Циркуляционные системы в океане. Основные черты природы мирового океана Вертикальная структура мирового океана
Мировой океан, покрывающий 2/3 земной поверхности, - это огромный водный резервуар, масса воды в котором составляет 1,4 килограмм или 1,4 миллиарда кубических километров. Вода океана - это 97 % всей воды на планете.
Мировой океан - будущее человечества. В его водах обитают многочисленные организмы, многие из которых являются ценным биоресурсом планеты, а в толще земной коры, покрытой Океаном - большая часть всех минеральных ресурсов Земли.
В условиях нехватки ископаемого сырья и непрекращающегося вот уже полвека ускоренного научно-технического прогресса, когда разведанные залежи природных ресурсов на суше всё менее экономически выгодно разрабатывать, человек с надеждой обращает свой взгляд на огромные территории Океана.
Океан и, особенно его прибрежной зоне, принадлежит ведущая роль поддержания жизни ни Земле. Ведь около 70 % кислорода, поступающего в атмосферу планеты, вырабатывается в процессе фотосинтеза планктоном (фитопланктоном). Сине-зеленые водоросли, обитающие в Мировом океане, служат гигантским фильтром, очищающем воду в процессе ее кругооборота. Он принимает загрязненные речные и дождевые воды и путем испарения возвращает влагу на континент в виде чистых атмосферных осадков.
мировой океан загрязнение ресурс
Весь Мировой океан занимает 361 млн кв.км (около 71% всей поверхности Земли), причём на пресные воды приходится только 20 млн кв.км, а полный объём всей гидросферы составляет 1390 млн куб. км, из которых собственно вод Океана - 96,4%.
Мировой океан обычно делят на отдельные океаны. Три из них, те, которые пересекаются экватором, обычно сомнений не вызывают, спорить можно только о границах. За границей до сих пор не все признают самостоятельность Северного Ледовитого океана. Наиболее горячими его защитниками были в 30-х годах ХХ в. советские ученые, справедливо утверждавшие, что этот океан, хотя и невелик по размерам, представляет собой совершенно самостоятельную акваторию. Что же касается Южного океана, то его раньше подписывали на картах, но в 20-х годах он исчез, его поделили между Тихим, Атлантическим и Индийским. И только в 60-х годах, после нескольких лет интенсивных исследовательских работ в Антарктике вновь было предложено выделить его в качестве самостоятельного.
Море - это часть Мирового океана. Залив - тоже. Называть какую-то акваторию морем или заливом - дело исключительно традиции. Два близких по величине и сходных по режиму водных пространства по разные стороны одного и того же полуострова называются одно - Аравийским морем, другое - Бенгальским заливом. Крохотное Азовское море - море, а две огромные акватории к северу и к югу от Северной Америки называются заливами - Гудзоновым и Мексиканским. Посчитайте, сколько морей выделено в пределах одного Средиземного моря. Так что не стоит искать объективных критериев различия морей и заливов, пусть они называются так, как принято.
Говоря о проливах, надо выяснить, хорошо ли усвоили ученики разницу между понятиями соединяет и разделяет. Например, пролив Босфор разделяет полуострова Балканский и Малая Азия (если шире, то Европу и Азию) и соединяет Черное море с Мраморным. Пролив Дарданеллы разделяет то же самое, но соединяет Мраморное море с Эгейским .
По физико-географическим особенностям, находящим своё выражение в гидрологическом режиме, в Мировом океане выделяются отдельные океаны, моря, заливы, бухты и проливы. В основе наиболее распространённого современного подразделения Океан (Мировой океан) лежит представление о морфологических, гидрологических и гидрохимических особенностях его акваторий, в большей или меньшей степени изолированных материками и островами. Границы Океан (Мировой океан) отчётливо выражены лишь береговыми линиями суши, омываемой им; внутренние границы между отдельными океанами, морями и их частями носят до некоторой степени условный характер. Руководствуясь спецификой физико-географических условий, некоторые исследователи выделяют также в качестве отдельного Южный океан с границей по линии субтропической или субантарктической конвергенции или по широтным отрезкам срединно-океанических хребтов.
В Северном полушарии вода занимает 61% поверхности земного шара, в Южном - 81%. Севернее 81° с. ш. в Северном Ледовитом океане и приблизительно между 56° и 63° ю. ш. воды Океан (Мировой океан) покрывают земной шар непрерывным слоем. По особенностям распределения воды и суши земной шар делится на океаническое и материковое полушария. Полюс первого расположен в Тихом океане, к Ю. - В. от Новой Зеландии, второго - на С. - 3. Франции. В океаническом полушарии воды Океан (Мировой океан) занимают 91% площади, в материковом - 53% .
Свойства и динамика океанических вод, обмен энергии и веществ как в Мировом океане, так и между океаносферой и атмосферой сильно зависят от процессов, определяющих природу всей нашей планеты. Вместе с тем сам Мировой океан оказывает исключительно сильное влияние на планетарные процессы, т. е. на те процессы, с которыми связано формирование и изменение природы всего земного шара.
Главные океанские фронты по положению почти совпадают с атмосферными. Значение главных фронтов в том, что они разграничивают тёплую и высокосолёную сферу Мирового океана от холодной и низкосолёной. Через главные фронты внутри океанской толщи происходит обмен свойствами между низкими и высокими широтами и завершается конечная фаза этого обмена. Кроме гидрологических фронтов выделяют климатические фронты океана, что особенно важно, так как климатические фронты океана, имея планетарный масштаб, подчёркивают генеральную картину зональности распределения океанологических характеристик и структуры динамической системы циркуляции вод на поверхности Мирового океана. Они же служат основой для климатического районирования. В настоящее время в пределах океаносферы существует довольно большое разнообразие фронтов и фронтальных зон. Они могут рассматриваться как границы вод с различной температурой и соленостью, течений и т. д. Сочетание в пространстве водных масс и границ между ними (фронтов) образует горизонтальную гидрологическую структуру вод отдельных районов и Океана в целом. В соответствии с законом географической зональности выделяют следующие важнейшие типы в горизонтальной структуре вод: экваториальные, тропические, субтропические, субарктические (субполярные) и субантарктические, арктические (полярные) и антарктические. Каждая горизонтальная структурная зона имеет соответственно и собственную вертикальную структуру, например, экваториальная поверхностная структурная зона, экваториальная промежуточная, экваториальная глубинная, экваториальная придонная и наоборот, в каждом вертикальном структурном слое можно выделить горизонтальные структурные зоны. Кроме того, в пределах каждой горизонтальной структуры выделяются более дробные подразделения, например, перу-чилийская или калифорнийская структура и т.д., что, в конечном счёте, обуславливает всёмногообразие вод Мирового океана. Границами разделения вертикальных структурных зон являются пограничные слои, а важнейших типов вод горизонтальной структуры океанские фронты.
· Вертикальная структура вод океана
В каждой структуре одноименные по вертикальному расположению водные массы в разных географических регионах имеют различные свойства. Естественно, что у Алеутских островов, или у берегов Антарктиды, или на экваторе водная толща отличается по всем своим физическим, химическим и биологическим характеристикам. Однако однотипные водные массы связывает общность их происхождения, близкие условия трансформации и распространения, сезонная и многолетняя изменчивость.
Поверхностные водные массы наиболее подвержены гидротермодинамическому влиянию всего комплекса атмосферных условий, г. частности годового хода температуры воздуха, осадков, ветров, влажности. При переносе течениями из областей образования в другие районы поверхностные воды сравнительно быстро трансформируются и приобретают новые качества.
Промежуточные воды формируются в основном в зонах климатически стационарных гидрологических фронтов либо в морях средиземноморского типа субтропического и тропического поясов. В первом случае они образуются как распресненные и сравнительно холодные, а во втором - как теплые и соленые. Иногда выделяют дополнительное структурное объединение - подповерхностные промежуточные воды, расположенные на сравнительно небольшой глубине под поверхностными. Они формируются в областях интенсивного испарения с поверхности (соленые воды) или в районах сильного зимнего охлаждения в субарктических и арктических районах океанов (холодный промежуточный слой).
Основной особенностью промежуточных вод по сравнению с поверхностными является почти полная независимость их от атмосферного влияния на всем пути распространения, хотя свойства их в очаге образования отличаются зимой и летом. Формирование их происходит, видимо, конвективным путем на поверхности и в подповерхностных слоях, а также за счет динамического опускания в зонах фронтов и конвергенций течений. Распространяются промежуточные воды главным образом по изопикническим поверхностям. Языки повышенной или пониженной солености, обнаруживаемые на меридиональных разрезах, пересекают главные зональные струи океанической циркуляции. Продвижение ядер промежуточных вод по направлению языков до сих пор не имеет удовлетворительного объяснения. Возможно, что оно осуществляется боковым (горизонтальным) перемешиванием. Во всяком случае геострофическая циркуляция в ядре промежуточных вод повторяет главные черты субтропического круговорота обращения и не отличается экстремальными меридиональными составляющими.
Глубинные и придонные водные массы формируются на нижней границе промежуточных вод путем их смешивания и преобразования. Но главными очагами зарождения этих вод считаются шельф и материковый склон Антарктиды, а также арктические и субполярные области Атлантического океана. Таким образом, они связаны с термической конвекцией в полярных зонах. Поскольку процессы конвекции имеют ярко выраженный годовой ход, то интенсивность образования и цикличность во времени и пространстве свойств этих вод должны иметь сезонную изменчивость. Но эти процессы почти не изучены.
Перечисленная общность водных масс, слагающих вертикальную структуру океана, дала основания ввести обобщенное понятие о структурных зонах. Обмен свойствами и перемешивание вод в горизонтальном направлении происходят на границах основных макромасштабных элементов циркуляции вод, по которым проходят гидрологические фронты. Таким образом акватории водных масс оказываются непосредственно связанными с основными круговоротами вод.
