Непериодические течения. Курс лекций Движение водных масс в бухтах 5

Колебательные движения всей массы воды в водохранилище или озере называют сейшами. Поверхность воды при этом приобрета­ет уклон то в одну, то в другую сторону. Ось, вокруг которой колеблет­ся поверхность водоема, называется узлом сейши. Сейши могут быть одноузловые (рис. 40, и), двухузловые (рис. 40, б) и т. д.

Рис. 40. Сейши

Сейши возникают при резких изменениях атмосферного давления, прохождении грозы, при резких изменениях силы и направления вет­ра, способных раскачать массу воды. Водная масса, стремясь возвра­титься в прежнее положение равновесия, приходит в колебательное движение. Колебания под воздействием трения будут постепенно за­тухать. Траектории частиц воды в сейшах подобны траекториям, на­блюдаемым в стоячих волнах.

Чаще всего сейши имеют высоту от нескольких сантиметров до метра. Периоды колебаний сейш могут быть от нескольких минут до 20 ч и более. Например, в приплотинной части Цимлянского водохра­нилища наблюдаются одноузловые сейши с периодом 2 ч и высотой 5-8 см.

Тягун представляет собой резонансные волновые колебания воды в портах, бухтах и гаванях, вызывающие циклические горизонталь­ные движения судов, стоящих у причалов. Период колебаний воды при тягуне от 0,5 до 4,0 мин.

Тягуны создают длиннопериодные стоячие волны, где частицы воды движутся по орбитам узлов. Однако под вершиной и подошвой волны движение их направлено вертикально. Период колебания поверхности воды и скорость движения частиц зависят в основном от конфигурации берегов и глубины бассейна.

Порт не является полностью замкнутым бассейном, он сообщается с открытым водоемом или морем сравнительно узким проходом. Лю­бое колебание воды в этом проходе под действием внешних сил вызывает собственные колебания воды в бассейне. Внешними силами могут быть:

послештормовая долгопериодная зыбь; барические волны, возникаю­щие после быстрого выхода циклона и антициклона с моря на сушу;

внутренние волны, образующиеся под действием штормов в открытом море или озере, которые, приближаясь к мелководью, выходят на поверхность и проникают на акваторию порта. Если период внешней силы близок к периоду собственных колебаний воды портовой аквато­рии, то эти колебания быстро нарастают и достигают наибольшей ве­личины. После прекращения действия внешних сил колебания зату­хают.

В зависимости от того, в какой точке тягуна находится судно, оно испытывает или горизонтальные, или вертикальные перемещения. Если размеры судна и места крепления швартовов таковы, что период его собственных колебаний близок или совпадает с периодом сейш, то возникают сильные резонансные движения. Причем рядом может находиться судно, которое практически не испытывает действие тягуна, так как оно отличается от первого размерами, массой, периодами качки и собственных колебаний.

Во время тягунов пассажирские суда вынуждены отходить на рейд, так как стоянка у причалов становится невозможной, а грузовые - прекращать работы. Даже при очень маленьких ускорениях в дви­жении судна возникают ударные силы, способные повредить его кор­пус. Тягуны воздействуют на суда неодинаково, поэтому судоводите­ли должны знать их особенности в данном порту, период колебаний воды в акватории, а также особенности поведения своего судна при тягуче.

При изменении объема воды (прихода и расхода), а также при дви­жении водной массы в озерах происходят колебания уровней воды. Чем больше изменение водного объема, тем больше амплитуда колеба­ний уровня воды (она может быть от 2-3 см и до нескольких метров).

Величина колебаний уровня во многом зависит от площади и ха­рактера берегов озера. В течение года в отдельных климатических зонах периоды колебаний уровня бывают различны. В северных ши­ротах наибольшие колебания бывают в начале лета и наименьшие в конце весны. На северо-западе европейской части СССР в течение года максимальные уровни бывают весной и осенью и минимальные - зимой и летом. В озерах средней части Сибири (например, на Байкале) наи­больший уровень наступает летом, а наименьший осенью, зимой и весной.

Приливно-отливные колебания уровня океана сопровождаются горизонтальным перемещением водных масс, которое носит название приливно-отливного течения. Поэтому судоводитель должен учитывать не только изменение глубин, но и приливно-отливное течение, которое может достигать значительной скорости. В районах, где наблюдаются приливы, судоводитель должен быть всегда осведомлен о высоте прилива и элементах приливно-отливного течения.

Приливы позволяют судам с большой осадкой заходить в некоторые порты, расположенные в мелководных бухтах и устьях рек.

В некоторых местах приливы усиливаются сгонно-нагонными явлениями, что приводит к значительному повышению или понижению уровня, а это в свою очередь может привести к авариям судов, стоящих под грузовыми операциями у причалов или на рейде.

Характер и величина приливов в Мировом океане отличаются большим разнообразием и сложностью. Величина прилива в океане не превышает 1 м. В прибрежных районах в связи с уменьшением глубин и усложйением рельефа дна характер приливов значительно изменяется по сравнению с приливами в открытом океане. У прямолинейных берегов и вдающихся в океан мысов величина прилива колеблется в пределах 2-3 м; в прибрежной части заливов и при сильно изрезанной береговой линии она достигает 16 м и более.

Например, в Пенжинской губе (Охотское море) прилив достигает 13 м. У советских берегов Японского моря высота его не превышает 2,5 м.

В морях высота прилива зависит от того, какая имеется связь у данного моря с океаном. Если море далеко вдается в сушу и имеет узкий и мелководный пролив с океаном, то приливы в нем обыкновенно невелики.

В Балтийском море приливы настолько незначительны, что измеряются сантиметрами. Высота прилива в Кале 7 см, в Финском и Ботническом заливах около 14 см, а в Ленинграде около 5 см.

В Черном и Каспийском морях приливы почти незаметны.

В Баренцевом море приливы имеют полусуточный характер.

В Кольском заливе они достигают 4 м, а у Иоканских островов - до 6 м.

В Белом море приливы полусуточные. Наибольшая высота прилива наблюдается на Терском берегу в горле моря, где у Орловского маяка она доходит до 8,5 ж, а в Мезенской губе - до 12 м. В других районах этого моря приливы значительно меньше; так, в Архангельске около 1 м, Кеми - 1,5 ж, а Кандалакше - 2,3 м.

Приливная волна, проникая в устье рек, способствует колебанию их уровня, а также существенно влияет на скорость течения воды в устьях. Так, нередко скорость приливного течения, преобладая над скоростью реки, изменяет течение реки на обратное.

Существенное влияние на приливно-отливные явления оказывают ветры.

Всестороннее изучение и учет приливно-отливных явлений имеет большое значение для безопасности судоходства.

Течение, которое направляется в сторону движения приливной волны, называется приливным, противоположное - отливным.

Скорость приливно-отливных течений прямо пропорциональна величине прилива. Следовательно, для определенного пункта скорость приливно-отливных течений в сизигию будет значительно больше скорости в квадратуру.

С увеличением склонения Луны, а также при перемещении Луны от апогея к перигею скорость приливно-отливных течений увеличивается.

Приливно-отливные течения отличаются от всех других течений тем, что они захватывают всю толщу водных масс от поверхности до дна, лишь незначительно уменьшая свою скорость в придонных слоях.

В проливах, узких заливах и вблизи берегов приливно-отливные течения имеют обратный (реверсивный) характер, т. е. приливное течение направлено постоянно в одну сторону, а отливное имеет направление, прямо противоположное приливному.

В открытом море, вдали от берегов, и в средних частях достаточно широких заливов нет резкого изменения направления приливно-от- ливного течения на обратное, т. е. так называемой смены течений.

В этих местах чаще всего наблюдается непрерывное изменение направлений течения, причем изменение течения на 360° происходит при полусуточном характере прилива за 12 ч 25 мин и при суточном характере прилива за 24 ч 50 мин. Такие течения называются вращающимися течениями. Изменение направлений вращающихся течений в северном полушарии, как правило, происходит по часовой стрелке, а в южном- против часовой стрелки.

Смена приливного течения на отливное и наоборот происходит как в момент полных и малых вод, так и в момент среднего стояния уровня. Нередко смена течений происходит в промежуток времени между полной и малой водой. При смене приливного течения на отливное и обратное скорость течения равна нулю.

Общая схема приливно-отливных течений часто нарушается местными условиями. Учет приливно-отливного течения, как уже указывалось выше, имеет большое значение для безопасности плавания.

Данные об элементах приливно-отливных течений выбирают из Атласа приливно-отливных течений, а для некоторых участков морей- из таблиц, помещенных на навигационных картах. Общие указания о течениях даны также в лоциях морей.

Относительно постоянные течения показаны на картах стрелками. Направление каждой стрелки соответствует направлению действующего в данном месте течения, а цифры над стрелкой показывают скорость течения в узлах.

Направление и скорость приливно-отливных течений являются переменными величинами, и для того чтобы с достаточной полнотой отразить их на карте, нужна не одна стрелка, а система стрелок - векторная диаграмма.

При всей наглядности векторных диаграмм они излишне загружают карту и делают ее трудночитаемой. Во избежание этого элементы при- ливно-отливных течений принято показывать на карте в виде таблиц, помещаемых на свободных местах карты. Полной таблицей считается таблица, в которой есть следующие данные:

Часы относительно полной воды в ближайшем приливном пункте; надпись «Полная вода», соответствующая нулю часов, размещена по

Средине графы, от нее кверху в возрастающем порядке проставлены цифры часов до полной воды, а книзу также в возрастающем порядке- цифры часов после полной воды;

Географические координаты точек, обозначаемых обычно буквами А; Б; В; Г и т.д. ; те же самые буквы ставятся в соответствующих местах на карте;

Элементы течений: направление в градусах и скорость в сизигию и квадратуру в узлах (с точностью до 0,1 узла).

Определение скорости и направления течения на заданный момент в данном месте по Атласу находят следующим образом.

Вначале по Атласу определяют основной порт для данного места, после этого по Таблице приливов (ч. I) находят время полной воды, ближайшей к заданному, рассчитывают промежуток времени (в часах) до или после момента полной воды в основном порту относительно заданного момента. Затем на рассчитанный промежуток времени до наступления или после момента полной воды находят в Атласе направление течения (в градусах) и скорость (в узлах).

При плавании элементы приливно-отливных течений необходимо определять заранее; рекомендуется составить таблицу течений для заранее рассчитанных моментов (через 1 ч), соответствующих счислимым местам судна.

Ниже приведен пример таблицы приливно-отливных течений (табл. 7).

Глава 5. Динамический режим Мирового океана 73

3. В узких скалистых берегах (воротах больших замкнутых бухт Авачинская на Камчатке и Владивостокская) цунами разбиваются о скалистые берега, теряя при этом свою энергию. Внутри таких бухт происходит незначительный подъем воды, не представляющий серьезной опасности (рис. 17).

Поэтому при оповещении о приближении цунами многие морские суда находят убежище в Авачинской или Владивостокской бухтах. Имеются такие бухты и у берегов США и Канады.

Предсказание и оповещение цунами. На протяжении многих столетий жителями прибрежных государств накоплен опыт сведений о приближении цунами.

1. Çà 10-40 мин до появления этой страшной волны происходит отступление (втягивание) воды, т. е. обнажение на несколько десятков, а иногда и сотен метров океанической прибрежной зоны дна.

2. Незадолго до отступления морской воды, над океаном воцаряется гнетущая тишина, сменяющая шум или стон прибоя.

3. На приближение цунами очень активно реагируют домашние животные - кошки, собаки, лошади и др., а из диких - ласки, крысы, мыши, суслики, змеи. Можно наблюдать и за неожиданным поведением птиц (крики фазанов, многие птицы улетают подальше от берега).

4. За приближением цунами следят приборы (мореографы).

 последние десятилетия установлен постоянный обмен информацией по предупреждению цунами между учеными США, России, Японии. Международный центр информации о возникновении и распространении цунами расположен в г. Гонолулу (Гавайские острова). С 1975 г. международная связь оповещения налажена по линии Гонолулу - Токио - Хабаровск.

Волны цунами могут вызываться не только землетрясениями

è вулканическими извержениями, но и тайфунами, циклонами, ураганами. Правда, в этих случаях их называют не словом “цунами”, а “барическими волнами”, т. е. волнами, вызванными глубокими и внезапными изменениями атмосферного давления. От таких волн особенно страдают побережья Атлантического океана - Бристольский залив в Северном море, устье реки Темзы; в пределах Балтийского моря - Финский залив. Такие цунами здесь получили название солитоны. Они распространяются не в виде серии волн, а в виде одной-единственной (солирующей), т. е. солитона . В большей части они вызываются циклонами. Если циклон надолго устанавливается на значительном участке морской

74 Глава 5. Динамический режим Мирового океана

поверхности и сопровождается выпадением обильных осадков, тогда он успевает вызвать заметное поднятие (вспучивание) поверхности моря. Этому способствуют и ветры, сгоняющие воду к центру циклона. Солитоны часто застаиваются в Северном и Балтийском морях, в результате чего здесь на долгое время устанавливается низкое давление, а постоянные дожди вызывают вспу- чивание, поднятие (на 80 см) поверхности моря вокруг циклонального центра. В результате внезапного изменения атмосферного давления, сопровождающегося сильными порывистыми ветрами западного направления, солитон устремляется на восток. Волны “солитоны” несут ответственность за известные наводнения в Бристольском заливе в Лондоне (Великобритания), в Санкт-Пе- тербурге (Россия).

Солитоны - это единичные волны, образующиеся над морской поверхностью, где на длительное время устанавливается циклональная погода с постоянными дождями.

Сейши . Нередко в морях наблюдаются колебания уровня поверхности, охватывающие все море в целом. Эти колебания напоминают стоячие волны огромной протяженности, с характерными для них “узлами”. Амплитуда таких стоячих волн может достигать нескольких метров. Подобные волны получили название сейши (фр. seiche, что означает свободные колебания, или от лат. siccus - сухой). Образуются сейши в замкнутых водоемах (морях, бухтах, заливах, озерах). Представляют собой колебательные движения всей массы воды без распространения профиля волн по поверхности, в результате чего у берегов наблюдаются особые периодические колебания уровня, незаметные на глаз. Термин “сейши” употребляется уже в течение двух столетий для описания подъемов и спадов воды, которые происходят периоди- чески в узкой части Женевского озера, где генезис этого явления изучал еще в конце XIX века швейцарский ученый Форель. Он установил, что сейши в своем элементарном виде обязаны двум длинным волнам, распространяющимся одновременно в противоположных направлениях. В результате вместо двух волн появляется “стоячая волна”, которая выглядит таким образом: если на одном конце озера (залива) - отлив, то на другом - прилив.

Между этими крайними положениями уровень озера не изменяется в течение всего цикла колебаний. Линия (вертикальный разрез) по всей ширине озера, на котором нет никаких вертикальных перемещений поверхности, называется узловой линией, а сейша называется одноузловой , если наблюдается один узел по

Глава 5. Динамический режим Мирового океана 75

всей длине озера; если же имеются два узла - двухузловая , åñëè òðè óçëà - трехузловая и т. д. Обычно сейши из-за внушительных размеров водоемов имеют довольно большие периоды колебаний, но иногда этот период составляет всего несколько минут, тогда сейши начинают создавать определенные проблемы в морских портах. Например, в бухте Лос-Анджелеса (США) возникают волновые колебания с периодами от 12 до 2-3 мин. Столь высокочастотные колебания уже не являются сейшами, а получили название тягуна . Горизонтальные перемещения частиц воды при тягуне могут достигать нескольких метров и возникающие при этом волнения столь сильны, что невидимые подводные волны рвут стальные тросы, срывают корабли с прочных якорных цепей, бьют корабль о причал. А бывают случаи, когда корабли, при казалось бы спокойном море и ясной погоде, гибнут в порту. Обладая малыми вертикальными смещениями воды, тягун практически не видим. Спастись от него можно только в открытом море. Несмотря на длительные исследования, причина образования тягуна до сих пор не выяснена.

Основными причинами, вызывающими образование сейша, являются: резкое изменение атмосферного давления; внезапный сильно дующий ветер; выпадение сильного дождя, снега или града над поверхностью водного бассейна; быстрое изменение атмосферного давления в результате прекращения шквала; паводковые стоки рек; коренные нарушения морского ложа во время сильных землетрясений и т. д.

 пределах больших водных пространств (морей, бухт) на образование сейш оказывает влияние вращательное движение Земли и силы Кориолиса. Но этот фактор не имеет существенного значения на образование сейш в небольших водных бассейнах.

 нашем учебном пособии есть необходимость остановиться на характеристике особых волн .

Áîð (àíã. bore) - деформированная приливная волна, наблюдающаяся в условиях некоторых рек и эстуариев. Проявляется в форме одиночной длинной волны с опрокидывающимся гребнем и высокой скоростью распространения (10 м/с). Высота этой волны не менее 2-6 м и представляет высокий водяной вал, передняя сторона которого напоминает движущуюся водную стену. Как правило, фронтальная атака волны идет по всему периметру реки до самого дна. В разных районах мира эти волны носят различные названия. На Атлантическом побережье Франции (устье реки Сены) - это явление называют “ ìà-

76 Глава 5. Динамический режим Мирового океана

скаре ” - высота 1,5 м. В устье Конго (Африка) эту волну называют “калема ” - высота 1,5-2 м. Она приурочена к периоду выпадения зенитальных дождей. Самый сильный бор наблюдается на реке Фучуньцзян в Китае, высота волны до 6-7 м. На реке Ганг это явление называют áàðå - высота до 2 м. В классической форме деформированная приливная волна бор представлена в устье реки Амазонки. На языке народа тупи эту волну называют поророка, что значит “гремящая вода”. Многие жители называют ее амазуну , что означает “крушитель лодок”, возможно, отсюда произошло и название самой реки. Поророка приходит из Атлантического океана, начинается на мелководье и мчится с огромной силой и скоростью по всей ширине реки против ее течения, образуя волну высотой в 4-6 м, неся пресную воду и не смешиваясь с солеными водами океана. Поророка заходит на тысячу километров вглубь материка, затапливает низкие берега, круша и разрушая десятки метров берегового грунта и вырывая с корнями тысячи вековых деревьев амазонского леса. Это явление сопровождается громким грохотом, который слышен на десятки километров вокруг. Скорость движения волнового вала достигает 10 м/с. Амазуну (поророка ) распространяется по всей ширине реки (10-30 км), достигая дна (70 м). На своем пути волна переносит миллиарды тонн грунта, разрушая все, и представляет страшное зрелище. Поророка (амазуну) активна в феврале-марте-апреле и обычно приуро- чена к полнолунию, но продолжается не более 30 мин и несется

Центры штормового волнения в Мировом океане. Современные достижения в изучении режимных функций океанического волнения дали возможность выявить в пределах Мирового океана ряд штормовых центров, где ветровые волны достигают значи- тельных высот. В связи с наличием в Южном полушарии обширных акваторий, в пределах которых ветер способен длительно воздействовать на поверхность океана, приантарктическая об-

ласть Южного полушария является главным источником штормовых волнений. На 40-60 ю. ш. почти всегда существует не-

сколько районов штормового волнения, перемещающегося в восточном или юго-восточном направлении со скоростью около 40 км/ч. Но сила и направление ветров на этом обширном пространстве очень устойчивы во времени. Режимные волны здесь получили широтное распространение. Наибольших значений штормовые волны достигают не вблизи “ревущих” 40-х широт, а

Глава 5. Динамический режим Мирового океана 77

вблизи 50-60 ю. ш. в Атлантическом, Тихом, Индийском и Южном океанах. В зоне западного воздушного переноса приантарктического района выделяется 5 центров волнения.

1. В пределах Индийского (а ныне Южного океана с центром вблизи о. Кергелен ) располагается самый штормовой район Мирового океана. Во все сезоны года здесь наблюдаются наибольшие высоты ветровых волн (до 35 м).

2. Второй район повышенной штормовой активности расположен между Новой Зеландией и Антарктидой, в окрестностях островов Маккуори и Эмералда. Площадь этого района намного меньше Кергеленского. В Новозеландском штормовом центре средние высоты волн постоянны и составляют 2-3 м, а максимальные - 20-25 м.

3. Третье место по штормовой активности занимает штормовой центр в проливе Дрейка, где высота волн до 20 м. Во время парусного флота это был самый опасный район для морского плавания.

4. Ê северо-востоку от Южных Сандвичевых островов расположен четвертый центр штормового волнения, где максимальные волны достигают 15-20 м.

5. Повышенная штормовая активность наблюдается также

â Южном океане, в районе от 100 до 140-го меридиана. Режимные волны - 5-6 м высоты, а максимальные высоты волн в центре района превышают 15 м.

Таким образом, все пять центров штормового волнения Южного полушария находятся в зоне западного воздушного переноса и являются районами наиболее интенсивной передачи энергии атмосферы поверхности океана.

В Северном полушарии может быть выделено еще пять центров штормового волнения. Самыми штормовыми здесь являются умеренные широты Тихого и Атлантического океанов.

1. Мощный штормовой центр находится в Тихом океане, вблизи Северной Америки в устье реки Колумбия (мыс Разочарования). Здесь зарождаются самые штормовые волны, достигающие от 4 до 10 м высоты. В этом районе расположена служба спасения на Тихоокеанском побережье США.

2. Вблизи Американского континента в умеренных широтах Атлантики у острова Сейбл находится самый мощный штормовой центр Северного полушария, где высоты ветровых волн достигают 15 м.

Глава 5. Динамический режим Мирового океана 79

3. Еще один центр расположен в водах Бискайского залива, где волны достигают 6-8 м, а иногда и 12-15 м. Этот центр иногда называют Галисийским.

4. Формирование аравийского штормового центра связано с развитием сильного летнего муссона. Высота волн достигает 8 м.

5. Наличие штормового центра в пределах Бенгальского залива связано не только с муссонной циркуляцией, но и с циклонической активностью, свойственной для этой части Индийского океана. Здесь высота волн достигает 10 м, что очень мешало во время великих географических открытий совершать плавания в Индию, вокруг Африки.

5.2. МОРСКИЕ (ОКЕАНИЧЕСКИЕ) ТЕЧЕНИЯ

Основные течения. Морскими (океаническими) или просто течениями называют поступательные движения водных масс в океанах и морях на расстояния, измеряемые сотнями и тысячами километров, обусловленные различными силами (гравитационными, трения, приливообразующими) (рис. 18). Морские течения играют огромную роль в жизни Мирового океана, в мореплавании, способствуют обмену водных масс, изменению берегов, а также и климата в различных частях земного шара и т. д.

Наличие морских течений является характерной особенностью океанических вод. Еще в далекие времена люди установили, что ветер, дующий над морем, вызывает не только волны, но и течения, которые играют огромную роль в процессе перераспределения тепла на Земле, и проявляли особый интерес к их изучению.

Первые упоминания о течениях мы находим еще у древних греков. Аристотель описывал течения в проливах: Керченском,

ÐÈÑ. 18. Основные поверхностные течения Мирового океана.

1 – Гольфстрим; 2 – Северо-Атлантическое; 3 – Норвежское; 4 – Нордкапское; 5 – Шпицбергенское; 6 – Восточно-Гренландское; 7 – Западно-Гренландское; 8 – Лабрадорское; 9 – Канарское; 10 – Северные Пассатные; 11 – Гвианское; 12 – экваториальные противотечения; 13 – Южные Пассатные; 14 – Бразильское; 15 – Бенгельское; 16 – Фолклендское; 17 – Антарктическое циркумполярное; 18 – Мадагаскарское; 19 – Мозамбикское; 20 – мыса Игольного; 21 – Сомалийское; 22 – муссонное (летнее); 23 – Западно-Австралийское; 24 – Перуанское; 25 – Восточно-Австралийское; 26 – Куросио; 27 – Северо-Тихоокеанское; 28 – Àëÿ-

скинское; 29 – Курильское; 30 – Калифорнийское; 31 – Трансантарктическое

80 Глава 5. Динамический режим Мирового океана

Босфор, Дарданеллы. Теофаст упоминает о течении в Гибралтарском проливе. Жители Карфагена знали о течениях в Атлантиче- ском океане. Знания о существовании течений дали возможность скандинавским мореплавателям (норманнам, или викингам) еще в IX-X веках преодолеть страх и выйти в воды Северной Атлантики, колонизировать Исландию, южные части Гренландии и побережье Северной Америки, назвав его Винланд, о чем свидетельствуют упоминания в скандинавских сагах. Наблюдения за тече- ниями в открытом океане проводил Х. Колумб во время своего первого плавания в Америку. В XIX-XX веках течения изуча- лись многими экспедициями мира. В результате накопленных сведений можно сказать, что течения представляют собой сложные сочетания различных типов непериодических и периодиче- ских перемещений воды. Направления течений изменяются в градусах и указывают, куда перемещается поток воды (в отли- чие от направления ветра, указывающего, откуда он дует ). Скорость течения измеряется в метрах в секунду или в узлах (1 узел = 0,5144 м/с).

В свое время выдающийся русский климатолог А. И. Воейков назвал морские течения “трубами водяного отопления” земного шара. Колоссальные массы воды движутся среди океанов и в зависимости от того, где они начинаются, несут с собой тепло или холод.

Теплые воды в западных частях океанов направляются, как правило, к полюсам и, подобно водяной отопительной системе, обогревают высокие широты, а на востоке возвращаются к экватору охлажденными. По существу, течения играют роль планетарного энергетического “демпфера”. Таким образом, океаниче- ские течения - это поистине грандиозные явления природы. Самое мощное и наиболее известное морское течение - Гольфстрим - своеобразная гигантская река в океане, которая начинается еще в южных широтах, проходит через Карибское море, Флоридский пролив (со скоростью 7-9 км/ч), пересекает Атлантиче- ский океан и доходит до островов Шпицберген и Новая Земля, простираясь на 10 000 км (рис. 19). Причиной его зарождения является большой нагон пассатными ветрами водной массы через Юкатанский пролив в пределы Мексиканского залива. При выходе в океан мощность течения составляет 25 млн м /с, что в 20 раз превышает расход всех рек земного шара. Ширина течения 75-120 км, вертикальная мощность потока по глубине 700-800 м. Воды этого течения несут колоссальное количество

Глава 5. Динамический режим Мирового океана 81

РИС. 19. Течение Гольфстрим

тепла, которым обогревается вся Западная и Северная Европа. Влияние Гольфстрима сильно сказывается на природе Северного Ледовитого океана. Благодаря Гольфстриму на северном побережье Европы значительно теплее, чем на тех же широтах Северной Америки. В Англии, например, произрастают вечнозеленые растения (рододендрон, падуб, земляничное дерево), а самый северный из Лофотенских островов, расположенный вблизи Северного полярного круга, имеет среднегодовую температуру Крымского полуострова. Роль такой же печки для Японских островов играет течение Куросио в Тихом океане. Оно тоже начинается в приэкваториальных широтах, устремляется к северу, а у Японских островов поворачивает на северо-восток и уходит к Аляске, формируя там климат “вечной осени”. Куросио имеет ширину от 180 до 230 км, а глубина его вод - 600 м. На северо-западе Тихого океана протекает холодное течение Оясио (Курильское), идущее с севера на юг вдоль восточных берегов Курильской гряды и острова Хоккайдо .

Наряду с теплыми течениями существуют холодные. Из Баффинова залива, через Дейвиса пролив в пределы Атлантического

82 Глава 5. Динамический режим Мирового океана

океана устремляется холодное Лабрадорское течение, которое выносит туда холодные воды с температурной разницей в 8-10 , с наличием многочисленных айсбергов, выносимых из полярных широт. Один из этих айсбергов был причиной гибели “Титаника” в 1912 г. Наличие Лабрадорского течения формирует на востоке Северной Америки на широте 55 (широта Минска) - зону тундры, а на широте 50 (широта Киева) - природную зону степей и широколиственных лесов.

 тропических широтах Тихого океана, у берегов Южной Америки проходит холодное поверхностное Перуанское течение (Гумбольдта), оказывающее большое влияние на атмосферные процессы в этом районе. Воздушные массы, проходя над холодными водами течения, не насыщаются влагой и не приносят осадков на материк. Поэтому побережье и западные склоны Анд не получают осадков по многу лет подряд. Холодные воды Перуанского течения, насыщенные кислородом и питательными веществами, очень богаты органической жизнью. Здесь находится крупнейший промысел одного из видов анчоуса, благодаря чему Перу ежегодно вылавливает 7-10 млн т рыбных богатств.

Со времен Х. Колумба известно, что пассатные ветры в тропиках возбуждают мощные пассатные течения, а между северными и южными пассатами располагается полоса штилей и слабых ветров. В зоне слабых ветров обнаруживается Экваториальное, èëè Межпассатное, противотечение, идущее навстречу двум своим соседям на севере и на юге. Такая система течений и противотечений имеется во всех океанах, но в каждом со своими особенностями.

 Тихом океане противотечение зарождается вблизи Филиппин и движется строго на восток, чуть севернее экватора, между двумя пассатными течениями.

 Индийском океане система экваториальных течений сдвинута к югу от экватора, испытывает сильное влияние муссонных ветров. В продолжение северной зимы (декабрь-январь), когда дует северо-восточный муссон, здесь образуются пассатные тече- ния и противотечения. Только Сомалийское течение (аналогично Гольфстриму и Куросио) ведет себя необычно, широкой полосой двигаясь на юг. В летнее время (июль-август), когда преобладает юго-западный муссон, Экваториальное противотечение исчезает, а Сомалийское узкой струей, более быстрое, чем Гольфстрим, устремляется на север.

Течения, возникающие при юго-западном ветре, вызывают значительный нагон воды в Таганрогском заливе. После прекращения ветра в заливе на некоторое время устанавливаются сильные компенсационные течения скоростью до 1,5 узла и более. (Лоция Азовского моря)

На всех приливных картах, в атласах и таблицах приливных течений особым образом отмечены или прямо приведены периодические приливные течения. Практически приливные течения -- единственный вид периодического движения вод, природа которого известна, и его расчет и прогноз не вызывают трудностей.

Но, как правило, несмотря на точное обозначение скорости и направления приливного течения на карте или в таблице, значения этих величин не всегда совпадают с реальными. Дело в том, что приливные течения вычислены путем фильтрации и исключения непериодической составляющей, а ведь последняя может в десятки раз превышать скорость периодического течения и менять его направление вплоть до противоположного. Исключают ее из расчета лишь потому, что значение этой составляющей наперед трудно рассчитать.

Основная причина возникновения непериодических течений -- ветер. Все изменения скорости и направления ветра в каждой точке моря, пространственная и временная неоднородность поля ветра над акваторией мгновенно отражаются на поле течений во всем бассейне. Поэтому ветровые течения наиболее сложны для расчета.

В главе "Непериодические колебания уровня моря" мы немного остановились на теории дрейфовых течений Экмана. В 1905 году, решая задачу о ветровом течении в открытом море, Экман сделал ряд важных допущений. Им было принято, что: а) вода несжимаема, ее плотность постоянна; б) сгона и нагона, воды не происходит и поверхность моря горизонтальна; в) глубина моря бесконечно большая. Решив начальные уравнения движения воды, Экман пришел к уже рассмотренным нами выводам относительно ветровых течений, которые в общем неплохо согласуются с данными многочисленных наблюдений в открытом океане.

Однако вблизи берега, т. е. там, где судоходство наиболее осложнено, основные допущения теории Экмана не соблюдаются, то есть эта теория не приложима к явлениям, происходящим в прибрежной зоне моря. Идеальная картина, нарисованная математиком, начинает изменяться.

В результате переноса воды к береговой линии уровень моря повышается (или понижается -- при оттоке вод). При этом создается наклон уровенной поверхности, который вызывает течение, называемое градиентным. Из теории дрейфовых течений следует, что направление потока воды относительно направления ветра сильно зависит от глубины воды в этом месте. При достаточно большой глубине вблизи берега нагон или сгон, а значит, и градиентное течение возникают только в том случае, если ветер дует под некоторым углом к берегу, поскольку в глубоком море полный поток при дрейфовом течении направлен вправо относительно ветра (см. рис. 1). Очевидно, что в условиях большой глубины нагона или сгона у берега не происходит, если ветер дует перпендикулярно береговой линии. И наоборот, нагон достигает максимального значения при ветре, дующем вдоль берега, находящегося справа (если смотреть по направлению ветра).

В соответствии с этим меняется и скорость градиентного течения. Это течение в прибрежной зоне охватывает всю толщину воды от поверхности до дна, накладываясь на дрейфовое течение. В результате возникает так называемое суммарное прибрежное течение, скорость которого определяется как геометрическая сумма скоростей градиентного и ветрового течений.

У приглубого отвесного берега наблюдается картина течений, представленная на рис. 3. В слое воды толщиной D развивается поверхностное течение, которое является суммой течений: изменяющегося по глубине ветрового и постоянного градиентного. Ниже глубины D скорость дрейфового течения практически равна нулю, и до глубины D" потоки глубинного течения определяются только градиентом уровня: здесь наблюдается чисто градиентное течение, направленное вдоль берега.

В придонном слое от глубины D" до дна скорость течения начинает убывать, а поток отклоняется влево от направления общего переноса воды. В этом случае рельеф дна оказывает значительное влияние на скорость воды. Вследствие трения между дном и водой ее поток тормозится.

В природных условиях, как правило, не существует стено-образного берега да еще с боль-шой глубиной вблизи. Поэтому реальная картина ветровых течений у берега, по наблюдениям океанологов, иная.

Рис. 3.

1 -- поверхностное течение; 2 -- глубинное течение; 3 -- придонное течение

Во-первых, угол отклонения ветрового течения от направления ветра не остается постоянным, а зависит от глубины моря и силы ветра. С уменьшением глубины (при неизменной силе ветра) угол а отклонения направления течения от направления ветра уменьшается, направление течения приближается к направлению ветра. При неизменной же глубине моря угол а уменьшается с увеличением силы ветра.

Рис. 4.

Рис. 5. Изменение угла а отклонения направления поверхностных течений (а) и ветрового коэффициента К (б) в зависимости от направления ветра относительно берега и расстояния от него (приглубая зона)

Во-вторых, скорость течения при одной и той же силе ветра увеличивается с уменьшением глубины воды в данном месте. Для удобства практических расчетов океанологи ввели понятие ветрового коэффициента K, который представляет собой отношение скорости v t поверхностного течения к скорости v вет вызвавшего его ветра. Приведенные наблюдения показали, что значения К и а также сильно зависят от азимута ветра, т. е. от того, какое направление относительно береговой черты имеет ветер, если отсчитывать по часовой стрелке от нормали к берегу (если смотреть со стороны моря), и от того, приглубый или мелкий берег в данном районе. При глубинах 35 -- 40 м море уже можно считать глубоким, при меньших глубинах оно является мелководным.

На рис. 4 и 5 даны значения угла а отклонения направления поверхностных течений от направления ветра и ветрового коэффициента K при различных азимутах ветра соответственно для мелководной зоны и приглубого берега. Интересно, что при ветрах, дующих вдоль берега или по направлению, близкому к этому, ветровой коэффициент достигает максимальных значений. Противоположная картина наблюдается при ветрах, дующих по нормали на берег или от берега. В этом случае ветровой коэффициент имеет минимальные значения. Исследования показали, что ширина зоны влияния берега на ветровые течения в редких случаях превышает 35 миль. Следует отметить, что при вычислении значений ветрового коэффициента, приведенного на рис. 4, 5, скорость ветра выражена в метрах в секунду, а скорость течения -- в сантиметрах в секунду.

Приведенные результаты получены главным образом для ветров средней силы (4 -- 7 баллов), однако установлено, что значения ветрового коэффициента практически не зависят от силы ветра, а угол а лишь немного уменьшается с усилением ветра. Следовательно, данными графиками можно пользоваться при любых скоростях ветра -- вплоть до штормовых. Только при очень слабых ветрах (1 -- 2 балла) можно ожидать некоторой погрешности при определении значений К и а по графикам, но при таких ветрах течения ввиду их малых скоростей не представляют практического интереса.

Большего внимания заслуживают изменения значений ветрового коэффициента К и угла а при различной продолжительности действия ветра. Многочисленные наблюдения над развитием течений в прибрежной зоне моря позволили сделать вывод, что в мелководных районах время установления скорости значительно больше, чем в глубоководных: интервал времени, необходимого для полного развития скорости течения в глубоководной зоне, составляет 3 -- 4 часа, в мелководной же он доходит до 16 -- 18 часов. На рис. 6 коэффициент Т характеризует отношение мгновенной скорости течения к скорости установившегося потока. Удивительно, что время достижения скоростью течения максимального значения не зависит от скорости ветра.

Рис. 6.

Рис. 7.

и вол „ -- скорость распространения волны; v -- скорость переносного движения

Данные на рис. 4 -- 6 значения величин K, а, Т получены для Балтийского моря, поэтому применительно к другим морским бассейнам ими нужно пользоваться с известной осторожностью, но общие закономерности явления свойственны всем мелководным морям. Эти закономерности можно сформулировать так: на поверхности потоки воды направлены по ветру и обусловлены собственно ветровым течением, а в придонном слое -- против ветра и определяются градиентным течением. Для приглубого берега основной нагон или сгон создается ветром, дующим вдоль береговой линии. Для мелководного побережья ветер, дующий параллельно береговой черте, не создает наклона уровня и градиентных течений. Максимальный нагон и вызванные им градиентные течения наблюдаются при ветре, дующем перпендикулярно берегу.

В суммарное прибрежное течение известную долю вносит и волновой поток -- переносное движение водной массы в поверхностном слое, вызываемое ветровым волнением. Волновой поток направлен вдоль направления распространения ветровых волн. Причиной его возникновения является петлеобразный характер траекторий частиц воды в реальной ветровой волне (рис. 7). Скорость переносного движения воды одинакова для всех частиц, лежащих на одной глубине; она зависит от высоты и периода волн и очень быстро затухает с увеличением глубины. Поэтому течения в поверхностных слоях воды вблизи берегов являются сложной композицией многих факторов.

Немаловажное значение имеют рельеф береговой зоны, наличие островов и впадин. Так, мореплавателям не раз приходилось сталкиваться с одним, на первый взгляд, удивительным фактором. При ветре, дующем с моря вблизи островов, уровень воды падает не только с подветренной, но и с наветренной стороны. Это кажущееся парадоксальным явление объясняется довольно просто: ветер сгоняет всю воду из того района моря, где находятся эти острова, к другим наветренным берегам, то есть вода перераспределяется не только вблизи рассматриваемых островов, но и во всем водоеме.

Понятно, что при плавании вблизи островов весьма важно знать направления и скорости потоков. В мелководных районах при общем переносе воды ветром острова обтекаются со всех сторон, как обычное препятствие. Скорости и направления потоков воды вблизи берега острова зависят от глубины моря, размеров и конфигурации острова и его расположения относительно потока. Изменение течений происходит непосредственно вблизи острова.

В штормовую погоду вблизи островов на мелководье судоводители плавать не рискуют. Иное дело -- плавание в океане, где большие острова могут служить естественным укрытием от штормового волнения. И действительно, с подветренной стороны острова можно надежно укрыться от сильного шторма.

Но при этом нужно учесть, что проведенные океанографические наблюдения указывают на существование замкнутой аномальной циркуляции вокруг океанических островов. Например, направление течений вокруг островов Тайвань, Исландии, Курильских противоположно направлению общей циркуляции вод в прилегающей области океана. Одной из причин, приводящих к возникновению такой аномальной циркуляции, является завихренность ветрового поля над большой океанической областью. В большинстве случаев аномальная циркуляция течений вокруг острова в северном полушарии направлена по часовой стрелке, т. е. имеет антициклонический характер, в то время как общая циркуляция в области океана, включающей остров, имеет направление против часовой стрелки.

Завихренность и неоднородность ветрового поля в пространстве и изменения интенсивности и направления ветра по сезонам года приводят к появлению в отдельных районах моря локальных циркуляционных образований, отличающихся по направлению от течений во всем море. Таковы течения, образующиеся вследствие воздействия бризовых и муссонных ветров. Время их действия, направления потоков определяются периодом и скоростью действия ветра. Эти же периодические ветры могут служить причиной возникновения более интересных явлений.

Примером является аномальная циркуляция в юго-восточной части Черного моря. Поверхностные течения в Черном море, как и во всех морях северного полушария, чаще всего направлены против часовой стрелки и, прижимаясь к берегам, охватывают прибрежную зону шириной примерно 20 миль. Основной причиной возникновения таких течений служит система ветров над морем и интенсивный сток речных вод.

В юго-восточной части Черного моря в 1937 году было открыто круговое течение противоположного направления, то есть по часовой стрелке. Центр его расположен примерно в 40 -- 50 милях от Батуми, и оно тесно соприкасается с прибрежным течением. Детальное изучение его показало, что течение обладает интересными свойствами. Прежде всего это система течений, в которой летом температура поверхностного слоя воды значительно выше, а промежуточного слоя -- ниже, чем средняя температура воды по разрезу от Батуми на Ялту. Соленость воды здесь ниже средней.

Усиление штормовой деятельности над Черным морем способствует усилению прибрежного течения, с одной стороны, и вызывает ослабление течений в антициклонической области -- с другой. Зимой в период максимальной интенсивности атмосферной деятельности северо-восточные ветры вызывают усиление циклонического прибрежного течения.

В том случае если воды с низкими значениями температуры и солености поднимаются к поверхности, антициклонический круговорот может исчезнуть, и на этом месте возникает циклоническая циркуляция. Таким образом, направление течения здесь становится противоположным. Однако антициклоническая область летом выражена в этом районе значительно резче (скорость течения доходит до 1,5 узла), чем циклоническая зимой (скорость течения не превышает 0,4 узла).

Дрейфовые течения, возникающие в море под воздействием атмосферной циркуляции, -- чрезвычайно сложное для изучения явление. Изменение картины течений даже в очень небольшом водоеме происходит под воздействием неоднородности поля ветра, различных глубин, конфигурации берегов, наличия островов и банок и пр., поэтому для исследования необходимо одновременно провести большое число наблюдений в различных точках бассейна. Для таких исследований требуется огромное число судов, приборов, людей.

Учитывая эти сложности в проведении научных наблюдений, океанологи пошли по пути использования математических моделей для расчета ветровых течений. Потоки воды в море описываются системой гидродинамических уравнений, которые решаются для большого числа узлов регулярной сетки, "вписанной" в географический контур моря. Эта система позволяет задавать и учитывать скорость ветра в каждой точке моря, глубину, потоки на жидких границах (в проливах) и уровень на твердых (у берегов).

Расчеты проводятся на современных ЭВМ с временным шагом 5 -- 10 минут. Расстояние между смежными узлами сетки составляет несколько километров, то есть она густо покрывает всю акваторию моря. Это позволяет с большой точностью уловить изменения течений в море и уровня воды у берега.

Однако сложность уравнений, большое число задаваемых начальных и граничных параметров приводят к тому, что время счета даже на современных быстродействующих ЭВМ с большим объемом памяти велико. Оно составляет 5 -- 6 часов для одной ветровой ситуации на таком, например, бассейне, как Азовское море. Ясно, что в целях прогноза течений такие расчетные схемы не используют. Кроме того, в основу расчета нужно заложить прогноз ветра, который имеет собственную ошибку. Поэтому расчетные схемы широко применяют при определении режимных характеристик течений: для этого в качестве полей ветра используют более обоснованные осредненные характеристики ветрового потока. Расчетные схемы течений публикуются в атласах, справочниках, гидрометеорологических картах.

Но вернемся к прибрежной циркуляции. Как мы уже установили, в результате действия ветра и волнового переноса образующиеся течения могут вызывать повышение уровня воды у берега. С увеличением уровня воды начинают развиваться так называемые компенсационные течения, направленные от берега, скорость которых с ростом уровня воды увеличивается. Эти компенсационные течения являются как бы звеном, замыкающим цикл перемещения масс воды. В конечном итоге наступает установившийся режим, при котором количество воды, поступающей к берегу, равно количеству воды, уходящей в море.

Компенсация нагона в природе может идти двумя путями: в виде противотечений и разрывных течений. Гипотетически противотечение можно представить себе так: поверхностное течение, образованное ветром, дующим к берегу, создает подъем воды у береговой линии. Образовавшаяся вследствие этого подъема уровня воды разность давления заставляет воду в придонном горизонте двигаться от берега в сторону открытого моря.

Рис. 8.

а -- вблизи естественных препятствий; б -- при разнонаправленных потоках

В реальных условиях в мелком море под противотечениями понимают не обратный поток в чистом виде, а ту тенденцию к обратному переносу частиц воды, которая создается наклоном уровня, т. е. перепад давления создает препятствие для поступательного движения воды при нагоне: оно замедляется и может совсем прекратиться. Если рассматривать береговую зону в целом, то это представление вполне допустимо, однако в приурезовой зоне оно нарушается эффектом разрывных течений.

Разрывные течения в отличие от компенсационных противотечений являются ярко выраженными узколокализованными потоками, которые могут охватывать всю водную толщу от поверхности до дна. В природе они наблюдаются в виде узких струй, затухающих по мере удаления от берега.

Основная причина возникновения разрывных течений -- извилистость береговой черты и неравномерность нагона воды вдоль берега. При этом в процессе нагона создается сильный вдольбереговой поток: вода накапливается в неровностях рельефа дна, вблизи мысов и кос, являющихся естественными препятствиями ее движению. В этих зонах образуется участок повышенного уровня, и в момент, когда сила, вызванная разностью уровней у берега и в море, превышает силу потока, возникает разрывное течение (рис. 8,а). И действительно, в природе разрывные течения в большинстве случаев наблюдаются у выступающих точек берега. Вместе с тем, у отмелых берегов картина возникновения противотечений может быть иная: сложность топографии подводного берегового склона даже у берега с правильно изрезанной береговой линией приводит к тому, что направление вдольберего-вых течений неодинаково на смежных участках берега. Возникают разнонаправленные потоки, которые при встрече создают разрывные течения (рис. 8,6).

Разрывные течения сравнительно легко обнаруживаются по завихрениям на границах их мощных струй, разрывам в линии прибрежных бурунов и резко выделяющейся мутности главной части. На малых глубинах разрывные течения захватывают всю толщину воды от поверхности до дна. На больших глубинах, как и все сточные течения, они переходят в поверхностные слои. Максимальные скорости разрывных течений на поверхности составляют примерно 1 метр в секунду.

На интенсивность разрывного течения сильно влияет показатель вогнутости бухты или залива (отношение его длины к ширине входного створа). Чем больше этот показатель, тем значительнее ветровой нагон, а значит, струя разрывного течения мощнее и поэтому дальше проникает в море.

В силу локальности и больших скоростей эти течения представляют для мореплавателей в прибрежной зоне серьезную опасность. Судно, оказавшееся в зоне разрывных течений, может быть снесено с курса, а при следовании вдоль берега по судоходному каналу -- выброшено на бровку. Эти факторы необходимо учитывать при плавании в зонах, опасных с точки зрения условий формирования разрывных течений.

И еще одну опасность несут с собой разрывные течения: в отдельных районах эти течения наблюдаются в виде сильных струй придонных течений, их скорость достигает 10 метров в секунду. При этом донный поток сглаживает неровности рельефа даже в прочных коренных породах, а со временем вырабатывает желоба, отходящие от берега на несколько миль, вызывает разрывы в теле подводных вдоль береговых валов, разрушает стенки судоходных каналов. Такие резкие послештормовые изменения морфологии прибрежных районов препятствуют сложившейся схеме перемещения наносов и приводят к образованию мелей и банок в самых неожиданных местах.

Наконец, в морях и океанах, помимо ветровых, могут существовать течения, обусловленные процессами проникновения воды через границу раздела вода -- воздух. Эти течения, называемые течениями поверхностных разделов, определяются в основном осадками, испарением, конденсацией. Собственная скорость этих течений, как правило, не превышает 1 -- 2 сантиметров в секунду, то есть не является препятствием для плавания, но такие течения служат своего рода спусковым механизмом других явлений.

В частности, при безветренной погоде эти течения способствуют интенсивному перемешиванию вод и образованию водных масс с различной плотностью. После этого вступает в действие самая мощная сила движения вод в океане -- сила градиента плотности, и возникает крупномасштабная циркуляция, в которую вовлекаются большие и малые массы воды.

При увеличении или уменьшении массы воды в каком-либо водоеме, соединенном с другим узким проливом, в этой узкости возникают сильные течения. Например, в реальных условиях выпадения осадков и испарения в Азовском море вследствие изменения разности уровней воды Азовского и Черного морей в Керченском проливе могут возникать течения со скоростями 20 -- 30 сантиметров в секунду, что представляет опасность для плавания. В недалеком прошлом в заливе Кара-Богаз-Гол ежегодно испарялось до 5 миллиардов кубических метров и компенсирующий поток воды в одноименном проливе достигал скорости 2,5 метра в секунду.

Следовательно, такие процессы нельзя сбрасывать со счетов при следовании вдоль берега вблизи узких гирл больших заливов и лиманов.

Вынесенная в заголовок фраза является буквальным переводом японского слова "цунами" и обозначает уникальное природное явление: несколько следующих друг за другом длинных океанских волн, порождаемых резкими смещениями значительных участков дна океана, вызванными землетрясениями.

Образовавшиеся на больших глубинах цунами представляют собой поперечную длинную волну (длиной 100-300 километров) малой высоты (не более 2 метров), распространяющуюся со скоростью около 0,2 километра в секунду (700 километров в час), их период равен 15-60 минутам. Но при выходе на мелководье эти волны резко увеличиваются по высоте, уменьшается их длина, гребни начинают разрушаться и по существу формируются огромные волны перемещения, к которым собственно и относится название "цунами". В некоторых случаях высота волн достигает 30-40 метров.

Наступлению цунами на берег обычно предшествуют понижение уровня моря и приход сравнительно небольших волн. Затем может быть вторичное понижение уровня, и после этого приходит цунами. За первой волной, как правило, приходит еще несколько волн большей величины с интервалами от 15 минут до 1-2 часов. Обычно максимальной бывает третья или четвертая волна.

Волны проникают в глубь суши в зависимости от ее рельефа иногда на 10-15 километров и, обладая большой скоростью, вызывают огромные разрушения. После получения предупреждения о цунами необходимо вывести судно в открытое море навстречу волне.

В прибрежных районах нередки случаи образования другого природного феномена – крупных стоячих волн – сулоя, что означает водоворот, толчею. Небольшие сулои наблюдаются в Черном море (в Керченском проливе), более сильные – в узкостях у тихоокеанских берегов Канады, шхерах Скандинавии. Но наибольших размеров сулои достигают в мелководных районах с сильными реверсивными течениями – в Курильских проливах, в проливах Сингапурском, Портленд-Ферте и др. (до 4-х метров). Образование сулоев обычно связывают с взаимодействием двух встречных потоков воды (рис. 4.36,а.). При этом во фронтальной зоне образуются вихри, выходящие на поверхность в виде беспорядочных волн, причем энергия этих волн тем больше, чем больше скорость потоков.

Сулои могут появляться и в результате выхода потока на мелководье. В этом случае образуются большие градиенты скоростей в струе воды, разрывы потока, вихри и как следствие волны на поверхности (рис. 4.36,б).

Наибольшей своей величины сулои достигают во время максимальных скоростей приливных течений. Эта зависимость сулоев от характера прилива позволяет весьма надежно их прогнозировать.

Сулой весьма опасен для мореплавания. Суда, проходя через сулой, испытывают неприятную беспорядочную качку, сбиваются с курса, высокая волна может сорвать с креплений механизмы и спасательные средства. Пересечение таких районов мелкими судами грозит им гибелью.

Когда вода в море имеет скачок плотности на какой-либо глубине, то на границе между верхним менее плотным слоем и нижним – с резко увеличенной плотностью, могут возникнуть волны, называемые внутренними волнами.

Внутренние волны могут иметь высоту в несколько раз большую, чем поверхностные волны (до 90 м, период до 8 мин).

При возбуждении внутренних волн наблюдается явление, известное под названием «мертвой воды».

Судно на мертвой воде теряет ход и при полной работе машин может оставаться почти на месте.

Поверхность моря при следовании по «мертвой воде» в штиль приобретает необычный вид. За кормой сильно увеличиваются поперечные волны, впереди судна появляется огромная волна, которую корабль вынужден толкать. На «мертвой воде» возникают почти такие же волновые движения, как при следовании судна по мелководью. Если скорость судна совпадает со скоростью распространения свободных внутренних волн, то при своем движении судно создает не только обычные корабельные волны на поверхности воды, но и генерирует волны на поверхности раздела двух слоев – «легкого» верхнего и «тяжелого» нижнего. Волна возникает в том случае, когда слой раздела расположен приблизительно на глубине киля. При этом водные массы верхнего слоя толщиной, равной осадке судна, движутся в обратном направлении и вызывают потерю скорости корабля, волновое сопротивление сильно возрастает, так как судну приходится «тащить за собой» внезапно возникшую волну. Этим явлением и объясняется «мертвая вода».

Явление «мертвой воды» встречается повсеместно вблизи устьев крупных рек - Амазонки, Ориноко, Миссисипи, Лены, Енисея и др. Но особенно часто оно наблюдается в норвежских фиордах и в арктических морях в штилевую весеннюю погоду при ледотаянии, когда относительно тонкий слой почти пресной воды располагается над высокосоленой и плотной морской водой.

Внутренние волны представляют серьезную угрозу подводной навигации. Это проявляется и в прямом, физическом, воздействии внутренних волн, внутреннего прибоя на подводные лодки, и в косвенном - усложнении условий прохождения звука в воде.

Глубокое изучение структуры крупных океанских течений выяснило, что эти потоки представляют собой далеко не "реку в жидких берегах", как думалось раньше. Оказалось, что течения состоят из ряда перемежающихся струй, движущихся с различной скоростью. Причем в потоке Гольфстрима была измерена скорость 2,7 м/с (5,2 узла). Кроме того, обнаружилось, что по обеим сторонам основного потока имеются узкие противотечения (могут достигать 2 узлов).

Выяснилась и еще одна интересная особенность течений: потоки изгибаются в пространстве, образуя излучины – подобно речным меандрам. Меандры, увеличиваясь в размерах, перемещаются вместе с течением, а иногда отрываются от него и движутся самостоятельно. Оторвавшиеся меандры образуют вихри самых различных величин. Слева от генерального потока вихри вращаются по часовой стрелке, справа – против. Скорость течения в этих завихрениях составляет до 2,0 узлов.

Наблюдения показали, что, например, в поле Гольфстрима образуются по 5-8 пар циклонов и антициклонов в год. Наиболее развитые циклоны Гольфстрима имеют диаметр до 200 км и захватывают слой водных масс почти до ложа океана (2500-3000 м). Циклоны Гольфстрима дрейфуют в основном на юго-запад со скоростью до 3 миль в сутки.

Открытие вихрей имеет большое значение для навигации в открытом океане. Система циркуляции вихрей и есть то реальное поле течений, которое воздействует на находящееся в океане судно. Проходя районы с постоянными течениями, нанесенными на гидрометеорологические карты и атласы, судоводители должны знать, что реальная изменчивость направлений и скоростей течений, а следовательно, и фактический снос судна могут сильно отличаться от дирекционного направления течения.

Многие мореплаватели отмечали, что зачастую, особенно в тропических широтах, в темное время суток хорошо заметно свечение воды, набегающей на форштевень судна; светится бурлящая вода у бортов, обтекая корпус, за кормой образуется клубящаяся, постепенно суживающаяся и затухающая светлая полоса. Свечение воды выделяет на общем фоне моря берег, скалы, рифы, отмели, буи, суда и молы.

Как выяснили гидробиологи, свечение моря вызывается в основном биолюминесценцией морских организмов. Чаще всего встречается искрящееся или мерцающее свечение разнообразных одноклеточных и многоклеточных существ планктона величиной от десятков микрон до нескольких миллиметров. Когда таких светящихся существ много, отдельные точки света сливаются в неравномерное сияние. Это свечение возникает при механическом раздражении организмов, например, при движении животных и рыб, при ударе веслом по воде, а также при химическом воздействии.

С давних пор моряки, возвратившиеся из тропических морей Юго-Восточной Азии, рассказывали о встречавшихся там гигантских, диаметром по несколько миль, светящихся колесах, вращающихся с большой скоростью на поверхности моря. Западноевропейские моряки окрестили их «дьявольской каруселью», на Востоке их называют «колеса Будды».

Объяснением этих явлений можно считать образование мелкомасштабных вихрей. Такие вихри и водовороты возникают по краям течений, в местах стыка различно направленных потоков любого происхождения, где глубина невелика, сильны приливо-отливные течения и возникают внутренние волны.

Падающие ветры

Общим названием «падающие ветры» объединены прибрежные ветры, наблюдающиеся в предгорных районах некоторых морей; эти ветры в различных местностях называются по-разному: фен, бора, мистраль, сарма. Их объединяют такие качества, как внезапность, большая сила и характер воздействия на суда. Немало судов терпело аварии во время боры вблизи Новоземельских берегов, у берегов Гренландии, на рейдах таких крупных портов, как Триест, Марсель, Новороссийск.

Скорость падающих ветров достигает у поверхности моря 40 метров в секунду, а при порывах 50-60. Естественно, они представляют большую опасность для прибрежного судоходства, для стоянки судов на рейде и у причалов, для работы портов.

При изучении этого явления исследователи обратили внимание на то, что бора бывает, как правило, зимой, причем в тех местностях, где прибрежные горы ограничивают довольно высокую равнину, которая зимой сильно выхолаживается. Над равниной часто образуется область высокого давления, в то время как над морем сохраняется циклоническая область. Из-за этого возникают большие горизонтальные градиенты, которые приводят в движение огромные массы холодного воздуха. Вследствие действия силы тяжести скорость движения воздуха резко возрастает при его перевале через хребет.

Бурное падение холодного воздуха на поверхность бухт создает сильное волнение в прибрежной зоне, при отрицательных температурах водяные брызги вызывают обледенение судов и портовых сооружений. Ледовая броня доходит до 4 метров, что нередко вызывает катастрофические последствия. По вертикали бора распространяется на 200-300 метров, а по горизонтали – всего на несколько миль от берега.

Механизм образования фена немного иной. Собственное название ветра «фен» (теплый) дает ключ к пониманию природы явления. Установлено, что фен образуется благодаря значительной разности между атмосферным давлением в глубине суши и над морем. При прохождении циклона над морем вблизи побережья, когда в глубине суши сохраняется ядро высокого давления, барическое поле формирует потоки воздушных масс, направленные со стороны суши к морю. И если на пути этих потоков встречаются горы, то массы воздуха, накапливаясь за хребтом, начинают медленно подниматься. Температура воздуха при его подъеме падает, а влажность постепенно возрастает и в некоторой точке достигает максимума.

На вершине гребня, где воздух перенасыщен водяным паром, он начинает конденсироваться, образуя облачный вал, покрывающий весь горный хребет, - возникает характерная «феновая стена». С этой высоты воздух устремляется к морю, нагреваясь, поэтому на побережье он приходит с более высокой температурой и небольшой влажностью.

Иногда при соответствующих погодных условиях образуются маломасштабные атмосферные вихри – смерчи (или как их иногда называют – торнадо, тромбы, тифоны).

Обычный смерч образуется следующим образом: в результате интенсивных восходящих потоков воздуха край грозного облака начинает подниматься, закручиваясь горизонтально вокруг оси, параллельной границе облачности, - образуется ротор небольших размеров. Ротор, быстро вращаясь, опускается одним концом (обычно левым по движению облака) к земле в виде воронки. Эта воронка - основная составляющая смерча - представляет собой спиральный вихрь, состоящий из чрезвычайно быстро вращающегося воздуха.

Внутренняя полость воронки диаметром от нескольких метров до немногих сотен метров представляет собой пространство, ограниченное стенками; оно почти чистое, безоблачное, иногда от стенки до стенки проскакивают небольшие молнии; движение воздуха в нем ослабевает. Давление здесь резко падает – порой на 180-200 мб. Такое катастрофически быстрое падение давление служит причиной своеобразного эффекта; полые предметы, в частности дома, другие постройки, шины автомобилей, при соприкосновении с воронкой смерча взрываются.

Непосредственных замеров скорости ветра в смерчах нет: ни один прибор не выдерживает огромных ускорений. Однако специалисты по сопротивлению материалов высчитали эти скорости по характеру разрушений и аварий: до 170-200 м/с, а иногда даже 350-360 м/с – больше скорости звука.

Время существования смерча различно и составляет от нескольких минут до нескольких часов.

Скорость продвижения смерчей также различна. Иногда облако движется очень медленно, почти стоит на месте, иногда несется с большой скоростью. Метеорологи определяют среднюю скорость передвижения смерчей 40-60 км/ч, но иногда эта скорость доходит до 200 км/ч. При своем движении смерч проходит путь, равный в среднем 20-30 км. Однако нередки случаи прохождения смерчей 100-120 км.

Морские водяные смерчи обычно возникают группами из одного материнского облака. Чаще всего они образуются и достигают наибольшей силы у грозовых кучево-дождевых облаков. Иногда они сопровождают тропические циклоны.

Смерчи видны с достаточно большого расстояния, хорошо обнаруживаются на экране радиолокатора, и поэтому, увидев приближение этого природного образования, судоводители должны принять меры к тому, чтобы избежать с ним встречи.

На море давно замечены редкие, но очень опасные явления: - потеря плавучести во время извержения подводных вулканов, которых в океанах очень много (при этом образуется водо-воздушная смесь) или из-за прорыва газа со дна моря.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключение следует напомнить основное правило моряка – ничего второстепенного на море нет . В данный конкретный момент времени, в данном месте наиболее сильно может проявиться действие какого-либо природного фактора, в результате чего наступают последствия – вплоть до катастрофы.

Поэтому судоводитель должен всегда «считать свое место ближе к опасности» не только в буквальном навигационном понимании этого, но и при учете всех других условий плавания. Даже простое знание самого фактора влияния этих явлений на судовождение, а тем более качественная оценка эффекта позволяют свести к минимуму возможные негативные последствия.