Составить схему виды океанических течений 6 класс

Составить схему виды океанических течений 6 класс — Карта для туриста TRAVELEL.RU Skip to content 1. Составьте классификацию движений воды в океане, исходя из причины их возникновения. Заполните схему.

2. Чем цунами отличается от штормовых ветровых волн?

Цунами — это волны, которые возникают в результате моретрясений, а ветровые волны – результат деятельности ветра. Цунами – это поступательное движение воды, а ветровые волны – колебательные.

3. Какое значение имеют океанические течения?
Океанические течения влияют на климат территории, Холодные течения приносят похолодание и сухость, а теплые – потепление и осадки. Также течения переносят органические вещества, способствуя их распределение их по океанах.

4. Используя карту океанов в атласе, нанесите на контурную карту:
а) места самых высоких приливов — зелёным цветом;
б) тёплые течения Гольфстрим, Северо-Атлантическое, Куросио, Южное Пассатное, Северное Пассатное, Бразильское и Гвианское — красным цветом;

в) холодные течения Перуанское, Лабрадорское, Канарское, Западных Ветров, Бенгельское — синим цветом.
Подпишите течения начальными буквами их названий.

5. Представьте, что случилась авария на нефтеналивном танкере в районе экватора у восточных берегов Южной Америки. В результате аварии произошёл разлив нефти. В каких районах океана могут обнаружиться следы этой аварии? Для ответа используйте карту океанов в атласе.
Следы этой аварии могут обнаружиться в любой части океана, потому что течения разнесут нефть. Например, Северное пассатное течение перенесет нефть в течение Гольфстрим, то в свою очередь в Северо-Атлантическое, потом — в Канарское или в Норвежское. Южное пассатное течение перенесет нефть в Бразильское течение, потом в течение Западных Ветров и потом по южной части Тихого, Атлантического и Индийского океанов.

Source: geogdz.ru

Океанические течения

Все течет

Ветровые течения

Плотностные течения

Морские течения

В океанах и морях в определенных направлениях на расстояния в тысячи километров перемещаются огромные потоки воды шириной в десятки и сотни километров, глубиной в несколько сотен метров.

Такие потоки — «реки в океанах» — называются морскими течениями. Движутся они со скоростью 1-3 км/ч, иногда до 9 км/ч. Причин, вызывающих течения, несколько: например, нагревание и охлаждение поверхности воды, осадки и испарение, различия в плотности вод, однако наиболее значимой в образовании течений является роль ветра.

Течения по преобладающему в них направлению делятся на зональные, идущие на запад и на восток, и меридиональные — несущие свои воды на север или юг.

В отдельную группу выделяют течения, идущие навстречу соседним, более мощным и протяженным. Такие потоки называют противотечениями. Те течения, которые изменяют свою силу от сезона к сезону в зависимости от направления прибрежных ветров, называются муссонными.

Среди меридиональных течений наиболее известен Гольфстрим. Он переносит в среднем каждую секунду около 75 млн. тонн воды. Для сравнения можно указать, что самая полноводная река мира Амазонка переносит каждую секунду лишь 220 тысяч тонн воды. Гольфстрим переносит тропические воды к умеренным широтам, во многом определяя климат, а значит, и жизнь Европы. Именно благодаря этому течению Европа получила мягкий, теплый климат и стала землей обетованной для цивилизации, несмотря на свое северное положение. Подходя к Европе, Гольфстрим уже не тот поток, что вырывается из Мексиканского залива. Поэтому северное продолжение течения называется Северо-Атлантическим. Голубые воды Гольфстрима сменяются все более и более зелеными.Из зональных течений наиболее мощным является течение Западных ветров. На огромном пространстве Южного полушария у побережья Антарктиды нет сколько-нибудь значительных массивов суши. Над всем этим пространством преобладают сильные и устойчивые западные ветры. Они интенсивно переносят воды океанов в восточном направлении, создавая самое мощное во всем Мировом океане течение Западных ветров. Оно соединяет в своем круговом потоке воды трех океанов и переносит каждую секунду около 200 млн. тонн воды (почти в 3 раза больше, чем Гольфстрим). Скорость этого течения невелика: чтобы обойти Антарктиду, его водам необходимо 16 лет. Ширина течения Западных ветров около 1300 км.

В зависимости от температуры воды течения могут быть теплыми, холодными и нейтральными. Вода первых теплее, чем вода в том районе океана, по которому они проходят; вторые, наоборот, холоднее окружающей их воды; третьи не отличаются от температуры вод, среди которых протекают. Как правило, течения, направляющиеся от экватора, теплые; течения, идущие к экватору, —-холодные. Они обычно менее соленые, чем теплые. Это объясняется тем, что они текут из областей с большим количеством осадков и меньшим испарением или из областей, где вода опреснена таянием льдов. Холодные течения тропических частей океанов образуются благодаря поднятию холодных глубинных вод.

Важной закономерностью течений в открытом океане является то, что их направление не совпадает с направлением ветра. Оно отклоняется вправо в Северном полушарии и влево в Южном полушарии от направления ветра на угол до 45°. Наблюдения показывают, что в реальных условиях величина отклонения на всех широтах несколько меньше 45°. Каждый нижележащий слой продолжает отклоняться вправо (влево) от направления движения вышележащего слоя. Скорость течения при этом уменьшается. Многочисленные измерения показали, что течения оканчиваются на глубинах, не превышающих 300 метров.Значение океанских течений заключается прежде всего в перераспределении на Земле солнечного тепла: теплые течения способствуют повышению температуры, а холодные понижают ее. Огромное влияние оказывают течения на распределение осадков на суше. Территории, омываемые теплыми водами, всегда имеют влажный климат, а холодные — сухой; в последнем случае дожди не выпадают, увлажняющее значение имеют только туманы. С течениями переносятся и живые организмы. Это в первую очередь относится к планктону, вслед за которым движутся и крупные животные. При встрече теплых течений с холодными образуются восходящие токи воды. Они поднимают глубинную воду, богатую питательными солями. Эта вода благоприятствует развитию планктона, рыб и морских животных. Такие места являются важными рыболовными участками.

Изучение морских течений ведется как в прибрежных зонах морей и океанов, так и в открытом море специальными морскими экспедициями.

Урок географии на тему: «Океанические течения»

Урок географи в 7 классе

Тема: «Океанические течения»

Цель: раскрыть причины кругового движения поверхностных вод, дать представление об общей схеме поверхностных течений в Мировом океане.

Задачи:

• Сформировать представление об океанических течениях, причине их возникновения, видах течений и их использовании.

• выявить общие закономерности течений Мирового океана

• Продолжить обучение работе с контурными картами,  выявлять закономерности, читать карты атласа.

• Воспитывать эстетическое восприятие географических объектов

 Оборудование:  учебник, атлас, карта океанов, физическая карта полушарий, презентация, географический тренажёр, тест, портреты путешественников (Х. Колумб, Т. Хейердал).

Основное содержание: океанические течения. Причины образования океанических течений. Виды океанических течений. Основные поверхностные течения Мирового океана. Значение океанических течений.

Тип урока: комбинированный.

ХОД УРОКА

1. Организационный момент

Доброе утро ребята! Присаживайтесь на свои места, проверьте готовность к уроку, всё ли на месте. Сегодня у нас с вами не просто урок – сегодня у нас праздник, ведь к нам пришли гости – учителя географии со всего нашего района. Мы ждали гостей, и сегодня отбросив все подготовительные волнения, давайте окунёмся в мир замечательной науки география.

2. Проверка домашнего задания.

На прошлом уроке мы с вами изучали тему …климатические поясах и области земли. Давайте вспомним, о чем мы говорили на прошлом и предыдущих уроках.

1.За доску выполнять индивидуальное задание пойдет

Нарисовать схему атмосферной циркуляции используя цветные мелки (Карточка-задание, синий, красный и зелёный мелок)

2.Индивидуальный тест нашего географического тренажера по вопросам выполнит за ноутбуком

3.А мы с вами давайте вспомним, что такое климатический пояс?

Климатический пояс –

— Какие бывают климатические пояса? (основные и переходные)

— Какую приставку мы используем для обозначения переходного климатического пояса (Суб)

— Сколько основных поясов? (7)

— Назовите основные климатические пояса (экваториальный, тропический, умеренный, арктический, антарктический)

— Покажите основные климатические пояса на карте…

— Сколько переходных поясов? (6)

— Назовите переходные климатические пояса (2 субэкваториальный, 2 субтропических, субарктический, субантарктический)

— Покажите на карте переходные пояса…

— В чем различие между основными и переходными поясами.

— Во всех ли поясах есть климатические области (нет)

— В каком климатическом поясе нет климатических областей

— Назовите и покажите их на карте области умеренного пояса Евразии (умеренно-континентальная, континентальная, резко-континентальная, муссонная)

4. Давайте послушаем, что вы написали в домашнем мини-сочинении «Я бы хотел жить в …….поясе, потому, что…..

Посмотрим, как справился с заданием … тест выполнен

3. Актуализация знаний

Мы с вами вспомнили, что изучали и нам пора обратиться к новому материалу, но новым он будет для нас не совсем т.к. мы с вами в 6 классе уже знакомились с особенностями природы Земли.

А сегодня от атмосферных процессов мы перенесёмся к водным.

А как называется водная оболочка Земли? (гидросфера)

А символом нашего урока станет вот эта картинка. На ней изображен известный норвежский путешественник Тур Хейердал.(фото)

В 1947 году он с 5-ю единомышленниками построили плот из 9 брёвен из бальсового дерева и назвал его Кон-Тики. За 101 день отважный мореплаватель переправился через Тихий океан.

А в 1969 году он предпринял новую опасную экспедицию, что бы доказать возможность пересечения Атлантического океана африканскими народами.

Он и шесть его последователей построили лодку из папируса, назвали ее «Ра». Их первое путешествие не удалось. На следующий год они снова вышли в океан на папирусной лодке и на сей раз достигли цели за 57 дней. 

Обратимся к карте: Тур Хейердал совершил плавание на лодке из порта Сафи (32⁰ с. ш. и 9⁰ з. д.) к о.Барбадос ( 13⁰ с. ш. и 59⁰ з. д.). Проследите его маршрут по карте океанов. Что помогало путешественнику в пути?

Хороший способ передвижения — это передвижение с помощью океанических течений. А для того чтобы им воспользоваться, необходимо познакомиться с течениями

— Тема нашего урока, как вы догадались – океанические течения 

Откроем тетради, запишем число и тему нашего урока.

Как вы думаете, ребята, какие вопросы встают перед нами в этой теме?

Что такое океанические течения?

Какие бывают течения?

Как они образуются?

Как люди используют океанические течения?

Чтоб получить ответы на интересующие нас вопросы, нам нужно обратиться к нашему главному источнику знаний. Что это? Учебник. Откроем учебник стр. найдем и прочитаем, что такое океаническое течение.

Океаническое течение –

Об океанических течениях люди знали давно. Историческую справку нам подготовила….

(СООБЩЕНИЕ ОБ ИСТОРИИ ОТКРЫТИЯ ОКЕАНИЧЕСКИХ ТЕЧЕНИЙ)

Что же является причиной формирования в Мировом океане океанических течений?

ВИДЕО

— Какая причина приводит к образованию течений (из – за влияния постоянных ветров). Какие мы знаем постоянные ветра? (Задание за доской)
Но существует ещё несколько причин, которые влияют на направление течений: 

1. Постоянные ветра.
2. Очертания материков.

3. Рельеф дна
4. Вращение Земли вокруг своей оси. 

Обратимся к еще одному верному источнику географической информации – карте. Как на карте изображены океанические течения? (стрелками)

Северо-Атлантическое течение у берегов Скандинавии имеет температуру +10⁰ С. Какое это течение? (Теплое)

А Перуанское течение у берегов Южной Америки имеет температуру +19⁰ С, какое оно? ( Холодное).

В чем противоречие ? (+10⁰ С — теплое ,+ 19⁰ С – холодное) Какой возникает вопрос? 

Какие течения называют холодными, а какие – теплыми?

Давайте поработаем и заполним таблицу, которая у вас есть на парте

Запишем

Название течения

Цвет на карте

Температура воды течения

Температура поверхностных вод океана

Сравнение температур

Вид течения

Северо-Атлантическое

красный

+10

+5

теплое

Перуанское

синий

+19

+25

холодное

Вывод: Течение является холодным, если его температура на несколько градусов ниже температуры окружающей воды в океане….

Прочитайте в учебнике стр. и сравните, правильный ли мы сделали вывод?

—  Тёплое течение – это такое течение, температура воды которого на несколько градусов выше температуры окружающей воды. 

— Холодное течение – это такое течение, температура которого на несколько градусов ниже окружающей воды.  

Найдите на карте и нанесите на к/к течения: Гольфстрим, Канарское, Перуанское, Лабрадорское, течение Западных ветров, Куросио.

— Какие из них тёплые? Холодные? Какую закономерность в расположении этих течений вы заметили? (От экватора движутся тёплые течения, от полюсов – холодные, замыкаются, текут против часовой стрелки.)

 Посмотрите внимательно на карту. Какие выводы можно сделать, проанализировав схемы течений северного и южного полушарий? 

— Как раз на направление течений по часовой и против часовой стрелки оказывает влияние вращения Земли вокруг своей оси. Севернее от экватора течения изгибаются вправо, южнее экватора влево. Это явление называют эффектом Кориолиса, по имени описавшего его французского математика Гаспара де Кориолиса. Это закон физики и вы его будете изучать в старших классах. В северном полушарии течения путешествуют по часовой стрелке, а в южном полушарии – против часовой.

Физминутка

Давайте мы свами отдохнём от наших исследований и разомнёмся. Какие явления можно встретить в океане? Волны, шторм, ураган, цунами… Давайте попытаемся изобразить эти явления… волна….выше… начинается шторм…. Ураган… в ходе моретрясения образуется цунами…тише, тише…. Швартуемся к берегу… то есть за парту. Размялись.. Продолжим.

– Все ли течения бывают ветровыми? 

Если поток воды встречает препятствие (сушу или поднятие рельефа дна) он делится, огибая препятствие с разных сторон. Течение так же, если встречает препятствие, чаще всего разделяется на два  сточных течения

– При столкновении течения Западных ветров, которое является ветровым течением, образуется одно сточное течение, а течение Западных ветров продолжает двигаться дальше. Но есть случаи, когда ветровое течение в результате столкновения с материком перестает существовать, а вместо него образуются два сточных течения. Найдите примеры на карте. (Калифорнийское и Аляскинское, Восточно-Австралийское и Межпассатное, Куросио и Межпассатное.)

Нанесите на контурные карты два сточных течения более толстыми стрелками.

Из какого течения образуется … течение
— Найдите на карте океанов течение Западных Ветров. В какие океаны оно пересекает? 

(ВИДЕО О ТЕЧЕНИИ ЗАПАДНЫХ ВЕТРОВ)

Стих про Течение Западных ветров

Антарктиды мимо Австралии, Америки и Африки
Мимо всех возможных островов…
Все плывут, плывут мои кораблики 
По теченью Западных ветров.
Начертаю на  потёртой  карте я
Этот удивительный маршрут,
В синеве простора необъятного
Все плывут, кораблики плывут.

Говоря об океанических течениях мне кажется, будет весьма полезно узнать особенности течения нашего родного моря.

О каком море я говорю? (Черное)

К бассейну какого океана оно относится (Атлантического)

Узнать о течениях Черного моря нам поможет…

Течения Черного моря

Главное течение Черного моря —  Основное Черноморское Течение. Оно направлено против часовой стрелки и образует два заметных кольца («очки Книповича», такое название связано с русским гидрологом Николаем Книповичем, который описал это течение). Течение очень изменчиво. В прибрежных водах Черного моря образуются вихри противоположной направленности – антициклонические  течения.

А кто любит летом купаться в море? Почему?

Водные процедуры очень полезны, но знайте, что море таит опасность…. Пожалуйста….

Тайны Черного моря

Купаясь в Черном море следует знать о существовании местного черноморского течения — «тягун». В мире подобное явление называется РИП.

Чаще всего это течение образуется во время шторма у песчаных берегов. Вода, набегающая на берег, возвращается обратно не равномерно, а струями по образовавшимся в песчаном дне руслам.

 Попасть в струю тягуна опасно: может унести в открытое море. Чтобы выбраться из тягуна, нужно плыть не прямо к берегу, а под углом, чтобы уменьшить сопротивление отступающей воды.

V. Этап закрепления знаний

Мы с вами практически справились с материалом. Давайте вспомним, что мы хотели узнать…

Получили ли мы ответы… Но знаем мы с вами далеко не всё. Дополнить свои знания вы с можете, выполнив домашнее задание, которое давайте запишем в дневник.
 VI. Домашнее задание 

1. Изучить &20., описать одно из течений по плану стр.57
2.Творческое задание подготовить сообщение о течении Эль – Ниньо

Проверочный тест

1.Что оказывает наибольшее влияет на образование течений в океане

А) постоянные ветры

Б) землетрясения

В) притяжение Луны

2. Какие бывают течения

А) теплые

Б) холодные

В) теплые и холодные

3. Какие течения начинаются у экватора

А) теплые

Б) холодные

В) теплые и холодные

4. На что влияют океанические течения

А) на формирование климата

Б) на формирование рельефа дна океана

В) на вращение Земли

5.Назовите самое большое холодное течение

А) Гольфстрим

Б) Течение Западных ветров

В) Перуанское течение

VII. Подведение итогов урока

Понравился ли вам урок?

Что произвело впечатление?

Что больше всего понравилось?

А мне понравилась ваша работа на уроке, и я хочу ее оценить

История открытия поверхностных течений

Первые упоминания о существовании морских течений встречаются ещё у древнегреческих ученых; Аристотель в своих трудах говорит о течениях в проливах Керченском, Босфор и Дарданеллах. А карфагеняне, имели какое-то представление о Саргассовом море.

Известно, что в средние века норвежцы открыли морской путь из северной Европы сперва в Исландию, а затем в Гренландию и Северную Америку. В этих плаваниях норманны познакомились с морскими течениями. Это понятно из названий, которые они давали встречавшимся по пути приметным местам, как например: о. Течений, залив Течений, мыс Течений.

Арабы много плавали по Индийскому океану и установили морское сообщение с Китаем, Месопотамией и Египтом. Они были знакомы с муссонными течениями.

Португальцы при своем движении на юг, вдоль берегов Африки, познакомились с Гвинейским и Бенгальским течениями, а Васко да Гама в конце XV столетия во время первого своего плавания в Индию заметил Мозамбикское течение.

Первые наблюдения за океаническими течениями

Первое обстоятельное наблюдение над течениями в открытом океане было произведено Христофором Колумбом во время его первого плавания в Америку, 13 сентября 1492 г. в районе 27° с. ш. и 40° з. д. Он по отклонению лота, опущенного глубоко в воду, заметил, что судно несет течением на SW. Последующие плавания Колумба познакомили его еще больше с Северным Экваториальным течением и дали ему возможность высказать предположение, что воды океана вдоль экватора двигаются «вместе с небесным сводом» к западу. В четвертое свое плавание (1502—1504 гг.) Колумб открыл течение, идущее вдоль берега Гондураса.

Воды мирового океана. Схемы поверхностных течений



1. Что называют гидросферой; Мировым океаном?

Гидросфера – водная оболочка Земли. Мировой океан – основная часть гидросферы, составляющая 94,2 % всей её площади, непрерывная, но не сплошная водная оболочка Земли, окружающая материки и острова, и отличающаяся общностью солевого состава.

2. Что вам уже известно о природе океана?

Океан представляет собой очень сложную природную систему, в которой взаимодействуют вода (вернее, сложный солевой раствор), горные породы дна и берегов, населяющие его организмы и находящиеся над океаном воздушные массы. В то же время океан един, развивается по единым законам, отвечает на внешние воздействия как «единый хорошо сбалансированный организм».

3. Составьте характеристику карты океанов по плану (см. приложения).

№1: по охвату территории – мир, по масштабу – мелкомасштабная (мельче 1:1 000 000), по содержанию – тематическая. №2: по этой карте, мы можем узнать: границу максимально распространения айсбергов, направление тёплых и холодных течений, зимнюю и летнюю границу плавучих льдов, отметки глубин, границы океанов, бассейны стока рек в океаны, глубину мест в океанах, увидеть самый крупный рельеф океанов (котловины, хребты), проливы и моря, главные морские порты, сравнить запасы воды мира, океана, суши и в атмосфере, сравнить площадь океанов.

4. Какие виды движения воды в океане вам известны? Назовите причины их вызывающие.

Течения – горизонтальные движения воды в морях и океанах, своеобразные «реки в океане». Ветровые волны. Приливы и отливы. Ветровые и стоковые течения. Цунами.

5. Что называют океаническими течениями? Как они различаются?

Океаническое течение – направленное движение воды в океане. 1) Отличаются друг от друга тем, что могут быть постоянными, могут быть временными. 2) Могут холодными и теплыми – отличаются по температуре воды. 3) Отличаются по причине возникновения: приливные, ветровые, стоковые (возникают, когда в одном районе моря или океана больше воды), бароградиентные – разное давление над разными участками моря или океана.

Вопросы и задания

1. От чего зависит солёность океанических вод?

Солёность вод зависит главным образом от соотношения атмосферных осадков и испарения, которое изменяется в зависимости от географической широты.

2. Каковы различия в температуре воды в океане?

На разных широтах температура разная, чем ближе к экватору, тем выше температура воды. На одной широте вода будет теплее у берегов материков. Температура поверхностных вод выше, а на глубине – температура воды ниже. Солнечные лучи не прогревают всю толщу воды.

3. В каких районах океана образуются льды? Как они влияют на природу Земли и на хозяйственную деятельность человека?

Льды образуются в северных (Арктика, субарктика, умеренный пояс) широтах. В Арктике это, как правило, многолетний ледовый панцирь (Северная полярная шапка). В субарктике льды тают летом, но на непродолжительное время (большая часть Северного Ледовитого океана). Здесь часто образуются айсберги, которые могут представлять угрозу судоходству. В умеренном поясе ледовый покров сезонный и не везде образуется, но айсберги могут заплывать и в зону умеренного климата.

4. Что называют водной массой? Назовите основные типы водных масс. Какие водные массы выделяют в поверхностном слое океана?

Водной массой называют большие объемы воды образующиеся в определенной части океана и отличающиеся друг от друга температурой, соленостью, плотностью, прозрачностью, количеством кислорода, наличием определенных живых организмов. В океане различают поверхностные, промежуточные, глубинные, природные массы.

5. Объясните причины образования в океане круговых поверхностных течений и их роль в формировании климатов Земли. Приведите примеры.

Причины, могущие возбудить движение вод в океане и создать наблюдаемую систему океанических течений, можно подразделить на три группы. Причины космического характера, разность плотностей и ветры. Согласно современному взгляду, космические причины, вращение Земли и приливы, не могут возбудить ничего подобного наблюдаемым в поверхностных слоях течениям, и потому эти причины здесь и не рассматриваются. Второй группой причин, возбуждающих течения, являются все те условия, которые производят разность плотностей в морской воде, а именно неравномерное распределение температуры и солености. Третья причина возникновения поверхностных (а, следовательно, отчасти и подводных) течений есть ветер.

Морские течения – simulation, animation – eduMedia

Морские течения — это большие потоки морской воды. Они двигаются по кругу на протяжении многих тысяч километров. Ученые выделяют два больших типа течений:

• Поверхностные течения (располагающиеся на глубине до 300 метров от поверхности воды)
• Термохалинную циркуляцию или подводные течения.

Многочисленные факторы воздействуют на течения:

• Ветер (на поверхностные течения)
• Температура воды
• Соленость воды (напрямую связана с ее плотностью)
• Подводный рельеф и форма прибрежной зоны

Океанические течения оказывают большое влияние на климат Земли. Ученые опасаются, что потепление климата окажет пагубное влияние на такие регуляторы климата, как морские течения. Часто в качестве примера приводят течение Гольфстрим (на севере Атлантики), благодаря которому на западе Европы установился умеренный климат. Замедление или остановка Гольфстрима вызовет сильные изменения климата во всем этом регионе.

Морские течения оказывают влияние на биологические циклы многих видов морских животных, так как они в определенные месяцы приносят планктон. Мигрирующие животные пользуются этими «экологическими коридорами».

Поверхностные течения создают большие воронки, которые называются «гироскопическими волнами». Эти потоки двигаются в том же направлении, в каком дуют преимущественные ветры. Сила Кориолиса (вызванная вращением земного шара) ответственна за движение этих течений по часовой стрелке в северном полушарии и против часовой стрелки в южном полушарии. В центре таких гироскопических волн концентрируется весь мусор, плавающий в воде около суши на протяжении многих тысяч километров.

 

Нажать на «изображение 2D», чтобы переключить интерактивную 3D-картинку на карту 2D. Авторы: NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) (Национальное управление океанических и атмосферных исследований США)

Интернет-ресурсы:

• Океанические течения: http://www.sciencepresse.qc.ca/blogue/mathieu-rancourt/2016/03/17/courants-oceaniques
• Бенжамин Франклин и Гольфстрим (на английском языке): https://www. nha.org/library/hn/HN-v44n2-gulfstream.htm
• Первая карта Гольфстрима, сделанная Бенжамином Франклином: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Franklingulfstream.jpg

About the name of the current, please have a look at Экваториальное противотечение

Как вирусы влияют на океанические течения и жизнь амурского тигра — Российская газета

О самых удивительных вирусах и их планетарной миссии рассказывает Михаил Щелканов, ученый-вирусолог, руководитель лаборатории экологии микроорганизмов с Международным научно-образовательным Центром биологической безопасности Школы биомедицины Дальневосточного федерального университета. Он работал как в лаборатории, так и в очагах инфекции в разных уголках мира — и с эболавирусом, и с вирусами океана, и с гигантскими мимивирусами.

Когда мы говорим о вирусах, то вспоминаем исключительно болезнетворные штаммы — грипп, оспу, полиомиелит. Но ведь влияние вирусов на биосферу этим не ограничивается?

Михаил Щелканов: Конечно! Вирусы поражают все живые организмы — животных, растения, грибы. Например, вирус серой плесени можно использовать для борьбы с плесневыми грибами. Хорошо известны и широко используются в медицине бактериофаги. Наконец, вирусы паразитируют даже на себе подобных: скажем, вирус гепатита D* может репродуцироваться только в клетках, уже инфицированных гепатитом B. А еще есть мимивирусы — гигантские вирусы, поражающие простейших. Их сателлиты могут встраиваться внутрь самого вириона в поисках нового хозяина. Разнообразие вирусов огромно — поражая все царства живой природы, они модулируют многие процессы планетарного масштаба.

^{*Для упаковки своих генов вирус гепатита D использует белки вируса гепатита B.}

Это правда, что вирусы водорослей регулируют выброс ими вредных веществ?

Михаил Щелканов: Да, это часть большой темы вирусов океана, которую мы на Дальнем Востоке активно развиваем. Более того, они меняют уровень кислорода на планете. Основной его источник — это ведь не леса Амазонии, как многие думают, а фитопланктон. И жизнь этого фитопланктона теснейшим образом связана с различными вирусами. На каждую клетку одноклеточных водорослей приходится несколько десятков тысяч вирусных частиц. Их так много, что они влияют даже на вязкость поверхностного слоя океана и, как следствие, на характеристики океанских течений. Одна из рабочих гипотез, объясняющих недавнюю массовую гибель морских животных на Камчатке, — это острое заболевание одноклеточных водорослей. Они начали погибать, массово оседать на дно, окисляться, что привело к обеднению кислородом придонного слоя воды. Причем подобные события могут происходить повсеместно. Исследование вирусов океана можно сравнить с гигантским зданием, и в настоящее время мы лишь мельком заглянули в замочную скважину.

Я слышал, что мониторинг опасных вирусов людей и животных проводится на суше, но не в океане.

Михаил Щелканов: Хороший взгляд на проблему. Наверное, всем надо верить, что мониторинг проводится…

А на самом деле?

Михаил Щелканов: На самом деле мониторинг следует повсеместно масштабировать и интенсифицировать. Сейчас мы хорошо знаем, что SARS-Cov-2 — это природно-очаговый вирус*. Такие вирусы являются сочленами природных экосистем и циркулируют в них без участия человека, но в один прекрасный момент могут преодолеть межвидовой барьер.

Их дальнейшая судьба складывается по-разному: вирус клещевого энцефалита поражает людей избирательно, SARS-Cov-2 вызвал вспышку заболевания, которое охватило сначала Китай, а потом и всю планету.

За всю историю человечество не победило ни одной природно-очаговой инфекции. Поэтому единственный способ снижения неблагоприятных последствий — это мониторинг вирусов с целью оценки эпидемического потенциала. В ХХ веке человечество потратило огромные усилия, чтобы подтвердить природную очаговость вируса гриппа А. Сначала считалось, что это тоже чистый антропоноз (заражает только человека. — КШ), непонятно было только, откуда он постоянно берется в новых вариантах.

^{*Концепция природной очаговости была сформулирована в 1940 году нашим соотечественником Е. Н. Павловским в дебрях Уссурийской тайги на примере клещевого энцефалита.}

Сейчас известно, что их природный резервуар — это птицы.

Михаил Щелканов: Да, дикие птицы водно-околоводного экологического комплекса, в первую очередь утки, крачки, чайки. Так вот, весь ХХ век человечество выстраивало систему мониторинга вируса гриппа А, от наблюдения за популяциями диких птиц до госпитального мониторинга. Теперь каждый год ВОЗ дает рекомендации по штаммовому составу вакцин*.

^{*Вакцины от гриппа двухкомпонентные: два штамма вируса гриппа А (Н1N1, h4N2) и один штамм вируса гриппа B.}

Вирусы гриппа могут обмениваться генетической информацией, если два штамма инфицируют одну клетку. А могут ли так же скрещиваться вирусы из различных семейств?

Михаил Щелканов: Из семейств, конечно, нет, но вирусы одного вида могут. Вы говорите, наверное, про реассортацию*. Существуют вирусы с сегментированным геномом. Если клетку инфицируют два варианта таких вирусов, то в геном дочернего вириона могут попасть сегменты генома от обоих. В результате биологические свойства вируса могут измениться скачкообразно. Именно путем реассортации и формировались практически все пандемические варианты гриппа. Свиной грипп 2009-2010 годов тоже является реассортантом двух генотипов гриппа А свиней.

^{*Реассортация — смешение генетического материала вида, приводящее к появлению совершенно новых комбинаций у дочерних особей.}

Но вернемся к мониторингу. Когда стало понятно, что мы снова встретились с вирусом, пришедшим от летучих мышей, и разнесли его по всей планете, возникла опасность его проникновения из человеческой популяции в дикие биоценозы. Встал вопрос: как выявить подобные вторичные заражения? Оказалось, что никто, кроме наших китайских коллег, не проводил широкий вирусологический скрининг рукокрылых, и они в этом плане изучены слабо.

К слову, рукокрылые являются природным резервуаром таких вирусов, как бешенство, Иркут, комплекс Такарибе, вирус лихорадки Иссык-Куль, и многих других. При этом комплексный эколого-вирусологический мониторинг популяций летучих мышей проводился в мире недостаточно интенсивно, а то и вовсе не проводился.

Мне кажется, теперь мониторингу будут уделять больше внимания.

Михаил Щелканов: Уже уделили. В частности, мы получили грант по программе РФФИ и можем проводить экспериментальные исследования целенаправленно, а не как раньше: сети орнитологические разворачиваешь, и иногда туда попадают рукокрылые. Обычно-то они все же их облетают — спасибо эхолокации.

Вы человек с большим опытом полевой работы. Для вирусолога это обязательно?

Михаил Щелканов: Хороший вопрос. Большинство специалистов, которые выступают сегодня в качестве экспертов, — это молекулярные вирусологи. И надо четко понимать, где заканчивается молекулярная биология с моделями вирусологических объектов и начинается собственно вирусология. А она начинается там, где вы работаете с живым вирусом. И ядром ее является экология вирусов, один из разделов которой — уже упомянутый мониторинг природно-очаговых паразитов. Понять экологию вирусов можно только поняв экологию их хозяев. Поэтому мне и сотрудникам моей лаборатории приходится постоянно выезжать в поля — иногда и в прямом смысле. Принцип, что вирусолог должен работать в очаге заражения, заложил еще Ивановский*. Он открыл вирус табачной мозаики не сидя в лаборатории, а проводя полевые исследования.

^{*Д.И. Ивановский (1864-1920). Российский микробиолог, физиолог. Первооткрыватель вирусов.}

Но тогда и молекулярной биологии не было.

Михаил Щелканов: Да, до третьей четверти ХХ века все вирусологи были классические. Это сейчас благодаря молекулярным методам стало возможно, отказавшись от классических подходов, продолжать выдавать ценные результаты и публиковаться в вирусологических журналах. Я готов аплодировать молекулярным вирусологам, но только до тех пор, пока мы не начинаем понимать, что ресурсы ограниченны и надо выбирать, куда их направить — в область молекулярных исследований или классических. До тех пор, пока все хорошо, молекулярные вирусологи великолепно себя показывают, но когда речь заходит о реальных событиях, как нынешние, вспоминают о классических вирусологах, и тут же возникает вопрос: а где они? У нас в стране серьезные недочеты именно в этой области.

Сурово вы про молекулярных вирусологов… Но ведь они создали много систем теоретического моделирования.

Михаил Щелканов: Конечно, без теоретиков не обойтись. Я сам окончил МФТИ, защитил две кандидатские — по физмат- и биологическим наукам — и был первым кандидатом наук по специальности «биоинформатика». Я ратую за развитие биоинформатики, за внедрение подходов, основанных на big data, но все должно быть сбалансированно. В области вирусологии нужно соблюдать гармонию перехода от материального к информационному.

Да, одних моделей тут мало будет. Без полевых исследований изучать вирусы, наверное, очень сложно.

Михаил Щелканов: Вирусолог должен быть технически и психологически готов к тому, что его направят в очаг заражения и ему придется принимать решения на месте. Когда нас с академиком Малеевым в свое время первыми забросили в Гвинею*, было не очень понятно, Эбола там или какая-то другая геморрагическая лихорадка, — нужно было ориентироваться по ситуации. Для вирусологов, работающих в очаге, филовирусные геморрагические лихорадки — все равно что Эверест для альпиниста. В то же время подобного рода расшифровками вспышек мы занимаемся постоянно, просто обычно широкой публике это неизвестно, да и не должно быть, наверное.

^{*В настоящее время существует и функционирует Российско-Гвинейский микробиологический центр, который занимается не только эболавирусом, но и другими опасными филовирусами, которых там достаточно много.}

Эпифитотии — массовые болезни растений — известны еще меньше. При этом именно фитовирусы, как вы сказали, наносят наибольший экономический ущерб. Неужели мониторинг и борьба с ними сложнее, чем с вирусами животных?

Михаил Щелканов: Да, в отличие от вирусов животных, фитовирусы очень часто вообще не образуют вирионы, а распространяются через межклеточные контакты. Растения сосуществуют с вирусами уже довольно давно и научились резервировать часть биомассы в качестве дани всякого рода паразитам, в том числе вирусам. Урожайность безвирусного картофеля, выращенного в теплицах, — 800 центнеров с гектара, а реально в Приморском крае собирают 100-150 центнеров, и это еще в хороший год. Правда, чтобы получить безвирусное растение, нужно из клетки вырастить стерильную культуру, из нее — полноценные растения, и только на следующий год можно будет собирать безвирусные клубни.

А потом какой-нибудь вирус мутирует и начнет заражать и их тоже.

Михаил Щелканов: Все так, но технология очень перспективная. Да, безвирусные растения не могут оставаться такими вечно: рано или поздно они заразятся, и их идеальной эллиптической формы клубни превратятся в то, что на рынках продают как кормовой картофель. Придется наладить технологию производства безвирусных семян.

Есть еще один аспект. Фитовирусы являются наиболее перспективными агентами для разработки биологического оружия. Опасаться принято вирусов человека — мы думаем, что работа военных биотехнологов направлена именно в эту сторону. Но есть такие коктейли вирусов, которые полностью уничтожают посевы риса, будучи совершенно безопасными для человека. Представляете эффект от подобного события где-нибудь в Юго-Восточной Азии? Если же у государства есть технологии безвирусного растениеводства, это отличная профилактика применения биологического оружия на основе фитовирусов.

Кстати, и среди вирусов животных есть такие, которые для человека безвредны, но наносят колоссальный ущерб экономике. Например, эпизоотия африканской чумы свиней, которая полыхала в Китае. Мы тоже ее ожидаем, а ведь в Уссурийской тайге свиньи — основной кормовой ресурс для крупных хищников вроде амурских тигров. Поскольку кабанов становится меньше, мы разворачиваем замещающие программы по увеличению поголовья пятнистого оленя, но для его добычи тигру необходимо куда больше сил и другие навыки охоты.

А еще есть вирусы океана.

Михаил Щелканов: Если говорить о них в контексте аквакультуры, например о вирусах пожелтения жабр креветок, то да, они тоже злостные вредители. А применение вирусов океана в глобальном смысле сродни ядерному оружию: тут есть потенциал для изменения климата на планете. Это опасно, как и игры с вирусами человека.

С какими наиболее интересными вирусами вам приходилось работать?

Михаил Щелканов: Самый необычный вирус, с которым я имел дело, — это эболавирус Заир в Западной Африке. Затем я бы назвал вирусы растений с сегментированным геномом. Его сегменты попадают в разные дочерние вирионы, и чтобы репликация прошла успешно, клетка должна быть заражена сразу двумя типами вирионов (такое своеобразное «бинарное» оружие).

Или гигантские вирусы простейших — мимивирусы. Эффективность, с которой они проходят через бактериальные фильтры, нашла отражение в изначальном определении вирусов как таковых. И когда ты видишь гигантские, различимые в световой микроскоп частицы, это впечатляет.

Очень интересные вирусы я наблюдаю в океане. Причем не только в водах — я работаю и на малых островах у побережья Тихого океана, где гнездятся морские птицы, а на них паразитируют клещи Ixodes uriae. В этой системе «клещ — птица» циркулирует огромное количество арбовирусов, отличающихся невероятной экологической пластичностью. Когда сотни тысяч тонн сухих птичьих фекалий ветром сметаются на пляжи, где обитают ластоногие, эти вирусы адаптируются к клеткам млекопитающих, в первую очередь морских: сивучей, морских котиков, тюленей. На этих островах мы открыли новый вид вшей, паразитирующий как раз на морских котиках. Живут они в ноздрях, которые у всех ластоногих рефлекторно закрываются при нырянии. Адаптировавшись к млекопитающим, арбовирусы циркулируют уже в системе «вошь — морской котик».

Вирусы наблюдают в просвечивающий электронный микроскоп?

Михаил Щелканов: Не обязательно в просвечивающий. Мимивирусы можно увидеть и в обычный световой, причем без окраски. Но 99,9% известных сейчас вирусов видны только в электронный микроскоп. Но что значит видны? Мы видим не сам вирус, а его тень, проявляющуюся в результате напыления солей тяжелых металлов. Наблюдать можно либо результат патогенетического действия вируса, либо его тень в объективе электронного микроскопа.

Я думал, что современные микроскопы совершеннее.

Михаил Щелканов: Сейчас есть устройства, основанные на ионных пучках, с помощью которых вирусы уже можно разглядеть. Но и тут возникают сложности с пониманием того, что мы видим. Когда мы смотрим в обычный световой микроскоп, то видим дифракцию и отражение световых волн. А то, что мы наблюдаем с помощью электронного микроскопа и устройств с более высоким разрешением, является предметом квантовой механики.

Сами вирусы тоже немного напоминают квантового кота Шредингера — то ли живые, то ли неживые.

Михаил Щелканов: Мир вирусов становится гораздо понятнее, если знаешь квантовую механику. Ведь что такое вирус? Он не существует в единственной форме — это всегда облако вариантов. Из этого облака в тех или иных условиях окружающей среды отбираются те, которые к этим условиям лучше приспособлены. Облако вариантов, пришедшее к равновесию с внешними условиями, называется квазивидом. Что такое лабораторный штамм? Это квазивид, который в конкретных лабораторных условиях пришел в равновесие с системой его пассирования*. Так как природные условия постоянно меняются, квазивид очень изменчив. И это похоже на облака вероятности в квантовой механике.

^{*Пассирование — культивирование вируса в культуре клеток или на животных.}

А взаимодействие с иммунной системой? Она ведь тоже состоит из огромного числа клеточных рецепторов, которые подвергаются селекции, в том числе под действием вирусов. Когда учился в Физтехе, я был абсолютно уверен, что если квантовая механика мне и понадобится, то разве в электронной микроскопии. Но оказалось, что нет, — она необходима для формирования картины мира. Я вам больше скажу: уже после выпуска я тайком перечитывал книги по квантовой механике, и не потому, что это было необходимо для работы с новой аппаратурой, а для того чтобы настроить свое видение мира. Поэтому я считаю, что физтехи — наиболее приспособленный «исходный материал» для формирования вирусолога современного типа, но только при условии, что они пройдут все ступени обучения: от материального базиса до высокой биоинформатики.

Хороший вирусолог, получается, должен и в квантовой механике разбираться, и в поле уметь работать, и экологию понимать.

Михаил Щелканов: Да, вот такое это царство — царство V.

Глоссарий пандемии

Вирус — возбудитель заболеваний неклеточной природы. Может воспроизводиться только внутри живых клеток.

Вирион — полноценная вирусная частица, находящаяся вне клетки и состоящая из генетического материала (ДНК или РНК), упакованного в оболочку. Вирион не проявляет признаков жизни, пока не встретится с клеткой-хозяином.

Штамм — выделенная в определенное время и в определенном месте чистая культура бактерий или вирусов. Один и тот же штамм нельзя выделить дважды из одного источника в разное время.

Чистая культура — совокупность микроорганизмов с идентичными или очень близкими внешними (морфологическими) и внутренними (биохимическими, генетическими) признаками.

SARS-CoV-2 — аббревиатура (Severe acute respiratory syndrome-related coronavirus 2), которая обозначает вид коронавирусов, вызывающий у людей болезнь COVID-19. Говорить «пандемия коронавируса» с научной точки зрения некорректно.

COVID-19 — аббревиатура (СOrona VIrus Disease 2019), которая обозначает заболевание, вызванное вирусом SARS-CoV-2. Говорить «вирус COVID-19» с научной точки зрения некорректно, а вот «пандемия COVID-19» — вполне.

Эпидемия (от греч. epi — среди и demos — народ) — необычно быстрое и широкое распространение какой-либо инфекционной болезни среди людей.

Пандемия (от греч. pan — весь и demos — народ) — эпидемия необычайного масштаба, распространившаяся на территории нескольких стран или даже континентов.

Урок 3. воды мирового океана — География — 6 класс

География, 6 класс

Урок 03. Воды Мирового океана

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке

1. Урок посвящён изучению свойств вод Мирового океана.
2. В ходе урока школьники познакомятся со свойствами воды Океана.
3. Узнают почему вода солёная.
4. Как меняется температура воды с глубиной.
5. Как движется вода в Океане.

Тезаурус

Солёность – количество веществ в граммах, растворённых в 1 литре воды, намеряемое в промилле (‰).

Промилле (‰) – одна тысячная доля числа, 1/10 процента.

Прозрачность воды – отношение интенсивности света, прошедшего через слой воды, к интенсивности света, входящего в воду.

Цунами – длинные и высокие волны, появляющиеся в морях и океанах при сильном подводном землетрясении или извержении вулкана.

Течения – горизонтальное перемещение водных масс в океанах и морях в виде огромных потоков, движущихся постоянно в определённом направлении.

Приливы и отливы – периодические колебания уровня воды в океанах в морях, как результат влияния сил притяжения Луны и Солнца на Землю.

Основная и дополнительная литература по теме урока

1. География. 5 – 6 класс / А. И. Алексеев, В. В. Николина, Е. К. Липкина и др. – М.: Просвещение, 2019.
2. Сайт: Научно-популярная энциклопедия. Вода России. http://water-rf.ru/.
3. Сайт: География. https://geographyofrussia.com/mirovoj-okean-i-ego-chasti/.
4. Сайт: Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов www.school-collection.edu.ru.
5. Сайт: Издательство «Просвещение» www.prosv.ru.
6. Сайт: Российская версия международного проекта Сеть творческих учителей www.it-n.ru.
7. Сайт: Российский общеобразовательный Портал www.school.edu.ru.
8. Сайт: Федерация Интернет-образования, сетевое объединение методистов www. som.fio.ru.
9. Сайт. Мир океана. http://www.seapeace.ru.
10. Сайт. Гидрометцентр России. https://meteoinfo.ru

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Прогуливаясь по берегу моря, вы часто наблюдали движение водной глади. Мировой океан находится в постоянном движении. Вы обращали внимание на прибой, на приливы и отливы. А некоторые из вас могли стать свидетелями настоящего шторма. В чем причина возникновения этих явлений? А почему вода в Океане солёная и везде ли эта солёность одинаковая? Тема нашего урока: «Воды Мирового океана».

Основными свойствами воды Мирового океана являются: солёность, температура, прозрачность. В зависимости от того, где сформировались воды эти свойства будут различаться. В водах Мирового океана содержится во много раз больше растворённых веществ, чем в пресной воде. Солёность в поверхностных океанических водах меняется в зависимости от внешних условий. По мере приближения к полюсам температура поверхностных океанических вод понижается. На глубине она постоянно низкая в пределах плюс четырёх градусов по Цельсию. Волны, океанические течения, цунами, приливы и отливы – это виды движения воды в Океане. Они происходят под действием внешних и внутренних сил Земли. Главной причиной образования многих течений является ветер.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля

Задание 1. Заполните пропуски в тексте.

Причиной образования ряби и штормовых волн является ветер. Чем ________ ветер, тем выше волна и больше её _________.

Варианты ответов:

сильнее

слабее

медленнее

торможение

скорость

температура

Правильный вариант ответа:

Причиной образования ряби и штормовых волн является ветер. Чем сильнее ветер, тем выше волна и больше её скорость.

Задание 2. Подчеркните в списке название самого известного тёплого поверхностного течения в Атлантическом океане. Понижение температуры воды в котором может сказаться на изменении климата.

Варианты ответов:

Течение западных ветров

Гольфстрим

Куросио

Эль-Ниньо

Правильный вариант:

Гольфстрим

океанских течений и климата | Национальное географическое общество

Массовые потоки воды или течения необходимы для понимания того, как тепловая энергия перемещается между водными объектами Земли, сушей и атмосферой. Океан покрывает 71 процент поверхности планеты и содержит 97 процентов ее воды, что делает океан ключевым фактором в хранении и передаче тепловой энергии по всему земному шару. Движение этого тепла через локальные и глобальные океанические течения влияет на регулирование местных погодных условий и экстремальных температур, стабилизацию глобального климата, круговорот газов и доставку питательных веществ и личинок в морские экосистемы.

Океанские течения расположены на поверхности океана и на глубине до 300 метров (984 фута). Они могут перемещать воду по горизонтали и вертикали и происходят как в локальном, так и в глобальном масштабе. Океан имеет взаимосвязанную систему течения или циркуляции, питаемую ветром, приливами, вращением Земли (эффект Кориолиса), солнцем (солнечная энергия) и различиями в плотности воды. Топография и форма океанических бассейнов и близлежащих участков суши также влияют на океанические течения.Эти силы и физические характеристики влияют на размер, форму, скорость и направление океанских течений.

Поверхностные океанические течения могут возникать в локальном и глобальном масштабе и обычно вызываются ветром, что приводит к горизонтальному и вертикальному движению воды. Горизонтальные поверхностные течения, которые являются локальными и обычно кратковременными, включают отрывные течения, прибрежные течения и приливные течения. При восходящих течениях вертикальное движение и перемешивание воды переносит холодную, богатую питательными веществами воду на поверхность, выталкивая более теплую, менее плотную воду вниз, где она конденсируется и опускается.Это создает цикл апвеллинга и даунвеллинга. Преобладающие ветры, поверхностные течения океана и связанное с ними перемешивание влияют на физические, химические и биологические характеристики океана, а также на глобальный климат.

Глубинные океанические течения зависят от плотности и отличаются от поверхностных течений масштабом, скоростью и энергией. Плотность воды зависит от температуры, солености (солености) и глубины воды. Чем холоднее и соленее вода в океане, тем она плотнее.Чем больше разница в плотности между разными слоями водяного столба, тем больше перемешивание и циркуляция. Различия в плотности океанской воды вносят вклад в систему циркуляции глобального масштаба, также называемую глобальной конвейерной лентой.

Мировая конвейерная лента включает в себя как поверхностные, так и глубоководные океанические течения, которые циркулируют по земному шару за 1000-летний цикл. Циркуляция глобальной конвейерной ленты является результатом двух одновременных процессов: теплых поверхностных течений, уносящих менее плотную воду от экватора к полюсам, и холодных глубоководных океанских течений, уносящих более плотную воду от полюсов к экватору.Система глобальной циркуляции океана играет ключевую роль в распределении тепловой энергии, регулировании погоды и климата и круговороте жизненно важных питательных веществ и газов.

океанских течений | Науки о Земле

Океанская вода постоянно находится в движении (рис. 14.7). С севера на юг, с востока на запад и вверх и вниз по берегу океанская вода движется повсюду. Эти движения можно объяснить действием многих отдельных сил, включая местные условия ветра, воды, положение Луны и Солнца, вращение Земли и положение наземных образований.

Рисунок 14.7 : Океанские волны переносят энергию через воду на большие расстояния.

Задачи урока

• Опишите, как образуются поверхностные токи и как они влияют на климат планеты.
• Опишите причины сильных токов.
• Связать области апвеллинга с их влиянием на пищевую цепочку.

Поверхностные токи

Ветер, дующий над водой океана, создает волны. Он также создает поверхностные течения , которые представляют собой горизонтальные потоки воды, которые могут течь на тысячи километров и могут достигать глубины в сотни метров.Поверхностные течения являются важным фактором в океане, потому что они являются основным фактором, определяющим климат во всем мире.

Причины поверхностных токов

Рисунок 14.14 : Эффект Кориолиса заставляет ветры и течения образовывать круговые узоры. Направление, в котором они вращаются, зависит от полушария, в котором они находятся.

Течения на поверхности определяются тремя основными факторами: основными глобальными моделями ветров, вращением Земли и формой океанических бассейнов.

Когда вы дуете на чашку горячего шоколада, вы создаете крошечные рябь на ее поверхности, которая продолжает двигаться после того, как вы перестали дуть. Рябь в чашке — это крошечные волны, похожие на волны, которые ветер формирует на поверхности океана. Движение горячего шоколада по чашке образует ручей или течение, точно так же, как океанская вода движется, когда ее дует ветер.

Но что заставляет ветер дуть? Когда солнечный свет нагревает воздух, воздух расширяется, а это означает, что плотность воздуха уменьшается, и он становится светлее.Подобно воздушному шару, легкий теплый воздух поднимается вверх, оставляя небольшой вакуум внизу, который втягивает более прохладный и плотный воздух с боков. Более прохладный воздух, попадающий в пространство, оставленное теплым воздухом, — это ветер.

Поскольку экватор Земли нагревается самыми прямыми лучами Солнца, воздух на экваторе горячее, чем на севере или на юге. Этот более горячий воздух поднимается вверх на экваторе, и по мере того, как более холодный воздух движется, чтобы занять его место, начинают дуть ветры и толкать океан в волны и течения.

Ветер — не единственный фактор, влияющий на океанические течения.«Эффект Кориолиса» описывает, как вращение Земли управляет ветрами и поверхностными течениями (рис. 14.14). Земля — ​​это сфера, которая вращается вокруг своей оси против часовой стрелки, если смотреть с Северного полюса. Чем дальше к одному из полюсов вы продвигаетесь от экватора, тем короче расстояние вокруг Земли. Это означает, что объекты на экваторе движутся быстрее, чем объекты, находящиеся дальше от экватора. Пока движется ветер или океанское течение, Земля вращается под ним. В результате объект, движущийся на север или юг по Земле, будет казаться движущимся по кривой, а не по прямой.Ветер или вода, которые движутся к полюсам от экватора, отклоняются на восток, в то время как ветер или вода, которые движутся к экватору от полюсов, отклоняются на запад. Эффект Кориолиса изменяет направление поверхностных токов.

Третьим важным фактором, определяющим направление поверхностных течений, является форма океанических бассейнов (рис. 14.15). Когда поверхностный ток сталкивается с землей, он меняет направление токов. Представьте, что вы толкаете воду в ванне к ее краю.Когда вода достигает края, она должна изменить направление.

Рисунок 14.15 : На этой карте показаны основные поверхностные течения в море. Течения создаются ветром, а их направления определяются эффектом Кориолиса и формой океанических бассейнов.

Влияние на глобальный климат

Поверхностные токи играют большую роль в определении климата. Эти течения переносят теплую воду с экватора в более прохладные части океана; они передают тепловую энергию.Возьмем, к примеру, Гольфстрим. вы можете найти Гольфстрим в северной части Атлантического океана на рис. 14.15. Гольфстрим — это океанское течение, которое переносит теплую воду с экватора мимо восточного побережья Северной Америки и через Атлантический океан в Европу. Объем воды, которую он транспортирует, более чем в 25 раз превышает объем всех рек мира вместе взятых, а передаваемая им энергия более чем в 100 раз превышает мировые потребности в энергии. Его ширина составляет около 160 километров, а глубина — около километра.Теплые воды Гольфстрима создают в Европе гораздо более теплый климат, чем в других местах на той же широте. Если бы Гольфстрим был серьезно нарушен, температура в Европе резко упала бы.

Глубокие течения

Поверхностные течения возникают у поверхности океана и в основном влияют на фотическую зону. Глубоко в океане существуют не менее важные течения, которые называются глубокими течениями . Эти течения создаются не ветром, а разницей в плотности масс воды.Плотность — это количество массы в данном объеме. Например, если вы возьмете две полные бутылки с жидкостью объемом один литр, одна может весить больше, то есть иметь большую массу, чем другая. Поскольку обе бутылки имеют равный объем, жидкость в более тяжелой бутылке более плотная. Если сложить две жидкости вместе, жидкость с большей плотностью утонет, а жидкость с меньшей плотностью поднимется.

Два основных фактора определяют плотность воды в океане: соленость (количество соли, растворенной в воде) и температура (Рисунок 14.16). Чем больше соли растворено в воде, тем больше будет ее плотность. Температура также влияет на плотность: чем ниже температура, тем больше плотность. Это потому, что температура влияет на объем, но не на массу. Более холодная вода занимает меньше места, чем более теплая (кроме случаев, когда она замерзает). Итак, холодная вода имеет большую плотность, чем теплая.

Рисунок 14.16 : Термохалинные токи создаются разницей в плотности из-за температуры (термо) и солености (халин).Синие стрелки — глубокие токи, красные — поверхностные.

Рисунок 14.17 : Поверхностные и глубокие потоки вместе образуют конвекционные потоки, которые перемещают воду из одного места в другое и обратно. Частице воды в конвективном цикле может потребоваться 1600 лет, чтобы завершить цикл.

Более плотные водные массы опустятся на дно океана. Точно так же, как конвекция в воздухе, когда более плотная вода опускается, ее пространство заполняется менее плотной водой, движущейся внутрь.Это создает конвекционные течения, которые перемещают огромное количество воды в глубинах океана. Почему в некоторых местах температура воды ниже? Вода охлаждается по мере продвижения от экватора к полюсам посредством поверхностных токов. Более холодная вода более плотная, поэтому она начинает тонуть. В результате поверхностные и глубокие токи связаны. Ветер заставляет поверхностные течения переносить воду вокруг океанов, в то время как разница в плотности заставляет глубокие течения возвращать эту воду обратно по всему земному шару (рис.17).

Апвеллинг

Как вы видели, вода с большей плотностью обычно опускается на дно. Однако в правильных условиях этот процесс можно обратить вспять. Более плотная вода из глубин океана может подниматься на поверхность при апвеллинге (рис. 14.18). Обычно апвеллинг происходит вдоль побережья, когда ветер сильно уносит воду от берега. Поскольку поверхностные воды сдуваются с берега, на их место поднимается более холодная вода снизу. Это важный процесс в таких местах, как Калифорния, Южная Америка, Южная Африка и Аравийское море, потому что питательные вещества, поступающие из глубоководных океанических вод, поддерживают рост планктона, который, в свою очередь, поддерживает других членов экосистемы.Апвеллинг также имеет место вдоль экватора между Северным и Южным экваториальными течениями.

Рис. 14.18 : Апвеллинг заставляет более плотную воду снизу занять место менее плотной воды на поверхности, которую отталкивает ветер.

Краткое содержание урока

• Океанские волны — это энергия, проходящая через воду.
• Самая высокая часть волны — гребень, а самая низкая — впадина.
• Горизонтальное расстояние между двумя гребнями волн — это длина волны.
• Большинство волн в океане — это волны, генерируемые ветром.
• Поверхностные течения океана вызываются основными общими моделями атмосферной циркуляции, эффектом Кориолиса и формой каждого океанического бассейна.
• Циркуляция поверхности океана приносит теплые экваториальные воды к полюсам и более прохладные полярные воды к экватору.
• Глубокая циркуляция океана — это циркуляция, обусловленная плотностью, вызванная различиями в солености и температуре водных масс.
• Районы апвеллинга — это биологически важные районы, которые образуются, когда поверхностные воды океана уносятся от берега, в результате чего холодные, богатые питательными веществами воды поднимаются на поверхность.

Обзорные вопросы

1. Какие факторы ветра определяют размер волны?
2. Определите гребень и впадину волны .
3. Какая самая важная причина поверхностных течений в океане?
4. Как поверхностные течения океана влияют на климат?
5. Что такое эффект Кориолиса?
6. Некоторые ученые выдвинули гипотезу, что если в Гренландии растает достаточно льда, Гольфстрим может быть перекрыт.Без Гольфстрима, несущего теплые воды на север, Европа стала бы намного холоднее. Объясните, почему таяние льда в Гренландии может повлиять на Гольфстрим.
7. Какой процесс может заставить более плотную воду подняться наверх?
8. Почему районы апвеллинга важны для морской флоры и фауны?

Словарь

амплитуда

Высота волны по вертикали, измеренная от впадины до гребня.

Эффект Кориолиса

Кажущееся отклонение движущегося объекта, например воды или воздуха, вызванное вращением Земли.

герб

Наивысшая точка в волне.

глубокое течение

Течение в глубине океана, которое движется из-за разницы в плотности (вызванной разницей в температуре и солености воды).

отрывной ток

Сильное поверхностное течение воды, возвращающееся в океан с берега.

поверхностный ток

Горизонтальное движение океанской воды, вызванное поверхностным ветром.

корыто

Самая низкая точка в волне.

цунами

Сейсмическая морская волна, образованная вертикальным движением дна океана при подводном землетрясении, подводном извержении вулкана, оползне или ударе метеорита.

апвеллинг

Холодная, богатая питательными веществами вода, которая поднимается из океанических глубин, как правило, недалеко от континентов, когда ветер уносит вышележащую поверхность в сторону или вдоль экватора.

волна

Изменение формы воды, вызванное движением энергии через воду.

длина волны

Расстояние по горизонтали между двумя впадинами или двумя гребнями волны.

Диаграммы океанских течений — Центр информации и данных NCMI

20 Неподвижные изображения глобальных и региональных океанских течений в Австралии. Для презентаций или использования в некоммерческих публикациях.

Циркумполярные токи

Циркумполярные течения в Южном океане.

Циркумполярные течения в Южном океане.

Австралийские региональные токи

Региональные и глобальные океанические течения в Австралазийском регионе.

Региональные и глобальные океанические течения в Австралазийском регионе.

Индийский, Тихий и Южный океаны

Течения в Индийском, Тихом и Южном океанах.

Течения в Индийском, Тихом и Южном океанах.

Тасманово море

Океанские течения в Тасмановом море.

Просмотры по всему миру

Глобальный «перелет» океанских течений.

Глобальный «перелет» океанских течений.

Глобальный «перелет» океанских течений.

Глобальный «перелет» океанских течений.

Индонезийский сквозной

Индонезийский поток, система течений, соединяющая Тихий и Индийский океаны.

Индонезийский поток, система течений, соединяющая Тихий и Индийский океаны.

Австралийские регионы

Океанские течения в австралийском регионе — Север.

Океанские течения в австралийском регионе — Северо-восток.

Океанские течения в австралийском регионе — Северо-Запад.

Океанские течения в австралийском регионе — Южный

Океанские течения в австралийском регионе — Восточное побережье и Тасманово море.

Океанские течения в австралийском регионе — Тасмания.

Океанские течения в австралийском регионе — Запад.

Источник и поддержка

Разработка анимации и изображений стала возможной при поддержке CSIRO, Национального исследовательского флага «Богатство от океанов» и Австралийской научной программы по изменению климата, программы, финансируемой и администрируемой Министерством изменения климата.

Благодарности

Анимации и изображения были подготовлены Грэмом Уиттлом из Pixelcraft Studios, Тасмания. Особая благодарность докторам Андреасу Шиллеру, Стиву Ринтулу и Сьюзан Вейффельс за обеспечение наиболее точного представления глобального и регионального поведения океана.

Условия использования этих изображений и анимаций

Этот материал может быть использован в некоммерческих образовательных целях при условии предоставления кредита CSIRO, Wealth from Oceans Flagship и Австралийской научной программе по изменению климата.

Спутниковые приложения для геолого-геофизического образования

Течения: водные массы в движении

И атмосфера, и океаны переносят тепло из низких широт около экватора в высокие. широты у полюсов. Прохладный воздух и водные потоки возвращаются из высоких широт к экватору. Для атмосферы эта циркуляция, которая во всем мире перераспределяет тепло за счет ветра; для океана это достигается течениями. В самом общем смысле, течение — это область воды, которая движется больше быстрее, чем его окрестности.Есть поверхностные океанические течения и глубоководные океанические течения. Мы узнаем об обоих здесь.
Передача тепла от экватора к полюсам запрещена. равномерно распределен по земному шару — он сосредоточен в основных океанских течениях. Самыми сильными и известными поверхностными океанскими течениями являются Гольфстрим , который течет из Карибского моря, вдоль восточного побережья Северной Америки и через Атлантический океан в Европу, а также течение Куросио в северной части Тихого океана у восточного побережья Азии.

В этом уроке мы изучим эти токи и узнают о силах, ответственных за их движение.

Глобальная циркуляция атмосферы (щелкните изображение, чтобы увеличить)

Глобальные океанические течения (щелкните изображение, чтобы увеличить)

Карта Гольфстрима Бена Франклина, около 1786 г.
Снимки Гольфстрима AVHRR, 1 января 1985 г.
(щелкните изображение, чтобы узнать больше)

---

Токи создаются физическими силами

Поверхностные течения океана вызываются:

• энергией Солнца
  

  Океаны и атмосфера получают больше энергии от Солнца на низких широтах (ближе к экватору) и меньше энергии около полюсов.

  Солнце нагревает океаны и атмосферу, вызывая ветры. Когда ветры дуют над океанами, они испытывают трение из-за шероховатости поверхности океана. Это фрикционное взаимодействие приводит к передаче энергии поверхности моря и возникновению волн и течений.

• Вращение Земли
  

  Вращение Земли порождает «виртуальную силу», известную как эффект Кориолиса. Эффект Кориолиса — кажущееся отклонение объектов движется по земле с прямого пути за счет вращающейся рамы ссылка на землю.В северном полушарии это заставляет движущиеся воздух и воду двигаться по спирали по часовой стрелке. В южном полушарии движение будет спиралевидным. против часовой стрелки.

• Обтекание топографических препятствий и вокруг них

  Обтекание океанских вод над подводными горами и долинами также вызывает течения.

Глубоководные океанические течения (также известные как термохалинная циркуляция) вызываются:

• Плотность морской воды во всем мире меняется из-за разницы в температуре и солености.Поверхностная вода нагревается солнцем, а теплая вода менее плотная. чем холодная вода. Точно так же пресная вода менее плотная, чем соленая. В северных широтах поверхностные воды охлаждаются очень холодным воздухом. Эта прохладная вода может стать плотнее, чем нижележащая вода, заставляя его тонуть. Опускание и перенос больших масс холодной воды вызывает термохалинную циркуляцию, которая обусловлена ​​плотностью градиенты из-за колебаний температуры и солености.

• Вращение Земли также влияет на глубоководные океанические течения.

В целом, ветряные течения преобладают в верхних слоях океана, а термохалинная циркуляция движет глубинными океанами.

---

Как океанические течения идентифицируются на спутниковых снимках

Океанские поверхностные течения, более теплые, чем окружающая вода, могут иметь тепловую подпись, которую можно увидеть на снимках (Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR)). В зависимости от их теплового контраста (разница температур между двумя водными массами) поверхностные океанические течения могут иметь сильную или слабую тепловую сигнатуру. Поверхностные течения океана с достаточно сильным тепловой контраст, может быть легко обнаружен при измерениях температуры поверхности моря (SST), например.грамм. от AVHRR или Микроволновая печь со специальным датчиком / изображения (SSM / I). В зависимости от ветровых условий теплые течения также можно различить на снимках РСА с синтезированной апертурой, но это более тонкий эффект.

Высотомеры

обеспечивают чрезвычайно точные измерения расстояния от места нахождения спутника на орбите до поверхности земли. Эти точные измерения расстояний позволяют нам оценить высоту поверхности моря, которая может быть использована для определения областей с теплой и холодной водой (поскольку теплая вода расширяется, она «находится» немного выше, чем холодная вода), а также для определения топографических особенностей.На изображении ниже показаны данные, полученные спутником TOPEX / Poseidon. На этом изображении используется цвет, чтобы показать предполагаемую топографию океана со стрелками, указывающими скорость и направление океанских течений. Обратите внимание, как течения движутся по часовой стрелке вокруг более высоких областей океана в северном полушарии. Это связано с эффектом Кориолиса.

Спутниковый снимок, показывающий глобальные океанические течения
(щелкните изображение, чтобы узнать больше)

---

Течение влияет на местный прибрежный климат и экосистемы

Апвеллинг относится к процессу, который является обычным для береговых линий континента и на экваторе.В прибрежной среде ветры, дующие с суши, отталкивают поверхностные слои воды от берега, создавая пустоту на поверхности. Холодная, богатая питательными веществами вода из-под поверхностных слоев устремляется к поверхности вдоль побережья, заполняя эту пустоту. Апвеллинг холодной воды можно легко увидеть в данных SST, и он может быть полезен для определения хороших мест для рыбалки, поскольку рыба питается питательными веществами, содержащимися в холодной воде. На экваторе другой процесс приводит к подъему холодной воды.В этом случае водные потоки по обе стороны от экватора движутся в противоположных направлениях из-за вращения планет и эффекта Кориолиса. Когда эти противостоящие течения проносятся мимо друг друга, они «отрывают» поверхность океана, создавая пустоту, в которую может устремиться более глубокая вода и занять ее место.

Upwelling (нажмите на изображение, чтобы узнать больше)

Глава 5: Океанские течения

Планета Воды

Океаны Земли составляют почти 71% поверхности Земли.На Земле намного больше воды, чем на Земле. Возможно, нам стоит переименовать планету Земля в планету Океан. Размер океана означает, что характер движения воды и колебания температуры океана оказывают огромное влияние на глобальные погодные условия и климат Земли.

Эта глава в первую очередь направлена ​​на понимание того, какие силы приводят в движение океаны и как эти движения влияют на жизнь на самом базовом уровне. Первичная продукция океана тесно связана с движением течений и влияет на большинство живых существ в океане.Таким образом, океанографов и морских биологов интересуют причины, следствия и характер океанических течений.

Существует два основных типа циркуляции океана. Первая известна как термохалинная циркуляция , вторая — , вторая — как ветровая циркуляция . Термохалинная циркуляция в первую очередь влияет на глубоководные воды океана, в то время как ветровая циркуляция перемещает воду на поверхность.

Термохалинная циркуляция

Термохалинная циркуляция — это течение воды, вызванное разницей температуры (термо-) и солености (халин).Эти различия в свойствах воды приводят к различиям в плотности. Придонные водные течения образуются при охлаждении и замерзании морской воды, попадающей в полярные регионы. С наибольшей интенсивностью этот процесс происходит у южного побережья Гренландии и к северу от полуострова Антарктида. В этих местах вода охлаждается, и образуется сезонный лед, создавая холодную, соленую и очень плотную воду, которая опускается на дно океана. Опускание поверхностных вод втягивается в окружающие воды и создает конвекционную силу, которая движет потоком поверхностных вод в Северной Атлантике.Когда он тонет, движение этих глубоких вод часто сравнивают с «океанической конвейерной лентой», перемещающей холодные воды по дну океана. North Atlantic Deep Water, , когда-то образовавшийся у Гренландии, движется на юг через весь Атлантический океан в сторону Антарктиды. Здесь он смешивается с тонущими сверхплотными водами Антарктического дна и в конечном итоге попадает в Индийский и Тихоокеанский бассейны. Эта вода затем поднимается вверх и возвращается в поверхностную циркуляцию. Вода из Северной Атлантики может занять тысячу лет, чтобы попасть в поверхностные воды северной части Тихого океана.Нажмите, чтобы посмотреть красивую 3D-анимацию Thermohaline Circulation на YouTube.

Вытеснение этой холодной воды оказывает большое влияние на глобальную температуру. Холод уносится от полюсов и перемещает его в глубины и в конечном итоге к экватору. Возникающее в результате течение помогает притягивать более теплые воды из средних широт к полюсам. Общий эффект заключается в смягчении большей части мирового климата.

Ветровые течения

Чтобы понять движение воды на поверхности, мы должны сначала понять движение воздуха.Отдельные молекулы азота и кислорода, составляющие воздух, реагируют на нагрев движением. Теплый воздух движется быстрее холодного. Теплый воздух имеет тенденцию подниматься, холодный воздух имеет тенденцию опускаться. Поднимающийся теплый воздух создает карманы низкого давления, а опускающийся холодный воздух создает карманы высокого давления. Высокое давление сжимает воздух под ним и заставляет воздух двигаться наружу. Вращение Земли приводит к вращению этого движения наружу (по часовой стрелке в Северном полушарии и против часовой стрелки в Южном полушарии.) Круговое движение ячеек высокого давления часто называют антициклоническим вращением. Этот движущийся наружу воздух перемещается из областей с высоким давлением в области с низким давлением. Ячейки низкого давления имеют тенденцию вращать ветер в циклоническом режиме (против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой стрелке в южном). Люди из NOAA составили отличное объяснение того, как работает ветер, и это отличное объяснение ветра на YouTube.

Когда ветер движется по воде, столкновение молекул воздуха и молекул воды передает часть энергии от воздуха воде.В результате этой передачи энергии вода движется со скоростью примерно 3–4% от скорости ветра. Поскольку поверхностные течения в океане образуются в результате взаимодействия ветра и воды, на них сильно влияют вращение Земли и география океанических бассейнов. Эти взаимодействия образуют довольно стабильные паттерны, называемые токами, которые вы видите на карте ниже. Нажмите, чтобы посмотреть анимацию круговорота океана на YouTube.

Иногда токи могут защемлять участки и создавать круговые потоки воды, называемые вихрями.Эти вращающиеся водные карманы часто важны для морской жизни, и вихри значительного размера фактически будут называться NOAA так же, как метеослужба называет штормы.

Токи влияют на глобальный климат

Поверхностные токи играют огромную роль в климате Земли. Западные пограничные течения, такие как Гольфстрим и течения Куросио, представляют собой теплые, глубокие и быстро движущиеся поверхностные течения, которые переносят много воды и тепла из тропиков в более высокие широты.Например, течение Куросио может проходить от 25 до 75 миль в день, от 1 до 3 миль в час и простирается примерно на 3300 футов в глубины океана. Поскольку теплые воды Гольфстрима движутся через Северную Атлантику к Британским островам, они оказывают значительное сдерживающее влияние на температуру в Северной Европе. Теплые воды Гольфстрима повышают температуру в Северном море, что, в свою очередь, повышает температуру воздуха над сушей на 3–6 ° C (от 5 до 11 ° F). Лондон, Великобритания, например, находится примерно на шесть градусов южнее Квебека, Канада. Однако средняя температура января в Лондоне составляет 3,8 ° C (38 ° F), а в Квебеке — всего -12 ° C (10 ° F). Напротив, течения холодной воды, такие как Лабрадорское течение, оттягивают холод от полюсов и переносят его глубоко в средние широты, влияя на погоду даже на юге, вплоть до Новой Англии. Как и теплые поверхностные токи, они вызываются в основном атмосферными силами и зависят от вращения Земли. Течения Калифорнии, Перу, Канарские острова, Оясио и Бенгела — лишь несколько примеров этих течений холодной воды.Если бы не эти теплые и холодные океанические поверхностные течения, в тропиках и полярных регионах Земли был бы гораздо более экстремальный климат, чем сегодня. В Арктике было бы значительно холоднее, а в тропиках — намного теплее.

