Libmonster ID: KZ-1828

Доктор географических наук Альберт БОНДАРЕНКО, ведущий научный сотрудник Института водных проблем РАН

Казалось бы, волны в океанах и в атмосфере нашей планеты внешне мало похожи друг на друга. Но при внимательном рассмотрении выясняется, что те и другие могут быть сходны в своих проявлениях и свойствах. Сходные по своим механизмам закономерности лежат и в основе возникновения таких разных атмосферных аномалий лета 2010 г., как экстремальная жара в России и катастрофические наводнения в Пакистане. Лучше понять их помогает изучение волновых процессов и течений в Мировом океане.

Мы помним необычайное лето 2010 г. в европейской части России: весь июль и начало августа стояла удушающая жара, не выпадали дожди, возникали массовые пожары в лесах и на торфяниках, приводившие к задымлению воздуха даже в городах. Подобного сценария не фиксировали за всю историю наблюдений за погодой. Из метеорологических сводок следовало: над европейской частью нашей страны завис тогда обширный антициклон - образование с высоким атмосферным давлением, в котором воздух слабо насыщен влагой. Обычно же антициклоны над этой территорией перемещаются в пространстве и над одним местом редко задерживаются больше чем на одну-две недели. В данном же случае аномалия длилась 1,5 месяца. От этого страдало практически все проживающее в регионе население. Некоторые специалисты предполагают: вероятность повторения таких событий - раз в 5 тыс. лет!

Одновременно из сообщений средств массовой информации стало известно, что в Пакистане выпадают обильные дожди, приводя к таким катастрофическим наводнениям, какие наблюдались в этой стране последний раз 80 лет назад. Было также отмечено: в то время, совпадающее с летним муссоном - сезоном дождей, над ее территорией расположился циклон, т.е. воздушное образование с пониженным атмосферным давлением.

Экстраординарные природные проявления потребовали объяснения ученых, и они были даны, однако, на наш взгляд, не очень убедительные. Некоторые, как и автор данной статьи, объясняли все проявлением атмосферных волн Россби (о механизмах этих процессов пойдет речь ниже), однако трактовали по-разному. Сразу оговорюсь, что не буду полемизировать с теми, кто придерживается иных точек зрения (с ними при желании можно ознакомиться в Интернете), а попытаюсь изложить свою.

Начнем издалека. В 1939 г. известный шведский ученый, позднее работавший в США, Карл Густав Россби опубликовал исследование, в котором показал возможность существования в атмосфере распространяющихся долгопериодных волн (время их "жизни" - от нескольких суток до десятков), он же описал их математически. Такие образования были названы атмосферными волнами Россби. Позже он же предположил, что аналогичные явления могут существовать и в океанах. Более того, океанские течения, такие как Гольфстрим, Куросио и др., по мнению ученого, есть

стр. 28

не что иное, как орбитальные движения частиц воды, участвующих в формировании волн. В начале 1960-х годов было доказано существование долгопериодных волн и в океанах, что подтвердило правоту Россби.

Расскажу немного подробнее о них и волнах вообще. Исследования, выполненные автором, позволяют предположить: реальные долгопериодные океанические волны лучше описываются математическим аппаратом нелинейных волн-солитонов*, нежели волн Россби. Эти образования впервые обнаружил английский инженер-кораблестроитель и ученый Джон Скотт Рассел в 1834 г.: на поверхности воды одного из каналов близ Эдинбурга он заметил явление, названное им "solitary wave" - уединенной волной (впоследствии ее "переименовали" в солитон). Но поскольку реальные волны в океане по общепринятой терминологии - это волны Россби, то и мы станем их так называть. Однако будем помнить, что они больше похожи на солитоны.

Наблюдаются они в виде непрерывного ряда волн, причем в открытой части океана распространяются в западном направлении, а у берега так, что он находится справа относительно направления их движения.


* Солитон - структурно устойчивая уединенная волна, распространяющаяся в нелинейной среде. Ведут себя подобно частицам: при взаимодействии друг с другом или с некоторыми другими возмущениями не разрушаются, а двигаются, сохраняя свою структуру неизменной (прим. ред.).

