Суточный и годовой ход температуры воды на поверхности океанов и морей

Суточные и годовые изменения температуры связаны с изменениями компонент теплового баланса, а также с теплом, переносимым течениями и вертикальным обменом вод. В ходе температуры на поверхности океанов и морей проявляются главным образом суточные и годовые колебания радиационной компоненты теплового баланса. Однако накопление и расходование тепла морем запаздывает относительно максимума и минимума температуры воздуха. Наивысшие температуры воды на поверхности наблюдаются после полудня, около 14—16 часов, а наинизшие —около 4—8 часов утра.[ ...]

Изменение запасов тепла в деятельном слое моря в течение суток сравнительно невелико, так как в дневные часы при повышении прихода тепла за счет радиации и теплообмена с атмосферой нагревание воды ослабляется потерей тепла на испарение, а ночью конденсация влаги на поверхности моря уменьшает охлаждение. Наконец, высокая теплоемкость воды способствует сглаживанию темпертуры при изменении запасов тепла в течение суток. Поэтому суточная амплитуда температуры на поверхности воды океанов и морей невелика и значительно меньше суточных амплитуд температуры воздуха

В среднем суточные колебания, т. е. разница между максимальными и минимальными значениями температуры воды на поверхности, не превышают 0,2—0,3° С, а в высоких широтах 0,1° С, т. е. температура воды остается почти постоянной. Наибольшие суточные колебания наблюдаются в тропиках, где в тихую погоду они достигают 1°С. Суточные колебания температуры летом больше, чем в зимние месяцы.

Годовой ход температуры воды на поверхности океанов и морей выражен более отчетливо, чем суточный. Сезонные изменения температуры в течение года тоже связаны с изменениями элементов теплового баланса. В годовом периоде наивысшие и наинизшие температуры поверхностных вод, подобно тому как это происходит в суточном ходе, наступают несколько позже моментов наступления максимальных и минимальных температур воздуха. В северном полушарии наиболее высокие температуры за год наблюдаются в августе, наинизшие — в феврале, в южном — наоборот.

Годовые колебания температуры поверхностных вод значительно превосходят суточные, так как в течение года (от месяца к месяцу) изменяется соотношение между приходом и расходом тепла. Годовые колебания зависят и от широты места, так как в течение года с широтой изменяются различия в нагревании и охлаждении поверхностных вод (табл. 12)

Суточные колебания температуры отмечаются до глубины 25— 30 м. В некоторых районах при наличии поверхностного однородного слоя они могут распространяться и на большие глубины (до 50 м). Годовые колебания могут прослеживаться до глубины 300— 400 м. Крайние значения температуры в течение года на глубине 200 м отмечаются на 3—3,5 месяца позднее, чем на поверхности. Ниже 500 м суточные и годовые колебания температуры почти отсутствуют. На основании 20 наблюдений в южной части Атлантического океана в 1943 г. было установлено, что средняя разность температуры на глубине 2000 м равна 0,06° С, а на 3000 м — 0,04° С. Колебания температуры воды от года к году зависят от изменений элементов теплового баланса, которые в значительной степени определяются многолетними климатическими колебаниями, связанными с изменениями солнечной активности и другими геофизическими явлениями.

Большое значение в многолетних и межгодовых колебаниях температуры имеют изменения интенсивности теплых и холодных течений и смещения их в пространстве. Межгодовые колебания температуры воды бывают наибольшими во фронтальных зонах океанов (см. стр. 164), а наименьшими в тропических и полярных областях. По мере удаления от тропиков к областям умеренных широт они увеличиваются.

Различие в тепловых условиях воды и суши очень велико. Колебания температуры на поверхности суши значительнее, чем на поверхности гидросферы. Вообще нагревание воды идет очень медленно, но зато медленно происходит и остывание; суши - наоборот. Почему же такая разница в условиях нагревания?

Во-первых, на суше нагревание испытывает только самый верхний слой земли близ поверхности. Дальше в глубину теплота может распространяться только путем теплопроводности, т. е. очень неглубоко.

В воде же солнечные лучи непосредственно проникают на большую глубину; видимые лучи, как мы знаем, до глубин 50-70 м и нагревают не только поверхностные, но и нижележащие слои.

Во-вторых, когда солнечные лучи нагревают воду, то часть воды испаряется, и при этом расходуется часть теплоты; нагреванию воды мешает и то, что солнечные лучи отражаются от зеркальной поверхности воды. Кроме того, волнение перемешивает воду и не дает нагреваться одному поверхностному слою, а полученное тепло распределяется на ряд слоев.

