Роль морских течений в переносе тепла

Морские течения играют важную роль в формировании поля температуры воздуха на земном шаре. Мы уже видели, как значительны положительные отклонения температуры воз­духа от среднеширотной на севере Атлантики и Тихого океана зимой. Это объясняется прежде всего способностью вод океанов аккумулировать получаемое летом тепло и расходовать его зимой на нагревание воздуха. Однако высокие значения тем­пературы поверхностных вод и воздуха обязаны также пере­носу тепла морскими течениями из низких широт в высокие, как и из высоких широт в низкие. Вода в океанах и морях находится в непрерывном движе­нии. Морские течения вызываются главным образом действием ветра и возникающими разностями давления воды на одних и тех же уровнях. На морское течение также оказывает влия­ние сила поверхностного и внутреннего трения и отклоняющая сила вращения Земли. Под действием последней течение, вы­званное ветром, отклоняется вправо от направления ветра на угол 45°. Чем больше скорость течения, тем больше влияние отклоняющей силы вращения Земли. На экваторе действие этой силы на морские течения равно нулю. В южном полу­шарии течения отклоняются влево. В мелководных бассейнах ветровые, или, как их обычно называют, дрейфовые, течения мало отклоняются от направле­ния ветра. Наоборот, в океанах и глубоких морях действие силы поверхностного и внутреннего трения и отклоняющей силы вращения Земли усложняет структуру морских течений. Теоретические расчеты показывают, что на глубинах скорость дрейфового течения уменьшается во много раз. Дрейфовым течением обычно вовлекаются в движение поверхностные слои воды мощностью в несколько десятков метров. При этом с глу­биной течение отклоняется вправо, вплоть до обратного, сопро­вождаясь уменьшением скорости. Однако, как показывают вычисления, убывание скорости происходит настолько быстро, что общий поток дрейфового течения бывает направлен вправо от направления ветра под прямым углом. При одновременном рассмотрении карт морских течений и ветра можно обнаружить общие черты в географическом распределении ветра и течений, что указывает на тесное взаимодействие между атмосферой и гидросферой Земли. Дей­ствительно, материки и океаны, воздействуя на тепловой режим атмосферы, нарушают западный перенос, обусловленный общим неравенством притока солнечной энергии на экваторе и полю­сах. Вследствие этого воздушные течения в одних районах отличаются большим многообразием, в других — сезонным постоянством. Под постоянным действием ветра вода в Мировом океане приходит в движение, направление которого определяется дей­ствием ряда сил. На направление и скорость движения океанических вод определенное влияние оказывает расположение и форма мате­риков. На рис. 22 воспроизведена циркуляция океанических вод в январе. Обращают на себя внимание мощные течения в Атлантическом и Тихом океанах в области пассатов, между широтами 0 и 20°. В этих широтах движение воздуха характе­ризуется сезонным постоянством: северо-восточный пассат в северном полушарии и юго-восточный — в южном. Под дей­ствием пассатных ветров возникающие морские течения устрем­ляются на запад, причем наибольшие скорости, как это видно на карте течений, наблюдаются у материков, служащих есте­ственным препятствием для них. Так, например, воды Атлан­тики из экваториальной зоны, направляясь на запад и встречая на своем пути северный берег Южной Америки, увеличивают свою скорость и следуют вдоль материка. Такое же увеличение скорости течения можно наблюдать у юго-восточного побе­режья Северной Америки и Азии.

