скоростями до одного метра в секунду, аналогичное течениям Кромвелла в Тихом океане и Ломоносова в Атлантическом океане.   

Циркумполярное течение, направленное на восток, прослеживается от ~ 40° ю. ш.  на севере и на юге до Антарктиды. Скорости ~ 20 – 30 cм/с, такие же как и в Тихом и Атлантическом океане.
 

Около 30°  ю. ш., как и во всех океанах, существует зона очень слабых течений со скоростями ~ 3 см/с. Севернее 30° ю. ш. в целом воды океана переносятся на запад, а южнее – на восток. В восточных окраинах океана: вдоль берегов Австралии существует относительно слабое Западно-Австралийское течение (4) на север со скоростями ~10 cм/с. 

Таким образом, в структуре и параметрах течений океанов много общего. Выделяются области с большими скоростями течений: западных пограничных течений, Приэкваториальные, включающие экваториальные и Пассатные течения, а также Циркумполярное течение. Прослеживается некоторое сходство в направленности течений Атлантического и Индийского океанов: в северной части приэкваториальной зоны этих океанов течения направлены на восток, а в южной – на запад. Выделяется большая зона с очень слабыми течениями около 30° ю.ш. и слабые течения восточных областей океанов, направленные в сторону экватора.

Чёрное море.

Схемы течений.

Заметно выделяются циркуляция течений циклонической направленности вдоль берега со скоростями ~ 20 – 30 cм/с. Ширина этого течения, получившего название Основного Черноморского течения (ОЧТ) по расстоянию от берега в море равна ~ 50 км. Максимальные скорости течения  ~70 см/с. Это преобладающие течения. Но иногда и довольно часто дрифтеры, можно предположить, что и поток воды, перемещаются  не вдоль берега, а поперёк моря, что мы и видим на рис. 15 а, б. В целом можно считать, что всё море находится в движении со средними скоростями течений, превышающими 10 см/с. Согласно, инструментальным измерениям с буйковой станции установленной в глубоководной части Чёрного моря     [14] в заметном движении находится только верхний слой воды до горизонта ~250 м.

Сопоставительный анализ существующих и наших схем течений  

Не будем проводить детального сопоставительного анализа существующих схем течений (рис. 1-5) с нашими (рис. 6-15). Пусть это сделает читатель. Напомню только, что наши схемы построены по непосредственным документальным измерениям течений, в то время, как наши предшественники при построении своих схем течений больше руководствовались некими своими представлениями о течениях и меньше натурными измерениями течений, и при этом весьма не надежными, в виде сведений о сносе судов.  Поэтому расхождения в изображениях течений часто существенны.  

В качестве примера. В данном случае мы покажем, как изменялись схемы Крупномасштабных течений по мере изменения представлений о их природе и накопления информации о них. Рассмотрим это преимущественно на примере течения Гольфстрим и течений Северного полушария Атлантического океана.

Система Западных пограничных течений от п-ва Флорида до Большой Ньюфаундлендской банки получила название течения Гольфстрим. Когда-то полагали, что это течение порождается водами Миссисипи. Но как отмечает Мори, капитан Ливингстон развенчал эту гипотезу, показав, что объём воды, который река Миссисипи выносит в Мексиканский залив, не составляет и трёх тысячных того, что переносит Гольфстрим. Мори (1863 г) [16] предложил свою гипотезу формирования Гольфстрима. Восточные пассатные ветры вызывают медленный дрейф вод Атлантического океана к западу в виде Пассатного течения. Большая часть вод Пассатного течения попадает в Карибское море, а затем в Мексиканский залив. Нагон вод в Мексиканский залив приводит к повышению уровня воды в нём по сравнению с уровнем вод Атлантического океана. В результате перепада уровней воды вода из Мексиканского залива через Флоридский пролив поступает в Атлантический океан. Так образуется Гольфстрим.  Раньше течение Гольфстрим представлялось в виде реки вытекающей из Мексиканского залива через Флоридский пролив (рис. 3). Позже было установлено, что расход Гольфстрима увеличивается по мере удаления от Флоридского пролива. Тогда исследователи предположили, что в Гольфстрим должна поступать вода из Атлантического океана в виде Антильского, Флоридского и прочих течений (рис. 4). Исследователи предположили наличие циркуляций в движениях воды, подобных,  рис. 4. Так, Крупномасштабные течения стали называть Крупномасштабной циркуляцией.

Впоследствии было установлено, что вод Мексиканского залива в Гольфстриме нет или почти нет, а Гольфстрим сформирован тёплыми водами Саргассова  моря и холодными водами с севера, т.н. склоновыми. Раз так, то был сделан вывод, что из Мексиканского залива  вода не вытекает и, следовательно, Гольфстрим не выходит из него. Тогда появились схемы течений типа (рис. 2), на которых Гольфстрим выходит не из Мексиканского залива, а из Атлантического океана в виде продолжения Антильского течения. На некоторых современных математических моделях Гольфстрим изображен так, как на рис. 2, не выходящий из Мексиканского залива.

Все эти схемы течений (рис. 1 - 5), как отмечалось, есть плод неких представлений, фантазий их авторов относительно природы и свойств течений, но не прямых измерений течений. Прямых измерений течений, и тем более репрезентативных, тогда просто не было.

Репрезентативная информация о течениях, в том числе Северного полушария Атлантического океана, в виде дрифтерных наблюдений была получена только в последние двадцать лет. Хорошие измерения и уникальная информация о течениях позволили иначе взглянуть на природу океанских течений, их свойства и параметры.