стр. 29

Схемы силовых линий океанских волн Россби. Стрелками показано направление действия сил на частицы воды, а также направление течений. На верхнем рисунке силовые линии обозначены на вертикальной плоскости, проходящей через центр волны, что соответствует центру Гольфстрима, на нижнем - силовые линии у поверхности воды. Центр циклона (Ц) выделен красным, антициклона (АЦ) - синим.

А теперь рассмотрим, какие процессы "запускают" волны Россби. Они, как и любые другие, имеют силовое поле, охватывающее среду их "обитания", в данном случае воду океана или воздух атмосферы. Поле действует на их частицы, приводя в движение, т.е. создает течения в воде и ветер в воздухе - значит, они суть не принадлежность самой волны, а продукт ее деятельности. По параметрам течений или ветра можно судить о присутствии волн в океанах и атмосфере. Само же поле характеризуют его силовые линии, указывающие направление действия силы на частицы среды, воды или воздуха. О ее величине судят по плотности данных линий. В случае волн Россби они имеют эллипсовидную форму. Если бы волна стояла на месте, то траектории частиц строго совпадали бы с силовыми линиями. А вот в распространяющихся волнах частицы воды движутся по траекториям, близким к круговым, т.е. без поступательных движений. Это свойство - не переносить однонаправленно среду существования (воду или воздух) - присуще всем видам волн, в том числе океаническим и атмосферным.

Изучая волны Россби в естественной среде океанов, мы обнаружили: в средних широтах величина их силового поля, а следовательно, и течения, в верхней части волны идет против направления ее распространения, а в экваториальных - совпадает по направлению. Отсюда вывод: направленность силы поля зависит от широты.

Движения частиц воды образуют океанские течения и противотечения, а также ее перемещения в вертикальном направлении. В центре волны плотность силовых линий наибольшая, ей соответствуют течения с большими скоростями, в частности Гольфстрим (в океанологии его и ему подобных за их устойчивый характер и большие скорости называют струйными). Слева от него движения частиц воды имеют циклоническую направленность, т.е. против часовой стрелки, а справа - антициклоническую, по часовой. Эти образования получили названия циклона и антициклона. Причем динамика их такова, что в них возникает давление на воду, перемещающее ее в центр циклона и, наоборот, от центра антициклона. В первом случае собирается поверхностная теплая вода и опускается на глубину; так формируются теплые аномалии. Во втором - вода от центра перемещается к периферии и из глубины поднимается холодный поток; так образуются холодные аномалии. Эти температурные отклонения от нормы, вызванные волнами Россби, подтверждены измерениями.

Как уже отмечалось, среда существования волн - вода океана, а воздух атмосферы ими не переносится. Однако тела, назовем их инородными, не относящиеся к этой среде, в пространстве иногда перемещаются, а порой вместе с частицами воды совершают эллипсовидные движения практически на одном и том же месте. Инородными для океанической среды могут быть тела естественного происхождения (планктон, водоросли, живые и мертвые организмы) и антропогенного (мусор, нефтяные образования), а для атмосферы - влага, гарь, пыль и др.

Автор данной статьи изучал поведение инородных тел в океанских волнах Россби. С этой целью использовался дрифтер - поплавок с устройством, позволяющим получать информацию о его положении и тем самым о характеристиках движения воды, т.е. о течениях.

Дрифтер, помещенный в центр волны (в нашем случае в центр Гольфстрима), передвигается прямолинейно, однонаправленно, но скорость его движения пульсирует. В то же время частицы воды волны перемещаются в вертикальной плоскости вокруг некоего центра равновесия по замкнутым траекториям. Если же дрифтер поместить в область, удаленную от центра волны (в данном случае от Гольфстрима), он опишет вращательно-поступательную траекторию. И, наконец, возможно движение поплавка по эллипсу вместе с частицами воды вокруг относительно неподвижного центра, на месте. Такие условия возникают, когда вертикальные скорости движения частиц воды волны равны нулю. Математическое описание последней названо волной-солитоном Россби.

Образовавшиеся циклоны и антициклоны перемещаются вместе с волной, когда она находится в состоянии волны Россби, т.е, когда вертикальная составляющая движения частиц воды существенна.

стр. 30

Схема силовых линий волны Россби в атмосфере. Стрелками показано направление действия сил на частицы воздуха, а также направление ветра. Ц - циклон и АЦ - антициклон.

Инородные тела при этом расходятся по большой площади и малозаметны.

Но нередко в океане обнаруживают циклоны и антициклоны, стоящие на месте. Как мы отмечали, это происходит, когда волны Россби превращаются в волны-солитоны Россби. Такие циклоны и антициклоны накапливают энергию проходящих мимо волн Россби и вырастают до огромных размеров. В них вода вращается на месте наряду с инородными телами. Подобные структуры можно "увидеть" по дрифтерным измерениям или скоплениям большого количества мусора, плавающего на поверхности океана. В районе Гольфстрима нам удавалось обнаружить циклоны, стоящие на месте около года.

Обратимся теперь к атмосфере. По аналогии с поверхностью океана можно выделить ее поверхность на высоте приблизительно 10 км. Устойчивые, стоящие на месте, антициклон над Россией и циклон над Пакистаном, достигали этой высоты, между ними наблюдались сильные ветры, "дующие" с большими скоростями. Эта ветровая область получила название струйного течения. Здесь так же, как и в океане, антициклон находится справа, а циклон слева по отношению к направлению струйного течения. Скорость ветра в последнем на порядок больше, чем у поверхности земли. Именно такое течение и наблюдалось летом 2010 г. Скорости струйных течений в океане, так же как и в атмосфере, на порядок больше средних обычных океанических, например, в Гольфстриме составляет 1 м/с, в то время как в целом по океану - 10 см/с.

Итак, мы прослеживаем сходство процессов в океане и атмосфере. Это струйные течения, циклоны и антициклоны. Волны в атмосфере, как и в океане, распространяются на запад, но при этом струйное течение, как и в океане в средних широтах, направлено на восток, а в южных - на запад, что и наблюдалось летом 2010 г. Все это указывает на то, что в обоих случаях, в океане и атмосфере, мы имеем дело с одинаковыми волнами - волнами Россби.

Правда, есть некоторые отличия в протекании процессов в этих двух средах, обусловленные тем, что одна из них жидкая, другая - газообразная. В атмосферном антициклоне воздух выходит из его области наружу, а опускается в центре. Опускание приводит к уменьшению насыщенности влагой, что, соответственно, обусловливает отсутствие облачности, воздух становится сухим, за счет солнечной радиации нагревается, а за счет продолжительности самого процесса происходит накопление тепловой энергии. Отсюда высокая температура воздуха, пожары и дым.

В атмосферном циклоне воздух поступает внутрь его и за счет перепада давления снаружи и внутри выдавливается вверх. Влага при подъеме конденсируется и выпадает в виде дождей. Этот процесс сопровождается падением давления. Соответственно увеличивается и его перепад внутри циклона и снаружи, что приводит к увеличению поступления влажного воздуха, и далее все повторяется. Таким образом, прослеживается замкнутая цепь процессов, взаимно усиливающих друг друга. Они характерны для атмосферных вихрей типа тропических циклонов, торнадо, цунами и т.д. Основным источником подпитки энергии циклона и его усиления служит атмосферная влага. Чем больше ее поступает, тем больше и выпадает. События в Пакистане происходили на фоне летнего муссона, с которым связано поступление влажного воздуха в виде ветра с океана. В это время и так обычно идут обильные дожди, а здесь еще добавились дожди циклона, да еще продолжительно стоящего на одном месте. Вот и причины катастрофических наводнений.

Выводы же из всего сказанного можно сделать такие. Причиной жаркого лета в России и дождливого в Пакистане являются атмосферные волны Россби, которые в этих условиях превратились в волны-солитоны Россби. Они создали мощные и продолжительные атмосферные образования: над Россией - антициклон, а над Пакистаном - циклон. Благодаря первому воздух на длительный период стал сухим и жарким - отсюда пожары, а по вине второго пролились обильные дожди, прибавившись к летним муссонным, что в итоге и вызвало катастрофические наводнения в Пакистане. Становится ясным, что разработка прогноза рассмотренных в статье атмосферных событий связана с изучением атмосферных волн Россби, их свойств и закономерностей развития. Нужно понять, при каких условиях и как часто волны Россби превращаются в солитоны Россби.


