3. Взаимодействие океана с атмосферой. Штормовые центры в Мировом океане.
4. Морские течения, их классификация.
Уровень моря и причины его колебаний
Уровнем моря называется высота поверхности моря, свободная от влияния ветровых волн и зыби, измеряемая относительно условного горизонта.
Уровенной поверхностью называется поверхность морей и океанов, нормальная (перпендикулярная) к направлению силы тяжести.
Свободная поверхность Мирового океана, не возмущенная динамическими факторами (приливы, течения и др.), определяет фигуру, называемую геоидом. Но наблюдения над уровнем моря в любой точке Мирового океана показывают, что его действительная поверхность отклоняется от поверхности геоида. Максимальный перепад высот между самыми высокими и самыми низкими точками геоида составляет около 170 м. Самое высокое место в рельефе геоида возвышается над поверхностью эллипсоида вращения на 75 м и находится к востоку от Новой Гвинеи; самое низкое, с отметкой около –95 м, расположено к югу от полуострова Индостан.
Уровенная поверхность находится в непрерывном колебании под влиянием многих сил. Эти силы можно объединить в следующие группы:
1. Колебания уровня моря, вызванные гидрометеорологическими процессами. Эти колебания обусловлены воздействием атмосферного давления, ветра, осадков, испарения, речного стока, тепловых процессов в море:
представляют статическую реакцию воды на эти изменения. При повышении атмосферного давления на 1 гПа уровень моря понижается на 1 см, и наоборот;
- колебания уровня, вызванные непосредственным действием ветра- это, например, сезонные колебания уровня связанные с муссонными ветрами; вызывают колебания уровня и бризовые ветры. Значительные колебания уровня в мелководных районах Мирового океана вызывают сгонно-нагонные ветры, возникающие, как правило, при прохождении циклонов;
- колебания уровня, обусловленные неравномерным поступлением осадков, речного стока или расхода воды на испарение также могут быть значительными. Так, сильные ливневые осадки могут вызвать кратковременные резкие подъемы уровня. Некоторый подъем уровня имеет место в непосредственной близости от устья реки за счет речного стока. В морях, в которые впадает много рек (Черное море), колебания речного стока заметно влияют на уровень моря.
- колебания уровня, вызванные изменением плотности воды, связаны с изменением ее солености и особенно температуры. Так, в летнее время при уменьшении плотности воды увеличивается ее объем, а, следовательно, повышается уровень.
Рассматривая гидрометеорологические причины колебания уровня, следует иметь в виду комплексный характер процессов, влияющих на положение уровенной поверхности. В одних случаях может наблюдаться комбинация одинаково направленных процессов, в другие случаях их соотношение может быть иным.
Годовой ход изменения уровня обусловлен термодинамическими макропроцессами, происходящими одновременно в атмосфере и гидросфере. Можно выделить следующие типы годового хода уровня.
Муссонный тип. Характерен для северной части Индийского океана, восточного побережья Азии с муссонной циркуляцией ветров, которая нагоняет воды к берегам континентов летом и отжимает их зимой. Годовой ход уровня имеет хорошо выраженный максимум в августе-сентябре и минимум в феврале.
Зональный тип. Наблюдается в зонах воздействия западного переноса (такими зонами в СП являются северо-западные берега Европы и Северной Америки). Интенсивность этого процесса зависит от тепловых контрастов между экваториальной и полярной областями. В осенне-зимний период, когда западный перенос усиливается, в указанных зонах происходит повышение уровня, а в летнее время - понижение. Максимум годового хода уровня наблюдается в декабре-январе, а минимум — в июне - августе.
Сезонный тип. Характерен для внутренних морей, в водном режиме которых существенную роль играет речной сток (Черное, Азовское, Каспийское и др.), а также для приустьевых районов океанов. Годовой ход уровня зависит от сезонов года, с которыми связаны периоды половодья рек. Максимум уровня обычно наблюдается в весенне-летний период.
