По программе ПОЛИМОДЕ в Бермудском треугольнике - [8]

Вихри в океане и атмосфере

Большинство людей считает, что вихрь — это круговое движение. Обычно это понятие связывается с явлениями, наблюдаемыми в водных потоках, ручьях, а также с воздушными вихрями. Нам трудно себе представить вихревое образование, чьи размеры по горизонтали исчисляются несколькими сотнями километров, а в высоту достигают несколько километров. Таковы обычно масштабы вихрей в океане, а в атмосфере они в десятки раз больше. Характерное время[3] океанических вихрей несколько месяцев, а атмосферных — всего несколько дней. Но несмотря на эти отличия, и океан и атмосфера _ генерируют вихревые образования — циклоны и антициклоны, которые, перемещаясь в пространстве, переносят водные и воздушные массы на огромные расстояния.

Как уже отмечалось, после усреднения за продолжительный отрезок времени элементы атмосферной циркуляции, связанные с вихрями в атмосфере, исчезают. Означает ли это, что влияние вихрей на глобальные процессы в атмосфере несущественно? Прежде чем ответить на этот вопрос, сделаем небольшое отступление в области термодинамики. Все знают, что молекулы находятся в непрерывном движении и постоянно взаимодействуют друг с другом. Внешним выражением движения молекул в твердых телах, жидкостях и газах является температура. Что же произойдет, если мы возьмем, например, металлический прут и нагреем его с одного конца? Молекулы в этом конце начнут двигаться быстрее и станут чаще сталкиваться друг с другом. Более быстрые молекулы, ударяясь о более «ленивые», отдадут им часть своей энергии, в результате чего постепенно движение всех молекул станет более интенсивным, т. е. повысится температура и в том конце, который не нагревался.

Когда мы приготовляем себе пищу на электроплитке, конечно, никто из нас даже не думает о том, какую бесценную услугу оказывают нам молекулы, переносчики тепла. Мы их не видим, да и кто станет задумываться над этим, когда всех интересует лишь конечный результат нагревания. Однако это невидимое движение волнует ученых.

А теперь снова вернемся к атмосфере. Выражаясь образно, циклоны и антициклоны — это гигантские молекулы диаметром в тысячу километров, которые играют в общей циркуляции атмосферы совершенно определенную роль. Их задача — извлекать энергию из тех областей, где она наиболее сконцентрирована (например, в экваториальной и тропической областях), и переносить ее в места, где ее немного (например, на север). Эти «гигантские молекулы» привлекли пристальное внимание ученых тогда, когда встал вопрос о механизмах движений в атмосфере, а точнее, о структуре движений. В этом смысле циклоны и антициклоны, хотя они и недолговечны, подробно «рассказывают» о сущности атмосферных процессов, оставляя и свой след в состоянии атмосферы.

Нам все еще неизвестно, каково значение океанических вихрей для общей циркуляции океана. Ответить на этот вопрос нам поможет некоторая аналогия между движением в атмосфере и океане. Но несмотря на то, что океанические вихри — аналоги атмосферных, все же нельзя с уверенностью утверждать, что их значение такое же, как и атмосферных. Прежде необходимо подробно рассмотреть структуру вихрей в океане, их поведение, эволюцию и т. д. И только тогда можно дать однозначный ответ на вопрос, откуда берется энергия в океане, куда она уходит и какова роль вихрей в формировании динамики океана.

Удачным методом изучения движения жидкости и газов на Земле является их моделирование в лабораторных условиях. В этом отношении можно использовать опыт конструкторов самолетов. Они помещают свои небольшие модели в искусственные каналы, направляют на них воздушную струю и изучают поведение самолета. Но при оценке результатов необходимо учитывать лабораторные масштабы модели. Такой подход очень часто используется и при исследовании вихрей в океане и атмосфере, которые отличаются особыми размерами во времени и пространстве. В основном эти размеры определяются относительными изменениями плотности жидкости в вертикальном направлении. Например, в атмосфере отношение вертикального изменения плотности к самой плотности приблизительно в 250 раз больше такого отношения для океана. Вследствие этого размеры океанических циклонов и антициклонов приблизительно в 16 раз (√250) меньше размеров их атмосферных аналогов. Этот теоретический вывод не раз подтверждался и на практике.

Как можно определить характерное время для циклонов и антициклонов в атмосфере и океане? Это можно сделать и путем теоретических расчетов, и экспериментальным путем. Опыт показывает, что соотношение характерных времен атмосферных и океанических вихрей приблизительно равно соотношению горизонтальных масштабов океанических вихрей к масштабу атмосферных. Эта зависимость имеет серьезное теоретическое объяснение. Чтобы его понять, необходимо вновь вспомнить о пионере в области теоретической метеорологии и океанографии— шведском геофизике Россби.

Мы уже говорили о том, что в результате активности муссонов в Индийском океане зарождается Сомалийское течение. Но при чем тут вихри, спросите вы. забыв слова американского океанографа П. Райнза о том, что слабые вихри — это волны. Слабые вихри в данном случае — это такие вихри, у которых скорость кругового движения по отношению к скорости поступательного движения вихря невелика. В результате атмосферной активности над океаном в нем возбуждаются волны Россби, которые распространяются на запад. Они взаимодействуют друг с другом, усиливаются и вызывают подлинно «сильные» вихри. В них скорость орбитального движения превышает скорость перемещения вихря как единого целого иногда более чем в сто раз.