ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Формирование крупномасштабных термических и влажностных контрастов приводного слоя и фазовых различий годового хода термических характеристик атмосферы и океана из "Крупномасштабное тепловое воздействие в системе океан-атмосфера и энергоактивные области мирового океана" Процессы крупномасштабного энергообмеиа в системе океан— атмосфера связаны в первую очередь с термическими контрастами водной и воздушной оболочек и фазовыми различиями годового хода термических характеристик океана и атмосферы. [c.57] Выбор сезонной составляющей как меры тепловой изменчивости климатической системы наиболее показателен. Дело в том, что колебания температур во всех других временных масштабах менее значимые. Общий спектр временной изменчивости температур имеет минимум на масштабах от десятков до нескольких сотен лет, где изменчивость температур не превышает 1 °С. И от этого минимума изменчивость возрастает как в область более высоких частот, достигая локального максимума на сезонных масштабах, так и в область более низких частот, где локальный максимум достигается на периодах в десятки тысяч лет, отвечающих повторяемости ледниковых периодов. [c.58] Из сопоставления теплоемкостей океана и атмосферы становится ясно, что в среднем океан является тепловым резервуаром, значительно превосходящим атмосферу по запасам внутренней энергии. Этому же способствуют особенности радиационных пре-враш,ений в океане и атмосфере, описанные выше. Средние температуры океана и атмосферы различаются по разным данным на 19—21 °С. Термический контраст деятельного слоя океана (л 1000 м) и стратосферы составляет 8—14°С. Крупномасштабный теплообмен океана и атмосферы определяется разностями температур вода—воздух. Средняя-температура поверхиости воды 17,5 °С, примерно на 3°С выше температуры приземного воздуха (14,6 °С). На большей части поверхности океана в течение большей части года эти различия лежат в диапазоне 1—2°С. Максимума (5—7°С) они достигают во фронтальных областях, приуроченных к границам теплых и холодных течений — Гольфстрима и Лабрадорского, Куросио и Курильского, где складываются специфические условия выноса на теплую поверхность океана холодного континентального воздуха. Примерно то же можно сказать и о формировании градиентов влажности в приводном слое атмосферы. Ниже мы подробно рассмотрим пространственную дифференциацию разностей Тю — Та и ео — вг, а также их сезонную изменчивость. [c.58] Важнейшей особенностью взаимодействия океана и атмосферы на масштабах сезонного хода являются амплитудно-фазовые различия тепловых характеристик атмосферы и океана. При исследовании крупномасштабных процессов с точки зрения анализа фаз, как правило, обращалось внимание на некоторые предельные случаи синхронные и асинхронные связи [ИЗ, 300]. Объективные трудности фазового анализа на основе традиционных методов спектрального оценивания связаны с недостаточной длительностью рядов наблюдений. Отсутствие количественных оценок фазовых сдвигов сдерживает работы по моделированию годового хода и лишает исследователей возможности сопоставлять процессы по одному нз основных параметров. [c.58] Для анализа сдвигов фаз квазициклическнх процессов нами предложен подход, основанный на рассмотрении двухпараметрических фазовых диаграмм [86, 91, 173, 174]. Остановимся кратко на существе и феноменологии этого подхода, ниже (Приложение) будут рассмотрены его физические основы. [c.59] Может быть предложен и ряд других зависимостей. Кривые (2.28) характеризуют процессы переноса свойств между океаном и атмосферой. Кривые (2.29) и (2.30) отвечают преобразованиям энергии в атмосфере и океане и имеют термодинамический смысл. [c.59] Некоторые пары параметров в (2.29), (2,30) соответствуют классическим термодинамическим переменным. [c.59] В работе [93] анализируется зависимость параметров петель от периода осреднения данных, а в [83] предложен алгоритм восстановления данных с помощью фазовых