На основании анализа большого количества осредненных Т, S- кривых на всей акватории Тихого океана выделено 9 типов структур (с севера на юг): субарктическая, субтропическая, тропическая и восточно-тропическая северные, экваториальная, тропическая и субтропическая южные, субантарктическая, антарктическая. Северная субарктическая и обе субтропические структуры имеют восточные разновидности, обусловленные специфическим режимом восточной части океана у берегов Америки. Так же тяготеет к берегам Калифорнии и южной Мексики северная восточно-тропическая структура. Границы между основными типами структур вытянуты в широтном направлении, за исключением восточных разновидностей, у которых западные границы имеют меридиональную ориентацию.
Границы между типами структур в северной части океана согласуются с границами типов стратификации вертикальных профилей температуры и солености, хотя исходные материалы и методика их получения разные. Более того, совокупность типов вертикальных Т- и S-профилей определяют структуры и их границы значительно более подробно.
Субарктическая структура вод имеет монотонное по вертикали увеличение солености и более сложное изменение температуры. На глубинах 100 - 200 м в холодном подповерхностном слое наблюдаются наибольшие по всей вертикали градиенты солености. Теплый промежуточный слой (200 - 1000 м) наблюдается при ослаблении градиентов солености. Поверхностный слой (до 50 - 75 м) подвержен резким сезонным изменениям обоих свойств.
Между 40 и 45° с. ш. находится переходная зона между субарктической и субтропической структурами. Продвигаясь на восток от 165° - 160° з. д., она непосредственно переходит в восточные разновидности субарктической, субтропической и тропической структур. На поверхности океана, на глубинах 200 м и отчасти на 800 м во всей этой зоне находятся близкие по свойствам воды, которые относятся к субтропической водной массе.
Субтропическая структура разделяется на слои, в которых находятся соответствующие водные массы различной солености. Подповерхностный слой повышенной солености (60 - 300 м) отличается повышенными вертикальными градиентами температуры. Это приводит к сохранению устойчивой вертикальной стратификации вод по плотности. Ниже 1000 - 1200 м располагаются глубинные, а глубже 3000 м - придонные воды.
Тропические воды отличаются значительно более высокой температурой на поверхности. Подповерхностный слой повышенной солености имеет меньшую толщину, но более высокую соленость.
В промежуточном слое пониженная соленость выражена не тай резко в связи с удалением от очага образования на субарктическом фронте.
Экваториальная структура характеризуется поверхностным опресненным слоем (до 50 - 100 м) с высокой температурой на западе и значительным понижением ее на востоке. В том же направлении понижается и соленость, образуя у берегов Центральной Америки восточную экваториально-тропическую водную массу. Подповерхностный слой повышенной солености занимает в среднем толщину от 50 до 125 м, а по величинам солености он несколько ниже, чем в тропических структурах обоих полушарий. Промежуточная вода здесь южного, субантарктического происхождения. На длинном пути она интенсивно размывается, и ее соленость относительно высока - 34,5 - 34,6%о. На севере экваториальной структуры наблюдаются два слоя пониженной солености.
Структура вод южного полушария имеет четыре типа. Непосредственно к экватору примыкает тропическая структура, которая распространяется на юг до 30° ю. ш. на западе и до 20° ю. ш. на востоке океана. Она обладает наибольшей соленостью на поверхности и в подповерхностном слое (до 36,5°/оо), а также максимальной для южной части температурой. Подповерхностный слой повышенной солености простирается в глубину от 50 до 300 м. Промежуточные воды заглубляются до 1200 - 1400 м с соленостью в ядре до 34,3 - 34,5%о. Особенно низкая соленость отмечается на востоке тропической структуры. Глубинные и придонные воды имеют температуру 1 - 2°С и соленость 34,6 - 34,7°/оо.
Южная субтропическая структура отличается от северной большей соленостью на всех глубинах. В этой структуре также имеется подповерхностный осолоненный слой, но он часто выходит на поверхность океана. Таким образом, формируется особенно глубокий, иногда до 300 - 350 м, поверхностный, почти однородный слой повышенной солености - до 35,6 - 35,7°/оо. Промежуточная вода пониженной солености находится на самой большой глубине (до 1600 - 1800 м) с соленостью до 34,2 - 34,3%о.
В субантарктической структуре соленость на поверхности уменьшается до 34,1 - 34,2%о, а температура - до 10 - 11°С. В ядре слоя повышенной солености она составляет 34,3 - 34,7%о на глубинах 100 - 200 м, в ядре промежуточной воды пониженной солености она уменьшается до 34,3%о, а в глубинных и придонных водах такая же, как и в общем по Тихому океану, - 34,6 - 34,7°/оо.