Но важнейшее значение имеют в тепловом различии суши и моря неодинаковая теплоемкость и конвекционные токи.

Теплоемкость (количество тепла, нужное для нагревания 1 г вещества на 1° воды или земли очень различна. Теплоемкость пресной воды при температуре 4° и нормальном давлении в 760 мм равна 1, теплоемкость же воды средней для океана солености 0,93, а теплоемкость горных пород, составляющих поверхность суши, колеблется от 0,2 до 0,6. Вследствие этого, чтобы нагреть воду на одинаковое число градусов, надо затратить много больше тепла. Процесс остывания обратен процессу нагревания, поэтому остывание воды тоже происходит медленно, и чтобы температура воды понизилась на 1°, надо у нее отнять гораздо больше тепла, чем у суши.

На процесс нагревания и остывания воды громадное влияние оказывают далее конвекционные токи, перемещающие частицы воды так, чтобы внизу располагались слои наибольшей плотности, а на поверхности - более легкие. В пресной воде наибольшая плотность бывает при 4°. Поэтому в озерах большой глубины температура на дне всегда близка к 4°. Что касается соленой воды, то ее температура наибольшей плотности различна в зависимости от количества соли, при этом иногда температура наибольшей плотности может быть ниже температуры земерзания.

Следовательно, в пресной воде при остывании до 4° вода делается все плотнее, и поверхностные более тяжелые слои погружаются, а из-под низа выступают более легкие. Только после того, как вся толща воды от поверхности до дна получила одинаковую температуру 4°, дальнейшее остывание распространяется лишь на поверхностные слои, которые и замерзают, тогда как в глубине температура остается равной 4°.

Если бы земной шар был весь покрыт морем или, наоборот, его поверхность представляла бы только сушу, то изотермы располагались бы параллельными кругами, и температура правильно убывала бы от экватора к полюсам.

До 45° широты материковый климат теплее морского, под 45° широты оба климата по общему количества тепла одинаковы, а в более высоких широтах, наоборот, морской климат теплее материкового. Такое распределение температуры будет понятно, если мы примем во внимание, что в низших широтах имеет наибольшее значение летнее нагревание, и потому перевес в температуре остается за сушей. В высших широтах средняя годовая температура местности зависит, главным образом, от остывания поверхности во время зимы, а оно, как мы знаем, происходит гораздо быстрее на суше, чем на воде. Теперь мы видим, какое огромное значение в климатическом отношении имеет то или иное распределение суши и моря; если бы мы имели все материки расположенными близ экватора, а моря - в полярных странах, то этим смягчался бы суровый климат севера, но на материках температура была бы очень высока.

На самом деле мы видим неправильное чередование моря и суши, при этом в некоторых местах материки расширяются, в других суживаются. Это вносит большое разнообразие в распределение годовых температур и обусловливает изгибы изотерм.

Рассматривая карту годовых изотерм, мы убеждаемся, что наиболее теплые места на земле находятся в северном полушарии, и что термический экватор смещен к северу от географического экватора. Самые теплые места лежат в Сахаре (температура выше 30°); подобные же центры нагревания находятся в Индостане и на севера Мексики.

Следовательно, северное полушарие в среднем за год теплее южного, а причина этого заключается в большем расширении материков в низких широтах северного полушария. То обстоятельство, что наиболее теплые страны расположены не на экваторе, а около тропика Рака, объясняется, кроме расширения материков, еще присутствием в этих широтах каменистых и песчаных пустынь, лишенных растительного покрова. На экваторе в летнее время выпадает много осадков, и облачность ослабляет нагревание поверхности земли. Кроме того, богатая растительность в свою очередь защищает поверхность земли от непосредственного нагревания, тогда как в пустынях поверхность нагревается и отдает путем лучеиспускания и теплопроводности свою теплоту нижним слоям воздуха.

Ярусностьпроявляется в вертикальном строении всех геосфер. На суше по характеру рельефа выделяют ярусы низменных равнин, низкогорный, среднегорный и высокогорный. Ярусность атмосферы проявляется в высотном изменении температур, влажности и давления воздушных масс. Не менее отчетлива ярусность Мирового океана, наблюдаемая в подразделении водной толщи в соответствии со свойствами слагающих ее водных масс. Она согласуется с условиями обитания гидробионтов, создавая известные батиметрические зоны водных бассейнов.

Глобальная асимметрия является следствием неравномерного распределения различных масс вещества и их разных состояний. Главная особенность строения земной поверхности — асимметрия в распределении материковых и океанических масс: суша концентрируется преимущественно в Северном полушарии, где она занимает 39%, в Южном полушарии на ее долю приходится всего 19 % (рис. 6.1). Асимметрия Северного и Южного полушарий в распределении материков и океанов проявляется в асимметричности типов земной коры, географических зон, высот и глубин (рис. 6.2). Среди других примеров асимметрии планеты С.В. Калесник называет: полярную асимметрию Земли, асимметрию фигуры Земли, планетарные распределения барического поля и систем ветров, температуры воздуха, воды, океаническую циркуляцию, асимметрию криогенных областей

5- Ветровые волныТрудно себе представить абсолютно спокойную гладь океана. Штиль — полное безветрие и отсутствие волн на его поверхности — большая редкость. Даже при тихой и ясной погоде на поверхности воды можно увидеть рябь. И эта рябь, и бушующие пенные валы рождены силой ветра. Чем сильнее дует ветер, тем выше волны и больше скорость их движения. Волны могут перемещаться на тысячи километров от того места, где они возникли. Волны способствуют перемешиванию морских вод, обогащению их кислородом. Наиболее высокие волны наблюдаются между 40° и 50° ю. ш., где дуют самые сильные ветры. Эти широты моряки называют штормовыми или ревущими широтами. Районы возникновения высоких волн расположены также у американских берегов вблизи Сан-Франциско и Огненной Земли. Штормовые волны разрушают береговые постройки.

Цунами Самые высокие и разрушительные волны цунами. Причина их возникновения — подводные землетрясения. В открытом океане цунами незаметны. У побережья длина волн сокращается, а высота растёт и может превышать 30 метров. Эти волны приносят бедствия жителям прибрежных территорий.

Океанические течения В океанах образуются мощные водные потоки — течения. Постоянные ветры вызывают поверхностные ветровые течения. Некоторые течения (компенсационные) возмещают убыль воды, двигаясь из районов её относительного избытка. Течение, температура воды которого выше температуры окружающих вод, называют тёплым, если ниже — холодным. Тёплые течения переносят более тёплые воды от экватора к полюсам, холодные — более холодные воды в противоположном направлении. Таким образом, течения перераспределяют тепло между широтами в океане и оказывают существенное влияние на климат прибрежных территорий, вдоль которых они несут свои воды. Одно из самых мощных океанических течений — Гольфстрим. Скорость этого течения достигает 10 километров в час, и оно перемещает 25 миллионов кубических метров л воды за каждую секунду. Приливы и отливы Ритмические поднятия и опускания уровня воды в океанах называют приливами и отливами. Причина их возникновения — действие силы притяжения Луны на земную поверхность. Два раза в сутки пода поднимается, покрывая часть суши, и два раза отступает, обнажая прибрежное дно. Энергию приливных волн люди научились использовать для получения электричества на приливных электростанциях.

Течение (водоёмов) —перемещение водных масс в водоёмах (морях, озёрах, водохранилищах). Основными видами течений являются: сточные (иногда именуются стоковыми), ветровые, конвекционные.

Сточные течения связаны с поступлениями водных масс из притоков и выходом их через замыкающий створ. Та часть сточного течения, которая проходит без потерь через какой-либо участок водоёма, называется транзитным течением. Сточные течения имеют место при наличии продольного уклона, то есть они осуществляются под действием градиента гидростатического давления, поэтому их можно называть градиентными.

Ветровые течения

Ветровые течения формируются под влиянием ветра, при этом течения, направленные в сторону ветра и охватывающие нередко только поверхностные слои водоёма, именуются дрейфовыми. Обратные компенсационные течения, осуществляющиеся под влиянием перекоса водной поверхности (сгонно-нагонной денивеляции), также называются градиентными (или градиентными ветровыми); они чаще всего охватывают придонные слои водоёма. При наличии на одной вертикали дрейфового течения и градиентного противотечения говорят о смешанном течении. Течения, связанные с различием атмосферного давления в отдельных частях водоёма, также называются градиентными.

