Признаки приближения тропического циклона.
реклама
Севастопольская морская академия Кафедра «Судовождения и безопасности мореплавания» Методические указания по выполнению практического занятия №10 Опасные метеорологические явления по дисциплине «Гидрометеорологическое обеспечение судовождения» для студентов очной формы обучения направления/специальности 26.05.05 «Судовождение» Севастополь-2014 г. Методические указания разработаны на основе ФГОС по специальности 26.05.05 «Судовождение». Методические указания по проведению практического занятия №10 «Опасные метеорологические явления» по учебной дисциплине «Гидрометеорологическое обеспечение судовождения» составил профессор, доктор географических наук, профессор кафедры «Судовождения и безопасности мореплавания» Холопцев Александр Вадимович. Севастополь, Севастопольская морская академия, 2014г., 23 страниц. Методические указания по проведению практических занятий рассмотрены и утверждены на заседании кафедры «Судовождения и безопасности мореплавания «14» июля 2014 г., протокол № 1 . Зав.кафедрой “ Судовождения и безопасности мореплавания” доктор технических наук Кулагин В.В. Рекомендовано к использованию в учебном процессе. Протокол заседания учебно-методического совета № __________ от «___»___________ 2014 года СОДЕРЖАНИЕ 1. Цель и основные задания практического занятия 4 2. Список вопросов для входного контроля знаний студентов 4 3. Правильные ответы на поставленные вопросы 4 4. Основные положения теории. Тропические циклоны и Эль-Ниньо 5 5. Темы для докладов студентов 23 6. Порядок проведения занятия Рекомендованная литература 23 23 1. Цель и основные задания практического занятия . Целью данного практического занятия является закрепление и углубление знаний, полученных студентами на лекции №10. Для достижения указанной цели студент должен выполнить следующие основные задания: - повторить лекционный материал, посвященный опасным метеорологическим явлениям ; - подготовить и доложить реферат по одной из рекомендованных тем. 2. Список вопросов для входного контроля знаний студентов. 2.1. Что такое тропические циклоны? 2.2. Что такое тропический шторм? 2.3. Где в Атлантике бывают и как называются тропические циклоны? 2.4. Что служит источником энергии тропического циклона? 2.5. Чем отличаются между собой ураганы 1-й и 5-й категории? 2.6. Что такое Эль-Ниньо? 2.7. Когда возникает Эль-Ниньо? 2.8. Где возникает Эль-Ниньо? 2.9. Где увеличивается энергия тропических циклонов в период ЭльНиньо? 3. Правильные ответы на поставленные вопросы. 3.1. Циклоны, образующиеся в тропических широтах обоих полушарий (между 10 и 20 градусами), которые как правило имеют разрушительную силу, называются тропическими. 3.2. Тропический шторм это недоразвившийся тропический циклон, в котором скорость ветра не превышает 30м/с.. 3.3. Тропические циклоны бывают в тропической зоне Северной Атлантики и называются ураганами. 3.4. Источник энергии тропического циклона – скрытая теплота парообразования водяного пара, выделяющаяся при его конденсации. 3.5. Ураганы 1-й и 5-й категории различаются по скорости ветра и высоте подъема уровня океана, вызывающего наводнение на побережьях. 3.6. Эль-Ниньо - экстремально теплая фаза Южного колебания. 3.7. Эль–Ниньо возникает в декабре, в канун католического Рождества. 3.8. В Тихом океане у берегов Панамы, Эквадора, Колумбии. 3.9. В Тихом океане у берегов Панамы, Эквадора, Колумбии. 4.Основные положения теории. Тропические циклоны и Эль Ниньо География тропических циклонов Циклоны, образующиеся в тропических широтах обоих полушарий (между 10 и 20 градусами), называются тропическими. Тропические циклоны большой интенсивности, в каждом регионе мира имеют свои названия. В восточной части Тихого океана и в Атлантике их называют ураганами (от испанского слова «уракан» или английского «харикейн»), на полуострове Индостан – циклонами или штормами, на Дальнем Востоке – тайфунами (от китайского слова «тай», что означает сильный ветер). В Австралии они называются «вилли-вилли», в Океании «вилли-вау» , на Филиппинах - «багио» . Тайфунам Тихого океана и ураганам Атлантики присваивают имена согласно установленным спискам. Для тайфунов используются четыре списка имен, для ураганов установлен один. Каждому тайфуну или урагану, образовавшемуся в данном календарном году, кроме имени присваивается порядковый номер двухзначная цифра года: например, 0115, что означает пятнадцатый по счету номер тайфуна в 2001. Особенности тропических циклонов: -они зарождаются только при температуре поверхности моря более о +25 С; -в их центрах наблюдается исключительно низкое атмосферное давление ( в урагане Ида , сентябрь 1958г. было атмосферное давление 655мм рт.