В антарктической структуре соленость монотонно повышается ко дну от 33,8 - 33,9%о до максимальных значений в глубинпых и придонных водах Тихого океана: 34,7 - 34,8°/оо. В стратификации температуры снова появляются холодный подповерхностный и теплый промежуточный слои. Первый из них находится на глубинах 125 - 350 м с температурой летом до 1,5°, а второй - от 350 до 1200 - 1300 м с температурой до 2,5°. Глубинные воды имеют здесь наиболее высокую нижнюю границу - до 2300 м.
Гидрологическая структура Мирового океана во многом определяет распределение органического мира. Свойства океанических вод и особенности циркуляции позволяют разделить водные массы на поверхностные, промежуточные, глубинные и придонные.Поверхностные воды вследствие высокой перемешиваемости однородны, толщина их слоя из-за особенностей теплообмена заметно меняется по сезонам и в зависимости от географической широты района. Обычно за нижнюю границу поверхностных вод принимают глубину, на которой амплитуда годового хода температуры практически неразличима. В среднем она располагается на глубине 200—300 м, в районах циклонических циркуляции и дивергенций приподнимается до 150—200 м, а в областях антициклонических круговоротов и конвергенции опускается до 300—400 м. В широтном направлении поверхностные воды подразделяются на экваториальные, тропические, субполярные и полярные. Первые отличаются наиболее высокой температурой, пониженной соленостью и плотностью, сложной циркуляцией. Для тропических вод характерна высокая соленость и плотность. Субполярные воды в различных океанах довольно изменчивы по своим характеристикам. Полярные воды отличаются отрицательными температурами (—1,2-1,5°), низкой соленостью (32,5—34,6 %о), формируются выше арктического и антарктического фронтов.
Промежуточные воды залегают под поверхностными до глубины 1000—1200 м. Максимальной толщины их слой достигает в полярные областях и центральных областях антициклонических круговоротов В экваториальной зоне, где происходит подъем вод, толщина слоя промежуточных вод уменьшается до 600—900 м.
Антарктические промежуточные воды образуются в результате деятельности Антарктического циркумполярного течения. Движение придонных вод в южном направлении компенсируется оттоком к северу глубинных и поверхностных вод. Далее к северу антарктические компоненты постепенно трансформируются, и эти воды возвращаются в антарктические широты в виде циркумполярных глубинных вод. Они содержат заметную примесь относительно более соленых глубинных вод из Южной Атлантики. При течении на восток эти водные массы полностью включаются в циркумполярную циркуляцию. Около 55—60 % составляют антарктические поверхностные воды, остальная часть — антарктические придонные воды. Циркумполярные глубинные воды приносят большое количество тепла в антарктические моря, где оно расходуется на нагревание холодных вод и атмосферы. Антарктические поверхностные воды прослеживаются до зоны между 50° и 60° ю.ш., где довольно быстро исчезают, сталкиваясь с менее плотными субантарктическими поверхностными водами, опускаются под них и принимают участие в формировании антарктических промежуточных вод, которые устремляются на север. Зона контакта между двумя поверхностными водными массами известна как зона антарктической конвергенции.
Глубинные воды формируются в высоких широтах в результате смешения поверхностных и промежуточных вод. Они однородны и простираются до глубин 3000—4000 м.
Самым мощным течением в Мировом океане является Антарктическое циркумполярное течение (течение Западных ветров). Оно дрейфует вдоль берегов Антарктиды, пересекая три океана, перемещая ежесекундно более 250 млн м3 морской воды. Его протяженность до 30 тыс. км, ширина — 1000—1500 км, глубина от 2 до 3 км. Скорость в верхних слоях достигает 2 км/ч.
Придонные воды также образуются вследствие опускания вышележащих вод главным образом в высоких широтах.
Вся толща океанской воды находится в непрерывном движении, которое возбуждается термогалинными (нагревание, охлаждение, осадки, испарение) и механическими факторами (касательное напряжение ветра, атмосферное давление), а также приливообразующими силами.
Общая схема возникновения течений (рис. 5) в океане в основном определяется характером циркуляции атмосферы и географическим расположением материков. Разделяют систему горизонтальных и вертикальных течений.
В тропической зоне ветра (пассаты) дуют с большим постоянством и силой с востока на запад, и лишь вблизи экватора существует штилевая зона. Соответственно в океане образуются северное и южное пассатные течения, а между ними — противоположно направленное (с запада на восток) межпассатное течение. Пассатные ветры создают экваториальное течение, идущее с востока на запад. Встретив материковый барьер, оно поворачивает в Северном полушарии — направо, в Южном — налево. По обе стороны от экватора образуются кольцевые течения, направленные в Северном полушарии по часовой стрелке, в Южном — против часовой.
Рис. 5. Схема образования течений (по А.С. Константинову, 1986)
В северной и южной умеренных зонах господствуют западные ветра, а в высоких широтах — восточные. Под их воздействием возникают течения, разнонаправленность которых ведет к формированию гигантских круговоротов океанской воды. К северу от экватор располагается область северного тропического круговорота (против часовой стрелки), далее — субтропического (по часовой стрелке) субарктического (против часовой стрелки). В Южном полушария имеются три аналогичных круговорота, но с иным направлением вращения. Рассматриваемая циркуляция обусловливает восточно-западную асимметрию температурного поля океана и определяет распространение морских организмов.