На рис. 9а, б, 10а, б, 11а, б приведены схемы течений Северной Атлантики, построенные по ансамблю всех дрифтерных наблюдений. Мы видим схемы параметров реальных течений, но не плод фантазии их авторов. Заметны существенные различия в изображениях течений. На схемах рис. 2, 4 и рис. 9а, б, 10а, б, 11а, б.  На схемах рис. 9а, б, 10а, б, 11а, б  чётко выделяется течение Гольфстрим, оно выходит из Мексиканского залива и никаких поступлений воды сбоку от Гольфстрима, из Атлантического океана, в виде Антильского и Флоридского и прочих течений мы не наблюдаем. Где изображены эти  течения вообще существует область  переменных и очень слабых течений, со средними скоростями ~ 2 – 3 см/с. Эта область океана, в районе 30° с. ш. характерна слабыми ветрами и вот теперь мы видим и слабыми течениями.  Она получила название: “конские широты”. Не обнаруживаем мы и циркуляций в течениях. Чётко выделяются течения направленные в северо-западном направлении в виде системы течений Гольфстрим – Северо-Атлантическое и Норвежское течение и никаких поступлений вод в обратном направлении мы не обнаруживаем. Поэтому понятие “крупномасштабная циркуляция” есть некий курьёз.  

Но как объяснить парадокс: течение вроде бы выходит из Мексиканского залива, а вода из него не поступает. Объяснение этому и многому другому дано в работах [1 - 6]. Пытливому читателю советуем прочесть эти работы. Для объяснения этого парадокса также использовались дрифтерные наблюдения.

Лучше всего с нашими, согласуется схема течений Шотта (рис.1), на которой, в отличие от других схем, приводятся не только направления течений, но и их скорости. При этом, эти течения представлены не в виде условных линий тока, а виде векторов расположенных в пространстве по площади океана. Это позволяет видеть область перемещений воды с теми или иными скоростями течений. Приятно удивляет эта схема Шота своей информативностью, ибо, как мы знаем, она была построена в те времена (до 1943г), когда не было сколь-нибудь удовлетворительных измерений течений. Обозначенные им скорости течений часто схожи с реальными. Можно судить, что Шотт обладал богатым воображением и его представления о динамике течений  океанов были близки  реальности.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Бондаренко А.Л., Жмур В.В., Филиппов Ю.Г., Щевьев В.А. О переносе масс воды морскими и океанскими долгопериодными волнами // Морской
гидрофизический журнал. Севастополь. 2004. № 5 (сентябрь - октябрь). C. 24-34.
2. Бондаренко А.Л., Жмур В.В. Настоящее и будущее Гольфстрима// Природа. 2007. № 7. С. 29 – 37.
3. Бондаренко А.Л., Жмур В.В. Роль волн Россби в динамике Мирового океана// Физические проблемы экологии (экологическая физика). 2007. М.: МАКС ПРЕСС. Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова. Физический факультет.  № 14. С. 61-71.
4. Бондаренко А.Л., Борисов Е.В., Суркова Г.В. Основные закономерности поступления в Северный Ледовитый океан тёплых вод из Атлантического океана// X Международная научно-техническая конференция. “Современные методы и средства океанологических исследований”. 2007. Ч.II. М.: и-т Океанологии РАН. С.88-95.
5. Бондаренко А.Л., Борисов Е.В., Жмур В.В. О длинноволновой природе морских и океанских течений//Метеорология и гидрология.2008.№1.С.72– 79.
6. Бондаренко А.Л. Основные закономерности формирования теченийокеанов и морей// Новости ЕСИМО. Вып. 31. январь-июнь 2008ю 21 с.  http://esimo.oceaninfo.ru/                  
7. Бубнов В.А. Циркуляция вод экваториальной зоны Мирового океана.1990. Л.: Гидрометеоиздат. 280 с.
8. Каменкович В.М., Кошляков М.М., Монин А.С. Синоптические вихри в океане. Л.: Гидрометеоиздат. 1982. 264с.
9. Книпович Н.М. // Тр. Каспийской экспедиции 1914-1915 гг. Пг.,1921. 960 с.
10. Книпович Н.М. Глава Х. Течения в Чёрном море//   Труды Азово-
Черноморской научно-исследовательской экспедиции. 1933. Вып.10. 272 с.
11. Монин А.С. Океанология. Физика океана. т1 1978. М.: Наука. 455с
12. Стоммел Г. Гольфстрим. М.: Иностр. Литература, 1963. 227 с.
13. Никитин О.П., Касьянов С.Ю., Музыка Г.В. Компьютерная информационно-справочная система “Поверхностные течения Мирового океана”// Тр. ГОИН. С-П.: Гидрометеоиздат. 2005. вып. 209. С. 75-89.
14. Титов В.Б. О характере циркуляции и вертикальной структуре течений в восточной части Чёрного моря // Океанология, 1980. Т. ХХ. Вып. 3.  
15. Kielmann J., DÜing  W. Tidal and Sub-inertial Fluctuation in the Florida Current// J. Physical Oceanography/ 1974. Vol.4 P.227 – 236.
16. Maury M. F. The physical Geography of the Sea and its Meteorology (Ed. J. Leighly). Harvard University (Belknap) Press, 1863, 432 pp.


Сведения об авторе: Альберт Леонидович Бондаренко, океанолог, доктор географических наук, вед. научн. сотр. ИВП РАН. 

< Этот адрес e-mail защищен от спам-ботов. Чтобы увидеть его, у Вас должен быть включен Java-Script Этот адрес e-mail защищен от спам-ботов. Чтобы увидеть его, у Вас должен быть включен Java-Script >