Система течений гольфстрим и ее значение для географической оболочки
МИНИСТЕРСТВО
ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ
БЕЛАРУСЬ
БЕЛОРУСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Географический факультет
Кафедра общего землеведения
Специальность
«География»
СИСТЕМА ТЕЧЕНИЙ ГОЛЬФСТРИМ И ЕЁ ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ
(курсовая
работа)
Минск
2010
АННОТАЦИЯ
Варвашеня К.В. Система течений Гольфстрим и её значение для географической оболочки. (курсовая работа). – Мн., 2010. – с 25.
Циркуляция течений, определяющие факторы, возникновение и курс течения Гольфстрим, сезонные изменения, влияние Гольфстрима на географическую оболочку.
Рассматриваются общие закономерности циркуляции Гольфстрима, причины возникновения и распространения. Также представлено влияние Гольфстрима на климат, значение его для жизни и хозяйственной деятельности человека, возможные позитивные и негативные последствия их воздействия.
Библиогр.
11 назв.15. рис.
Варвашеня К.В. Сістэма плыняў Гальфстрым і яе значэнне для геаграфічнай абалонкі. (курсавая праца). - Мн., 2010. – с 25.
Цыркуляцыя плыняў, вызначальныя фактары, узнікненне і курс плыні Гальфстрым, сезонныя змены, уплыў Гальфстрыму на геаграфічную абалонку.
Разглядаюцца агульныя заканамернасці цыркуляцыі Гальфстрыму, чыннікі ўзнікнення і распаўсюджванні. Таксама прадстаўлена ўплыў Гальфстрыму на клімат, значэнне яго для жыцця і гаспадарчай дзейнасці чалавека, магчымыя пазітыўныя і негатыўныя наступствы іх уздзеяння.
Бiблiягр.
11 назв., мал. 15.
SUMMARY
Varvashenya
K.V. The system of the Gulf Stream and its importance to the geographical
envelope. (course work). - Mn., 2010. – P 25.
Circulation currents, determining factors, the occurrence and course
of the Gulf Stream, seasonal changes, the influence of the Gulf Stream
on the geographical envelope.
We consider the general laws of the Gulf Stream circulation, causes and distribution. Also presented to the Gulf Stream influence on the climate, the significance of his life and human activities, the possible positive and negative consequences of their impact.
The
bibliography 11 references, 15 figures.
Введение…………………………………………………………
Глава 1. Возникновение и курс системы течений Гольфстрим…...…………..6
Глава 2. Конвейер течения и сезонные изменения Гольфстрим …………….20
Глава 3. Влияние течения Гольфстрим на географическую оболочку……….21
Заключение……………………………………………………
Список
использованных источников…………………………………………...
ВВЕДЕНИЕ
Слово «течение» подразумевается следующее. С одной стороны это некие динамические образования, в которых перемещается огромная масса воды. Так, нам хорошо известны крупномасштабные течения: Гольфстрим, Куросио, мощные Экваториальные течения и т.д. С другой стороны под этим словом подразумевают конкретные движения, перемещения масс воды океанов и морей. Часто в этом случае отмечают какие-то свойства и параметры течений.
Течения
имеют различные
Приповерхностные воды в Северном полушарии совершают антициклоническое движение (по движению часовой стрелки) и циклоническое – в Южном. В целом по океану скорости движения воды небольшие, ~ 10 см/c. Но в западных и экваториальных областях океанов, небольших по площади, они проявляются в виде мощных струйных течений, движений воды со скоростями до 2,5 м/с, как, например, в Гольфстриме, Куросио, Сомалийском и Экваториальных течениях и т. д.
С учётом кинематики течения, движения воды можно разделить на такие виды: дрейфовые, градиентные и длинноволновые. Считается, что основными причинами, вызывающими течения является ветер и колебания атмосферного давления, а также неравномерное положение уровненной поверхности воды, обусловленное такими процессами, как осадки, испарение с поверхности океана, соединение вод различной плотности и т. д. и тот же самый ветер. При этом одна и та же причина может создать течения, имеющие различные механизмы и пространственно-временные масштабы.
Так, движение воздушных масс - ветер в атмосфере создаёт так называемые дрейфовые течения, вызванные ”влекущим действием ветра”. Перемещение масс воды в пространстве осуществляется неравномерно, что создаёт наклон уровненной поверхности океана и, соответственно, градиентные течения. Ветер и колебания атмосферного давления могут создать волны, в том числе и долго - периодные, в частности волны Россби с периодом до 40 суток. Волны имеют такие параметры, как орбитальные движения частиц воды и волновой перенос, фактически это волновые течения.