Жизнь во всем Мировом океане напрямую зависит от Антарктического циркум континентального течения (АЦТ), поднимающего на поверхность богатые питательными веществами глубинные воды. Результаты исследований дают основания считать, что морская жизнь должна обладать большей чувствительностью к изменениям климата, чем считалось до этого — ведь согласно большинству моделей изменений климата при этом должна измениться и океаническая циркуляция. Хотя океанографы выделили несколько направлений океанической циркуляции, новое исследование, проведенное в Принстонском университете, показало, что три четверти всей биологической активности в океанах зависит только от АЦТ. По расчетам при изменении этой циркуляции биологическая продуктивность всех океанов снизится в четыре раза.
Помимо поверхностных течений, в Мировом океане существует сложная система глубинных. Придонные воды, заполняющие глубины Мирового океана, в основном формируются на шельфе Антарктиды. Здесь в результате образования льда соленость воды повышается, и она (как более плотная) погружается на дно и движется к северу. Приток хорошо аэрированных антарктических вод снабжает кислородом глубины океанов, обеспечивая существование здесь жизни.
Атлантическая треска мигрирует между нерестилищами, расположенными к югу от Исландии, и районами питания вдоль Восточно-Гренландского течения.
Скорость глубинных течений может достигать 10—20 см/с, т. е. соизмерима со средними скоростями поверхностных течений. Это справедливо в отношении как среднеглубинных течений, так и придонных потоков.
Вертикальные перемещения воды могут быть вызваны изменением плотности расположенных друг над другом слоев воды, погружения ее у наветренного берега и подъема у подветренного, вследствие прохождения циклонов и антициклонов. Каждому погружению водных масс соответствует компенсационное поднятие воды в другом месте. Различают районы конвергенции (схождений) водных масс, где поверхностные воды погружаются в глубину, и районы дивергенций (расхождений), где глубинные воды выходят на поверхность.
Вместе с глубинными водами на поверхность поднимаются соединения азота и фосфора, это приводит к бурному развитию фитопланктона в зонах апвеллинга. Фитопланктоном питаются рачки, служащие кормом для рыбы. Поэтому здесь обычно бывает больше рыбы, чем на других участках океана.
Поверхность океана имеет сложный динамический рельеф, особенности которого взаимосвязаны с циркуляцией вод. Дивергенции, приуроченные к ложбинам динамического рельефа в центральных частях циклонических круговоротов, в поле дрейфовых течений приблизительно совпадают с областями сгона вод и их подъема из глубин — апвеллинга (рис. 6). Конвергенции, приуроченные к гребням динамического рельефа в центральных частях антициклонических круговоротов, в области дрейфовых течений приблизительно совпадают с областями нагона вод и опускания вглубь — даунвеллинга.
Огромное значение в гидродинамике океана имеют волны, в основном вызываемые ветром и действием приливных сил, которые одновременно обусловливают и возникновение приливно-отливных течений (рис. 7). Различают полусуточные, суточные и смешанные приливы.
В Мировом океане функционирование гидрологического звена идет в двух взаимно противоположных направлениях: с одной стороны, оно направлено на формирование относительно устойчивой динамической структуры океана — обособление водных масс, страти-
Рис. 7. Динамика приливной волны на о. Сахалин (по: Атлас, 2002)
фикацию его вод, а с другой — на разрушение этих структур, выравнивание градиентов физико-химических свойств морской воды.
Гидрологические структуры благодаря инерционности водной среды обладают относительной устойчивостью во времени, имеют естественные границы, отчего их роль в физико-географической дифференциации Мирового океана особенно значительна. Однако из-за подвижности вод аквальные экосистемы могут разрушаться, иметь зыбкие расплывчатые границы. Результатом функционирования гидрологического звена Мирового океана является упорядочение гидроклиматических условий.
7. Структура вод Мирового океана.
Горизонтальная и вертикальная структура вод Мирового океана. Понятие о водных массах и океанических фронтах. Механизмы формирования водных масс. Методы выделения водных масс и океанических фронтов. Трансформация водных масс. Классификация водных масс и океанических фронтов.
Вертикальные структурные зоны водной толщи Мирового океана. Океаническая тропосфера, океаническая стратосфера.
8. Динамика вод Мирового океана.
Основные силы, действующие в океане. Океанические течения: понятие, классификации. Теории генезиса течений в Мировом океане.
Основные циркуляционные системы в Мировом океане. Глубинная циркуляция. Конвергенция и дивергенция. Океанические вихри.
Возникновение и развитие волнения в океане. Классификация волн. Элементы волн. Оценка степени ветрового волнения. Поведение ветровых волн у берегов различного типа. Сейши, цунами, внутренние волны. Волны в циклонах.
