Климат океана

   При преобладании зональных условий в приповерхностных слоях океаносферы и атмосферы меридиональные градиенты гидрофизических и метеорологических свойств (определяющих основные закономерности свойств обеих сред) оказываются значительно больше широтных градиентов. При высокой плотности океанических вод это приводит к исключительно большой устойчивости гидрофизических и гидрохимических полей (структуры и стратификации, их характеристик, циркуляции вод и пр.). При значительно меньшей плотности воздуха по сравнению с водой закономерности, вскрытые для океаносферы, не всегда приложимы к атмосфере.

   Тем самым становится понятным то, что в системе «океан - атмосфера - суша» Мировому океану принадлежит ведущая роль в планетарном обмене энергии, масс и веществ, а, следовательно, в формировании и изменении природы всего земного шара.

   При наибольшей изменчивости солнечной радиации в направлении от экватора к полюсам и соответствующем характере обмена энергии и веществ меридиональные градиенты гидрофизических полей оказываются ведущим климатообразующим фактором. Они перекрывают воздействие всех других процессов, в том числе сезонные и межгодовые колебания; возмущающее влияние последних значительно меньше меридиональной изменчивости свойств вод. Таким образом, становятся понятными причина широтной протяженности изолиний гидрофизических полей, их отклонение в пределах отдельных акваторий сильными течениями и большое сходство между средними, модальными и экстремальными полями. Следовательно, главные особенности формирования и изменчивости гидрофизических полей определяются меридиональными градиентами, за счет чего изменчивость во времени в каждой точке океана существенно меньше пространственной изменчивости. Поскольку эта общая закономерность была выявлена в процессе климатолого-стати-стических исследований северных частей Атлантического и Тихого океанов, можно полагать, что она справедлива и для Мирового океана в целом.

   Гидрофизические поля при сохранении общих черт, вполне понятно, различаются по абсолютным величинам, сравнительно близким у средних и модальных, но весьма существенно различных у минимальных и максимальных значений. Выделение областей выше и ниже средней, полученной для всей исследуемой акватории, дает представление о положительных и отрицательных аномалиях термогалинных полей и к тому же очень наглядно отражает особенности их перестройки по вертикали. Статистическому анализу подвергались воды верхней пятисотметровой толщи океана. Глубже количество исходных данных начинает быстро уменьшаться и статистические характеристики оказываются менее надежными. Однако, основываясь на увеличении гомогенности вод с глубиной, можно полагать, что взаимосвязь между средними, модальными и экстремальными полями должна оставаться высокой. Верхняя пятисотметровая толща вод океана подвергается наибольшей изменчивости, и если в ее пределах выдерживается тесная зависимость между средними, модальными и экстремальными полями, то она не может не иметь места во всей толще океана, поскольку с глубиной повсеместно возрастает однородность вод.

Средние годовые, модальные (преобладающие) и экстремальные температуры (°С) воды (1), полученные по всей Северной Атлантике по многолетним данным, а также разности между наибольшими и наименьшими величинами (2) в пределах рассматриваемой акватории