В настоящее время, даже когда уже изучены все явления земного шара, изучение возникновения, распространения Гольфстрима является довольно актуальным для науки, и жизнедеятельности самого человека. В основном, происходит исследование воздействия Гольфстрима на изменение климата, влияние его на природу и хозяйственную деятельность человека.
Целью работы является изучение закономерностей возникновения и распространения Гольфстрима. Основные задачи:
- определить факторы, способствующие возникновению движения водных масс;
- описать направление движение Гольфстрима, рассмотреть причины его возникновения и особенности географического распространения;
- рассмотреть влияние Гольфстрима на природу и хозяйственную деятельность человека.
В данной работе при обработке информации приходилось систематизировать и оценивать актуальность научных вложений в вопрос, анализировать данные с графиков и таблиц.
В
работе использованы материалы: А.Л.Бондаренко,
доктор географических наук, Саркисян
А.С. «Основы теории и расчёт океанических
течений», материалы доступнее всего
изложены в работе Стомелла Г. «Гольфстрим».
ГЛАВА
1. Возникновение
и курс системы течений
Гольфстрим
В
возникновении и курсе
Предшественник Гольфстрима, Юкатанское течение, втекает из Карибского моря в Мексиканский залив через узкий пролив между Кубой и Юкатаном. Там вода либо уходит по круговому течению залива либо образует Флоридское течение и следует через ещё более узкий пролив между Кубой и Флоридой и выходит в Атлантический океан.
Успев набрать в Мексиканском заливе много тепла, Флоридское течение соединяется возле Багамских островов с Антильским течением и превращается в Гольфстрим, который течёт узкой полосой вдоль побережья Северной Америки. На уровне Северной Каролины Гольфстрим покидает прибрежную зону и поворачивает в открытый океан. Температура воды в отдельных местах течения достигает 30°C. Но от берега его отделяют так называемые склоновые воды, распресненные и прохладные. Холоднее они становятся севернее, ближе к Ньюфаундленду, где чувствуется влияние по-настоящему холодного Лабрадорского течения, отклоняющим его ещё больше на восток в сторону Европы. Двигателем на восток выступает также сила Кориолиса. По пути в Европу Гольфстрим теряет много энергии из-за испарения, охлаждения и многочисленных боковых ответвлений, сокращающих главный поток, однако он доставляет всё ещё достаточно тепла в Европу, чтобы создать в ней необычный для её широт мягкий климат. Продолжением Гольфстрима к северо-востоку от Большой Ньюфаундлендской банки служит Северо-Атлантическое течение. Средний расход воды во Флоридском проливе 25 млн. м3/с (в 20 раз превышает суммарный расход воды всех рек земного шара).
Скорости течения иногда достигают 2,5 м/с. Это уже скорости, характерные для горных рек и очень редко имеющие место в океанах, но в Гольфстриме они наблюдаются часто. Относительно большие скорости течений Гольфстрима наблюдаются вплоть до района большой Ньюфаундлендской банки.
Представления о течении, популярные и в наше время, складывались в прошлом веке. Гольфстрим сравнивали с меняющей свое положение (меандрирующей) рекой (рис. 1.1) в океане. Существовавшие в ту пору исследования в этой части океана позволяли относить течение к геострофическим (т.е. формирующимся балансом только двух сил: градиента давления на воду и силы Кориолиса) течениям. На поверхности океана струя Гольфстрима имеет ширину 70-100 км, а глубина от поверхности составляет около 500 м.
Рис. 1.1. Меандры системы течений Гольфстрима. [1]
Течение проходит вдоль гидрофронта - границы раздела холодной и менее соленой склоновой воды. Струя Гольфстрима меандрирует в пределах расстояния порядка 500 км (рис.1.2) - по области гидрофронта, приводя к образованию теплых (слева от струи) и холодных (справа от нее) вихрей со скоростью до 1.5 м/с диаметром до 400 км. Эти сведения о динамике вод Гольфстрима были получены преимущественно путем анализа данных о температуре и солености воды.
Рис.
1.2. Положение центров циклонов и антициклонов
(белые и черные кружки) Гольфстрима по
наблюдениям 1967-1976 гг. Стрелки - среднее
положение струи основного течения. [2]
Не так давно в руках океанологов появилось новое устройство. Это дрифтер - поплавок с антенной, позволяющий следить за движением воды, а отсюда определять скорость и направление течения. Информация о положениях дрифтера в океане передается через спутник в Центр сбора данных. В районе Гольфстрима и в некоторой близости от него в последние 10 лет было запущено более 400 дрифтеров, каждый из которых выдавал информацию в среднем полтора года. В результате этого собран огромный материал о течениях и температуре воды, на основании которых и проведён анализ динамики Гольфстрима.