Основы классической теории морских волн (теория волн для глубокого моря, теория волн для мелкого моря). Уравнение баланса энергии волн. Методы расчета ветровых волн.
Физические закономерности формирования приливов. Статическая теория приливов. Динамическая теория приливов. Классификация и характеристики приливов. Неравенство приливов. Явления приливного типа в океане.
9. Уровень океана.
Понятие об уровенной поверхности. Периодические и непериодические колебания уровня.
Средний уровень: понятие, виды, методы определения. Гидрометеорологические причины колебания уровня. Динамические причины колебания уровня.
Водный баланс Мирового океана и его составляющие.
10. Морские льды в климатической системе.
Факторы образования и таяния морских льдов. Современное состояние морского ледяного покрова.
Уравнение баланса морских льдов.
Ледниково-межледниковые колебания в плейстоцене. Внутривековые изменения в распространении морских льдов. Порог неустойчивости. Автоколебания в системе «океан – атмосфера – оледенение».
Морские льды как фактор изменения климата. Морские льды и атмосферная циркуляция.
11. Система океан-атмосфера.
Общая характеристика процессов взаимодействия океана и атмосферы. Масштабы взаимодействия. Радиационный баланс океана. Теплообмен в системе океан – атмосфера и его климатообразующее значение. Уравнение теплового баланса океана и его анализ.
Влагообмен в системе океан – атмосфера. Солевой баланс и его связь с водным балансом. Газообмен в системе океан – атмосфера.
Понятие о гидрологическом цикле. Закономерности формирования гидрологического цикла. Основные уравнения, описывающие атмосферное звено гидрологического цикла. Динамическое взаимодействие океана и атмосферы.
Влияние океана на климат и погодообразующие процессы в атмосфере.
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКАЯ КАРТА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
|
раздела, темы |
Название раздела, темы |
Количество аудиторных часов |
Кол-во часов УСР |
Форма контроля знаний |
||||||||
|
Практические занятия |
Семинарские занятия |
Лабораторные занятия |
||||||||||
|
Введение в предмет |
Устный опрос |
|||||||||||
|
История океанологии и океанологических исследований |
Устный опрос |
|||||||||||
|
Методы океанологических измерений |
Защита рефератов |
|||||||||||
|
Геолого-геофизическая характеристика Мирового океана. |
Устный опрос |
|||||||||||
|
Морфометрические характеристики Мирового океана |
||||||||||||
|
Рельеф дна Мирового океана |
Проверка расчетно-графических работ |
|||||||||||
|
Гравитационное, магнитное и электрическое поля океана. |
Проверка расчетно-графических работ |
|||||||||||
|
Физические свойства морской воды. |
Устный опрос |
|||||||||||
|
Уравнение состояния морской воды |
Проверка расчетно-графических работ |
|||||||||||
|
Тепловые свойства морской воды |
Устный опрос |
|||||||||||
|
Аномалии физических свойств воды |
Проверка расчетно-графических работ |
|||||||||||
|
Химические свойства морской воды |
Устный опрос |
|||||||||||
|
Солевой баланс Мирового океана |
Проверка расчетно-графических работ |
|||||||||||
|
Оптические и акустические свойства морской воды. |
Устный опрос |
|||||||||||
|
Распространение света и звука в морской воде |
Устный опрос |
|||||||||||
|
Перемешивание вод в океане |
Устный опрос |
|||||||||||
|
Плотностная стратификация океанических вод |
Устный опрос |
|||||||||||
|
Уровень океана |
Устный опрос |
|||||||||||
|
Периодические и непериодические колебания уровня. |
Проверка расчетно-графических работ |
|||||||||||
|
Водный баланс Мирового океана и его составляющие. |
Проверка расчетно-графических работ |
|||||||||||
|
Структура вод Мирового океана |
Устный опрос |
|||||||||||
|
Горизонтальная структура вод Мирового океана |
Проверка расчетно-графических работ |
|||||||||||
|
Вертикальные структурные зоны вод Мирового океана |
Проверка расчетно-графических работ |
|||||||||||
|
Динамика вод Мирового океана. |
Устный опрос |
|||||||||||
|
Течения в Мировом океане |
Проверка расчетно-графических работ |
|||||||||||
|
Основные циркуляционные системы в Мировом океане |
Проверка расчетно-графических работ |
|||||||||||
|
Волнение в Мировом океане |
Проверка расчетно-графических работ |
|||||||||||
|
Методы расчета ветровых волн |
Проверка расчетно-графических работ |
|||||||||||
|
Динамическая и статическая теории приливов |
Проверка расчетно-графических работ |
|||||||||||
|
Морские льды в климатической системе |
Устный опрос |
|||||||||||
|
Уравнение баланса морских льдов |
Устный опрос |
|||||||||||
|
Система океан-атмосфера |
Устный опрос |
|||||||||||
|
Уравнение теплового баланса океана и его анализ |
Проверка расчетно-графических работ |
|||||||||||
|
Понятие о гидрологическом цикле и закономерности его формирования |
Устный опрос |
|||||||||||
|
Влияние океана на климат и погодообразующие процессы в атмосфере |
Защита рефератов |
|||||||||||
ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Литература
Основная
Воробьев В.Н., Смирнов Н.П. Общая океанология. Часть 2. Динамические процессы. – СПб.: изд. РГГМУ, 1999. – 236 с.