ст.); - горизонтальные градиенты давления достигают весьма больших значений; - ветер в урагане достигает скорости более 180 м/с (ураган Митч); -на морской поверхности урагана наблюдаются огромные неупорядоченные волны, (толчея); - наличие типичных облаков вертикального развития, имеющих высоту до 18 км, которые собираются облачной стеной вокруг центра урагана; - сильнейшие ливни и грозы; Тропические циклоны возникают чаще всего в конце лета- начале осени, редки зимой и вовсе не бывают весной. Горизонтальные размеры тропических циклонов 500-800 км. Ураган проходит над той или иной территорией за 9 - 12 суток. Тропические циклоны могут возникать в любое время года в тропических частях всех океанов, за исключением юго-восточной части Тихого океана и южной части Атлантики. Наиболее часто (в 87% случаев) они возникают между широтами 5° и 20°. В более высоких широтах они возникают лишь в 13% случаев. Никогда не отмечалось возникновение циклонов севернее 35°N и южнее 22° S. В Атлантике тропические циклоны образуются лишь в Северном полушарии, в то время как в Индийском и Тихом океанах они встречаются в обоих полушариях. Причина этого явления – присущие этим акваториям особенности распределения поверхностной температуры воды, обусловленного характерной для них структурой поверхностных течений. Сезон ураганов и тайфунов в Северном полушарии обычно длится с Июня по Ноябрь, когда температура воды на поверхности акваторий наиболее велика и превышает 26.5оC. Большинство тропических циклонов здесь происходят в Августе и Сентябре. В северной части Индийского океана они бывают с мая по декабрь . В Южном полушарии тропические циклоны наблюдаются в районе Тихого океана—с января по июль, в Индийском океане—с ноября по апрель. Существует несколько очагов наиболее частого зарождения тропических циклонов: в Атлантическом океане — Карибское море и Мексиканский залив. Больше всего тропических циклонов возникает над Тихим океаном; у юго-восточных берегов Азии возникает в среднем 20 циклонов в год. Третье место по количеству тропических циклонов занимает Индийский океан . Компонентами структуры каждого урагана являются: -глаз (еуе) - область диаметром в 20-50 км, находится в центре урагана, где небо часто ясное, ветры слабые, а давление - самое низкое; -стена глаза(еуе wall)- кольцо кучево-дождевых облаков, окружающее глаз. Здесь самые интенсивные осадки и самые сильные ветры; - спиральные полосы выпадения осадков (spiral rainbands)- полосы сильных конвективных ливней, направленных к центру циклона. Межгодовая изменчивость вероятностей возникновения тропических циклонов. Вероятность зарождения ураганов определяется распределением температур поверхности океана (ТПО) в тропической зоне Атлантики. В этой зоне распределение ТПО в основном формируется течениями СевероПассатным, Межпассатным и Южно-Пассатным. Изменения скорости этих течений в Атлантике следуют за изменениями интенсивности юго-восточного и северо-восточного пассатов, а также их широтными смещениями. Среднегодовые расходы течений тропической зоны Атлантики таковы: Северо-Пассатное течение - 20 куб. км/с Межпассатное противотечение- 18,1 куб. км/с Северная ветвь Южно-Пассатного течения -15.5 куб. км/с Южная ветвь Южно-Пассатного течения - 50 куб. км/с. Наиболее существенной особенностью распределения ТПО в тропической зоне Атлантики является наличие максимума в зоне Межпассатного противотечения и сезонного минимума– в зоне либо Северо-, либо Южно-пассатного течения, в которых изменения ТПО происходят противофазно. Характеристики этих минимумов зависят от температур и расходов вод Канарского и Бенгельского течения, которым свойственна существенная внутригодовая и межгодовая изменчивость. В результате этого значение модуля меридионального градиента распределения ТПО в тропической Атлантике непрерывно изменяется. Это приводит к соответствующим изменениям поля атмосферного давления и ветрового режима над рассматриваемой акваторией, которые также влияют на характеристики рассматриваемых течений. Их расположения при смене времен года, всегда смещаются в сторону более теплого полушария. Подобные смещения влияют на многие важнейшие природные процессы, в том числе - на количество ураганов, образующихся в тропической зоне Северной Атлантики, а также их продолжительность и интенсивность. Межгодовая изменчивость вероятностей возникновения ураганов обусловлена динамикой значений меридионального градиента ТПО во внутритропической зоне конвергенции Атлантики, которая является результатом взаимодействия океана и атмосферы и характеризует его. Поэтому эти значения рассматриваются как глобальный климатический индекс, получивший название Атлантическая меридиональная мода- АММ. Поскольку временная изменчивость меридиональных составляющих распределения ТПО в тропической зоне Атлантики более ярко выражена, чем составляющих широтных, АММ является главной компонентой упомянутого взаимодействия. Благодаря наличию положительной обратной связи между приповерхностными ветрами, испарением и ТПО максимальные значения АММ наблюдаются в месяцы, соответствующие весеннему сезону в Северном полушарии. Несмотря на это изменчивость АММ значимо влияет на активность ураганов