Если нанести на карту Атлантики (рис.1.3) средние по ансамблю векторы течений, то на фоне относительно небольших скоростей течений океана, порядка 10 см/с, заметно выделяется область океана, в которой скорости гораздо больше. Будем считать эту область Гольфстримом. Скорости течений здесь уменьшаются с юга на север, от 1 до 0.5 м/c. В южной части Гольфстрим имеет ширину около 100 км, а в северной - более 300 км. Гольфстрим довольно устойчив по направлению (рис 1.4 и 1.5), во всяком случае, в основной его части, южнее 38°с.ш.
Рис.
1.3. Средние по ансамблю дрифтерных наблюдений
векторы течений.[2]
Для рассмотрения поведение течений в Гольфстриме, необходимо проанализировать типичную для Гольфстрима трассу и ход модуля скорости течений (рис.1.6(Б)). Можно констатировать, что в пределах Гольфстрима, особенно южной его части, дрифтеры, а следовательно, и массы воды, перемещаются преимущественно однонаправлено и вдоль изобат, а точнее вдоль кромки шельфа. При этом поток воды движется не строго вдоль изобат, а совершает небольшие колебания вправо - влево по отношению к движению основного потока воды. Такие колебания малы в части Гольфстрима южнее 38°с.ш. и значительны севернее ее. При таком преимущественно однонаправленном движении потока воды скорость пульсирует, достигая в минимумах значений, близких нулю. Иногда поток воды движется в обратном направлении, хотя слабо. Какая причина и сила заставляет воды вести себя таким образом: останавливаться, а затем набирать скорость и снова останавливаться и т.д., т.е. пульсировать во времени и пространстве? Такое поведение течений явно противоречит представлениям о них, как термохалинных, геострофических.
Рис. 1.4. Трассы дрифтеров, запущенных в Гольфстриме и близ него. Красным цветом выделены участки, в которых скорость их перемещения, а следовательно, и скорость течения превышала 50 (вверху) и 100 (внизу) см/с, желтым цветом показаны меньшие значения. [2]
Рис. 1.5. Трассы отдельных дрифтеров, запущенных в воды южной части Гольфстрима в различное время.
При наблюдении на распределение течений Гольфстрима (рис.1.3-1.5), складывается впечатление, что из Мексиканского залива через Флоридский пролив в океан поступает мощный поток воды в виде струи, который и формирует Гольфстрим. Ранее именно так и считалось. Отсюда течение и получило название: Гольфстрим, что в переводе с английского означает - река залива (Мексиканского) или струя залива. Однако это впечатление обманчиво. Позже было установлено, что Гольфстрим в основном сформирован упомянутыми склоновыми холодными водами с севера и теплыми водами Саргассова моря с юга, но не Мексиканского залива, откуда вода практически не поступает. Оказалось также, что в средней части Гольфстрима расход воды гораздо больше, чем в южной, во Флоридском проливе (и эти факты никак не согласуются с термохалинной и геострофической природой течения). Неслучайно о Гольфстриме все же стали говорить не как о реке, вытекающей из залива, а как о течении, несущем свои воды от п-ова Флорида.
Рис.
1.6. Типичная для Гольфстрима трасса дрифтера
(А) и модуль скорости его движения с 9 апреля
1999 г. по 12 января 2000 г. (Б). Точкам на трассах
с цифрами 1, 2, 3 и т.д. соответствует время
движения дрифтера в сутках с момента
его запуска: 1 - 24, 2 - 48, 3 - 72 суток и т.д.
ГЛАВА 2. Конвейер течения и сезонные изменения Гольфстрим.