Егоров Н.И. Физическая океанография. – Л.: Гидрометеоиздат, 1974. – 456 с.
Жуков Л.А. Общая океанология: (учебник для ВУЗов по специальности «Океанология»). – Л.: Гидрометеоиздат, 1976. – 376с.
Малинин В.Н. Общая океанология. Часть 1. Физические процессы. – СПб.: изд. РГГМУ, 1998. – 342 с.
Нешиба С. Океанология. Современные представления о жидкой оболочке Земли: Пер. с англ. – М.: Мир, 1991. – 414 с.
Шамраев Ю.И., Шишкина Л.А. Океанология. – Л.: Гидрометеоиздат, 1980. – 382 с.
Дополнительная
Алекин О.А., Ляхин Ю.И. Химия океана. – Л.: Гидрометеоиздат, 1984. – 344 с.
Безруков Ю.Ф. Колебания уровня и волны в Мировом океане. Учебное пособие. – Симферополь, 2001. – 52 с.
Безруков Ю.Ф. Океанология. Часть 1. Физические явления и процессы в океане. – Симферополь, 2006. – 162 с.
Давыдов Л.К., Дмитриева А.А., Конкина Н.Г. Общая гидрология. – Л.: Гидрометеоиздат, 1973. – 464 с.
Долгановский А.М., Малинин В.Н. Гидросфера Земли. – СПб.: Гидрометеоиздат, 2004. – 632 с.
Доронин Ю.П. Взаимодействие атмосферы и океана. – Л.: Гидрометеоиздат, 1981. – 288 с.
Доронин Ю.П. Физика океана. – СПб.: изд. РГГМУ, 2000. – 340 с.
Захаров В.Ф., Малинин В.Н. Морские льды и климат. – СПб.: Гидрометеоиздат, 2000. – 92 с.
Каган Б.А. Взаимодействие океана и атмосферы. – СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. – 335 с.
Лаппо С.С., Гулев С.К., Рождественский А.Е. Крупномасштабное тепловое взаимодействие в системе океан-атмосфера и энергоактивные области Мирового океана. – Л.: Гидрометеоиздат, 1990. – 336 с.
Малинин В.Н. Влагообмен в системе океан – атмосфера. – СПб.: Гидрометеоиздат, 1994. – 198 с.
Монин А.С. Гидродинамика атмосферы и океана и земных недр. – СПб.: Гидрометеоиздат, 1999. – 524с.
Пери А.Х., Уокер Дж. М. Система океан – атмосфера. – Л.: Гидрометеиздат, 1979. – 193 с.
Эйзенберг Д., Кауцман В. Структура и свойства воды. – Л.: Гидрометеоиздат, 1975. – 280 с.
Перечень используемых средств диагностики
устный опрос,
защита реферата,
проверка расчетно-графических работ,
Примерный перечень заданий УСР
Тема «Методы океанологических измерений».
Задание 1. Зарисовать в рабочей тетради и подготовить краткое описание принципа работы основных гидрологических приборов (радиометра, батометра, СТД-зонда, океанологических манометров и термометров, приборов для исследования морского дна и биологических исследований).
«Рейсовые наблюдения в Мировом океане»,
«Стационарные наблюдения в Мировом океане»,
«Дистанционные наблюдения за Мировым океаном»,
«Методы прямых океанологических измерений»,
«Методы косвенных океанологических измерений»,
«Методы повышения качества океанологических измерений»,
«Основные виды обработки океанологических наблюдений»,
«Математическое моделирование океанологических процессов»,
«Применение ГИС-технологий для решения океанологических задач»,
«Базы океанологических данных».
Тема «Гравитационное, магнитное и электрическое поля океана».
Задание 1. Построить графики, отражающие зависимость электропроводности морской воды: а) от солености, б) от температуры, в) от давления.
Задание 2. На контурную карту Мирового океана нанести оси магнитных аномалий срединно-океанических хребтов.
Тема «Аномалии физических свойств воды».
Задание 1. Построить графики зависимости температур замерзания и наибольшей плотности воды от солености и проанализировать их применительно к морским и солоноватым водам.
Задание 2. Самостоятельно, проработав литературные источники, подготовить и заполнить таблицу «Изменение физических свойств воды при изотопном замещении».
Тема «Водный баланс Мирового океана и его составляющие».
Задание 1. Построить и проанализировать таблицу «Среднее широтное распределение составляющих водного баланса Земли».