Конвекционные течения

Конвекционные течения вызываются плотностной неоднородностью водных масс. Если на значительных участках водоёма создаётся устойчивая плотностная неоднородность, приводящая к возникновению продольного градиента давления, то образуются устойчивые компенсационные течения, носящие характер градиентных. Вертикальная плотностная неоднородность приводит к вертикальной конвекции, осуществляющей перенос в виде отдельных порций (вихрей) более плотных объёмов воды вниз ко дну, более лёгких — вверх. Плотностная неоднородность может быть связана с термической неоднородностью водных масс и различием концентрации растворенных или взвешенных веществ (донные тяжёлые потоки).

Течения, наблюдаемые у берегов водоёмов, могут быть выделены под общим названием прибрежных и классифицированы на вдольбереговые, нормальные (к береговой линии) и комплексные, имеющие продольную и нормальную составляющие. Нормальная составляющая течения, направленного к берегу, всегда вызывает обратное нормальное противотечение. В формировании прибрежных течений существенную роль играют ветровые волны, трансформирующиеся и разрушающиеся при подходе к берегу и передающие при этом часть своей энергии течению.

Причины океанических течений Тем не менее на сегодняшний день известны следующие причины океанических течений: 1. Космическое воздействие. Это самый интересный и одновременно сложный для изучения процесс. В данном случае течение обуславливается вращением Земли, воздействием на атмосферу и гидрологическую систему планеты космических тел и т. д. Яркий пример - приливы. 2. Воздействие ветра. Циркуляция вод зависит от силы и направления воздушных масс. В редких случаях можно говорить о глубинных течениях. 3. Разность плотностей. Потоки образуются благодаря неравномерному распределению солености и температуры водных масс.

Атмосферное воздействие В мировой акватории такого рода влияние обуславливается давлением неоднородных масс. Вкупе с космическими аномалиями потоки воды в океанах и более маленьких бассейнах изменяют не только свое направление, но и мощность. Особенно это заметно в морях и проливах. Ярким примером может служить Гольфстрим. В начале своего пути он характеризуется повышенной скоростью.Во Флоридском проливе Гольфстрим разгоняется одновременно и противными, и попутными ветрами. Такое явление образует цикличное давление на слои бассейна, разгоняя поток. Отсюда в определенный период времени происходит значительный отток и приток большого количества воды. Чем слабее давление атмосферы, тем выше прилив. Когда уровень воды понижается, уклон Флоридского пролива становится меньше. Из-за этого значительно уменьшается скорость течения. Таким образом, можно сделать вывод, что повышенное давление снижает силу потока.

Воздействие ветра Связь между потоками воздуха и воды настолько крепка и одновременно проста, что ее тяжело не заметить даже невооруженным взглядом. Издавна мореплаватели умели рассчитывать подходящее океаническое течение. Это стало возможным благодаря работам ученого В. Франклина о Гольфстриме, датируемым 18 веком. Спустя несколько десятилетий А. Гумбольдт указал именно ветер в списке главных воздействующих на водные массы посторонних сил.С математической точки зрения теорию обосновал физик Цепприц в 1878 году. Он доказал, что в Мировом океане происходит постоянная передача поверхностного слоя воды на более глубинные уровни. При этом главной воздействующей на движение силой становится ветер. Скорость течения в этом случае убывает пропорционально глубине. Определяющим условием постоянной циркуляции вод является бесконечно долгое время действия ветра. Исключением считаются лишь пассатные потоки воздуха, которые обуславливают движение водных масс в экваториальной полосе Мирового океана посезонно

Разность плотностей Воздействие данного фактора на водную циркуляцию является важнейшей причиной течения в Мировом океане.. Неоднородность плотностей водных масс является результатом действия сразу нескольких факторов. Они всегда существовали в природе, представляя собой непрерывную гидрологическую систему планеты. Любое отклонение температуры воды влечет за собой изменение ее плотности. При этом всегда наблюдается обратно пропорциональная зависимость. Чем выше температура, тем ниже плотность. Также на разность физических показателей влияет агрегатное состояние воды. Замерзание или испарение увеличивает плотность, выпадение осадков – ее уменьшает. Воздействует на силу течения и соленость водных масс. Она зависит от таяния льдов, осадков и уровня испарения. По показателям плотности Мировой океан достаточно неравномерен. Это касается и поверхностных, и глубинных слоев акватории.

Касаемо океанических течений, то здесь их направления напрямую зависит от силы вращения земли, причем в Северном полушарии в направлении — на право, и в Южном наоборот, — налево. Из других факторов, которые могут влиять на течения в океане, это и очертания дна и берегов.

Значение - Формирование климата за счет переноса высоких и низких температур из экваториальной или в экваториальную зоны Земли.