Течение Гольфстрима Донна Томас / MODIS Ocean Group, НАСА / GSFC Продукт SST Р. Эванса и др., Майами [общественное достояние], через Wikimedia Commons

Сила Кориолиса

Воздух на экваторе постоянно нагревается, что заставляет его подниматься.По мере того, как нагретый воздух в верхних слоях атмосферы охлаждается, он имеет тенденцию тонуть. Это создает большие глобальные петли, называемые ячейками Хэдли. Подъем и падение также производятся вращением Земли с запада на восток. Земля составляет 40 000 км (24 900 миль) в самой широкой части — экваторе. Поскольку она вращается вокруг своей оси один раз в 24 часа, точка на экваторе Земли движется со скоростью около 1700 км в час (1000 миль в час) относительно своей оси. Однако чем ближе вы подходите к полюсам, тем меньшее расстояние проходит любая точка, вращаясь вокруг Земли.Анкоридж находится недалеко от 60 ° северной широты. На этой широте расстояние, пройденное вокруг оси Земли, составляет лишь половину расстояния до экватора. Поскольку Земля вращается как одна круглая масса, это означает, что Анкоридж движется вдвое медленнее, чем Кито, Эквадор (который расположен прямо на экваторе). Воздух, движущийся из высоких широт к экватору, затем имеет тенденцию отставать, и человек на экваторе поверхность почувствовала бы ветер, дующий с востока на запад. С другой стороны, воздух, движущийся на север от экватора в высокие широты, отклоняется на восток.Отклонение воздушных масс называется силой Кориолиса (YouTube) . На воду аналогично действует сила Кориолиса.

круговоротов океана

океанических круговоротов — это большие круговые вращения воды, создаваемые взаимодействием ветра, силы Кориолиса и краев континентов. Например, взаимодействие между течением Куросио на западе, Северо-Тихоокеанским течением на севере, Калифорнийским течением на востоке и Северным экваториальным течением на юге создает круговое движение, известное как Северо-Тихоокеанский круговорот.У Тихого океана и Атлантического океана есть северный и южный круговороты. Пятый океанический круговорот находится в Индийском океане. Круговороты фактически создают небольшие «холмы» воды в океане, постоянно вталкивая воду внутрь. Плавающие обломки и мусор часто попадают в ловушки этих круговоротов. По мере того как мы сбрасываем все больше и больше пластикового загрязнения в океаны, все больше и больше его накапливается в этих круговоротах и ​​включается в пищевую цепочку морскими птицами и рыбами.

Ekman Transport Изображение из: Wikipedia Commons (1: ветер 2: сила сверху 3: эффективное направление тока 4: эффект Кориолиса)

В начале 20 века норвежский ученый Фритьоф Нансон заметил, что айсберги в Северной Атлантике смещались вправо от ветра.Эта сила, движущая этими айсбергами, была описана французским инженером-математиком 19 века Гюставом-Гаспаром Кориолисом.

Ученик Нансона, Вальфрид Экман, продемонстрировал, что вращение Земли вызывает этот эффект и, в частности, что виновата сила Кориолиса. Одним из основных результатов силы Кориолиса является то, что чистое движение воды, вызванное крупномасштабными ветрами, происходит справа от ветра в Северном полушарии (и слева в Южном полушарии).Экману удалось показать, что эти эффекты перемещались вниз в толще воды из-за трения. Так называемый Ekman Transport представляет водный столб как серию тонких слоев, каждый слой воды перемещается за счет трения от слоя над ним. Каждый слой движется медленнее, чем слой над ним, и сдвигается вправо, создавая спираль на 100 метров вниз.

Прибрежный подъем и спуск

В результате ветров компании Ekman Transport, дующих вдоль береговой линии, возникает явление, известное как восходящий или даунвеллинг.Воды, перемещаемые ветром в сторону от берега, заменяются водами из глубин ниже. Например, ветер, дующий с севера вдоль западного побережья, вызовет выталкивание воды в море. Чтобы заменить воду, движущиеся от берега воды поднимаются на поверхность со дна океана. Эти воды обычно очень холодные и богаты питательными веществами. Районы прибрежного апвеллинга — это, как правило, районы с высокой продуктивностью. Нажмите, чтобы посмотреть анимацию прибрежного апвеллинга.

Прибрежный апвеллинг, рассматриваемый как холодная вода вдоль побережья Центральной Америки.Изображение взято: NOAA

Первичное производство

Трудно отделить обсуждение токов, особенно восходящих токов, от обсуждения первичной продукции. Течения перемещают воду, но они также перемещают питательные вещества.

Вопросы для исследования:

1. Узнайте больше о Thermohaline Circulation и определите два места в мире, которые создают термохалинную «конвейерную ленту» мирового океана в результате опускания холодной воды. Вы можете узнать больше о глобальной конвейерной ленте из серии Kurzgesagt ниже.
2. Посетите Землю: визуализация глобальных погодных условий. Найдите любое место в Северном полушарии, где вы видите сильное движение ветра. Откройте дополнительное меню в левом нижнем углу и выберите Среднее давление на уровне моря (MSLP). Обратите внимание на шкалы, которые они дают вам: от белого до красного для низкого давления. Опишите, как воздух движется внутри или вокруг белой ячейки высокого давления. Опишите, как воздух движется в красной ячейке низкого давления или вокруг нее. Наконец, движется ли воздух от низкого к высокому давлению или от высокого к низкому давлению.
3. Используя участок Земли выше, немного уменьшите масштаб, чтобы увидеть весь Тихий океан. В каком направлении обычно движется ветер по обе стороны от экватора? Верно ли это и в Атлантике? Эти ветры известны как пассаты. Используя термин «сила Кориолиса», опишите, что движет пассатами.
4. Изучите график в правом нижнем углу. Используйте данные за 16 и 17 сентября на этом графике, чтобы описать взаимосвязь между падением давления воздуха и изменением скорости ветра.При желании вы можете использовать данные на графике, чтобы описать, что вызывает ветер.

Обратите внимание на взаимосвязь между изменениями давления воздуха и изменениями скорости ветра. Изображение от NOAA

5. Давайте снова воспользуемся Землей (Ссылки на внешний сайт). Взгляните на Северную Атлантику, используйте меню наложения, чтобы просмотреть океан, течения и температуру поверхности моря (SST). Течения теплой воды текут от экватора к полюсам. Какое влияние оказывают течения теплой воды, такие как Гольфстрим, на температуру земель, к которым они движутся?
6. Западные пограничные течения — это теплые, глубокие, узкие и быстро текущие течения, которые образуются на западной стороне океанских бассейнов из-за западной интенсификации .Они несут теплую воду из тропиков к полюсу. На карте течений (ссылки на внешний сайт) или в Путеводителе по течениям Земли выберите три течения, которые подходят под это описание.
7. Восточные пограничные течения (ссылки на внешний объект) обычно холоднее, медленнее и шире, чем западные пограничные течения. Определите два океанских течения, соответствующих определению восточного пограничного течения.
8. Объясните, как транспорт Ekman (ссылки на внешний сайт.) Может привести к обновлению (ссылки на внешний сайт.).
9. Одна из областей Тихого океана, где наблюдается регулярный апвеллинг, — это побережье Перу. Это происходит, когда ветры, дующие с юга на север, уносят воду от берега. Отправляйтесь на Землю (ссылки на внешний сайт.), Дуют ли в настоящее время северные ветры вдоль побережья Перу? Если да, то вероятно ли, что на побережье наблюдается апвеллинг? Вы можете увидеть это, если переключитесь на океан (и SST?).
10. Когда-нибудь слышали о Great Pacific Garbage Patch (Ссылки на внешний сайт.)? Посмотрите видео и объясните, как движение больших океанских круговоротов сконцентрировало огромные массы человеческого мусора.Если вы застряли, я также рекомендую вам проверить gyres.org (ссылки на внешний сайт) для дополнительных объяснений.

Что такое Гольфстрим?

Краткий ответ:

Гольфстрим — сильное океанское течение, которое переносит теплую воду из Мексиканского залива в Атлантический океан. Он простирается до восточного побережья США и Канады.

Гольфстрим — сильное океанское течение, которое переносит теплую воду из Мексиканского залива в Атлантический океан.Он простирается до восточного побережья США и Канады.

Гольфстрим — это океанское течение, несущее теплую воду вверх по восточному побережью Соединенных Штатов и Канады и далее в Западную Европу.

Это сильное течение теплой воды влияет на климат восточного побережья Флориды, поддерживая здесь более высокие температуры зимой и более прохладные летом, чем в других юго-восточных штатах. Поскольку Гольфстрим также простирается в сторону Европы, он также согревает страны Западной Европы.

На самом деле, Англия находится примерно на таком же расстоянии от экватора, что и холодные регионы Канады, но в Англии гораздо более теплый климат. Если бы не теплая вода Гольфстрима, в Англии был бы гораздо более холодный климат.

Что вызывает Гольфстрим?

Гольфстрим вызван большой системой круговых течений и сильных ветров, называемой океаническим круговоротом . На Земле пять океанических круговоротов. Гольфстрим является частью Североатлантического субтропического круговорота.

На этой карте мира показаны пять круговоротов океана и их влияние на циркуляцию океана. Кредит: NOAA

.

Океан постоянно находится в движении, перемещая воду с места на место посредством течений. Гольфстрим приносит теплую воду из Мексиканского залива до Норвежского моря. По мере того, как входит теплая вода, более холодная и плотная вода опускается и начинает двигаться на юг, в конечном итоге стекая по дну океана вплоть до Антарктиды.

На этой анимации показано, как Гольфстрим посылает теплую воду в северную часть Атлантического океана, заставляя более холодную воду тонуть и двигаться на юг.Предоставлено: НАСА / Центр космических полетов имени Годдарда, Научная студия визуализации

.

Как давно мы знаем о Гольфстриме?

Мы знаем о Гольфстриме более 500 лет! В 1513 году испанский исследователь Понсе де Леон заметил, что в этом месте было сильное течение. Несколько лет спустя пилот корабля Понсе де Леона понял, что Гольфстрим может помочь ускорить путешествие из Мексики в Испанию.

В конце 18 века Бенджамин Франклин первым обозначил на карте путь Гольфстрима.

Карта Гольфстрима, созданная Бенджамином Франклином и Джеймсом Пупардом в 1786 году. Источник: Библиотека Конгресса

Как мы изучаем Гольфстрим сегодня?

Сегодня ученые могут изучать Гольфстрим сверху с помощью спутников. Например, спутники серии GOES-R — сокращение от Geostationary Operational Environmental Satellite-R — собирают информацию о температуре поверхности моря в Атлантическом океане.

Спутниковые изображения температуры поверхности моря позволяют с большой точностью показать путь теплого течения Гольфстрима.Знание температуры поверхности моря может дать ученым информацию о том, что происходит в океане и вокруг него. Изменения этой температуры могут повлиять на поведение рыб, вызвать обесцвечивание кораллов и повлиять на погоду на побережье.

Вид со спутника на Гольфстрим из космоса. Это изображение, полученное со спутника NOAA GOES-East, показывает температуру поверхности моря в водах, окружающих Соединенные Штаты. Теплая вода Гольфстрима показана у побережья Флориды оранжевым и красным цветом.Предоставлено: блог CIMSS

.

Версия для печати Введение в океанические течения

0. Цели

После завершения этого модуля учащийся должен уметь делать следующее:

1. Определите места основных и второстепенных океанских течений и опишите их происхождение.
   1. Перечислите факторы, вызывающие океанические течения
   2. Опишите, как каждый фактор влияет на океанические течения
2. Характеристика течений в открытом океане с точки зрения температуры, объема (транспортировка) и скорости.
3. Опишите происхождение сильных горизонтальных и вертикальных градиентов температуры, солености и плотности как в открытом, так и в прибрежном океане.
4. Опишите влияние трения, батиметрии и силы Кориолиса на океанские течения как в открытом, так и в прибрежном океане.
5. Объясните роль океанских течений в глобальном распределении тепла (т. Е. Тепловой баланс Земли).
   1. Определение глобальной меридиональной опрокидывающейся циркуляции (MOC)
   2. Опишите происхождение глубоководных вод Северной Атлантики и придонных вод Антарктики
6. Описать современные методы прогнозирования и рекомендации по прогнозированию

1.Введение

1.1.1 Почему нам важны океанские течения?

Щелкните, чтобы открыть анимацию в новом окне.

Мировой океан находится в постоянном движении. Течения перемещают огромное количество воды на любую глубину. Эти токи ежедневно напрямую влияют на многие виды деятельности человека. Такие разнообразные виды деятельности, как судоходство, рыболовство, нефтегазовая деятельность и военные операции, должны учитывать течения. Более косвенно, но не менее важно, океанские течения перераспределяют тепло, что влияет на атмосферные процессы.Таким образом, океанские течения влияют почти на все морские операции.

1.1.2 Опасности на мелководье

В целом, течения сильнее всего влияют на деятельность на мелководье, а не на глубокой воде. На мелководье течения сильно изменяются как в пространстве, так и во времени. Прогнозировать сложно, но существует множество опасностей. Точное планирование и сроки операций могут быть проблематичными.

На этой фотографии показан корабль USS Worden у острова Амчитка на Алеутских островах, 12 января 1943 года.Прикрывая предварительную высадку войск США, сильные течения вынесли Worden на скалистую вершину, где эсминец остался на мели и без энергии. Затем Worden был повернут потоком и брошен на произвол волн. Постепенно он перевернулся на правый борт, раскололся надвое и затонул.

1.2 Глубокая вода и мелководье

1.2.1 Рисование линии

Этот модуль отделит обсуждение течений на глубокой воде от течений на мелководье.Мы используем глубину 200 метров, чтобы разделить два домена. Как мы видим, 200 метров примерно соответствуют краю континентального шельфа.

Мы будем называть океанские течения в глубокой воде течениями в открытом океане. Сюда входят все течения от поверхности до дна, если глубина воды превышает 200 метров. Мы называем эти течения на мелководье прибрежными течениями. Это включает течения на континентальном шельфе, а также в заливах, эстуариях и устьях рек.

Примечание: ВМС США считают, что мелководье составляет менее 100 саженей (183 м).

1.2.2 Движущие силы и модифицирующие эффекты

На границе между глубокой и мелкой водой мы видим изменение относительной важности движущих сил и модифицирующих эффектов. На мелководье приливы становятся важными и могут быть нашим самым важным предметом внимания. При мелководье трение и батиметрия сильнее влияют на течения. Близость к береговой линии приносит с собой пресную воду из рек.Кумулятивное воздействие этих эффектов приводит к режиму течения на мелководье, который мало похож на течения на большой глубине.

2. Течения в открытом океане

2.1 Введение

2.1.1 Прижимные механизмы

В открытом океане, вдали от влияния суши, течения в основном вызываются двумя механизмами: ветром и градиентами плотности. Ветер является основной движущей силой поверхностных течений, в то время как градиенты плотности вызывают глубокие течения.

2.1.2 Насколько велики океанские течения?

Щелкните, чтобы открыть анимацию в новом окне.

При обсуждении течения в открытом океане мы измеряем величину течения в единицах сверхдруп (Зв). Каждая свердрупа составляет один миллион кубометров в секунду. Для сравнения: объем Луизианы Супердоум составляет примерно два миллиона кубических метров. Таким образом, поток из одной сверхдрупы заполнит Superdome за 2 секунды. Величина основных океанских течений колеблется от нескольких единиц до более 100 единиц.Для сравнения, у самой большой реки в мире, Амазонки, сток составляет около 0,2 Свердрупа. Река Миссисипи имеет поток примерно 0,014 Свердрупа.

2.2 Ветровые течения

2.2.1 Сходство ветров и течений

Когда мы сравниваем карты ветра и океанских течений в глобальном масштабе, мы видим, что они имеют большинство общих черт. Обратите особое внимание на круговороты, которые образуются как в ветре, так и в воде в каждом из бассейнов мирового океана.Сходство возникает из-за того, что ветер является основной движущей силой поверхностных океанских течений.

2.2.2 Солнечное отопление

Чтобы понять взаимосвязь между ветром и поверхностными течениями, мы начнем с фундаментального представления о том, что любой ветер возникает из-за неравномерного нагрева поверхности земли солнцем.

Количество солнечной энергии, достигающей поверхности Земли, имеет максимум на экваторе (более 400 Вт на квадратный метр) и минимум на полюсах (менее 200 Вт на квадратный метр).Это вызывают два эффекта:

(1) На экваторе солнечный свет падает на Землю под почти перпендикулярным углом. По мере увеличения широты этот угол падения уменьшается, так что такое же количество солнечной энергии распространяется на большую площадь.

(2) Атмосфера поглощает определенную часть солнечного света, падающего на Землю. Обратите внимание, как солнечная радиация падает на поверхность земли под косым углом на высоких широтах. В результате солнечный свет проходит более длинный путь через атмосферу в высоких широтах, чем в низких.Таким образом, меньше солнечной энергии достигает поверхности в высоких широтах.

Конечным результатом этого неравномерного солнечного нагрева является теплый экватор и холодные полюса.

2.2.3 Атмосферная конвекция

Щелкните, чтобы открыть анимацию в новом окне.

Поскольку воздух на экваторе теплее, чем на полюсах, он менее плотный. На мгновение представьте себе идеализированный не вращающийся глобус. Поскольку воздух на экваторе менее плотный, он поднимается вверх, а холодный плотный воздух на полюсах опускается.Этот процесс создает большую циркуляционную ячейку, в которой воздух поднимается на экваторе, течет высоко в атмосфере к полюсам, затем опускается и течет на низких уровнях обратно к экватору. Этот поток представляет собой основную причину всех ветров в этой идеализированной системе.

Щелкните, чтобы открыть анимацию в новом окне.

Реальный мир немного сложнее. По причинам, главным образом связанным с глубиной атмосферы и разницей тепла между полюсами и экватором, между экватором и каждым полюсом образуются три ячейки циркуляции.

Воздух поднимается на экваторе и расходится, двигаясь как на север, так и на юг. Примерно на 30 ° широты опускается воздух. Воздух также поднимается примерно на 60 ° широты, перемещается на север и юг и опускается как на 30 ° широты, так и на полюсах.

Этот тираж до сих пор представляет собой в высшей степени идеализированный взгляд на мир. Однако это модель, которая помогает объяснить основные особенности глобального обращения.

2.2.4 Преобладающие ветра

Щелкните, чтобы открыть анимацию в новом окне.

Теперь давайте представим вращение Земли. Из-за эффекта Кориолиса поток на сфере изгибается: вправо в северном полушарии и влево в южном полушарии.

Когда мы объединяем наши простые конвективные ячейки с эффектом Кориолиса, появляются знакомые закономерности. Мы находим пассаты в тропических широтах и ​​западные ветры в средних широтах. Это ветры, управляющие основными океанскими поверхностными течениями.

2.2.5 Спираль Экмана

Щелкните, чтобы открыть анимацию в новом окне.

Когда ветер дует через воду, трение между ветром и водой передает небольшое количество энергии ветра воде, заставляя воду двигаться. Со временем и постоянными ветрами возникает поверхностное течение.

Однако развивающееся течение не движется параллельно направлению ветра. Скорее, он движется в направлении от 20 ° до 60 ° от направления ветра вправо в северном полушарии и влево в южном полушарии. Впервые это явление описал исследователь Арктики и океанограф Фритьоф Нансен.Он заметил, что айсберги постоянно двигались под углом вправо от направления ветра. Он поручил решить эту задачу своему ученику Вангу Вальфриду Экману. Решение теперь известно как спираль Экмана.

Как показано на этом концептуальном изображении, согласно спирали Экмана в идеальных условиях поверхностная вода движется под углом 45 ° к направлению ветра. Вода непосредственно под поверхностью не чувствует ветра. Вместо этого он чувствует воду прямо над головой. Таким образом, он движется под небольшим углом вправо от поверхности воды, но не так быстро из-за потерь на трение.Это продолжается вниз по толщине воды, каждый слой перемещается немного вправо и немного медленнее, чем слой непосредственно над ним. Когда все инкрементальные движения складываются, основная масса затронутого водяного столба составляет около 90 ° от направления ветра.

2.2.6 Идеализированные поверхностные токи

Щелкните, чтобы открыть анимацию в новом окне.

Когда мы объединяем пассаты и западные ветры над океаном со спиралью Экмана, мы получаем экваториальные течения, текущие на запад, и на восток в средних широтах.

Щелкните, чтобы открыть анимацию в новом окне.

Теперь, если мы добавим батиметрию, течения упадут на континенты. Экваториальные течения отклоняются и текут по направлению к полюсу вдоль побережья, пока не подпитываются течением, текущим на восток в средних широтах. Когда эти потоки, текущие на восток, встречаются с континентом, они отклоняются к экватору. Там они питаются экваториальными токами и замыкают петлю. Мы называем эти петли вокруг океанских бассейнов субтропическими круговоротами.

2.2.7 Вопрос

Почему на экваторе теплее, чем на полюсах?
а. Океанские течения переносят тепло к экватору
б. Солнечная инсоляция больше на экваторе
c. Экватор ближе к солнцу

Обратная связь: Правильный ответ: б) Солнечная инсоляция больше на экваторе.
Среднегодовая солнечная инсоляция на экваторе более чем в два раза больше, чем на полюсах.Это приводит к теплому экватору и холодным полюсам.
Разница в инсоляции возникает из-за 2-х эффектов
1) Большой угол падения солнечного излучения на экваторе по сравнению с углом падения на полюсах и 2) Более длинный путь через атмосферу, который солнечный свет должен пройти на полюсах.
Хотя экватор находится ближе к солнцу, чем полюса, на нагревание это оказывает незначительное влияние. Океанские течения фактически переносят тепло из низких широт в высокие.

2.3 Описание поверхностных токов

2.3.1 Субтропические круговороты

Щелкните, чтобы открыть анимацию в новом окне.

В мировых течениях открытого океана преобладают пять субтропических круговоротов. К ним относятся круговороты в северной и южной частях Тихого океана, в северной и южной части Атлантического океана и в Индийском океане. Каждый круговорот включает в себя экваториальное течение, текущее на запад, западное пограничное течение, текущее на восток, среднеширотное течение и восточное пограничное течение, которое возвращается к экваториальному течению.Обратите внимание, что в южном полушарии Дрейф Западного Ветра, также известный как Антарктическое Циркумполярное Течение, обеспечивает сегмент круговоротов, текущий на восток.

В этом разделе мы рассмотрим общие характеристики каждой ноги типичного круговорота. Затем мы рассмотрим некоторые из более мелких, но важных поверхностных течений, которые способствуют циркуляции океана.

2.3.2 Экваториальные токи

Щелкните, чтобы открыть анимацию в новом окне.

Экваториальные течения встречаются в каждом океаническом бассейне. Они образуют низкоширотную ветвь субтропических круговоротов и переносятся пассатами на запад.

Щелкните, чтобы открыть анимацию в новом окне.

Этот простой вид экваториальных течений осложняется наличием идущих на восток экваториальных противотоков, которые разделяют экваториальные течения, текущие на запад, на северную и южную ветви.

Когда экваториальные течения встречаются с сушей на западной стороне океанского бассейна, накапливается теплая вода, ведущая к откосу морской поверхности на восток.Вдоль экватора, между северным и южным направлениями, ветры становятся очень слабыми. Из-за отсутствия ветра наклон морской поверхности отводит часть воды обратно на восток, в результате чего возникает экваториальное противотечение.

2.3.3 Западные пограничные течения

Щелкните, чтобы открыть анимацию в новом окне.

Западные пограничные течения, вероятно, являются наиболее известными океанскими течениями, и на то есть веские причины. Поскольку они происходят из низких широт, они несут тепло в более высокие широты.Например, тепло Гольфстрима сохраняет северную Европу обитаемой.

Западные пограничные течения — одни из самых сильных. Например, Гольфстрим течет примерно с 26 градусами, уступая только Западному ветру. Высокая скорость и большой объем западных пограничных течений являются результатом процесса, известного как западная интенсификация. В ответ на вращение Земли и трение вдоль побережья центр субтропических круговоротов смещается на запад. По сути, вода на западной стороне круговорота должна проходить через более узкий, лучше очерченный канал.Между тем, возвратный поток на восточной стороне круговорота менее ограничен и гораздо более рассеян.

Помимо Гольфстрима, другие известные западные пограничные течения включают течение Куросио у берегов Японии, течение Агульяс у юго-востока Африки и Бразильское течение.

2.3.4 Вихри

Глобальные карты океанских течений предсказуемо не могут отобразить детали путей течений. Токи часто изгибаются и меандрируют.Это особенно верно для западных пограничных течений, когда они отходят от края континентального шельфа. Например, на этом изображении показаны изгибы и изгибы Гольфстрима к северо-востоку от мыса Хаттерас вдоль восточного побережья США.

Щелкните, чтобы открыть анимацию в новом окне.

Часто петли и меандры в потоке замыкаются, образуя изолированные водовороты, которые продолжают вращаться. На теплой стороне течения вихри будут иметь холодное ядро, а на холодной стороне течения вихри будут иметь теплое ядро.Эти водовороты могут сохраняться от месяцев до лет и будут продолжать мигрировать вместе с потоком, в который они погружены.

Обратите внимание, что вихрь с теплым сердечником вращается по часовой стрелке, а вихрь с холодным сердечником вращается против часовой стрелки. Мы обсудим причины этого позже в модуле.

2.3.5 Восточные пограничные течения

Щелкните, чтобы открыть анимацию в новом окне.

Восточные пограничные течения более медленные и более рассеянные, чем западные пограничные течения.Поскольку они происходят из высоких широт, они приносят прохладную воду в более низкие широты. Как следствие, морской пограничный слой над этими течениями имеет тенденцию быть прохладным, влажным и стабильным и, следовательно, подвержен туману.

Примеры восточных пограничных течений включают течения Калифорнии, Перу и Бенгелы.

[Текстовое примечание]
Чтобы узнать больше о взаимосвязи между океанскими течениями и образованием тумана, см. Модули COMET West Coast Fog (http: // www.meted.ucar.edu/fogstrat/ic31/ic313) и Динамически принудительный туман (http://www.meted.ucar.edu/mesoprim/dynfog).

2.3.6 Антарктическое циркумполярное течение (дрейф западного ветра)

Щелкните, чтобы открыть анимацию в новом окне.

В южном полушарии между Антарктидой и 40 ° южной широты нет значительных массивов суши, за исключением оконечности Южной Америки. Следовательно, постоянные западные ветры от 30 ° до 60 ° южной широты направляют океанское течение на восток вокруг Антарктиды.

Как показано на этом графике, дрейфующий буй будет кружить вокруг Антарктиды в течение нескольких лет.

2.3.7 Субполярный круговорот

Щелкните, чтобы открыть анимацию в новом окне.

На широтах выше 60 ° постоянные ветры меняются на восточное. Это приводит к двум типам течений, которые стоит отметить: (1) дрейф восточного ветра вдоль побережья Антарктиды и (2) субполярные круговороты. Хотя эти течения относительно не важны с точки зрения глобальной циркуляции, они могут загонять айсберги на морские пути и, таким образом, требовать некоторой проверки.

Дрейф восточного ветра, также известный как Антарктическое прибрежное течение, представляет собой относительно слабое течение со средней скоростью порядка 0,1–0,2 узла. Встречается в основном южнее 66 ° ю.

Субполярные круговороты встречаются только в окраинных морях высоких широт, достаточно больших, чтобы их поддерживать: в Гренландском море и море Уэдделла, а также в заливе Аляска. Субполярные круговороты вращаются в направлении, противоположном субтропическим круговоротам: против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой стрелке в южном полушарии.

2.3.8 Муссонные течения в северной части Индийского океана

Щелкните, чтобы открыть анимацию в новом окне.

Северная часть Индийского океана уникальна среди мировых океанов. Экваториальные течения, вызванные муссонными ветрами, сезонно меняют направление. Муссонные ветры можно рассматривать как сезонный морской бриз. В теплые месяцы азиатская суша теплее моря, поэтому поток направлен на берег с юго-запада.И наоборот, в прохладное время года в Азии прохладнее, чем в море, поэтому поток направлен в сторону от берега с северо-востока.

Во время летнего муссона юго-западный поток вызывает сильное западное пограничное течение. Сомалийское течение течет на север вдоль восточного побережья Африки в Аравийское море, затем на юг вдоль западного побережья Индии. Затем это течение сливается с летним муссонным течением, текущим на восток.

Во время зимнего муссона Сомалийское течение умирает, и северное экваториальное течение, текущее на запад, заменяет Летнее муссонное течение.

2.3.9 Вопрос

У какой реки больше: у самой большой реки в мире (Амазонка) или у самого большого в мире океанского течения (West Wind Drift)?
а. Река Амазонка
б. Западный ветер дрейф

Ответ: б) Дрейф западного ветра.
Фактически, западный ветровой дрейф (100 Зв) в 500 раз больше, чем река Амазонка (0,2 Зв). В целом перенос любого из названных течений открытого океана в несколько раз больше, чем у реки Амазонки.

2.3.10 Вопрос

Какие из следующих течений можно классифицировать как восточные пограничные?
а. Бразилия
б. Калифорния
c. Канарейка
d. Гольфстрим
е. Куросио
f. Перу

Правильные ответы: b, c и f.
Восточные пограничные течения возникают на восточной стороне океанов, поэтому они возникают вдоль западных берегов континентов.Таким образом, все течения Калифорнии, Канарских островов и Перу являются восточными пограничными течениями. Гольфстрим, Куросио и Бразильские течения — это западные пограничные течения.

2.3.11 Вопрос

На этой карте показано расположение континентов 225 миллионов лет назад. Основываясь на том, что мы обсуждали в предыдущих разделах, опишите течения в открытом океане.

Обратная связь:
На этой карте показаны течения, которые, возможно, существовали с Пангеей.Мы могли ожидать увидеть как субтропические, так и полярные круговороты в океане Панталасса. Мы также можем ожидать увидеть северные и южные субтропические круговороты в море Тетис.

2,4 Минимальные токи

Если вы нырнете под много течений на поверхности открытого океана, вы обнаружите, что течение идет в противоположном направлении. Мы называем их подводными токами . Например, на этом графике показано ориентированное с севера на юг поперечное сечение экваториальной части Атлантического океана от поверхности до 300 метров.Север справа, как если бы вид из Африки. Пунктирные изолинии показывают скорости потока в западном направлении, а сплошные изолинии показывают скорости потока в восточном направлении. На поверхности мы видим экваториальное течение, текущее на запад. Под ним мы видим подводное течение, текущее на восток. Это подводное течение пересекает весь океанский бассейн, хотя оно наиболее сильное на западе.

Помимо экваториальных подводных течений, подводные течения также были обнаружены под восточными и западными пограничными течениями. Как правило, подводные течения залегают на глубине 50–200 метров и движутся со скоростью, которая может приближаться к одному метру в секунду, примерно до 2 узлов.Происхождение и значение этих подводных течений все еще обсуждаются, но похоже, что они играют значительную роль в циркуляции океана.

2,5 Геострофические течения

2.5.1 Геострофические течения

Щелкните, чтобы открыть анимацию в новом окне.

Устойчивый наклон поверхности моря приводит к тому, что мы называем геострофическими течениями . Естественно, вода имеет тенденцию течь вниз по склону из области более высокой возвышенности в область более низкой отметки.Однако этот поток отклоняется из-за силы Кориолиса: вправо в северном полушарии и влево в южном полушарии. По мере того, как течение ускоряется вниз по склону, оно постепенно отклоняется до тех пор, пока не будет течь параллельно контурам высотной отметки. В этот момент сила Кориолиса уравновешивает силу градиента давления. Когда это происходит, мы достигли геострофического баланса .

2.5.2 Пример геострофических течений

На этом графике показаны высоты поверхности моря в Мексиканском заливе.Теплые цвета выше холодных. Основываясь на предыдущем обсуждении, опишите токи около точек A, B и C.

Обратная связь:

В этом случае сила градиента давления направлена ​​вниз от более теплых цветов к более холодным. Поскольку мы находимся в Северном полушарии, вода с ускорением спускается вниз по склону и отклоняется вправо. Следовательно, мы видим вихрь, вращающийся по часовой стрелке в точке A. Точки B и C лежат на кольцевом течении, которое вытекает из Карибского моря, образует большую петлю в Мексиканском заливе, затем огибает южную Флориду и инициирует Гольфстрим.

2.5.3 Разница плотностей

Склоны морской поверхности возникают двумя способами: перепадом плотности и переносом Экмана. Плотность определяется температурой, соленостью и давлением. На этом графике показаны изолинии плотности как функция температуры и солености.

Заполните следующее предложение и нажмите Готово:
Плотность увеличивается по мере того, как температура [увеличивается / уменьшается ], а соленость [ увеличивается, / уменьшается].

Какова плотность морской воды с температурой 4 ° C и соленостью 34 psu?
Правильный ответ: 1,027 г / см ³ .

Какова плотность морской воды с температурой 14 ° C и соленостью 36 psu?
И снова правильный ответ: 1,027 г / см ³ . Из последних двух вопросов мы видим, что увеличение солености может компенсировать повышение температуры при определении плотности морской воды. Таким образом, более теплая и соленая морская вода может иметь такую ​​же плотность, как более прохладная и свежая морская вода.

Высота столба морской воды на поверхности моря зависит от ее плотности. Столб морской воды с более низкой средней плотностью будет иметь более высокую высоту поверхности моря, чем столб с более высокой средней плотностью. Таким образом, вода имеет тенденцию течь от низкой плотности к высокой.

На данной широте, чем больше горизонтальный градиент плотности, тем больше уклон морской поверхности и, следовательно, тем быстрее геострофическое течение.

2,5.4 Пример

Этот цикл изображений показывает соленость, температуру и высоту морской поверхности в Мексиканском заливе. Вы можете ясно видеть, что контурное течение следует по краям более теплого и немного более свежего водоема.

Вы также можете увидеть более прохладные и свежие стоки вдоль северной части Мексиканского залива. Обратите внимание, что в этом случае сток не вызывает большой аномалии высоты, потому что низкая соленость уравновешивается прохладной температурой.

Также помните, что поверхностные изображения не передают всей истории.Высота поверхности определяется средней плотностью по всей толщине воды. Например, глядя только на температуру и соленость поверхности, трудно найти источник приподнятого водного купола, который производит ярко выраженный вихрь к западу от Петлевого течения.

2,6 Апвеллинг

2.6.1 Экваториальный апвеллинг

Апвеллинг поднимает на поверхность более прохладную и глубокую воду. Поскольку эта вода холоднее, она обычно плотнее окружающей воды.Таким образом, апвеллинг обычно приводит к понижению высоты поверхности моря, что приводит к геострофическим течениям.

Апвеллинг чаще всего происходит в двух условиях: вдоль экватора и вдоль побережья. Как показано на этом изображении, апвеллинг вдоль экватора происходит в ответ на постоянные восточные ветры. К северу от экватора транспорт Экмана перемещает воду на север. К югу от экватора транспорт Экмана перемещает воду на юг.

Возникающее в результате расхождение поверхностных вод приводит к увеличению глубины воды на поверхности.Эта нагретая вода более прохладная и, следовательно, более плотная. Более плотная морская вода приводит к понижению уровня моря вдоль экватора, что хорошо видно на этом графике.

2.6.2 Прибрежный апвеллинг

Вдоль побережья постоянные ветры могут перемещать поверхностные воды в сторону от берега, что приводит к апвеллингу. Чаще всего это происходит, когда ветры дуют параллельно берегу, а транспорт Экмана направляется в сторону от берега. Этот рисунок иллюстрирует один такой случай для местоположения в Южном полушарии (обратите внимание, что поверхностная вода движется влево от направления ветра).

