Основные положения статистической гидрометеорологии применительно к взаимодействию океана и атмосферы

В гидрометеорологии взаимодействие О и А определяется следующими положениями:

  • 1. Взаимодействие О и А осуществляется через потоки тепла, влаги и количества движения; эти потоки возникают из-за наличия градиентов соответствующих (скалярных и векторных) полей в двух сферах.
  • 2. В каждый момент времени и в каждой точке (трехмерного) пространства потоки можно представить моделью случайных величин (СВ) или случайных функций (СФ) и использовать для их описания методы ТВ через вероятностные характеристики СВ (распределения и их моменты) или СФ (ковариационные функции, спектральные плотности и т. д.).
  • 3. Информационной базы для детального многомерного статистического анализа потоков пока не накоплено, поэтому до сих пор допускаются различные аппроксимации и даже эмпирические соотношения, справедливость которых дискуссионная.
  • 4. Взаимодействие О и А многомасштабно, принятое деление на три традиционных диапазона (мелко-, мезо-, макромасштаб) условно, поскольку не учитывает того, что А быстро реагирует на любое возмущение, а О медленно накапливает тепло и медленно отдает его.
  • 5. Под микропроцессами обычно понимают процессы, происходящие непосредственно не только на поверхности раздела, но и в прилегающих слоях воды и воздуха толщиной несколько десятков метров, в которых происходит обмен количеством движения, водяным паром, теплом, энергией, газами и солевыми частицами. На самой поверхности расположен слой поверхностного натяжения, его толщина определяется радиусом молекулярного притяжения. В этом дельта-слое (толщиной 0,01-0,02 мм), где вода подобна твердому телу, основной поток тепла снизу обусловлен молекулярной теплопроводностью; осуществляется охлаждение океана за счет эффективного теплового излучения в атмосферу (42%), испарения (51%), контактного теплообмена (7%). Ниже (до 3-10 мм) расположен переходной слой со смешанным молекулярно- турбулентным характером движения.

Верхний квазиоднородный слой (ВКС) воспринимает изменения погоды и формируется суточным конвективным перемешиванием. Процессы перемешивания длятся от нескольких часов до нескольких недель.

При формировании и углублении ВКС необходимо преодолеть устойчивую стратификацию с учетом по крайней мере четырех характерных физических факторов:

  • • интенсивного ветро-волнового перемешивания;
  • • циркуляции Ленгмюра;
  • • интенсивного солнечного прогрева в штилевую и маловетреную погоду с модуляциями внутренних волн и без них;
  • • поверхностного распреснения осадками.
  • 6. К мезомасштабным процессам относят те, которые имеют масштаб больше характерного масштаба турбулентных неоднородностей, но меньше масштаба общей циркуляции атмосферы и океана. Поэтому к ним можно отнести образования пространственным размером от десятков метров до нескольких километров с характерным временем (часы/сутки), в частности приливного и инерционного происхождения, суточную ритмику, бризы и т. д.

Планетарный пограничный слой (ППС) — область течения в газообразной и жидкой оболочках вращающейся планеты, образующаяся в результате совместных действий сил градиента давления, турбулентного трения и Кориолиса. Она включает пространство, расположенное по обе стороны поверхности раздела; течения здесь описываются двойной спиралью Экмана, дивергенция вертикального потока количества движения является величиной, сопоставляемой с силой Кориолиса и силой градиента давления; потоки тепла, влаги и солености определяют вертикальное распределение этих субстанций. Турбулентные потоки по мере удаления от границы раздела двух сред уменьшаются, и взаимосвязь между погранслоями осуществляется вертикальными движениями и проникновением турбулентности (вовлечение) в соседнюю нетурбулентную область (свободная атмосфера или глубинный слой океана). Деятельный слой (ДС) океана испытывает сезонные изменения температуры и подвержен сезонному перемешиванию (100-400 м).

Синоптическое взаимодействие проявляется в широком диапазоне: от структурных особенностей атмосферных образований и океанских фронтов (104 м) до размеров этих образований (106 м) и от времени прохождения атмосферных фронтов (104 с) до периодов взаимодействия с океаном не только отдельных барических образований, но и типов атмосферной циркуляции (106 с). Сюда попадает и цикл обращения атмосферной влаги (7-10 сут), возникновение и развитие неустойчивых струйных течений в А и О.

Синоптическое взаимодействие проявляется от структурных особенностей атмосферных образований и океанских фронтов до типов атмосферной циркуляции и неустойчивых струйных течений в атмосфере и океане.

Занимая промежуточное положение между крупномасштабным и мелкомасштабным взаимодействием, синоптический диапазон охватывает масштабы от нескольких часов до нескольких месяцев и от нескольких километров до сотен километров. Он определяется характерными параметрами волн Россби—Блиновой, связанных с внутренним состоянием системы океан- атмосфера, и характерными размерами фронтальных зон в двух средах, где осуществляется их энергообмен. Наиболее интенсивны эти процессы в средних широтах Мирового океана.

7. Крупномасштабные взаимодействия охватывают всю Землю с учетом океанов, обоих полушарий, низких и высоких широт, важнейшим механизмом является межширотный и межокеанский транспорт тепла. Сезонное взаимодействие формирует годовой ход параметров О и А — самый заметный диапазон частот в спектре гидрометеорологических процессов. Его следствием является теплообмен океанов и континентов, энергоактивность акваторий, приуроченных к границам важнейших количественных характеристик и фазового рассогласования годового хода океанских и атмосферных процессов. Масштаб этих взаимодействий: пространственные — тысячи километров, размеры полушария или планеты; временной — сезон, год, десятилетие.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >