Климат океана

   Процессы любого масштаба тесно связаны между собой, поскольку каждый цикл высшего порядка представляет собой результат развития процессов низшего порядка. Последовательная смена микропроцессов приводит к формированию определенной направленности мезопроцессов, которые в свою очередь обусловливают характер макропроцессов. При этом качественные особенности всякой более высокой категории процессов будут определяться количественными изменениями обмена энергии и веществ, происходящими в рамках более интенсивных, но менее продолжительных циклов. «В высокочастотной части синоптического интервала происходит каскадная передача энергии по спектру от крупномасштабных движений к мелкомасштабным вследствие гидродинамической неустойчивости квазигоризонтальных синоптических движений...; на низкочастотном конце синоптического интервала, по-видимому, имеет место передача энергии в противоположном направлении - от синоптических движений движениям еще более крупного масштаба» (А. С. Монин). Таким образом, климат, формируясь в результате последовательного развития циклов различных пространственно-временных масштабов, является фоном, на котором эти процессы развиваются.

   Взаимосвязь гидрофизических процессов различных масштабов. Среди океанологов и специалистов, связанных с обеспечением различных нужд флота, довольно широко распространено мнение об отвлеченности средних климатических характеристик, о том, что они не дают представления о реальных условиях в океане. При этом далеко не всегда принимается во внимание, о каких временных и пространственных масштабах идет речь. Для микропроцессов такая «реальность» будет определяться методом анализа исходных рядов непосредственных измерений. Даже при наличии синхронных океанографических съемок трудно обойтись без сглаживания исходных данных. Исключением может явиться синоптическое картирование. Большей же частью необходимо обобщение наблюдений по часам, суткам, декадам, естественным периодам. Сказанное в полной мере относится и к методике анализа мезопроцессов. Для суждения о них применяется осреднение по различным временным и пространственным масштабам, а также всевозможные классификации по типам процессов. Изучение макропроцессов возможно только в многолетнем аспекте на основе использования всех имеющихся данных или какой-то их части, относящейся к определенной климатической эпохе. Только этим путем можно получить представление об общих закономерностях, свойственных океаносфере и атмосфере, - их климате.

   Таким образом, без отвлечения от непосредственных измерений трудно получить представление об интересующих нас процессах и явлениях. Исключением могут быть лишь расчеты по теоретическим моделям; однако и при этом прослеживается стремление использовать те или иные натурные данные.

   В каких же временных и пространственных масштабах получаемые результаты можно считать реально отражающими действительность? По-видимому, такая постановка вопроса неправомерна. Ведь даже непосредственное измерение, выполнение в океане или атмосфере, имеет сугубо относительную «реальность», поскольку в каждый предшествующий или последующий отрезок времени состояние среды было или будет иным. И напротив, явно выраженные сезонные условия можно зафиксировать и сопоставить на основе обобщения (осреднения) Длительных рядов наблюдений. То же следует сказать и о многолетней изменчивости вполне реальных периодов потепления, похолодания и т. п.

   Каждая категория гидрометеорологических процессов отражает объективность, свойственную данному пространственно-временному масштабу. Для иллюстрации сказанного можно обвиться к данным о течениях. Так, непосредственные измерения дают представления о мгновенной характеристике потока. На основании длительных измерений можно получить дисперсию течения по направлению и скорости. С этой целью строят течений; такой статистический анализ дает возможность получить векторную гистограмму распределения, выбрать из нее преобладающее (модальное) результирующее направление (конечный перенос по всем перемещениям за рассматриваемый отрезок времени) и скорость, среднее их значение, устойчивость и пр. По исследованиям Р. П. Булатова, средняя годовая скорость течений, определенная по всем потокам Атлантического океана, равна 54 см∙с-1. Такова же она (56см∙с-1) по геострофическим расчетам в одноградусном масштабе осреднения данных (температуры и солености), уменьшаясь в пятиградусном в 2 раза (28 см∙с-1) и снова сокращаясь вдвое (14 см-с-1) при десятиградусном. Одноградусное осреднение для Флоридского течения дало скорость 140 см∙с-1, для Гольфстрима - 80, для Североатлантического - 50, для Прибрежного антарктического - только 8 см∙с-1. По В. А. Буркову (1980), максимальная скорость Гольфстрима зимой составила 355, а летом - 334 см∙с-1; при обобщении материалов по сезонам она уменьшается приблизительно в 3 раза (до 118 - зимой и 134 см∙с-1 летом). Следовательно, рассчитанную по косвенным данным для одноградусных трапеций среднюю за год скорость 80 см∙с-1 можно считать вполне приемлемой для определения годового переноса вод Гольфстрима. Соответствующие значения могут быть использованы для расчета сезонного и максимально возможного переноса.

   Весьма важно и то, как сказывается изменение масштабов осреднения исходных данных на представлениях о течениях в рассматриваемом регионе. Такие исследования были проведены Р. П. Булатовым (1971). Он рассчитал геострофическую циркуляцию вод Атлантического океана (от условной поверхности 1500 м) при одноградусном, пяти-, десяти- и сорокаградусном осреднении всех имеющихся сведений о температуре и солености. При этом было выявлено, что общие закономерности переноса вод проявляются в каждом случае, однако с различными особенностями.

   При одноградусном масштабе осреднения макроциркуляционные системы сильно затушевываются множеством мезомасштабных вихрей. Наличие их можно связать как с самой природой циркуляции вод, так и с недостаточным количеством исходных данных, за счет чего появляются отдельные кольцеобразные изолинии. Надо полагать, что ограниченность сведений играет второстепенную роль, поскольку вихри прослеживаются, пожалуй, в еще большей степени и в пределах акваторий с большим количеством наблюдений (северо-западные и северо-восточные части океанов). Таким образом, можно считать, что одноградусный масштаб осреднения сравнительно слабо «отфильтровывает» мезомасштабные вихри, являющиеся важнейшей чертой циркуляции вод. Тем самым значительно затемняются общие закономерности, проявляющиеся в сочетании макроциркуляционных систем циклонического и антициклонического характера, последовательно сменяющихся в направлении от экватора к полюсам.

   При пятиградусном масштабе осреднения мезомасштабные вихри практически целиком исчезают и с наибольшей четкостью проявляются все важнейшие закономерности циркуляции вод океана. Отдельные небольшие круговороты, по-видимому, следует считать не мезомасштабными образованиями, а частями макроциркуляционных систем. Пятиградусный масштаб является оптимальным для выявления основных закономерностей, свойственных всем гидрофизическим и гидрохимическим полям океана.

   Десятиградусный масштаб осреднения позволяет проследить самые главные особенности циркуляции вод океана. К их числу следует отнести и весьма наглядное представление об увеличении интенсивности циркуляции в умеренных широтах, проявляющемся по сгущению изолиний динамического рельефа. Вместе с тем скорости отдельных течений существенно отличаются от непосредственно замеренных. Несмотря на это, их не следует считать «фиктивными», так как они дают среднюю величину, характерную для десятиградусной трапеции (со сторонами, превышающими 1000 км); по ним можно получить перенос вод в пределах всей трапеции за тот отрезок времени, по которому проводилось обобщение исходных данных.