Страница 4 из 35
Карты первого типа отражают погоду, чьи основные элементы — циклоны и антициклоны, представляющие собой области, где давление ниже или выше нормального. В результате существующей разности давлений воздушные массы совершают кругообразное движение, причем у циклонов оно идет в направлении против часовой стрелки, а у антициклонов — по часовой стрелке.
Размеры атмосферных циклонов и антициклонов по горизонтали исчисляются несколькими тысячами километров, а время их нахождения в каждом районе — всего несколько дней. Если же усреднить поле геопотенциала за период намного больший, чем несколько дней, то мы увидим, что недолговечные образования, определяющие погоду, «компенсируют» друг друга и остаются лишь те особенности распределения метеорологических элементов, которые изменяются сравнительно медленно. Они‑то и представляют собой климатические характеристики в разных частях рассматриваемой территории.
Изменчив ли океан?
А сейчас снова вернемся к океану и проследим, как накапливались экспериментальные данные. Вначале сведения об океанских течениях черпали преимущественно из бортовых журналов, в которых обычно отмечали отклонения судна от намеченного курса. В зависимости от отклонения определялась скорость, и то довольно неточно, лишь поверхностного слоя морских вод. В дальнейшем с развитием океанографии стало возможным планомерное проведение морских экспедиций с целью получения экспериментальных данных. Но мы не станем рассматривать рабочие инструменты наших коллег в прошлом, а остановимся лишь на том, когда и как измеряли в океане.
Обычно исследовательское судно имеет точно заданный курс, в определенных точках которого и проводятся различного рода измерения. Разумеется, невозможно, чтобы один и тот Же корабль осуществлял синхронные измерения в двух точках пространства. Именно з®о и определяло дальнейший ход обработки океанографических данных. В силу того, что они были слишком нерегулярны, а их плотность в пространстве очень невелика, поступали следующим образом. Океан делился на квадраты, и все данные, полученные разными экспедициями в разное время в этих квадратах, суммировались и усреднялись. Таким образом, вследствие усреднения данных «кратковременные» элементы океанической динамики выпадали из поля зрения ученых.
Подобно усреднению поля геопотенциала, о котором мы уже говорили, усреднение океанографических данных позволяло ученым прошлого понять только общую структуру океанической динамики, или, иными словами, они изучали «климат океана». Однако такой способ получения и обработки данных не давал им возможность узнать те особенности, которые в каждый рассматриваемый момент определяют «погоду океана».
И тем не менее, сто пятьдесят лет назад были высказаны некоторые соображения о том, что океан изменчив, что течения, температура, соленость и пр. меняются как в пространстве, гак и во времени. К такому выводу пришел английский исследователь Джеймс Реннел. За семнадцать галсов, которые он проделал между Галифаксом и Бермудскими островами, Реннел установил, что местоположение и ширина Гольфстрима меняются со временем и что эти изменения нельзя отнести только к разряду сезонных. По его словам, отсутствие синхронных наблюдений является «непоправимым дефектом» океанографического эксперимента.
Несмотря на то, что ученые уже давно считали океанические течения меняющимися во времени, они очень пессимистично относились к вопросу о возможности их изучения. Реннел разделил течения в океане на четыре категории: дрейфовые (т. е. вызванные ветрами) потоки, локальные и временные. О последних он сказал следующее: «Нет никакой необходимости заниматься подобными течениями. Они не подчиняются никаким правилам, и поэтому изучение их бесполезно».
Новые эксперименты — новые идеи
В мировой науке известно немало случаев, когда абсурдная на первый взгляд идея вскоре перестает казаться нелепой и получает всеобщее признание. Но чтобы утвердить или отвергнуть эту идею, необходимы эксперименты. К сожалению, на деле теория и практика часто расходятся.
Пытаясь охарактеризовать начальный этап развития океанографических исследований, норвежский ученый-океанограф Г. Сведруп сказал, что много людей проводили измерения в океане, но лишь немногие из них размышляли над полученными результатами. И наоборот, в сороковых — пятидесятых годах советский океанограф В. Б. Штокман отметил, что «ныне слишком мно — го ученых занимались теоретическими исчислениями и слишком мало проводили целенаправленные измерения». Именно этот анахронизм явился причиной того, что в последнее время с новой силой заговорили об изменчивости океана. Но прежде необходимо было преодолеть кризис в области эксперимента, который наблюдался вплоть до семидесятых годов нашего века. Сегодня можно утверждать, что идея Реннела о проведении синхронных измерений уже осуществлена, а его скептическое замечание относительно бесплодности изучения изменяющихся во времени океанских движений уже давно опровергнуто. Основным направлением океанографических исследований как в теоретическом, так и в практическом плане, стало изучение именно изменчивости океана, ибо только она поможет раскрыть тайны механизмов формирования движений в океане.
Реализация идеи долговременных экспериментов в области исследования изменчивости крупных океанских процессов началась с работ В. Б. Штокмана. В 1935 году руководимая им экспедиция в течение трех недель на двух заякоренных судах проводила измерения флюктуации течений в Каспийском море. Результаты измерений показали, что изменения скоростей течений не всегда связаны с изменчивостью в атмосфере, как считалось до тех пор. Даже в безветренный период динамика течений в районе исследований отличалась большим разнообразием. Это позволило предположить, что изменение скоростей, а также иных гидрофизических характеристик подчинено каким‑то неизвестным пока механизмам, скорее всего связанным с самими течениями.
В 1956 году эксперимент, подобный Каспийскому, был проведен и в Черном море уже представителями нового поколения ученых, которые в настоящее время стоят в авангарде советской океанографической науки. Эксперименты носили полигонный характер. Это означает, что для проведения измерений выбиралась определенная морская акватория (полигон), где в течение продолжительного времени на заякоренных судах или буйковых станциях проводятся гидрофизические исследования.
Первым полигонным экспериментом, включающим все главные компоненты современных экспериментов, следует считать эксперимент 1967 года в Аравийском море. Но прежде нам хотелось бщ рассказать о некоторых интересных особенностях динамики Индийского океана, которые в той или иной степени характерны и для остальных океанов.
Специфика течений в этом океане обусловлена его географическими особенностями (близость полуострова Индостан к экватору), из‑за чего невозможно образование северного субтропического циркуляционного кольца, как это имеет место в Атлантическом и Тихом океанах. Следствием этой особенности являются муссоны, которые очень хорошо выражены именно в этой части земного шара. В зависимости от направления муссонов могут быть выделены два периода: летний, когда дует юго — западный муссон, и зимний, соответствующий северо — восточному муссону. Между этими двумя периодами наблюдаются два коротких интервала: октябрь — ноябрь и март — апрель.
В зимний период система течений Индийского океана включает Северное Пассатное течение (Северо — восточное муссонное), Сомалийское течение и противотечение в экваториальной зоне. Северо — восточное муссонное течение зарождается в ноябре, причем скорость его достигает максимума в феврале (южнее острова Цейлон, например, скорость превышает одну морскую милю в час). В этот период значительная часть вод, достигнув полуострова Индостан, устремляется на северо — запад, следуя параллельно западному берегу полуострова. Часть этих вод вливается в Красное море, а остальная часть продолжает двигаться на юг, где они, смешиваясь с водами пассатного течения, способствуют усилению Сомалийского течения. Воды последнего питают Экваториальное противотечение, которое зимой расположено между 3 с. ш. и 5 ю. ш. и простирается к востоку до берегов Индонезии. Нужно сказать, что в период северо — восточного муссона циркуляция в океане выражена сравнительно слабо и затрагивает лишь верхние слои океана.