Циркуляция вод океана

Отечественные названия течений
Северное пассатное
Южное пассатное
Гвианское
Курильское
North Equatorial
South Equatorial
North Brazil
Oyashio

Отечественные названия течений
Н.Н. Зубов
Ю.М. Шокальский
А.Д. Добровольский
В.Н. Степанов
Северное экваториальное
Южное экваториальное
Экваториальное противотечение
Северное пассатное
Южное пассатное
Межпассатное противотечение
Экваториальное противотечение
Течение Западных ветров
Антарктическое круговое (циркумполярное) течение
Антарктическое циркумполярное течение
Течение Гумбольдта
Перуанское течение
Игольное течение
Течение Агульяс
… пассатное (экваториальное)

Отечественные названия течений
Названия течений из Л.А. Жуков «Общая океанология», 1976 г.
со ссылкой на В.Н. Степанова

Как измеряют течения в океанах и морях?

ADCP
Акустические измерители
Механические вертушки
ЭМИТ
Подводные электрические кабели
Индукционные измерители скорости потока
Электромагнитные измерители
Спутниковая альтиметрия
Измерение течений в океане
Эйлеревы характеристики течений V(x,y,z,t)

Поверхностные дрифтеры
Трассеры
Бутылочная почта
Дрейфующие поплавки
Дрейфующие вехи
Снос судов
ALACE
ARGO
Подповерхностные дрифтеры
Плавающие объекты
Всплывающие буи
SOFAR RAFOS
Температура
Соленость
Кислород
Красители
Тритий
Δ14C
129I
CFC
CCl4
Измерение течений в океане
Лагранжевы характеристики течений x(t), y(t), z(t)

Циркуляция океана как одна из составляющих теплового и водного баланса

Перенос тепла течениями

Меридиональные потоки тепла

Меридиональные потоки тепла

Меридиональные потоки пресных вод

Типы морских течений
Ветровые
Дрейфовые
Градиентные
Плотностные
Приливные
Стоковые
Волновые
Формирование глобальной циркуляции океана
Ветровая циркуляция
Термохалинная циркуляция

Важные понятия в геофизической гидродинамике
Кориолисово ускорение (x) = fv
Геострофические соотношения
Кориолисово ускорение (y) = -fu
Параметр Кориолиса f = -2 Ω sin(ϕ)
Угловая скорость вращения Земли Ω = 7.29 × 10–5 с–1
Кориолисово ускорение (x) = Ω × V
Относительная завихренность
Абсолютная завихренность
Сохранение абсолютной завихренности
H – толщина слоя океана
Аналог сохранения момента импульса (углового момента)
Дивергенция
Конвергенция

Глобальная атмосферная циркуляция
Ячейки глобальной циркуляции
Без вращения Земли
С вращением Земли

Глобальная атмосферная циркуляция
Ячейки глобальной циркуляции
Polar easterlies
Westerlies
Trades

Глобальная атмосферная циркуляция
Приземный ветер

Ветровая циркуляция
Системы поверхностных течений

Дрейфовые течения, теория Экмана
Ветровая циркуляция
α – удельный объем; g – ускорение силы тяжести;
φ – широта места; μ – коэффициент турбулентного трения
Полный поток воды
D – глубина трения
F.W. Ekman (1905)

Экмановский поток
Ветровая циркуляция
Непрямое воздействие ветра.
Перераспределение масс воды Геострофическая циркуляция

Ветровая циркуляция
Свердруповский поток
(f + ζ)/H
Сохранение потенциальной завихренности
Растяжение за счет вертикальной скорости
H. Sverdrup (1947)

Ветровая циркуляция
Свердруповский поток
Субдкуция
Свердруповский поток + Конвекция

Ветровая циркуляция
Западные пограничные течения
Stommel, Munk (1948, 1950)

Гольфстрим (30-150 Sv)
Куросио (20-30 Sv)
Сомалийское (10-90 Sv)
Восточно-Австралийское (20-40 Sv)
Бразильское (10-20 Sv)
Агульяс (10-20 Sv)
Западные пограничные течения
Быстрые (до 2 м/с)
Глубокие (~ 1 км)
Узкие (~ 100 км)
Теплые
Канарское
Бенгельское
Калифорнийское
Перуанское
Западно-Австралийское
Leeuwin
Восточные пограничные течения
Умеренные (до 0.5 м/с)
Неглубокие (~ 100 м)
Широкие (~ 1000 км)
Холодные
Пограничные течения
Ветровая циркуляция
1 Sv = 1 × 106 м3 с–1

Ветровая циркуляция
Восточные пограничные течения
В отличие от западных пограничных течений баланс потенциальной завихренности не играет определяющей роли.
Геострофическое течение, поверхностный поток к экватору и подповерхностный поток к полюсу, прибрежный апвеллинг.
Калифорнийское течение

Ветровая циркуляция
Экваториальные течения
Главная причина отличительных особенностей экваториальной системы течений заключается в стремлении силы Кориолиса на экваторе к нулю.
Экваториальные течения формируются пассатными ветрами, которые создают повышение уровня океана у западных берегов континентов.
Зональный градиент давления создает подповерхностное экваториальное противотечение, направленное на восток.

Ветровая циркуляция
Экваториальные течения
К северу от экватора пассатное противотечение в поверхностном слое направлено против господствующих ветров.
Основной механизм формирования пассатного противотечения – конвергенция свердруповского потока субторопических круговоротов северного и южного полушария

Умеренное (~ 0.7 м/с)
Глубокое (2 - 4 км)
Широкое (до 2000 км)
Ветровая циркуляция
Антарктическое циркумполярное течение (АЦТ)
Отсутствие континентальных барьеров обуславливает слабые зональные градиенты давления и, соответственно, слабый меридиональный перенос.
Слабое развитие в южном (океаническом) полушарии отдельных макроциркуляционных атмосферных систем приводит к слабому влиянию свердруповского потока.
Общая динамика АЦТ во многом схожа с атмосферными струйными течениями.
(100-150 Sv)

Конвергенция вод в субтропических анициклонических круговоротах приводит к нисходящим движениям
Дивергенция вод в субполярных циклонических круговоротах и в экваториальной зоне приводит к восходящим движениям
Ветровая циркуляция
Конвергенции и дивергенции

Ветровая циркуляция
Конвергенции и дивергенции

Ветровая циркуляция
Апвеллинг и даунвеллинг
Завихренность ветра

Ветровая циркуляция
Прибрежный апвеллинг

“Osservazioni intorno al Bosforo”, 1681
“Histoire physique de la mer”, 1725
Луиджи Марсильи (1681-1725)
«Ящик Марсильи»
Термохалинная циркуляция
Плотностное течение

Термохалинная циркуляция
Wyrtki (1961)

Термохалинная циркуляция
Модель глубинной циркуляции Аарона-Стоммела
Aaron, Stommel (1960)

Меридиональные потоки воды

Термохалинная циркуляция
Глобальный конвейер
Wallace Broecker (1987, 1991)

Термохалинная циркуляция
Глобальный конвейер

Термохалинная циркуляция
Глобальный конвейер