На силу и частоту апвеллинга влияют многие факторы, в первую очередь узкий континентальный шельф и попутные ветры. Прибрежный апвеллинг чаще всего происходит вдоль западных побережий континентов, особенно Северной Америки, Южной Америки и Юго-Западной Африки. Горные береговые линии и холодные восточные пограничные течения приводят к постоянным прибрежным струям на малых высотах, которые способствуют апвеллингу.

Глубина: прибрежный апвеллинг

Когда над поверхностью океана дуют постоянные ветры, сила Кориолиса действует для перемещения поверхностных вод под углом к ​​направлению ветра: вправо в северном полушарии и слева в южном полушарии.Когда ветры выталкивают воду в море, холодная вода поднимается снизу, чтобы заменить ее. Этот апвеллинг существенно снижает температуру поверхности моря.

На этом изображении показаны полученные со спутников ветры вдоль побережья Калифорнии. Обратите внимание на высокую скорость ветра в непосредственной близости от берега от мыса Мендосино до залива Сан-Франциско. Эти сильные ветры, параллельные побережью, обычны в летние месяцы и могут сохраняться в течение нескольких дней. В этих условиях Ekman Transport перемещает воду в море, что приводит к апвеллингу.

Присутствие глубокой воды у берега усиливает охлаждающий эффект апвеллинг. Это происходит из-за того, что более глубокая и холодная вода поднимается на поверхность во время апвеллинг. Таким образом, прибрежные районы с узким континентальным шельфом или там, где подводный каньон приближается к берегу испытывает большее охлаждение во время апвеллинга чем районы с широким мелководным континентальным шельфом. На этой карте показана батиметрия. побережья центральной Калифорнии недалеко от Монтерея.Обратите внимание на приближающийся глубокий каньон. побережье и относительно узкий континентальный шельф по всему региону.

Конечным результатом сильных ветров, параллельных побережью, и узкого континентального шельфа являются очень низкие температуры поверхности моря вблизи берега, как показано на этом графике для западной части Северной Америки в июле 2003 года. Более низкие температуры означают более высокую плотность, что приводит к падение высоты морской поверхности.

2.7 Токи, зависящие от плотности

2.7.1 Происхождение глубоководных вод океана

Течения ниже уровня спирали Экмана вызваны в основном различиями в плотности. Само собой разумеется, что самая плотная вода будет спускаться по дну океана. Этот процесс приводит к образованию вертикально стратифицированного океана с более плотной морской водой под менее плотной морской водой. Но эта ситуация вызывает несколько вопросов: откуда берутся глубоководные воды в Мировом океане? Почему он движется? Почему он просто не собирается и не застаивается?

Температура и соленость определяют плотность морской воды.Дно в океанских котловинах бывает как холодным, так и соленым. Большая часть глубоководных бассейнов мировых океанов берет свое начало в Северной Атлантике. Здесь теплая соленая вода Гольфстрима охлаждается в высоких широтах, в результате чего морская вода становится очень холодной и очень соленой. Затем эта вода тонет, инициируя то, что называется меридиональной опрокидывающейся циркуляцией (MOC). На этой концептуальной анимации показана меридиональная опрокидывающаяся циркуляция Атлантического океана от Арктики до Антарктики.

2.7.2 Меридиональная циркуляция при опрокидывании (MOC)

Щелкните, чтобы открыть анимацию в новом окне.

В глобальном масштабе Меридиональная опрокидывающаяся циркуляция берет свое начало в Северной Атлантике, где холодная соленая вода опускается вниз и образует глубокие воды Северной Атлантики. Эта вода течет на юг вплоть до Южного океана, где поворачивает на восток. По мере того как это глубокое океанское течение движется на восток, часть его разветвляется на север в Индийский океан, а остальная часть продолжается в Тихий океан, прежде чем повернуть на север.По пути эта глубокая океанская вода смешивается с другой глубокой водой, постепенно становясь немного теплее и менее соленой. В северной части Тихого океана и в северной части Индийского океана апвеллинг вытягивает воду обратно на поверхность. Затем поверхностные течения вытесняют воду обратно на запад в низких широтах. По мере того, как вода нагревается, испарение увеличивает ее соленость. Обогнув южную оконечность Африки, вода пересекает Атлантику и течет на север в виде Гольфстрима. Гольфстрим возвращается в Северную Атлантику, где теплая соленая вода охлаждается, опускается и запускает цикл заново.

2.7.3 Антарктическое дно

Щелкните, чтобы открыть анимацию в новом окне.

Самая плотная вода в океанских бассейнах фактически образуется у побережья Антарктиды в морях Уэдделла и Росса. Здесь сильно соленая вода образуется в процессе, известном как исключение рассола , показанном на этой анимации. По мере образования морского льда пресная вода предпочтительно образует лед, оставляя остатки холодного соленого рассола. Этот рассол тонет и образует антарктическую донную воду.

На этом рисунке показан разрез солености в Тихом океане с севера на юг. Юг находится слева. Щелкните по дну Антарктики.

Обратная связь: В этом поперечном разрезе мы ясно видим язык морской воды высокой солености, показанный коричневым цветом, выходящий из Антарктиды и оседающий вдоль морского дна к северу от экватора.

2.7.4 Промежуточные воды Красного и Средиземного морей

Испарение в Средиземном и Красном морях приводит к очень соленой воде.Однако и эта морская вода довольно теплая. В результате, когда эта вода покидает море, где она образовалась, она опускается до промежуточного положения в океане.

На этом поперечном разрезе показана соленость морской воды у устья Средиземного моря. Мы видим соленый язык воды, выходящий из Гибралтарского пролива на глубине около 1000 метров. Эта вода образует промежуточный слой в Атлантическом океане.

3. Прибрежные течения

3.1 Введение

3.1.1 Воздействие на мелководье

Течения на мелководье заметно отличаются от течения на глубокой воде. В этом модуле мы рассмотрели основные концепции течений в глубоководной части. Так что же отличает мелководье?

1. Вода достаточно мелкая, поэтому фрикционные и батиметрические эффекты оказывают сильное влияние.
2. Приливные воздействия сильнее и могут быть доминирующей движущей силой.
3. Близость к пресноводным стокам может создавать сильную разницу в плотности по горизонтали и вертикали.
4. Течения часто ограничиваются береговой границей или мелководной батиметрией.
5. Прибрежные погодные условия существенно отличаются от погодных условий в открытом океане.

В этом модуле мы называем все течения, образующиеся на мелководье, прибрежными течениями.

3.1.2 Временные рамки изменчивости тока

Щелкните, чтобы открыть анимацию в новом окне.

В результате влияния мелководья и берегов прибрежные течения сильно изменяются как во времени, так и в пространстве.

Шкала времени варьируется от часов для полусуточных приливных течений до дней для ветровых течений, вызванных погодными явлениями, до недель для течений, вызванных плотностью течений, вызванных явлениями стока пресной воды.

Обратите внимание, что мы описываем ветер и сток пресной воды как события. Например, обратите внимание на пульсации более свежей воды, движущейся вдоль побережья в этой анимации.Климатологические средние значения обычно не отражают величину этих отдельных импульсов. Сроки пикового весеннего стока могут варьироваться от года к году на несколько недель, а пики речного стока регулярно меняются в два или более раза.

Влияние ветровых явлений зависит не только от времени и скорости ветра, но и от направления ветра, которые меняются во времени и пространстве. Из-за такой высокой изменчивости климатология недооценивает важность погодных явлений.

3.1.3 Пространственные масштабы изменчивости течений

В целом, пространственная изменчивость течений намного больше по континентальному шельфу, чем по по континентальному шельфу. Заметными исключениями из этого правила являются близлежащие заливы и подводные каньоны. Тем не менее, прибрежные течения демонстрируют гораздо более высокую пространственную изменчивость, чем течения в открытом океане.

Высокая пространственная и временная изменчивость мелководья влияет на то, как мы измеряем и моделируем прибрежные течения.Сети наблюдений требуют большей плотности за более короткие промежутки времени. Численные модели требуют более высокого разрешения с более короткими временными шагами для точного моделирования прибрежных течений.

3.1.4 Механизмы, управляющие мелководными течениями

Как мы упоминали в предыдущем обсуждении, несколько механизмов управляют течениями на мелководье. Основные механизмы включают приливы, ветер и горизонтальные градиенты плотности. Мы подробно обсудим каждый из этих механизмов позже в этом модуле.

Мы представили приливы в предыдущем модуле COMET, Introduction to Ocean Tides (http://www.meted.ucar.edu/oceans/tides_intro). Если вы не завершили этот модуль, это поможет вам понять несколько концепций, которые мы обсудим позже.

Помимо приливов, ветра и градиентов плотности, мы также обсудим концепцию нелокального воздействия. Под этим мы подразумеваем механизмы, которые действуют за пределами нашей области интересов, но существенно влияют на прибрежные течения в ее пределах.Нелокальное воздействие может быть трудно учесть при моделировании прибрежных течений.

3.1.5 Воздействия, изменяющие прибрежные течения

Когда существует ток, действуют несколько факторов, изменяющих его. В этом модуле мы рассмотрим три: батиметрию, эффект Кориолиса и донное трение.

3.2 Приливные течения

3.2.1 Происхождение приливных течений

Щелкните, чтобы открыть анимацию в новом окне.

Как мы обсуждали в модуле Введение в Ocean Tides , гравитационное притяжение Солнца и Луны приводит к горизонтальным силам тяги . Эти тяги заставляют воду скользить по поверхности земли, что приводит к приливным волнам. Это горизонтальное движение воды приводит к приливным течениям.

3.2.2 Связь приливных течений с высотой приливов

Щелкните, чтобы открыть анимацию в новом окне.

Эта анимация показывает взаимосвязь между приливными течениями и высотой воды. Ящик частично заполнен водой. Если в ящик поступает больше воды, чем из него, то уровень воды повышается. И наоборот, если воды вытекает больше, чем входит, уровень воды падает.

3.2.3 Высота приливов и скорость течений

На этом графике показан временной ряд высоты воды и скорости течения за период продолжительностью в месяц. Обратите внимание на корреляцию между диапазоном приливов и течением.Пиковая скорость течения наблюдается во время весенних приливов и достигает минимума во время приливов.

3.2.4 Приливные течения на континентальных шельфах

Щелкните, чтобы открыть анимацию в новом окне.

На этой анимации показаны приливные течения в районе полуострова Камчатка, определенные с помощью программного обеспечения ВМФ PCTides. Обратите внимание, что векторы тока постоянно меняют направление в течение приливного цикла. Таким образом, у нас есть вращательное движение приливных течений, наложенное на предпочтительные направления максимальной скорости, связанные с наводнениями и отливами.Как правило, это справедливо для континентальных шельфов, где границы суши расположены достаточно далеко, чтобы оказывать незначительное влияние на приливные течения.

3.2.5 Приливные течения в заливах и заливах

В закрытых бассейнах приливные течения втекают из открытой воды во время стадии «наводнения» и выходят во время стадии отлива. Приливные течения в этих бассейнах имеют «прямолинейный» характер; они быстро меняют направление после коротких периодов «стоячей воды», а затем текут в противоположном направлении.

На этом графике показан временной ряд текущей скорости и направления входа в залив Галвестон в Техасе. В этом месте текущая скорость ненадолго становится равной нулю, поскольку ток меняет направление. Там, где приливы полусуточные, течения меняются примерно каждые 6 часов; где приливы суточные, течения меняются примерно каждые 12 часов.

3.2.6 Стоячая волна

Время половодья, отлива и слабой воды зависит от местоположения.В небольших замкнутых бассейнах слабая вода обычно возникает во время прилива или во время прилива, а также в период отлива. Мы называем этот паттерн стоячей волной .

3.2.7 Прогрессивная волна

Однако в длинных открытых каналах и на открытых участках слабая вода возникает ближе к середине прилива. Например, эти графики показывают приливное течение и высоту воды для места примерно на полпути вверх по заливу Чесапик. Обратите внимание, что самый сильный паводок случается около прилива, самый сильный отлив — около отлива, а слабая вода происходит примерно на полпути между приливом и отливом.Мы называем этот паттерн прогрессивной волной .

3.2.8 Реки и исчезающие паводковые течения

По мере того, как человек поднимается по устьям и бухтам, приток рек начинает влиять на приливы. При некоторых обстоятельствах уровень воды продолжает подниматься и опускаться, даже если течение в канале никогда не меняет направление на противоположное. На этих графиках показаны течения и высота воды в Ньюболде, штат Пенсильвания, на реке Делавэр. Здесь мы видим очень слабое половодье и сравнительно сильное отливное течение по мере того, как уровень воды поднимается и опускается.Этот рисунок отражает влияние речного течения.

3.3 Ветровые течения

3.3.1 Введение

Так же, как ветер вызывает течения в открытом океане, он также вызывает прибрежные течения. Однако, как только мы выходим из глубины и поднимаемся на континентальный шельф, мелководье и близость к побережью сильно влияют на возникающие течения. В этом разделе мы рассмотрим несколько наиболее важных факторов, влияющих на ветровые течения на мелководье.

3.3.2 Вертикальный сдвиг

Относительно мелководье на континентальном шельфе приводит к увеличению трения между течениями и морским дном. В результате скорость ветрового течения часто бывает наибольшей у поверхности и уменьшается с глубиной. Тем не менее, это не всегда так. В действительности вертикальный сдвиг течения сильно варьируется и зависит от скорости ветра, продолжительности сильных ветров, глубины воды и вертикальной стратификации плотности.

Этот временной ряд показывает пример текущих скоростей на поверхности, на средней глубине и на дне. Приливная составляющая течения была отфильтрована, оставив только ветровое течение. В начале записи текущая скорость на поверхности, на средней глубине и на дне почти одинакова. Однако после сильного ветра примерно в 310 дней скорость течения уменьшается с глубиной. Приблизительно 314 дней, течения на средних глубинах отстают от течений как наверху, так и внизу!

Хотя сдвиг тока является результатом сложного взаимодействия нескольких процессов, мы можем сделать некоторые общие наблюдения.Например, чем сильнее градиент плотности, тем сильнее ветер движет поверхность, а не ниже, что приводит к большому вертикальному сдвигу течения. Следовательно, мы склонны видеть более сильный сдвиг вертикального течения в летние месяцы, когда поверхностные воды нагреваются и вертикальный градиент температуры усиливается.

Подобным образом, когда возникает ветер, сначала на поверхности возникают токи, приводящие к сильному сдвигу тока. Со временем в ответ на ветровое перемешивание и передачу импульса развиваются более глубокие токи, которые уменьшают вертикальный сдвиг тока.

3.3.3 Мелководье и спираль Экмана

В предыдущем разделе, посвященном глубоководным течениям, мы видели, как эффект Кориолиса приводит к спирали Экмана. На большой глубине поверхностная вода движется примерно на 45 ° к направлению ветра, а среднее движение воды через глубину спирали движется под прямым углом к ​​направлению ветра.

На континентальном шельфе и на мелководье в заливах и эстуариях вода недостаточно глубокая для полной спирали Экмана.Таким образом, на мелководье поверхностная вода движется под углом к ​​ветру, который существенно меньше 45 °. И в целом, среднее движение воды обычно намного меньше 90 ° по отношению к направлению ветра.

Глубина: Факторы, управляющие мелководной спиралью Экмана

Глубина Экмана для разных широт и скоростей ветра

Ветер 10 м (м / с)	Широта
	15 °	45 °
5	75 метров	45 метров
10	150 м	90 метров
20	300 м	180 м

На мелководье относительный эффект транспорта Экмана зависит от глубины воды относительно так называемой глубины Экмана.Как видно из этой таблицы, глубина Экмана зависит в первую очередь от широты и скорости ветра. Широта контролирует силу силы Кориолиса. Более низкие широты приводят к более слабой силе Кориолиса и, следовательно, к большей глубине Экмана. Более высокие скорости ветра также приводят к большей глубине Экмана. Обратите внимание, что для умеренных скоростей ветра и субтропических широт глубина Экмана примерно соответствует 200-метровой изобате, глубине на внешней границе континентального шельфа.

Щелкните, чтобы открыть анимацию в новом окне.

Эта интерактивная анимация показывает, как спираль Экмана меняется для разных значений глубины воды. В крайнем левом углу глубина воды превышает глубину Экмана. Обратите внимание, что когда глубина воды составляет примерно половину глубины Экмана, поверхностное течение по-прежнему составляет около 45 ° к направлению ветра, но среднее движение воды через слой Экмана ближе к направлению ветра, чем в случае глубокой воды: около 70 ° вместо 90 °. По мере того, как вода становится мельче относительно глубины Экмана, направление течения приближается к направлению ветра, и скорость течения уменьшается из-за придонного трения.

3.3.4. Влияние Кориолиса и направления ветра на уровень прибрежного моря

Щелкните, чтобы открыть анимацию в новом окне.

Когда ветер гонит воду к берегу, местный уровень моря поднимается, что мы называем , установив . И наоборот, когда ветер отгоняет воду от берега, местный уровень моря падает, который мы называем , опускаемым на .

Подъем и опускание воды в ответ на ветер или изменение атмосферного давления упоминается как метеорологический прилив .Когда метеорологические приливы повышают или понижают уровень воды в непосредственной близости от заливов или других заливов, вода в ответ вливается в залив или выходит из него. В областях с относительно небольшим диапазоном приливов это вызванное метеорологическими факторами течение может преобладать над приливным течением.

Щелкните, чтобы открыть анимацию в новом окне.

Обратите внимание, что ветер не обязательно должен дуть на сушу или на море, чтобы гнать воду на сушу или на море. Из-за эффекта Кориолиса и переноса Экмана ветры, дующие параллельно берегу, вытесняют воду на берег или в море.

3.3.5 Инерционные токи

Щелкните, чтобы открыть анимацию в новом окне.

Сильный ветер в течение нескольких дней приведет к устойчивому ветровому течению. Если ветер внезапно стихнет, ток продолжится как инерционный ток . Однако инерционный ток не течет просто по прямой линии. Как показано на этой анимации, в ответ на эффект Кориолиса ток также развивает круговое движение.Результат выглядит как серия петель. Со временем петли сжимаются, и ток уменьшается из-за трения.