© biblio.kz

Permanent link to this publication:

https://biblio.kz/m/articles/view/ЛЕТО-2010-ГОДА-ЖАРА-В-РОССИИ-И-НАВОДНЕНИЯ-В-ПАКИСТАНЕ

Similar publications: LRussia LWorld Y G


Publisher:

Казахстан ОнлайнContacts and other materials (articles, photo, files etc)

Author's official page at Libmonster: https://biblio.kz/Libmonster

Find other author's materials at: Libmonster (all the World)GoogleYandex

Permanent link for scientific papers (for citations):

Альберт БОНДАРЕНКО, ЛЕТО 2010 ГОДА: ЖАРА В РОССИИ И НАВОДНЕНИЯ В ПАКИСТАНЕ // Astana: Digital Library of Kazakhstan (BIBLIO.KZ). Updated: 13.10.2022. URL: https://biblio.kz/m/articles/view/ЛЕТО-2010-ГОДА-ЖАРА-В-РОССИИ-И-НАВОДНЕНИЯ-В-ПАКИСТАНЕ (date of access: 29.11.2022).

Found source (search robot):


Publication author(s) - Альберт БОНДАРЕНКО:

Альберт БОНДАРЕНКО → other publications, search: Libmonster KazakhstanLibmonster WorldGoogleYandex


Comments:



Reviews of professional authors
Order by: 
Per page: 
 
  • There are no comments yet
Related topics
Publisher
Казахстан Онлайн
Астана, Kazakhstan
58 views rating
13.10.2022 (47 days ago)
0 subscribers
Rating
0 votes
Related Articles
Перед главным севом
Catalog: Экономика 
4 days ago · From Казахстан Онлайн
ДОРЕВОЛЮЦИОННАЯ ПЕЧАТЬ КАЗАХСТАНА В БИБЛИОГРАФИЧЕСКИХ ИЗДАНИЯХ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НАУЧНОЙ БИБЛИОТЕКИ МИНИСТЕРСТВА ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
6 days ago · From Казахстан Онлайн
Советы по обустройству гардеробной от профессионалов
7 days ago · From Казахстан Онлайн
Uzbekistan, intl consortium ink deal on exploring Aral Sea
9 days ago · From Казахстан Онлайн
NORTHERN MESOPOTAMIA: NEW FINDS
Catalog: География 
13 days ago · From Казахстан Онлайн
HIGH-ENERGY WONDER OF LARS
Catalog: Физика 
13 days ago · From Казахстан Онлайн
ACADEMIC SCIENCE ZEROES IN ON METALLURGY
18 days ago · From Казахстан Онлайн
IR IMAGING: PRESENT STAGE
20 days ago · From Казахстан Онлайн
DISCOVER YOUR MINERAL
Catalog: Геология 
21 days ago · From Казахстан Онлайн

Actual publications:

Latest ARTICLES:

BIBLIO.KZ is a Kazakh open digital library, repository of author's heritage and archive

Register & start to create your original collection of articles, books, research, biographies, photographs, files. It's convenient and free. Click here to register as an author. Share with the world your works!
ЛЕТО 2010 ГОДА: ЖАРА В РОССИИ И НАВОДНЕНИЯ В ПАКИСТАНЕ
 

Contacts
Watch out for new publications: News only: Chat for Authors:

About · News · For Advertisers · Donate to Libmonster

Kazakhstan Library ® All rights reserved.
2017-2022, BIBLIO.KZ is a part of Libmonster, international library network (open map)
Keeping the heritage of Kazakhstan


LIBMONSTER NETWORK ONE WORLD - ONE LIBRARY

US-Great Britain Sweden Serbia
Russia Belarus Ukraine Kazakhstan Moldova Tajikistan Estonia Russia-2 Belarus-2

Create and store your author's collection at Libmonster: articles, books, studies. Libmonster will spread your heritage all over the world (through a network of branches, partner libraries, search engines, social networks). You will be able to share a link to your profile with colleagues, students, readers and other interested parties, in order to acquaint them with your copyright heritage. After registration at your disposal - more than 100 tools for creating your own author's collection. It is free: it was, it is and always will be.

Download app for smartphones