над Атлантикой и в другие времена года. Так как основным источником энергии ураганов является водяной пар, поступающий в атмосферу с поверхности океана, а его поток зависит от ТПО, изменения АММ значимо коррелированны с активностью ураганов на внутригодовом, межгодовом и междесятилетнем масштабах. Они во многом определяют также траектории перемещения ураганов в северной Атлантике. Признаки приближения тропического циклона. - постоянное падение атмосферного давления более чем на 3 гПа в сутки; - появление крупной зыби не от того румба откуда дует ветер (за 1-2 суток до подхода урагана угол между направлением прихода зыби и ветромоколо 90o); - если направление распространения зыби меняется против часовой стрелки- центр урагана пройдет справа налево; если по часовой, то слева направо; - появление тонких перистых облаков, радиально сходящихся в одну точку на горизонте, не исчезающих после захода и эффектно окрашенных. - если с течением времени направление полос перистых облаков не меняется, а суточный ход давления нарушен, то ураган движется непосредственно на Вас. - установление очень знойной и душной погоды при безоблачном небе и хорошей видимости. Приближению тропического циклона, иногда на очень больших расстояниях (до 1500 миль), предшествует появление перистых нитеобразных облаков с загнутыми концами, которые лучше всего наблюдаются при восходе или заходе солнца. Если эти облака кажутся сходящимися в одной точке, то с большой вероятностью можно считать, что на расстоянии около 500 миль от судна в районе сходимости этих облаков расположен центр тропического циклона. На расстоянии около 300 миль от центра тропического циклона направление движения перистых облаков часто совпадает с направлением движения циклона На расстоянии 500—600 миль от центра циклона обычно наблюдаются перисто кучевые облака, а на расстоянии 200—250 миль—нагромождения мрачных мощных кучево-дождевых облаков, вид неба здесь является угрожающим. Появлению кучево-дождевых облаков часто предшествует возникновение на горизонте небольшого, заметно увеличивающегося и быстро движущегося темного облака—«бычьего глаза» . На расстоянии 200— 250 миль от центра тропического циклона хорошим признаком его приближения является появление разорваннокучевых облаков. Вначале это одиночные облака, но с приближением центра циклона количество их увеличивается, они уплотняются и постепенно переходят в дождевые. Одновременно проходят шквалы с ливнями. Движение разорванно-кучевых облаков указывает на направление движения центра тропического циклона. Если стать лицом навстречу движению этих облаков, то центр тропического циклона будет расположен вправо от судна. В 100—150 милях от центра урагана начинается сильный ливневый дождь. В 10—15 милях от центра (глаза циклона) дождь прекращается, облака расходятся. После прохождения центральной области тропического циклона облака снова смыкаются и начинается ливневый дождь такой же силы, как и до прохождения центра циклона, однако продолжительность дождя несколько меньше. Классификации тропических циклонов. Ураганная активность в Атлантике обычно наблюдается с начала июня по конец ноября. Здесь за сезон образуется 10 тропических штормов, из них 6 -ураганы, а 2 — в сильные ураганы. Они формируются в области до 30° от экватора, но не ближе 10° от экватора, где сила Кориолиса слаба. Ураган первой категории. 30<V<40м/с, в порывах до 60 м/с. Высота ветрового нагона до 2 м Ураган второй категории. 42<V<50м/с, в порывах до 90 м/с. Высота ветрового нагона 2-2.5м Ураган третьей категории. 50<V<60м/с, в порывах до 120 м/с. Высота ветрового нагона 2.5-4м Ураган четвертой категории. 60<V<70м/с, в порывах до 180 м/с. Высота ветрового нагона 4-5.5м Ураган пятой категории. 70<Vм/с, в порывах более 180 м/с. Высота ветрового нагона более 5.5м Рекомендации по уклонению от центров тропических циклонов и их опасных секторов. Определить направление на центр циклона и положение судна по отношению к траектории движения центра циклона по ветру, зыби, движению облаков с помощью штормовой картушки и радиолокатора. Для определения, с какой стороны горизонта подходит циклон, существует закон Бейс-Балло: если стать спиной к ветру, то центр циклона будет находиться впереди на 45 - 65° влево от направления ветра в северном полушарии и на столько же вправо - в южном. Зыбь идет, как было сказано, от центра циклона Центр циклона всегда будет находиться в северном полушарии с правой стороны, а в южном - с левой от наблюдателя, стоящего лицом к движению облаков. Результат будет тем точнее, чем большее число наблюдений за ветром, зыбью и облаками будет использовано. Признаком приближения к судну циклона является падение атмосферного давления. Если ветер слабеет, а давление повышается -циклон отходит от судна. Если сила ветра и давление остаются неизменными циклон проходит стороной. По скорости ветра и величине падения давления за равные промежутки времени можно приближенно