В.А. Магницкий - Общая геофизика (1119278), страница 33
Текст из файла (страница 33)
При этом кривые 7 и 2 несколько отличаются друг от друга (на 0,2 К). Это объясняется тем, что в первомслучае средняя температура измерялась в слое воды толщиной10 мкм, а во втором — 100 мкм, а также инерционностью термозонда.Между тем коэффициент корреляции для кривой ТПО и температуры квазиоднородного слоя составил величину 0,8 при уровне надежности 0,9.Обращает на себя внимание тот факт, что перепад температурыв изменении ТПО в суточном цикле составляет величину большую, чем перепад в квазиоднородном слое.
Это хорошо согласуетсяс известным положением об увеличении перепада температуры вхолодной пленке в светлые часы суток. Для рассмотренной серииизмерений средний перепад температуры в суточном цикле составилвеличину 0,9 К. Все изложенное указывает на роль ТПО как однойиз важнейших характеристик тепломассообмена между океаном иатмосферой.Н АТУ РН Ы Е И ССЛ ЕДО ВАНИ Я ТЕПЛ О М АССОО БМ ЕН А ОКЕАНАС А Т М О С Ф Е Р О Й НА ОСНОВАНИИ Р АСПРЕДЕЛЕНИ ЯТ ЕМ П ЕРАТ У Р Ы В Х ОЛ О ДН ОЙ ПЛЕНКЕ ОКЕАНАЗнание термической структуры поверхностного слоя океана позволяет обосновать метод определения суммарного потока тепла отокеана в атмосферу (д^) на основании распределения температурыв холодной пленке. Из рассмотренной выше модели холодной пленкиследует, что механизм формирования потоков тепла и влаги на поверхности океана определяется следующими факторами: а) океан иатмосфера изначально неравновесны; б) процессы тепломассообменаимеют место практически на поверхности океана в радиационномслое толщиной 10-20 мкм; в) тепла, поступающего в радиационныйслой в результате поглощения приходящей солнечной радиации,недостаточно для поддержания процессов обмена из-за ничтожномалой толщины радиационного слоя; г) подвод тепла к радиационному слою океана происходит путем диффузии тепла снизу через ламинарный подслой холодной пленки, где известен коэффициент теплопроводности.Все это дает основание записать уравнение теплового балансарадиационного слоя в виде(3.6)при условии сопряжения температур на границе контакта вода-воздух(3.7)Здесь первый член правой части LE — поток на испарение, гдеL — удельная теплота парообразования [Дж/кг], Е — плотностьпотока водяного пара [кг/м2 • с ].
Второй член ^зфф — плотностьпотока эффективного излучения [Вт/м2 ], и последний член описывает контактный поток тепла через ламинарный подслой приводногослоя атмосферы с коэффициентом молекулярной теплопроводностивоздуха Ха.Все эти три потока составляют расходную часть в уравнениибаланса. Приходной частью является поток тепла, подводимый кхолодному радиационному слою из нижележащих теплых слоев водычерез ламинарный подслой, который в соответствии с законом Фурьеравен= —Xw grad в |и выражает весь теплообмен океана сатмосферой.Таким образом, прямые регистрации профиля температуры в холодной пленке позволяют рассчитать градиенты температуры в ламинарном поверхностном слое океана и тем самым получить доверительные оценки суммарного потока тепла от океана в атмосферу.Этот метод, еще в 70-х гг.
предложенный Г.Г. Хунджуа и Е.Г. Андреевым, в настоящее время нашел широкое применение в исследованиях процессов тепломассообмена в натурных условиях.Новая методика дает возможность быстро и с высокой надежностью определять суммарный поток тепла в условиях открытогоморя при волнении до 4 баллов. Проведение систематических наблюдений в море позволило исследовать суточный ход изменений потока тепла от океана в атмосферу, установить его зависимость от тем-Рис.
3.24. Кривые изменения суммарного потока тепла от океана в атмосферу всуточном циклепературы поверхности океана, а также от скорости ветра. Эти данные были получены в разное время в разных районах Мировогоокеана.Для иллюстрации на рис. 3.24 приведены данные о теплообмене,полученные на многосуточной станции в открытом районе Черногоморя.
Эта серия интересна тем, что поток тепла помимо методатермозондирования определялся еще и структурным методом, а также регистрировалась температура на различных горизонтах в воде.Из рисунка видно, что суммарный поток теплаопределяющийтеплообмен океана с атмосферой, имеет выраженный суточный ход.Он достигает своего максимального значения в 14-15 ч, а минимального — около 3 ч.