Поскольку эффект Кориолиса равен нулю на экваторе и достигает максимума на полюсах, его влияние на инерционные токи меньше всего в низких широтах и ​​больше всего в высоких.

3.4 Токи, зависящие от плотности

3.4.1 Введение

Щелкните, чтобы открыть анимацию в новом окне.

Разница в плотности — третья основная движущая сила мелководных течений. Каждый раз, когда водные массы с разной плотностью накладываются друг на друга по горизонтали, вода с более низкой плотностью имеет тенденцию течь над водой с более высокой плотностью, в то время как вода с более высокой плотностью течет под водой с более низкой плотностью.

3.4.2 Механизмы, вызывающие разницу в плотности по горизонтали

Несколько процессов приводят к горизонтальным различиям в солености или температуре в прибрежных регионах и, следовательно, к различиям в плотности.К ним относятся:
— Пресноводный сток с суши, снижающий соленость
— Испарение в мелководных бухтах, повышающее соленость
— Апвеллинг, понижающий температуру
— Сезонное отопление и охлаждение
— Вертикальное перемешивание с ветровым приводом, которое охлаждает поверхностные воды, но имеет тенденцию нагревать более глубокие воды
— Горизонтальная адвекция температуры или солености

На этом графике показано поперечное сечение солености, полученное через залив Кука, недалеко от Анкориджа, Аляска.Вы можете отчетливо видеть более свежую воду у поверхности и более соленую воду у дна канала.

3.4.3 Значение токов, зависящих от плотности

На этом изображении показано поперечное сечение средней геострофической скорости через залив Кука, вычисленное на основе профиля средней солености, который мы исследовали ранее. Геострофические течения вызваны стойкими перепадами плотности, вызванными стоком пресной воды. Мы можем видеть, что усредненная по времени, зависящая от плотности составляющая течения приближается к 3 узлам в более пресной воде.Эти геострофические течения значительно изменяют величину и время полного течения в области с одним из самых больших приливных диапазонов в мире.

В большинстве случаев зависящая от плотности составляющая течений на мелководье составляет небольшую часть общего тока в любой данный момент. Например, пловцы обычно не ощущают течения, обусловленные плотностью. Однако компонент, зависящий от плотности, может доминировать над долговременным усредненным по времени током. Вблизи крупных рек, таких как Миссисипи, или вдоль берегов, где выпадает много осадков, например, на юго-востоке Аляски, течения, обусловленные плотностью, могут достигать скорости в несколько узлов.

3.4.4 Временные рамки

Токи, зависящие от плотности, действуют во многих временных масштабах, в зависимости от механизма нагнетания. В краткосрочных масштабах отливы могут сбрасывать пресную воду из рек в устья рек или на континентальный шельф. Интенсивные дожди могут привести к наводнениям, которые продолжаются день или несколько дней. Сезонные процессы, такие как весенний сток и испарение, протекают в течение нескольких недель и более. Как показано на этом графике, приливные и ветровые течения действуют в одном и том же диапазоне временных масштабов.

3.5 Геострофические эффекты

3.5.1 Геострофические воздействия на прибрежные течения, обусловленные плотностью

Щелкните, чтобы открыть анимацию в новом окне.

Независимо от процесса, всякий раз, когда ток создается в течение длительного периода времени, эффект Кориолиса будет иметь тенденцию вращать поток: вправо в северном полушарии и влево в южном полушарии. Это верно как для прибрежных течений, так и для течений в открытом океане.Таким образом, течения, вызванные сезонными стоками или постоянными ветрами, будут развивать значительную геострофическую составляющую, в то время как течения, вызванные приливами и морскими бризами, не будут. Эффект усиливается с увеличением широты по мере усиления эффекта Кориолиса.

На этой анимации показано течение, которое образуется в результате большого стока. Первоначально пресная вода вытекает поверх более плотной соленой воды. Со временем пресная вода поворачивает вниз по побережью, и в результате возникает течение, параллельное побережью и зависящее от плотности.Этот процесс происходит у устья большинства крупных рек, особенно в высоких широтах.

3.5.2 Геострофические воздействия на прибрежные ветровые течения

Другой распространенный пример геострофического воздействия прибрежных течений — это постоянный ветер, дующий параллельно берегу, особенно когда он приводит к апвеллингу. По мере того, как вода отталкивается от берега, образуется склон, спускающийся к суше. Результатом является ветровое течение, параллельное побережью, со значительной геострофической составляющей.

3.6 Переход прибрежной зоны к открытому океану

3.6.1 Расположение границы раздела между мелководьем и глубоким океаном

Самое сложное место для прогнозирования океанских течений находится на границе между глубокой и мелководной водой. Поскольку течения в переходной зоне реагируют на множество местных и удаленных воздействий, они менее предсказуемы, чем те, которые находятся ближе или дальше от берега.

Граница раздела между мелководьем и глубоководом представляет собой относительно широкую зону, которая обычно встречается у края континентального шельфа.Если континентальный шельф узкий, глубоководные эффекты могут распространяться на побережье. С другой стороны, если полка широкая, интерфейс ограничивается внешней полкой. Это оставляет внутренний шельф в основном свободным от глубоководных влияний, поэтому он реагирует в первую очередь на местные силы.

Так что же происходит в этой переходной зоне? На восточные берега континентов могут встречаться сильные западные пограничные течения, доминирующие над местными течениями. Там, где эти течения отделяются от побережья и перемещаются в сторону от берега, водовороты могут разворачиваться и мигрировать обратно на континентальный шельф.

Еще одно глубоководное влияние на континентальный шельф происходит, когда холодные, плотные, глубоководные воды поднимаются на континентальный шельф. Этот процесс приводит к течениям, зависящим от плотности, и геострофической адаптации.

3.6.2 Внутренние волны и течения на краю континентального шельфа

Щелкните, чтобы открыть анимацию в новом окне.

Подобно океанским волнам на поверхности моря, волны образуются и глубже в океане.Мы называем эти волны внутренними волнами . В то время как океанское волнение формируется на границе между океаном и атмосферой, внутренние волны образуются на глубинах с сильными вертикальными градиентами плотности, например, в основании смешанного слоя.

Внутренние волны генерируются множеством различных механизмов. Нас больше всего интересуют внутренние волны, которые возникают, когда приливы в открытом океане сталкиваются с крутой батиметрией, такой как край континентального шельфа и подводные горы. На этой анимации показано, как эти внутренние волны могут вызывать сильные течения у края континентального шельфа.Цвета обозначают плотность морской воды, а векторы обозначают течение. Когда приливные волны сталкиваются с континентальным шельфом, кажется, что они разрушаются. Затем внутренние волны распространяются в сторону берега и моря. В случае узкого континентального шельфа или подводного каньона этот процесс может привести к сильным течениям вблизи побережья.

3.6.3 Спутниковые изображения внутренних волн

На этом полноцветном изображении MODIS показаны внутренние волны, приближающиеся к Палавану, Филиппины.При соответствующем солнечном угле вы можете увидеть зоны с более шероховатой и гладкой водой, вызванные схождением и расхождением на поверхности. Как показано на этом изображении, длина внутренних волн измеряется в милях.

4. Методы измерения

4.1 Введение

Мы измеряем океанические течения несколькими способами.

4.2 Прикрепленные измерители тока

Заякоренные измерители тока обеспечивают подробную запись токов в заданном месте.Большинство измерителей тока в реальном времени поддерживают навигацию. Следовательно, они располагаются у входов в гавани или вдоль каналов и регистрируют поверхностные течения. Часто эти измерители тока крепятся к навигационным буям, таким как этот.

Остальные счетчики течений пришвартованы к морскому дну. Некоторые из них, известные как акустические доплеровские профилометры тока (ADCP), могут измерять ток на многих уровнях от морского дна до поверхности. На этой фотографии показан ADCP на морском дне в национальном морском заповеднике Монтерей-Бей.Он измеряет токи, протекающие над вершиной подводной горы Дэвидсон.

Другие ADCP расположены на шельфе. Например, на этом графике показано расположение измерителей тока, расположенных на нефтяных платформах в Мексиканском заливе.

Независимо от того, установлены ли они на буях или нефтяных платформах или прикреплены к морскому дну, многие измерители течения не предоставляют данные в режиме реального времени. Эти счетчики хранят записи, которые необходимо будет восстановить и загрузить позже. Это особенно верно для измерителей тока, используемых в инженерных исследованиях и научных исследованиях.

4.3 Дрейфующие буи

Другой способ измерения силы тока — это освободить буй и отправить его обратно на приемник. Несколько тысяч буев, подобных изображенному здесь, сейчас дрейфуют вокруг Мирового океана и делают именно это.

На этом графике показаны траектории буев за период в один месяц. По плотности данных видно, что дрейфующие буи не предоставляют данные с высоким разрешением в реальном времени.Однако мы можем получить точные климатологические данные, собрав данные за несколько лет.

Большинство дрейфующих буев плавают на поверхности, но некоторые опускаются на глубину нескольких сотен метров на несколько дней, затем всплывают на поверхность и сообщают по радио информацию о своем местоположении. Эти буи предоставляют данные о глубоководных океанских течениях. Когда буи поднимаются и опускаются, они также измеряют температуру и соленость.

4,4 Спутник

Спутники могут очень точно измерять высоту поверхности моря (SSH) и ветер у поверхности.По этим измерениям мы можем оценить геострофические и ветровые составляющие океанских течений. NOAA в настоящее время предоставляет анализ почти в реальном времени полученные таким образом с помощью программы OSCAR (Анализ течения на поверхности океана — в реальном времени). На этом графике показаны течения в Индийском океане за декабрь 2006 года. Подобные анализы в реальном времени предоставляют морякам своевременную информацию о переменных течениях, таких как муссонные течения в Индийском океане.

4.5 Радар

Высокочастотный радар может обеспечивать оценку поверхностных течений на расстоянии до 300 км от берега. Например, на этом графике показаны измеренные радаром поверхностные токи вблизи Мыс Хаттерас. Обратите внимание на высокую скорость Гольфстрима, когда он движется от берега. В настоящее время радиолокационное покрытие в США ограничены несколькими регионами вдоль восточного, западного побережья и побережья Персидского залива.

5. Продукты для описания и прогнозирования океанских течений

Как мы видели в этом модуле, текущие данные могут быть представлены несколькими способами.В этом разделе кратко рассматриваются изделия, изображающие океанические течения.

5.1 Текущие карты

Карты токов используют множество различных комбинаций стрелок и цветовых штрихов для обозначения токов. К ним могут относиться следующие:

• Просто векторы, где длина вектора указывает текущую скорость
  
• Векторы или стрелки одинаковой длины по заштрихованной скорости
  
• Обтекаемость по скорости затенения
  
• Траектории, где длина траектории указывает текущую скорость
  

Карты течений обычно показывают поверхностные течения, но карты могут отображать течения на любой глубине в океане.

5.2 Графики временных рядов

Одним из неприятных аспектов картографических участков является то, что они показывают текущую информацию в определенное время. Мы можем объединять карты в анимированные циклы, но в лучшем случае они могут отображать токи на почасовой основе. В прибрежных районах с сильными приливными течениями вам, возможно, потребуется более точно знать, когда течение переключается с наводнения на отлив. В этом случае график временных рядов даст вам ответ, который вы ищете. Однако вам может потребоваться изучить несколько отдельных графиков, поскольку прилив будет меняться в разное время в разных местах.

Используя эту диаграмму, найдите текущую скорость и направление в 06:00 25 ноября.

[Ответы: 1 узел при 290 градусах]

5.3 Схемы рукояти

На этой диаграмме показаны три графика временных рядов для одного местоположения. Верхний график показывает высоту воды, нижний график показывает текущую скорость, а средний график представляет собой диаграмму течений. Палки-диаграммы состоят из серии векторов для одного местоположения. Каждая палка — это просто текущий вектор без стрелки на конце.Таким образом, каждая ручка показывает текущую скорость и направление в определенное время. Например, палка, направленная прямо вверх, указывает на течение, текущее на север, в то время как палка, направленная вниз и вправо, указывает на течение, текущее на юго-восток. Длина ручки указывает текущую скорость.

Используя эту диаграмму, найдите текущую скорость и направление на 0000 18 августа.

[Ответы: 2 узла при 20 градусах]

5.4 Таблицы приливных течений

Большинство из нас знакомы с таблицами приливов и отливов.Обычно они показывают время прилива и отлива в определенных местах. Аналогичные таблицы опубликованы для приливных течений. В этой таблице показаны приливные течения на входе в залив Сан-Диего за первые две недели января 2006 г. В таблице показано время отсутствия воды, а также время и скорость максимального течения. Текущие направления наводнения и отлива показаны в заголовке. Предполагается, что ток колеблется между этими двумя направлениями. Течения с положительными скоростями в столе текут в направлении паводка; отрицательные скорости текут в направлении отлива.

Помните, что в этих таблицах показаны только течения, вызванные астрономическими приливами. Они не будут проявлять никакого эффекта от ветряных или плотностных течений.

Таблицы приливных течений публикуются NOAA и Британским Адмиралтейством, как и уровни воды.

Используя таблицу приливных течений, найдите текущую скорость и направление в 1400 7 января 2006 года.

[Ответы: 0,7 узла при 355 градусах (из заголовка)]

6. Анализ прогнозов

6.1 Руководство по прогнозированию течений в открытом океане

Когда мы прогнозируем течения в открытом океане, мы можем смотреть на данные исторических наблюдений, наблюдений в режиме, близком к реальному времени, климатологии и численных моделей океана.

Плотность наблюдений с помощью измерителей течения и дрейфующих буев в открытом океане, как правило, довольно мала. Эти типы наблюдений могут помочь нам оценить навыки модели или полезность конкретной климатологии, но они лишь изредка дают рекомендации для прогнозов.Спутники могут обеспечивать наблюдения в режиме, близком к реальному времени, что может быть всем, что нам нужно для краткосрочного прогноза в открытом океане.

Климатология — это долгосрочное усреднение наблюдаемых океанских течений. В открытом океане климатология обычно дает лучший долгосрочный прогноз. В целом климатология имеет несколько слабых мест:

• Они хороши ровно настолько, насколько хороши наблюдения; области с небольшим количеством наблюдений могут не иметь точных средних значений.
• Климатология усредняет краткосрочные явления, такие как штормы, и сглаживает сезонные явления, такие как весенний сток.

Модели океана предсказывают состояние океана с помощью набора уравнений. Доступно множество различных моделей, у каждой из которых есть свои сильные и слабые стороны. Главное, что нужно знать о моделях океана, — это то, что их точность со временем ухудшается. И чем более изменчивы токи, тем быстрее снижается точность модели. В какой-то момент прогнозного периода климатология часто становится более точной, чем прогноз модели.

[Текстовое примечание]
Чтобы узнать больше о моделях океана, см. Модуль COMET Введение в модели океана (http: // www.meted.ucar.edu/oceans/ocean_models/).

6.2 Руководство по прогнозированию прибрежных течений: соображения клиентов

Первым шагом в прогнозировании течений на мелководье является понимание того, как прогноз будет использоваться. Для морских операций мы склонны прогнозировать либо «мгновенные течения» (например, текущую скорость, которую может почувствовать дайвер), либо долгосрочные дрейфующие течения (например, когда выведенная из строя лодка может дрейфовать в течение нескольких дней).Приложение «Долгосрочный дрейф» нуждается в дальнейшем уточнении, чтобы определить «долгосрочное». Должны ли течения быть векторно усредненными по нескольким приливным циклам? Или дольше? Если это так, вы также можете усреднять события ветра и, возможно, даже события, связанные с плотностью.

При составлении прогноза полезно периодически пересматривать подробную заявку; Другими словами, какой объем информации должен содержать прогноз, чтобы удовлетворить заявку? Например, возможно, заказчик хочет знать текущую скорость и направление в течение следующих трех дней с шагом в полчаса для конкретной миссии.Эту информацию очень сложно точно предсказать (даже с использованием моделей). Тем не менее, часто возможно определить умножить на слабой воды, максимального паводка и максимального отлива в районах с преобладанием приливов и отливов с достаточной точностью для миссии заказчика. Лучше предоставить меньше точной информации, чем больше неверной информации относительно миссии.

6.3 Руководство по прогнозированию прибрежных течений: основной подход

В прибрежных районах наблюдается больше наблюдений, чем в открытом океане, но течения гораздо более изменчивы, что затрудняет экстраполяцию наблюдений.Таким образом, если мы не находимся очень близко к месту наблюдений, наблюдения предоставляют ограниченную информацию.

Основной подход к прогнозированию прибрежных течений состоит в оценке относительного вклада различных механизмов воздействия в общий ток, будь то мгновенный или долгосрочный дрейф. Для мгновенных течений приливы часто, но определенно не всегда, доминируют или вносят значительный вклад в общее течение, особенно в устьях и заливах. Ветры обычно преобладают или вносят значительный вклад на открытом шельфе.Конечно, есть случаи, когда токи, вызванные плотностью, преобладают над мгновенным током, но чаще плотность играет небольшую роль по сравнению с приливами и ветрами.

Для приложений с длительным дрейфом ветер и плотность обычно более важны, чем приливные течения.

Помните, что нелокальные эффекты могут включать в себя воздействие прибрежного океана на устье или залив или воздействие глубокого океана на континентальный шельф.

6.4 При закрытии: некоторые меры предосторожности

Прогнозировать мелководные течения очень сложно.Предположим, что вы собрали временной ряд скорости и направления течений на континентальном шельфе за месяц. Затем вы собрали синоптические данные за тот же период о механизмах воздействия, таких как уровень моря, ветры и профили температуры / солености. Когда вы отправитесь исследовать причину и следствие, большая часть текущего сигнала останется необъясненной. Вы можете лучше объяснить мгновенные течения в областях с преобладанием приливов в устьях и заливах, но не намного лучше объясните долгосрочный дрейф.

Таким образом, при прогнозировании океанских течений вам нужно будет применить свои знания о течениях и механизмах их воздействия, поскольку они относятся к операциям, которые вы поддерживаете.Всегда нужно осознавать и осознавать ограничения численных моделей, наблюдений в реальном времени и климатологии.

[Текстовое примечание]
Прогнозирование течений у берега станет темой будущего модуля COMET.

.