ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОКЕАНА И АТМОСФЕРЫ

Атмосфера (А) и океан (О) непрерывно обмениваются значительными количествами внутренней и механической энергии и вещества в разных масштабах, начиная с молекулярных пленок на поверхности воды (толщиной « 0,1 мкм) и заканчивая планетарной циркуляцией (размером до 10 тыс. км). Взаимодействие между этими двумя средами происходит на их границе благодаря потокам тепла, влаги и количества движения. Эти потоки условно можно разделить на те же масштабы, что и взаимодействующие среды.

Чаликов и Монин (1978) рассматривают подавляющее большинство движений воды в океане как результат атмосферных воздействий:

  • 1) ветровые волны на поверхности океана;
  • 2) турбулентность в верхнем слое, а также во внутренних слоях океана;
  • 3) дрейфовые течения в верхнем слое океана;
  • 4) главные океанские течения;
  • 5) термическое состояние океана и стратификация плотности (сильная гидростатическая устойчивость океана);
  • 6) турбулентность в пограничном слое атмосферы и микровзаимодействие потоков воды и воздуха непосредственно вблизи границы их раздела.

Основные проявления динамического и термодинамического воздействия океана на атмосферу:

  • • не мгновенные изменения состояния погоды, а ее долгосрочные колебания;
  • • формирование климата.

А. Ф. Плахотник (1978) включает в это понятие:

  • • структуру поверхности океана (волны с широким спектром периодов);
  • • потоки тепла, количества движения, вещества (пронизывающие поверхность океана);
  • • физико-химические свойства поверхности океана (отражение, поглощение и излучение лучистой энергии, поверхностное натяжение);
  • • физические процессы в пограничных слоях океана и атмосферы.

В этой главе обсуждены вопросы взаимодействия А и О с позиций стоха- стичности и многомасштабности потоков тепла, влаги и количества движения, т. е. добавляется пятый фактор стохастичности процессов в А и О. При этом А и О являются частью климатической системы, которая рассмотрена в главе 6.

Только энергия может излучаться (переноситься) под действием различных причин. Все другие виды переноса осуществляются частицами жидкости со скоростью w (вертикальная составляющая вектора скорости) или молекулярными процессами (в слое примерно 1 мм у поверхности раздела).

Поскольку движение в А и О турбулентно, то перенос осуществляется флуктуациями скорости. Аналитически скорость переноса свойства F на единицу поверхности есть pfw, где / — количество F на единицу массы, р — плотность. Среднее значение pfw в общем случае отлично от 0 даже при w — 0. Обычно (хотя и не всегда) направление переноса противоположно градиен-

ту fw — —кр—. Это выражение подобно молекулярной диффузии, но кр — коэффициент турбулентной диффузии.

Пусть F — количество движения в горизонтальном направлении и / — горизонтальный компонент скорости и. Тогда напряжение Рейнольдса т = —рШй — перенос количества движения между двумя слоями жидкости.

Поток водяного пара и его скрытое тепло L являются основным источником энергии для тропосферных движений. Испарение с поверхности океана понижает температуру и увеличивает соленость воды, т. е. повышает плотность воды в поверхностном слое и создает движущую силу глубоководной циркуляции океана. Поток скрытого тепла на единицу площади / = Lq. Следовательно, LE = Lpqw, где q — масса водяного пара на единицу массы воздуха.

В предыдущих главах было показано, что поля температуры и влажности воздуха, температуры, солености и плотности морской воды, скорости ветра и морских течений нестационарны и неоднородны, т. е. потоки импульса т = риаир, тепла Н — риаТ', водяного пара Е = puaq должны рассматриваться как случайные функции пространственных координат и времени и обладать изменчивостью в микро-, мезо- и макродиапазонах.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >