Динамика атмосферы и океаны - Гилл А.
Скачать (прямая ссылка):
температуры поверхности оказываются для перуанского рыболовства катастрофическими и приводят в эти периоды чуть не к его полному прекращению. Притом в удачные годы этот район дает около одной пятой (по весу) мирового улова рыбы. На рис. 11.12 показаны различия между температурами поверхности в аномальный и ему предшествующий годы. Можно увидеть некоторое сходство с рис. 11.11. Отмеченные аномальные условия в этом районе называют «Эль-Ниньо» («младенец»; обзоры исследований этого явления можно найти, например, в
Рис. 11.12. Разность между температурами воды на поверхности в Тихом; океане в декабре 1972 г. (год Эль-Ниньо) и в декабре 1971 г. Изолинии в градусах Фаренгейта (2CF=1,1°C). Отметим очень большие значения', разности у экватора и свидетельства в пользу ограниченного распространения зоны существования аномалии в окружности экватора. 1972 г. был катастрофическим для перуанской рыбопромысловой промышленности. (По данным Fishing Information, Dec. 1972, U. S. Dept, of Commerce, National Marine Fisheries Service, La Jolla, California.)
[262]). Необычно высокие температуры поверхности оказывают сильное влияние на атмосферу, которая в свою очередь действует на океан ветрами. На самом деле большие изменения на временных масштабах порядка нескольких лет присущи всей системе океан — атмосфера, и Эль-Ниньо представляет собой всего лишь их часть (см., например, публикации [385, 342, 654]).
11.12 НЕСТАЦИОНАРНЫЕ ВЫНУЖДЕННЫЕ ДВИЖЕНИЯ
В гл. 9 была рассмотрена природа действующих на океан вынуждающих сил и охарактеризованы методы расчета их влияния. Один из методов состоял в разложении вынуждающих сил в ряд по вертикальным нормальным модам. Каждая из мод удовлетворяет уравнениям теории мелкой воды. В качестве следующего шага вынуждающие силы можно представить в виде ряда по функциям параболического цилиндра, т. е. в форме
(11.11.2). Это приводит к уравнениям (11.11.3) — (11.11.5). Уравнения по х и t можно решать различными методами, например,, представляя решения в виде интеграла Фурье от волновых решений или применяя преобразование Лапласа.
Указанным способом можно рассчитать, в частности, эффекты неадиабатических притоков тепла к атмосфере. Например, в работе Холтона [336] было показано, как генерируются некоторые наблюдавшиеся в стратосфере волны. При этом предполагалось, что их источник неподвижен к состоит из колебаний с периодом 4—5 сут. Имеются сведения (см., например, [581]) о колебаниях яркости облачного покрова с таким периодом. Когда в Северном полушарии зима, на широтах 5— 10° с. ш. они становятся особенно отчетливыми, что свидетельствует об их связи с колебаниями внутритропической зоны конвергенции. Несмотря на то что зона действия вынуждающих сил остается неподвижной, реакция состоит из распространяющихся волн. Это можно объяснить, рассматривая одну из составляющих решения уравнения (11.11.3), в которой правая часть характеризуется зональным волновым числом k и частотой колебаний со. Тогда уравнение представляется в виде
•dqjdt + с dqjdx = 2 sin kx cos со/ = sin (kx + со/) + sin (kx — co/)
(11.12.1)
и имеет решение
¦q0— — (со + ck)~{ cos (kx -f- co/) -f- (co — ck)~[ cos (kx — со/). (11.12.2)
В этом случае ведущим является второй член, представляющий собой волну восточного направления. Это объясняется тем, что •он наиболее близок к резонансу с волной Кельвина (свободной модой). Аналогичные эффекты свойственны и другим типам волн. Случай, когда в реакции доминируют смешанные планетарно-гравитационные волны, показан на рис. 11.13. Дальнейшее обсуждение этого вопроса можно найти в книге Холтона [337]. Исследования [306, 307], проведенные с помощью модели общей циркуляции, подтвердили, что неадиабатические лрнтоки тепла действительно являются источником подобных волн. Однако для окончательного понимания сути этого явления необходимо определить причины колебаний неадиабатических притоков и оценить их связь с полем скоростей.
Воздействие ветра на океан приводит к другому важному примеру вынужденной реакции. Рассмотрим, например, влияние на океан однородного по пространству ветра, дующего параллельно экватору. Он не должен зависеть от поэтому уравнения (9.10.4) и (9.10.11) для п-й моды при / = (Зг/ можно записать следующим образом:
dujdt — §yvn = Xn,
dvn/dt-\- $уйп = — gdf\n/dy, (11.12.3)
dr\Jdt + Hn dvjdy = 0.
Ситуация полностью аналогична встречающейся в задачах о штормовом нагоне (разд. 10.9) и прибрежном апвеллинге, где имелись решения с функциями йп и г\п, пропорциональными времени, и функцией €п, независимой от него. Это решение впер-
Рнс. 11.13. Возмущения меридиональной скорости при антисимметричном! неадиабатическом источнике тепла, который испытывает колебания с амплитудой, превосходящей 4 К/сут, в обозначенной сплошной линией области. Разрез вдоль экватора из работы [336, рис. 9]. Изолинии проведены через-2 м/с. Возникающие волны относятся преимущественно к типу смешанных, планетарно-гравитационных. Средний ветер меняется с высотой так, что максимальная скорость 8 м/с в восточном направлении отмечается на высоте 21 км, на высоте 25 км она равна нулю, а выше этого уровня скорость, направлена на восток.