Бризовый тип. Относительно постоянно повторяющиеся, но небольшие по величине колебания уровня, вызванные бризовыми ветрами, дважды в сутки меняющими свое направление.
2.Влияние космических сил на положение уровня моря. Приливообразующие силы Солнца и Луны возбуждают правильные по времени периодические колебаний всей поверхности Мирового океана. И только в отдельных, небольших по площади морях, слабо связанных с океаном (Черное, Балтийское, Азовское и др.), приливные колебания уровня незначительны - менее 20-30 см.
3.Колебания уровня под воздействием геодинамических сил.
Геодинамические силы вызывают различные по характеру колебания уровня:
- вековые колебания уровня обусловлены медленными вертикальными
движениями суши - поднятием или опусканием. Эти колебания уровня являются кажущимися, так как они происходят не от изменений самого уровня моря, а от поднятия или опускания берега, на котором установлена водомерная рейка. Примером может служить Ботнический залив Балтийского моря, где суша медленно поднимается, а уровень моря понижается.
- тектонические колебания уровня - колебания уровня моря, вызванные землетрясением, моретрясением, извержением подводных и надводных вулканов. Эти явления вызывают резкие и зачастую катастрофические колебания уровня моря (цунами, сильные сейши).
4. Эвстатические колебания уровня - изменения уровня Мирового океана, связанные с изменениями общего объема воды в нем, а также с изменениями ёмкости морей и океанов.
Объем воды Мирового океана испытывал значительные колебания, связанные с наступлением и отступлением покровных ледников. Во время четвертичных оледенений большая масса воды Мирового океана уходила на формирование ледника на суше. В результате этого уровень океана был на 120-150 м ниже современного. В дальнейшем, вследствие потепления и отступления материковых льдов, уровень Мирового океана стал подниматься, и примерно 6000 лет назад стабилизировался. Однако тенденция к потеплению в последнем столетии вызвала таяние льда и некоторое поднятие уровня.
Периодические колебания уровня - колебания, которые повторяютсясистематически через определенный период времени (приливные колебания, сейши, ветровые волны). Наиболее правильные по времени периодические колебания уровня обусловлены приливными явлениями.
Непериодические колебания уровня возникают под влиянием изменяющегося ветра, резких изменений атмосферного давления, осадков, речного стока, землетрясений, извержения вулканов и т. д. Непериодические колебания уровня могут достигать больших значений и сопровождаться катастрофическими последствиями (цунами, тайфуны, сгонно-нагонные явления).
Сгонно-нагонные колебания уровня моря
Сгонно-нагонные колебания уровня моря представляют собой непериодические изменения уровня морей и океанов под воздействием ветра и атмосферного давления. В результате действия ветра в поверхностном слое моря возникает поступательное движение воды - течение, которое вызывает перемещение масс воды, приводящее к колебаниям уровня у берегов.
В мелких морях и в мелководных районам глубоких морей направление движения воды практически совпадает с направлением ветра. Если ветер дует в сторону берега, то в результате притока воды уровень у берега повышается - происходит нагон, а при обратном направлении ветра - сгон воды. В глубоких морях полный поток воды отклоняется от направления ветра на 90° (вправо в северном полушарии), и сгонно-нагонные колебания уровня в этом случае будут вызваны ветрами, дующими вдоль берега.
Наибольшие колебания уровня при сгонно-нагонных явлениях наблюдаются у отмелых берегов в длинных, сужающихся заливах, узких проливах и устьях рек. В этих условиях колебания уровня достигают 2-3 м и более. В глубоких морях сгонно-нагонные колебания уровня незначительны.
Значительные сгонно-нагонные колебания уровня наблюдаются в Азовском море. Разность уровней у наветренного и подветренного берегов этого моря составляет более 3 м. Многолетняя разность между наибольшим и наименьшим уровнями достигает в Таганрогском заливе – 6,7м.
Сгонно-нагонные явления часто сопровождаются сопутствующими явлениями, действующими в том же направлении (изменения атмосферного давления, речной сток, сейши, приливы и др.).
В этом случае повышение уровня при нагонах за счет ветра может увеличиваться за счет указанных явлений, и это вызывает особенно большие повышения уровня.
Так, частые (245раз за 276 лет) наводнения в районе Санкт-Петербурга с катастрофическими подъемами уровня (З82 см в 1924 г. и 421 см в 1824 г.) возникают при совпадении ветровых нагонных поднятий уровня с поднятиями за счет длинной волны. Эта волна образуется в результате прохождения циклона, и вторгается в сужающийся и мелководный в своей вершине Финский залив.
Характеристика уровней
Для практических и научных целей принято вычислять следующие характеристики уровней.
Средний суточный уровень вычисляется как среднее из ежечасных (при наличии самописца уровня) или срочных (по водомерной рейке) значений уровня за сутки. Колебания средних суточных уровней достигают 2 - 3 м.
Средний месячный уровень вычисляется как среднее из средних суточных уровней за месяц. Средние месячные уровни одного и того же пункта могут различаться на несколько десятков сантиметров.
Средний годовой уровень определяется как средний годовой уровень из средних месячных уровней. Изменения средних годовых уровней невелики - до 20 см.
Средний многолетний уровень определяется как среднее арифметическое из средних годовых уровней за определенный период времени. При этом, чтобы обеспечить нужную точность, необходимо иметь достаточно продолжительный ряд наблюдений,
Средний многолетний уровень, остающийся неизменным при увеличении ряда наблюдений, включенных в осреднение, называется нормальным уровнем.
Нуль глубин - условная поверхность, от которой даются отметки глубин на морских навигационных картах:
На морях, где средняя величина прилива менее 50 см, за нуль глубин принимается средний многолетний уровень моря.
На морях с приливами в качестве нуля глубин принимался наинизший теоретический уровень - расчетный приливный уровень, наименьший из возможных по астрономическим условиям.
Нуль Кронштадтского футштока был рассчитан и установлен в 1840 г. русским исследователем М. Ф. Рейнеке. Горизонтальная черта на металлической пластинке, укрепленной на устое моста через Обводной канал в г. Кронштадте, расположенная на высоте, соответствующей среднему уровню моря за период 1825 - 1840 гг. За прошедшие после этого 170 лет средний уровень моря и положение Кронштадтского нуля существенно не изменились. В Советском Союзе нуль Кронштадтского футштока был официально принят в качестве нулевой поверхности системы абсолютных отметок СССР (Балтийская система высот - БС), которая действует до сих пор.
Наблюдения за уровнем Мирового океана впервые были начаты в Амстердаме в 1682 г. В России первые наблюдения за уровнем моря были сделаны Петром I в Кронштадте в 1703 г.
Систематические наблюдения за уровнем Мирового океана ведут более 1000 морских станций. Они определяют характер и величину колебаний уровня океанов и морей, а также выявляют закономерности этих колебаний.
На протяжении 250 - 300 лет наблюдались отдельные повышения и понижения уровня Мирового океана (примерно через каждые 33 года) на фоне слабого, но неуклонного повышения уровня, которое составляет приблизительно 1 мм в год. С 20-х годов XX столетия началось интенсивное повышение уровня Мирового океана, составившее за последние 50 лет в среднем почти 10 см и связанное с общим потеплением на нашей планете почти на 10С. При этом изменение уровня запаздывает относительно изменения температуры примерно на 19 лет.
На многолетних изменениях уровня океана отражаются и геологические движения земной коры. Известно, например, что после таяния ледника, покрывавшего во время последнего оледенения Фенноскандию, произошло перераспределение давления в земной коре. В результате до сего времени происходит поднятие Скандинавского полуострова со скоростью в северной части Ботнического залива 1 см в год.
Средний многолетний уровень моря в данном конкретном пункте, вычисленный за установленное число лет и объявленный специальным распоряжением называется ординар порта. Используется при промерах и гидротехнических работах в порту.
