В.А. Магницкий - Общая геофизика (скан) (1119281), страница 49
Текст из файла (страница 49)
Такой вид спектра свидетельствует о том, что внутренние волны следует рассматривать как статистический ансамбль со случайными фазами и аъщлитудами. Внутренние волны, существующие в толще Мирового океана, могут выходит на океаническую поверхность, взаимодейсгвовать с поверхностным волнением и изменять его параметры. На этом основан метод дистанционного наблюдения за внутренними волнами.
Для таких исследований используется спутниковая информация. Велико влияние внутренних волн на процессы, протекающие в водах Мирового океана и связанные с горизонтальным и вертикальным ° а е е а Ы'йо ~й Ф ~оо о~~,д М $ фо М Е щ а ~ ~~ ~и о Д ~ о Х 'д ~ И а~ с~~ о Ю Ф о й о ц'~~ р ~~о~ ~' ™ Ю дф д, ~ ~а и ~ 0« Я О ~" ~4 <Ч И ~ со Ф (~ ~Ъ,Я, '26В перемешиванием водных масс. Изучение внутренних волн йеобходимо для решения целого ряда задач гидрооптики, гидроакустики, гидробиологии.
ДЛИННЪ|Е ВОЛНБ| Длинными называются волны, длина которых много больше глубины водоема, в котором они распространяются. Примерами могут служить приливные волны, наблюдаемые в океанах и окраинных морях, волны цунами, а также ветровые волны и зыбь, распространяющиеся на мелководье. В пресных водоемах это волны паводка. Длинные волны могут быть описаны в рамках линейной теории, если их амплитуда много меньше длины и дисперсия г с отсутствует. Когда же эти условия не выполняются, не- 6 обходимо использовать не- и линейную теорию. Длинные волны описываются линеари- Х зованной и нелинеаризованной модификациями уравнения, предложенного Карте- п,в вегом и де Вризом.
Решению ар этого уравнения соответствуют два вида волн — пери- -в -в -~ п ~ 5 х/Ь одические и уединенные. У единенная, или одиночная, рнс. 2.13. Схематические изобаженив уедиволна (рис. 2.13) нОСит также ненной, или одиночной, волны название солитона и представляет собой изолированный водяной холм, распространяющийся с постоянной скоростью без изменения своей формы.
К такому типу волн ближе всего волны цунами. Любая ~очка земной поверхности испытывает на себе воздействие, с одной стороны, гравитационного поля Земли, Луны и Солнца, а с другой — центробежной силы, возникающей в результате вращения Земли вокруг своей оси. Изменение во времени взаимного расположения Земли, Луны и Солнца отражается на гравитационных силах, которые действуют на любую материальную точку, находящуюся на земной поверхности, и в частности на водные массы Мирового океана.
В результате такого воздействия возни- кают приливные явления. Приливообразующая сила, действующая на водные массы Мирового океана, представляет собой разность сил притяжения в произвольной точке земной поверхности и в центре Земли. Первая теория приливов была построена в рамках грубых предположений, а именно считалось, что океан сплошь покрывает поверхность Земли, а силы инерции и силы трения при этом не учитывались. Очевидно, что эти предположения не соответствуют действительности. Силы инерции, внутреннее трение, трение о дно и наличие материков в той или иной степени учитываются всеми последующими теориями приливов. Приливообразующая сила колеблется во времени по сложному закону, и при этом можно четко выделить следующие периоды: полусуточные (наибольшей амплитуды), суточные и полумесячные.
Во время приливов и отливов частицы жидкости проходят в горизонтальном направлении путь, измеряемый километрами„в то же время смещение их по вертикали составляет всего несколько метров. Эта особенность приливных движений позволила разработать теорию приливов, получившую название каналовой.
Согласно этой теории, фазовая скорость приливной волны имеет вид с = 9Н) ' (Н вЂ” глубина моря). Длину приливных волн можно оценить, используя связь А = сТ. Ниже приведены оценки длины приливной волны для полусуточном прилива: Н, м 10 50 100 500 1000 5000 10000 с,м/с 9,9 21,0 31,0 70,0 99 210 310 А,км 444 992 1400 3130 4400 9920 14000 Следует отметить, что приливные колебания наблюдаются одновременно на всех глубинах.
При уменьшении глубины, что имеет место обычно в шельфовой зоне моря, амплитуда и волновое число приливной волны возрастают (рис. 2.14) . Этот результат хорошо обьясняется каналовой теорией приливов. В своем движении в горизонтальном направлении частицы воды во время приливов и отливов перемещаются с большими скоростями, обРис. 2.14. Нарастание ординат и одно- аРаста е оРдинат и одно- разуя приливные течения При этом временное уменьшение длины волны при входе прилива на длинный учас ВО вРемЯ пРилива частицы ВОды ток с непрерывно уменьшающейся глу- движутся от океана к берегу, а биной (ширина постоянная) во время отлива — наоборот.