Задание 2. Подготовить в текстовой форме анализ «Сравнительная характеристика составляющих водного баланса океанов» (по вариантам: Атлантический – Тихий, Тихий – Индийский, Атлантический – Индийский, Северный Ледовитый – Индийский)
Тема «Горизонтальная структура вод Мирового океана».
Задание 1. На контурную карту нанести главные океанические и динамические фронты Мирового океана.
Задание 2. По выданному преподавателем заданию (по вариантам) осуществить графический анализ T,S-кривых океанологической станции.
Тема «Вертикальные структурные зоны вод Мирового океана».
Задание 1. Построить графики распределения температуры и солёности по вертикали для различных типов стратификации на основе предоставленных преподавателем данных (по вариантам).
Задание 2. Проанализировать географические типы распределения температуры и солености по глубине в Мировом океане (по вариантам: тропический – умеренных широт, субтропический – субполярный, экваториальный – субтропический, тропический – полярный).
Тема «Волнение в Мировом океане».
Задание 1. Зарисовать схему «Изменение профиля трохоидальной волны с глубиной» и подготовить ее анализ в текстовой форме.
Задание 2. Самостоятельно, проработав литературные источники, подготовить и заполнить таблицу «Основные характеристики поступательных и стоячих волн с глубиной»
Тема «Влияние океана на климат и погодообразующие процессы в атмосфере».
Задание 1. Подготовить в текстовой форме сравнительный анализ данных карты «Тепло, получаемое или теряемое поверхностью океана в связи с действием морских течений» (по вариантам: Атлантический – Тихий, Тихий – Индийский, Атлантический – Индийский, Северный Ледовитый – Индийский).
Задание 2. Подготовить и защитить реферат на одну из следующих тем:
1) «Мелкомасштабное взаимодействие океана и атмосферы»,
2) «Мезомасштабное взаимодействие океана и атмосферы»,
3) «Крупномасштабное взаимодействие океана и атмосферы»,
4) «Система «Эль-Ниньо – Южное колебание» как проявление междугодичной изменчивости системы «океан – атмосфера»,
5) «Реакция системы «океан-атмосфера» на изменение альбедо поверхности суши»,
6) «Реакция системы «океан-атмосфера» на изменение концентрации атмосферного СО 2 »,
7) «Реакция системы «океан-атмосфера» на изменение соотношения площадей океана и суши»,
8) «Реакция системы «океан-атмосфера» на изменение растительного покрова»,
9) «Теплообмен в системе «океан – атмосфера»,
10) «Влагообмен в системе «океан – атмосфера».
ПРОТОКОЛ СОГЛАСОВАНИЯ УЧЕБНОЙ ПРОГРАММЫ УВО
|
Название учебной дисциплины, с которой требуется согласование |
Название |
Предложения об изменениях в содержании учебной программы учреждения высшего образования по учебной дисциплине |
Решение, принятое кафедрой, разработавшей учебную программу (с указанием даты и номера протокола) |
|
1. Геофизика |
Изменений не требуется Протокол №7 от 23.02.2016 г. |
||
|
2. Гидрология |
Общего землеведения и гидрометеорологии |
Изменений не требуется Протокол №7 от 23.02.2016 г. |
|
|
3. Метеорология и климатология |
Общего землеведения и гидрометеорологии |
Изменений не требуется Протокол №7 от 23.02.2016 г. |
|
|
4. Синоптическая метеорология |
Общего землеведения и гидрометеорологии |
Изменений не требуется Протокол №7 от 23.02.2016 г. |
ДОПОЛНЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ К УЧЕБНОЙ ПРОГРАММЕ УВО
на _____/_____ учебный год
|
Дополнения и изменения |
Основание |
|
| процессеОсновная образовательная программа |
Причины, нарушающие равновесие: Течения Приливы и отливы Изменение атмосферного давления Ветер Береговая линия Сток воды с суши
Мировой океан – система сообщающихся сосудов. Но их уровень не всегда и не везде одинаков: на одной широте выше у западных берегов; на одном меридиане повышается с юга на север
Циркуляционные системы Горизонтальный и вертикальный перенос масс воды осуществляется в форме системы вихрей. Циклонические вихри – масса воды движется против часовой стрелки и поднимается. Антициклонические вихри – масса воды движется по часовой стрелке и опускается. Оба движения порождаются фронтальными возмущениями атмо- гидросферы.
Конвергенция и дивергенция Конвергенция – сходимость водных масс. Уровень океана повышается. Давление и плотность воды повышаются и она опускается. Дивергенция – расходимость водных масс. Уровень океана понижается. Происходит подъём глубинной воды. http: //www. youtube. com/watch? v=dce. MYk. G 2 j. Kw
Вертикальная стратификация Верхняя сфера (200 -300 м.) А) верхний слой (неск. микрометров) В) слой воздействия ветра (10 -40 м.) С) слой скачка температур (50 -100 м.) D) слой проникновения сезонной циркуляции и изменчивости температур Океанические течения захватывают только водные массы верхней сферы.
Глубинная сфера Не доходит до дна на 1000 м.