Карта морских течений в январе

Воды экваториальной зоны Атлантики, под воздействием пассатов устремляясь в район Карибского моря и Мексикан­ского залива, образуют к востоку от Флориды самое мощное в мире теплое течение — Гольфстрим. Воды Гольфстрима пере­носятся через всю северную половину Атлантического океана, достигают Норвежского и Баренцева морей и содержащимся в них солнечным теплом, накопленным в экваториальной зоне и тропиках, зимой обогревают не только северные моря, но и значительные пространства Европы и Азии. Аналогичным образом у восточных берегов Тихого океана возникает другое теплое течение, называемое Куро-Сио. Из экваториальной зоны Тихого океана также под действием северо-восточного пассата воды устремляются на запад. Однако Азиатский материк и многочисленные острова, распо­ложенные на пути этого течения, разветвляют его. Одна часть вод направляется в Целебесское море, другая — в Южно-Китай­ское море, и лишь остаток этого мощного северного пассатного экваториального течения достигает Китайского моря и Японских островов. Поэтому Куро-Сио по своей мощности и воздействию значительно уступает Гольфстриму. Таким же образом воз­никли и холодные противотечения, как, например, Восточно-Гренландское, Лабрадорское и Канарское в Атлантике, Кам­чатское, Калифорнийское и Перуанское в Тихом океане и др. Теплые и холодные течения в океанах переносят огромное количество тепла. Вычисления количества тепла, получаемого или теряемого поверхностными водами океанов в связи с морскими тече­ниями, произведенные М. И. Будыко, Т. Г. Берлянд, Н. И. Зубенок и др. (Главная геофизическая обсерватория), пока­зали, что один Гольфстрим за год переносит из экваториаль­ной зоны в Северную Атлантику количество тепла, равное 80—100 ккал/см2 (рис. 23).

Количество тепла, получаемого или теряемого поверхностью океана в связи с действием морских течений

На рис. 23 изолиниями изображено распределение тепла, получаемого или теряемого океанами в связи с переносом его морскими течениями. Нетрудно определить, что перенос тепла течением Куро-Сио на западе Тихого океана заметно слабее переноса тепла Гольфстримом. Вблизи Японских островов коли­чество приносимого тепла достигает лишь 20—30 ккал/см2год. Чтобы представить количество этого транспортируемого на север тепла, заметим, что в северном полушарии между 40 и 60° с. ш. на среднюю часть океанов поступает в год от 80 до 120 ккал/см2 суммарной солнечной радиации. В зоне холодных течений океан теряет значительное коли­чество тепла. Так, например, между 20 и 40° с. ш. у Калифор­нийского побережья океан теряет до 60 ккал/см2 год, а коли­чество тепла, излучаемого океаном в виде приходящей суммар­ной радиации, равно лишь 100 калл/см2год. Вот почему в этой части Тихого океана изотермы на картах января и июля (см. рис. 19 и 20) вогнуты в сторону низких широт и значительна разность температур воздуха над холодными водами океана и прогретой сушей. Несколько слабее происходит отдача тепла океаном в зоне Канарского холодного течения, у западных берегов Северной Африки, но и это отражается на климатиче­ских условиях этих районов. Водная поверхность оказывает решающее влияние на тем­пературу воздуха. Аналогично плавному ходу температуры по­верхностных вод температура воздуха над водной поверх­ностью также имеет плавный годовой ход. Разность температур между зимними и летними месяцами над океанами и морями значительно меньше, чем над сушей. Например, в районе Азор­ских островов, как и на широте 60° (южнее Исландии), разность средних температур воздуха в январе и июне не превышает 7—8°. Между тем на суше в районе Москвы эта разность до­стигает 27°, а в Свердловске 34°. Насколько велико влияние морей на температуру призем­ного слоя воздуха, можно показать на примере Черного и Кас­пийского морей. Оба названных моря оберегают от сильных морозов Кавказское побережье, особенно Закавказье. Путь холодным воздушным массам с севера преграждает Большой Кавказ, средняя высота которого 3—4 км. При вторжениях холодных масс воздуха через Черное или Каспийское море с запада или востока массы воздуха при перемещении над вод­ной поверхностью быстро изменяют свои свойства и под влия­нием теплых вод этих морей в нижних слоях становятся более теплыми и влажными. Однако при быстром передвижении над таким небольшим в сравнении с океаном водоемом, как Черное море, воздух не успевает быстро прогреться и вторжение его в субтропики иногда вызывает гибель теплолюбивых культур. Так, например, зимой 1949-50 г. резкое похолодание на Черно­морском побережье Кавказа, связанное с вторжением холодных масс воздуха с севера через Европейскую территорию СССР, вызвало гибель цитрусовых плантаций. Более мелкие водоемы также оказывают влияние на темпе­ратуру воздуха, однако радиус их действия очень ограничен. Например, влияние глубоководного озера Байкал на темпера­туру воздуха как зимой, так и летом сказывается в радиусе 100—200 км. Влияние озера Севан, поверхность которого равна 1400 км2, зимой распространяется лишь на 10—15 км, а летом в связи с небольшой разностью температур воды и суши оно еще меньше.