270 Как и всякое крупномасштабное течение, приливное течение подвержено воздействию силы Кориолиса, которое будет тем больше, чем выше широты, в которых наблюдается это явление. Если встать спиной к океану, то в соответствии с действием силы Кориолиса в Северном полушарии максимальный уровень во время прилива будет наблюдаться у правого берега, а во время отлива — у левого.
Прогнозирование прилива в конкретных окраинных морях весьма затруднительно, так как это явление определяется в значительной степени местными факторами, к которым относятся очертания берегов, рельеф дна, формы моря, средняя широта его местоположения. Кроме того, необходимо учитывать силы трения о дно и внутреннее трение между слоями воды.
Наименее предсказуемым и вместе с тем наиболее опасным типом длинных волн являются цунами. Длины таких волн лежат в диапазоне от нескольких десятков до нескольких сотен километров, периоды составляют от 2 до 200 мин, а скорость их распространения в открытом океане достигает 800-1000 км/ч, т.е. сравнима со скоростью реактивного самолета. Вместе с тем, поскольку крутизна таких волн очень мала, в открытом океане их можно даже не заметить. Однако параметры волн цунами резко меняются при подходе к берегу.
Здесь высота волн может вырасти до 30-40 м, и вся эта водная масса, обрушиваясь на берег, приносит неисчислимые бедствия и разрушения. Появление цунами возможно в результате целого ряда причин. Это могут быть подводные землетрясения и извержения вулканов, резкие изменения атмосферного давления и сильные подводные взрывы. Наиболее мощные цунами связаны с очагами землетрясения в тихоокеанской зоне. При этом непосредственной причиной волн цунами являются подвижки окенского дна, т.е. быстрые изменения его формы. Поскольку в настоящее время практически невозможно ликвидировать естественные причины возникновения волн цунами и нет мер борьбы с ними, то основной задачей защиты становится надежное и своевременное оповещение о цунами-опасности.
Получить сведения о приближении волн цунами можно двояким путем. Первый— анализ записей сейсмографов в опасных районах, поскольку сейсмические волны распространяются от очага землетрясения в 30 раз быстрее, чем волны цунами. Второй путь — прямая регистрация этих волн в открытом океане и передача информации на берег. Практи- 271 чески датчики уровня моря при этом могут быть вынесены на край шельфовой зоны моря, т.е.
на глубины порядка 200 м. Основными методами изучения волн цунами в настоящее время являются методы математического и лабораторного моделирования. Что касается теории волн цунами, то она все еще окончательно не разработана, что обусловлено недостаточностью экспериментальных данных и данных натурных наблюдений.
скйши Интересным типом волн являются сейшн, представляющие собой колебания, подобные стоячим волнам. Сейши характерны для внутренних морей и крупных пресных водоемов. В зависимости от размеров и геометрической формы водоема сейшн могут быть как одноузловые, так и многоузловые. Сейшевые колебания наблюдаются в Азовском, Балтийском, Черном, Каспийском морях, на озере Байкал и на других подобных водоемах.
При сейшах вся вода в водоеме колеблется как единое целое, и в то время как уровень поднимается у одного берега, он соответственно опускается у противоположного. Амплитуда сейш может быть весьма значительной. Так, например, в Черном море была зарегистрирована амплитуда сейшевых колебаний, равная 58 см (рис. 2.15). Поскольку во время сейш колеблется вся масса воды водоема, затухание сейшевых колебаний происходит очень медленно. Рис. 2.15.
Колебания уровня Черного моря на противоположных берегах, свидетельствующие о наличии сейш Сейшн возникают в результате самых разных причин. Таковыми могут быть приливные явления, ветер, приводящий к сгонам и нагонам, изменения атмосферного давления, возникающие, в частности, при прохождении над морем циклонов и антициклонов. Причиной возникновения сейш в пресных водоемах может быть также режим работы крупных гидроэлектростанций, связанный со сбросом большого количества воды через плотину. 272 Картина сейш в море бывает весьма сложной из-за наличия в нем тонкой термохалинной структуры, на градиентах плотности при этом могут возникнуть внутренние сейшн.
РУСЛОВБ!Е ПОТОКИ Талая вода и вода, падающая на землю в виде дождя, либо впитывается, либо стекает по поверхности, образуя ручейки, из которых путем их слияния формируются речки и реки, Такие природные водотоки будем называть русловйми потоками. Велико практическое значение теории руслового процесса: это расчет русловых деформаций при строительстве на реках мостов, водозаборов и плотин, прогноз и борьба с такими разрушительными природными явлениями, как паводки и селевые потоки, поиск путей снижения заиления каналов и т.д. В равномерном русловом потоке скорость и определяется глубиной потока Ь, его уклоном ~, ускорением силы тяжести я и кинематической вязкостью жидкости и.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