 Глубина, м

Средняя 

 Модальная

 Максимальная

 Минимальная

 1

 2

 1

 2

 1

 2

 1

 2

0
50
100
200
500
1000

19,94
17,95
15,70
13,35
9,94
4,27

24
24
24
18
12
6

19,69
17,31
15,45
13,37
9,60

22
25
25
18
12

24,57
22,59
19,74
15,86
12,12

22
22
22
16
13

15,83
14,38
12,50
10,17
8,26

28
26
24
20
14

   Привлечение статистических методов позволяет получить в сжатой и обобщенной форме обширную информацию о пространственной и временной структуре гидрофизических полей. Однако, в условиях когда основная масса имеющихся океанографических материалов представляет собой совокупность данных, неравномерно располагающихся во времени и пространстве, возникает вопрос о том, допустимо ли вообще привлечение статистической обработки. Определение в таких условиях минимальной величины исходных рядов наблюдений, при которой возможно применение статистического анализа, заведомо бесполезно. Априори совершенно ясно, что обширнейшие открытые пространства океана не обеспечены должным количеством данных. В таком случае расчет статистических характеристик все же можно проводить, сопровождая его определением погрешностей рассчитываемых гидрофизических параметров. Полученные цоля погрешностей как самого параметра, так и его стандартного отклонения показали, что ошибки расчета увеличиваются в соответствии с природной изменчивостью гидрофизических условий и уменьшением количества данных. Сочетание их и определяет поля погрешностей. Однако в целом ошибки уменьшаются с удалением от поверхности океана за счет повышения устойчивости состояния среды. Как правило, погрешности малы, оказываясь существенно меньше средней природной изменчивости, оцениваемой по стандартному отклонению. Максимальная изменчивость по экстремальным величинам много больше.

   В качестве примера могут быть рассмотрены материалы, относящиеся к полю температуры Северной Атлантики, природная изменчивость которого особенно велика. Так, оказалось, что погрешность вычисления средней температуры на поверхности океана уменьшается от 0,3-0,5° в центральной его части до 0,1-0,2° в прибрежных районах. Ошибки расчета стандартного отклонения еще меньше, изменяясь в тех же пределах - от 0,2-0,3° до 0,1-0,05°. В то же время стандартное отклонение самого поля температуры на поверхности океана от 0,5-1,0 в тропиках нарастает до 2,0-3,0° на севере, достигая максимальных значений 5,0-6,0° в районе Гольфстрима. Сезонная изменчивость по разности между экстремальными средними месячными температурами от 1-2° в экваториальной зоне увеличивается приблизительно до 6° в субарктических широтах, доходя у берегов Северной Америки до 10-16°. Разность между экстремальными величинами, выбранными из всего ряда имеющихся данных, очень велика, составляя в низких широтах 2-5°, в высоких - 5-10°, а в районе Гольфстрима - 15-25°. С удалением от поверхности океана гидрофизические условия становятся более однородными и соответственно уменьшаются ошибки расчета статистических параметров, но они всегда значительно меньше природной изменчивости. Те же закономерности свойственны солености, плотности и, следовательно, прочим физико-химическим свойствам океаносферы.

   Возможность использования ограниченных исходных данных для климатолого-статистического изучения гидрофизических полей определяется также исключительно высокой устойчивостью процессов в океане, нарастающей по мере удаления от побережий и от поверхности ко дну. За счет устойчивости условий возможно получение в первом приближении оценки изменчивости средних многолетних гидрофизических полей по всей изучаемой акватории. Критерием допустимости использования каждой полученной оценки является то, как она ложится во всем поле анализируемых величин.

   Проведенные исследования показали также несостоятельность широко распространенных представлений об отвлеченности средних климатических характеристик, о том, что они не дают сколько-нибудь близкого представления о реальных условиях в океане. Большое сходство гидрофизических полей и исключительно высокие коэффициенты корреляции между ними (как правило, выше 0,8-0,9) позволяют сделать вывод о том, что формирование и изменение гидрофизических полей происходит по единому закону, определяющему их пространственную и временную взаимосвязь и изменчивость. Следовательно, среднее состояние (климат) Мирового океана отражает объективную реальность, связанную с каждым отдельным моментом, через посредство микро- и мезомасштабных процессов.

   Обобщая, можно написать о том, что среднее многолетнее состояние океана не представляет собой некое отвлеченное чисто фиктивное и формальное понятие. Это состояние отражает объективную реальность, более или менее близкую к каждому отдельному моменту, определяющемуся общими закономерностями формирования и изменчивости гидрофизических полей. Оно является тем главным фоном, который обусловливает основные особенности развития микро- и мезопро-цессов, поскольку они не выходят за рамки экстремальных величин, взаимосвязанных со всеми другими характеристиками гидрофизических полей. Более того, основываясь на этой взаимосвязи, можно по одной из имеющихся характеристик, полученных даже по ограниченным исходным данным, провести ориентировочную оценку других.

   В условиях, когда основная масса океанографических наблюдений представляет собой совокупность данных, неравномерно располагающихся во времени и пространстве, климатолого-ве-роятностный метод дает возможность связать процессы различных пространственно-временных масштабов.