Для рассмотрения Гольфстрима в частности необходимо рассмотреть конвейер течения всей системы. Вблизи Большой Багамской банки Гольфстрим принимает ветвь Северного Пассатного течения и следует, в общем, параллельно восточному побережью США (рис. 2.1), но на небольшом расстоянии от него. Именно с теплыми водами этого течения связана мягкая зима на Бермудских островах. Вблизи мыса Хаттерас (побережье шт. Северная Каролина) Гольфстрим поворачивает на северо-восток и направляется к Большой Ньюфаундлендской банке. Здесь он встречается с холодным Лабрадорским течением, а также соприкасается с более холодным воздухом, поступающим с севера. В результате в этом районе почти постоянно наблюдаются туманы. От Большой Ньюфаундлендской банки Гольфстрим движется в восточном направлении к берегам Европы (эта его часть называется течением Западных Ветров). Примерно посредине Северной Атлантики Гольфстрим делится на два течения. Одно из них следует далее на восток к берегам Европы, а затем, поворачивая к югу, образует Канарское течение, которое впоследствии, переходит в Северо-Пассатное, и которое в свою очередь, возвращается к Большим и Малым Антильским островам, замыкая круг системы. Другое течение, именуемое Северо-Атлантическим, постепенно отклоняется влево и продолжает движение на северо-восток. Это течение проходит у западных берегов Британских о-вов, где от него снова отделяется ветвь, направляющаяся на запад, к южным берегам Исландии, – течение Ирмингера. Другая часть Северо-Атлантического течения – Норвежское течение – следует вдоль берегов Норвегии.
Динамика
конвейера течения заметно
Рис. 2.1 . Конвейер течений Атлантического океана.
Средняя годовая температура воды на поверхности составляет 25°С, 26°С, солёность 36,2-36.4о/оо ; на глубине 400 м температура 10°С, 12°С. Макс. солёность (36,5 о/оо) отмечается на глубине 200 м.
Изменения температуры воды в потоке Гольфстрима находятся в тесной зависимости от колебаний силы пассатных ветров, нагоняющих тёплые тропические воды в Мексиканский залив. Усиление северо-восточного пассата сказывается в повышении температуры Гольфстрима через 3-6 месяцев, а усиление юго-восточного пассата - через 6-9 месяцев. Вслед за повышением температуры наступают периоды охлаждения, связанные с тем, что усиление пассатов ведёт одновременно к охлаждению поверхности океана у берегов Африки поднимающимися с глубин холодными водами. Периоды понижения температуры в Гольфстриме следуют через 9-11 месяцев после усиления северо-восточного пассата и через 10-12 месяцев после усиления юго-восточного пассата. У южной окраины Ньюфаундлендской банки Гольфстрим подходит с севера к холодному Лабрадорскому течению, на границе с которым и происходит перемешивание и опускание поверхностных вод.
Изучение Гольфстрима проводилось путём температурных разрезов. Данные разрезы делались в период, соответствующий четырём порам года. Разрезы солёности так же относились к тем же временам года.
Чем теплее вода, тем менее она плотна. Наиболее характерной чертой всех этих разрезов является четкая выраженность изменений уровня изотерм на узком участке района. В соответствии с геострофическим соотношением эта узкая зона приурочена к тому месту, где наблюдаются высокие скорости течений, перпендикулярно направленных к плоскости страницы (на рис. 2.2—2.9). Поверхностные воды, лежащие слева от Гольфстрима, называемые водами склона, подвержены более широким сезонным колебаниям, чем воды Саргассова моря, лежащие справа от Гольфстрима, где основное сезонное изменение состоит в появлении летом на небольшой глубине слоя скачка температуры.
Поскольку Гольфстрим представляет собой границу, или фронт, в западной части Северной Атлантики между водами склона и Саргассовым морем, мы можем определить его следующим образом: это непрерывная лента, протягивающаяся от материкового склона района мыса Гаттерас до меридиана 50° з. д. к югу от Большой Ньюфаундлендской банки. Эта лента представлена хорошо выраженным градиентом давления между теплой, высокосоленой водой, лежащей к югу, и более холодной и более пресной водой, лежащей к северу. По этому определению внутренним и внешним пределами, или краями Гольфстрима будут те точки, где градиенты давления становятся равными нулю. Эти точки можно определить только тогда, когда имеются близко расположенные данные по температуре и солености и вычислены градиенты давления поперек течения. Далее, вследствие наличия крупных завихрений, как к северу, так и к югу от Гольфстрима, разрез, сделанный поперек этой площади, должен быть достаточно протяженным, чтобы можно было удостовериться в существовании только одного хорошо выраженного градиента давления. При наличии только одного градиента последним и определяется Гольфстрим, но если имеются несколько градиентов, тогда положение течения не может быть определено только по одному разрезу.
С
внутренним, или левым, краем Гольфстрима
не следует смешивать его
«Теплое ядро» определяется здесь как часть Гольфстрима с более теплой водой, чем та, которая находится на той же глубине справа, если смотреть вниз по течению. Это «теплое ядро» обычно распространяется до глубины 300— 400 м с максимальными аномалиями температуры на глубине около 100 м.