Среднее значение потока тепла в дневное времясуток (д = 230 Вт/м2) примерно на 30% больше, чем в ночное время(<7Н = ПО Вт/м2). Суточный ход потока тепла следует за суточнымходом ТПО (0S). Проведенный корреляционный анализ показал, чтопри уровне надежности 0,9 коэффициент корреляции между указанными изменениями в8 иравен 0,8. Для наглядности на рис. 3.24показана также кривая изменений температуры на глубине 5 см.На этом же рисунке приведен суточный ход потока тепла, определенный структурным методом (кривая q^T) . Из сравнения кривых потоков q^T и q2 видно, что они с точностью до ошибок метода (~ 10%)практически совпадают между собой.Влияние поверхностно-активного вещества (ПАВ) на формирование тепловых потоков от океана в атмосферу изучалось на одной изсуточных станций в условиях открытого моря.
Наблюдения показали,что сразу же после того, как буй с измерительной аппаратурой вошелв зону морской поверхности, покрытой ПАВ, суммарный тепловойпоток начал резко уменьшаться. Этот процесс продолжался до момента выхода буя из указанной зоны. После сноса течением ПАВ произошло практически полное восстановление величины суммарноготеплового потока. На рис. 3.25кривая 1"показывает изменениесуммарного теплового потока q%при наличии ПАВ. Проведенные вто же время радиационные наблюдения показали, что поток эффективного излучения ^эфф практически не зависит от наличия илиотсутствия ПАВ (кривая 2).
Представление о величине относительного изменения потока тепла наиспарение под воздействием ПАВдает кривая 3. Уменьшение этогопотока, вызванное ПАВ, составляет 75%, тогда как уменьшение Рис. 3.25. Графики изменения тепловыхпотоков под влиянием ПАВсуммарного потока составило 60%от первоначальной величины.В наше время, когда мировой транспорт нефти реализуется морем,а добыча нефти занимает все большие области океанического шельфа, процессы загрязнения нефтепродуктами океана становятся серьезной экологической проблемой.
Резкое изменение потока водяногопара в зонах загрязнения ПАВ поверхности контакта океан—атмосфера может привести к перестройке термодинамического режимасистемы и непредсказуемым эффектам воздействия на состояние погоды больших регионов океана и суши. В связи с этим можно ожидатьпривлечения внимания исследователей к проблеме защиты Мировогоокеана от загрязнения ПАВ.Особый интерес представляет определение теплообмена океанас атмосферой в экстремальных условиях. Как было показано выше (см. рис. 3.20), такие наблюдения удалось провести в севернойчасти Каспия. Выполненные измерения позволили рассчитать суммарные потоки тепла, которые при ветре в 20 м/с составили2700 Вт/м2 (что в 3 раза превышает значение потока тепла приветре в 10 м/с), а при ветре в 40 м/с — 9000 Вт/м2.
Полученныеданные дают представление о значении потоков тепла от океана ватмосферу при скоростях ветра, сравнимых со скоростью в тропическом циклоне.Т ЕРМ ИЧ ЕСКАЯ СТРУКТУРАП РИВОДНОГО С Л ОЯ А Т М О С Ф Е Р ЫМноголетние наблюдения, проводившиеся с борта “кораблей погоды”, показали, что основной перепад температуры и влаги в планетарном пограничном слое атмосферы (высотой в 1,5 км) сосредоточенв первых метрах воздуха над морем (до 80-90% ).
Именно это даетоснование условно выделить приводный слой атмосферы (ПСА) толщиной 10-15 м из планетарного пограничного слоя.По наблюдениям “кораблей погоды”распределение температуры в ПСА с повторяемостью 0,9 сверхадиабатическое .На рис. 3.26 приведен характерный профиль температуры в ПСА, построенныйпо данным, полученным стандартнойметодикой измерений, где первый горизонт начинается на высоте двух метровнад морем. Между тем обращает на себявнимание тот факт, что основные градиенты температуры и влаги в ПСА приходятся именно на нижний двухметровыйслой.Рис. 3.26. Характерный проПрименение новой методики регистфиль температуры при сверхрациитемпературы на начальном участадиабатических условиях.
Ав —ке ПСА с поплавковой системы показалоразность между температуройслоев воздуха Ва и температупринципиальное отличие профиля темперой поверхности океана 0ратуры от ранее принятого. Новая аппаратура представляет собой мачту с термометрами сопротивления, которая крепится на поплавковой системевместе с описанным выше комплексом — термозондом и радиометром. Тем самым можно проводить регистрации температуры на начальном участке ПСА начиная с высоты 0,2 м от поверхности моряпри волнении до 4 баллов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