диаграмм. [c.62] Ранее фазовые диаграммы использовались для сопоставления решений в теоретических моделях и сравнения их с HaTypHbiMK данными [408]. Имеется опыт их применения для контроля и выбраковки гидрологических данных. В [169, 176] зависимости Ра — = /(11) использованы для анализа энергетики метеоприливов. Некоторые приложения к динамике неприливных устьев рек приведены в [203]. Нами они будут применены для анализа природных циклов в процессах взаимодействия (главным образом годовых) по экспериментальным данным. [c.62] Фазовые кривые, приведенные выше, отражают сдвиги фаз. в годовом ходе меледу параметрами атмосферы и океана. Направление обхода петель на рис. 2.9 свидетельствует об опережении в годовом ходе термических и влажностных характеристик поверхности океана соответствующими характеристиками атмосферы, т. е. по термическим параметрам атмосфера в годовом ходе опережает океан. [c.62] Анализ причин существующего фазового соотношения между годовыми температурными колебаниями в воздухе и воде приводится на основе модельных интерпретаций годового хода в [52, 53, 247, 248, 264, 279, 310]. Как правило, такие модели исходят из уравнения переноса тепла, в котором различные авторы с разной степенью полноты учитывают факторы формирования цикличности в океане и в атмосфере. А. А. Пивоваров и Во Ван Лань [52, 53] построили нелинейную модель для стратифицированного океана и учли объемное поглощение лучистой энергии верхним слоем океана. В [233] анализируется суточный ход температур поверхности воды и воздуха. Получено отставание по фазе температуры воздуха от температуры воды, что ие согласуется с эмпирическими данными, согласно которым и в суточном ходе температура воздуха опережает температуру воды. [c.66] Таким образом, в формировании фоновых значений фазового сдвига годовых температурных колебаний в воде и в воздухе преобладающую роль играет поглощение солнечной радиации в нижних слоях атмосферы. В то же время локальные максимумы фазовых сдвигов формируются в основном благодаря адвекции тепла течениями. Этот результат является правомерным, поскольку для поддержания в течение достаточно длительного периода времени больших потоков тепла необходим постоянный адвективный приток тепла в океане и отток тепла в атмосфере. [c.70] Анализ амплитудно-фазовых характеристик сезонного хода влажности проведен в [278] с приложением к Красному морю, характеризующемуся быстрым замещением воздуха над акваторией, что приводит к выносу испарившейся с поверхности влаги. Аналогом, хотя и не совсем точным, в открытом океане являются пассатные области. [c.71] Оценки, проведенные при j =l,12- 10 , Ст = 10 р = 4,3- 10 с , т,(, = 6,8- 10 с , Тж = 6,5- 10 с дали опережение по фазе Т-а, годовой гармоникой вг на 11 сут, которое определяется связью (2.51) и при ее отсутствии ие проявляется. [c.72] Таким образом, фазовое опережение влажностью воздуха температуры воды объясняется увеличением скорости выноса влаги на материк в зимний сезон за счет усиления процессов конвекции. В области пассатной циркуляции этот сдвиг объясняется зимним усилением меридиональной ячейки атмосферной циркуляции. [c.72] Термические и влажностные контрасты океана и атмосферы, а также фазовые рассогласования годового хода параметров воды и воздуха являются важнейшими интегральными характеристиками крупномасштабного энергообмеиа в системе океан—атмосфера и могут служить отправной точкой создания параметризаций крупномасштабных потоков тепла и влаги иа границе. [c.72] Выражение (2,60) можно считать справедливым для климатических и сезонных движений атмосферы. Ниже мы обсудим особенности оценки П для процессов различных масштабов. [c.73] Используя (2,61), можно рассчитать потоки явного и скрытого тепла. Существенную трудность здесь представляет вычисление градиентов V Та, V по экспериментальным данным, однако для годовых циклов они могут быть заменены величинами, легко определяемыми по временным рядам наблюдений. [c.73] Вернуться к основной статье