Для определения закономерностей в сезонном изменении течения Гольфстрим, необходимо произвести анализ восьми графиков распределения температуры и солёности по глубине, по четырём сезонам года:
1) На рисунках 2.2 и 2.3 приведён разрез распределения температуры по глубине, и распределение солености по глубине в период с 11 – 18 февраля. На рисунке 2.2 отчётливо видно как подстилаются тёплые воды более холодными, под течением уже на глубине 400 м. температура +8°С . Средняя температура составила в зимний период +14 °С, видно как температура на поверхности в некоторых местах достигает +24 °С, самая низкая температура на поверхности составляет +12°С. На глубине ниже 2000 метров сохраняется постоянная температура от +3°С до +2°С. На рисунке 2.3 отчётливо видно как соленость распространяется не равномерно, на поверхности течения средняя соленость составляет 36 о/оо, наблюдаются и аномалии, так максимальная соленость составляет 36,5 о/оо, а минимальное значение наблюдается на окраине течения ближе к Чесапикскому заливу и составляет 34,5 о/оо. С глубины 400 м. наблюдается постоянство солености оно составляет 35 о/оо.
2) На рисунках 2.4 и 2.5 приведён разрез распределения температуры по глубине, и распределение солености по глубине в период с 17—23 февраля. На рисунке 2.4 отчётливо видно как подстилаются тёплые воды более холодными, но это происходит плавно, нежели в период с 11 – 18 февраля. Под течением на глубине 400 м. температура +8°С . Средняя температура составила в весенний период +14 °С, видно как температура на поверхности в некоторых местах достигает +22 °С, самая низкая температура на поверхности составляет +12°С, левая сторона течения. На глубине ниже 2000 метров сохраняется постоянная температура от +3,5°С до +2,3°С на дне. Наблюдается не такое резкое смешивание температур воды в сравнении с зимним периодом.
На рисунке 2.5. отчётливо видно как соленость распространяется не равномерно, на поверхности течения средняя соленость составляет 36 о/оо, наблюдаются и аномалии, так максимальная соленость составляет 36,5 о/оо, а минимальное значение наблюдается на окраине течения ближе к Чесапикскому заливу и составляет 35,5 о/оо. С глубины уже 500 м. наблюдается постоянство солености, оно составляет 35 о/оо.
3) На рисунках 2.6 и 2.7 приведён разрез распределения температуры по глубине, и распределение солености по глубине в период с 28 августа — 3 сентября. На рисунке 2.6 отчётливо видно как подстилаются тёплые воды более холодными, под течением уже на глубине 400 м. температура +8°С . Средняя температура составила в летний период +14 °С, видно как температура на поверхности в некоторых местах достигает +25 °С, самая низкая температура на поверхности составляет +12°С, на окраине течения ближе к Чесапикскому заливу. На глубине ниже 2000 метров сохраняется постоянная температура от +4°С до +2,4°С.
На рисунке 2.7 отчётливо видно как на поверхности течения выходит менее соленая вода с глубины 800 м., соленость которой составляет 35 о/оо. Наблюдаются такие амплитуды: максимальная соленость составляет 36,2 о/оо, а минимальное значение наблюдается на окраине течения ближе к Чесапикскому заливу и составляет 34,5 о/оо. С глубины 400 м. наблюдается постоянство солености, оно составляет 35 о/оо.. Происходит подстилание Гольфстрима более перстной водой.
4) На рисунках 2.8 и 2.9 приведён разрез распределения температуры по глубине, и распределение солености по глубине в период с 30 ноября—5 декабря. На рисунке 2.8 отчётливо видно как подстилаются тёплые воды более холодными, под течением уже на глубине 400 м. температура +8°С . Средняя температура составила в осенний период +14 °С, видно как температура на поверхности в некоторых местах достигает +24 °С, самая низкая температура на поверхности составляет +18°С, на окраине течения ближе к Чесапикскому заливу. На глубине ниже 2000 метров сохраняется постоянная температура от +4°С до +3°С.
На
рисунке 2.9 так же отчётливо видно как
на поверхности течения выходит менее
соленая вода с глубины 600 м., соленость
которой составляет 35,5 о/оо. Наблюдаются
такие амплитуды: максимальная соленость
составляет 36,2 о/оо,
а минимальное значение наблюдается на
окраине течения ближе к Чесапикскому
заливу и составляет 34,5 о/оо.
С глубины 400 м. наблюдается постоянство
солености, оно составляет 35 о/оо.