определить расстояние до центра циклона. Чем больше увеличивается скорость ветра и чем быстрее падает давление, тем ближе центр циклона. Для определения расстояния до центра циклона существуют специальные расчетные таблицы. Более точно определить направление на центр тропического циклона можно с помощью штормовой картушки, которая представляет собой упрощенную схему тропического циклона, выполненную на прозрачном планшете в виде нескольких кругов (изобар) и стрелок ветра. Для этого сначала наносят на карту стрелку истинного ветра в точке нахождения судна. Затем накладывают на карту картушку так, чтобы одна из стрелок ветра совпала с истинным ветром и чтобы при этом линия была параллельна меридиану карты. Линия укажет направление на центр циклона. На рисунке справа показан случай, когда центр циклона по отношению к судну находится в юго-восточном направлении. При выборе соответствующей окружности (изобары) нужно исходить из величины часового падения давления. -При обнаружении первых признаков приближения тропического циклона и при слабом падении давления нужно считать, что судно находится на первой (внешней) изобаре. При падении давления на величину от 1 до 1,5 мбар/ч - между первой и второй изобарами, от 1,6 - 2,6 мбар и более - между третьей изобарой и центром. Таким образом можно получить представление не только о месте положения центра циклона, но и в каком примерно направлении движется его центр относительно судна. Если судно оказалось на какой-либо периферии тропического циклона, то чтобы выбрать наилучший путь для расхождения с наиболее неблагоприятными и опасными районами этих циклонов, нужно предварительно установить. какая именно часть циклона надвигается на судно или же приближается к судну; иначе говоря, какое положение занимает судно относительно движения центра циклона. Для этого рекомендуется сбавить ход и непрерывно вести наблюдения за изменением ветра и давления на основании следующих признаков. Если ветер в течение 1 - 3 ч поворачивает вправо и несколько усиливается, то на судно надвигается правая половина циклона, если влево левая половина. Если ветер не меняет своего направления, а сила его увеличивается и давление падает, то судно находится на линии движения центра циклона и приближается к нему. Определив направление на центр циклона и часть циклона, которая надвигается на судно, приближаясь к нему, необходимо лечь на такой курс по отношению к центру циклона, который уводил бы судно с линии его движения. Относительно ветра, при плавании в северном полушарии следует при приближении правой половины циклона лечь на курс бейдевинд правого галса, приводя постепенно все круче и круче к ветру; при приближении левой половины циклона - на курс бакштаг правого галса. Находясь на самом пути центра тропического циклона, лечь на курс фордевинд. При плавании в южном полушарии необходимо: - в случае приближения судна к правой половине циклона лечь на курс бейдевинд левого галса и приводить против ветра, - при приближении левой половины циклона - на курс бакштаг левого галса, - находясь на пути центра тропического циклона, лечь на курс фордевинд; - лечь на левый галс в северном полушарии и на правый - в южном, если берега, отмели и т. д. не позволяют, чтобы судно уходило от центра циклона курсом бакштаг. Во всех случаях надо придерживаться указанных курсов до начала подъема давления. Пусть судно находится в точке А в северо-западной части циклона, около линии движения его центра. Будучи уверенными в том, что линию движения центра циклона удастся пересечь раньше чем можно встретить его центральную область, нужно вести судно так, чтобы ветер был в северном полушарии с правого борта судна, а в южном— с левого и по возможности держать курс перпендикулярно линии движения циклона, чтобы уйти в менее опасный район. Судно, находящееся в южном секторе циклона ( в точках Г, К), должно быть приведено по отношению к ветру в северном полушарии так, чтобы ветер был справа по носу, а в южном - слева по корме. Если невозможно выполнить указанный маневр, судно должно удерживаться против волны, работая машиной. Если циклон находится перед судном и справа от него (положение Д), следует лечь на обратный курс. Судно, находящееся в передней части левой половины циклона, например, в точке Б, должно по возможности удалиться от центральной области циклона курсом, перпендикулярным линии движения циклона, ветер должен быть в северном полушарии с правого, а в южном - с левого борта. Если так держать курс невозможно, нужно, чтобы ветер в северном полушарии был справа по корме судна, а в южном - слева и полным ходом идти вперед. Судну, находящемуся на периферии тыловой части циклона, в левой его половине (положение Е) или приближающемуся к этому району, следует повернуть вправо и оставить циклон с левого борта. Судну, догнавшему циклон (тропический или глубокий обычный), целесообразно лечь в дрейф и подождать его ухода (положение Ж). Судно, приближающееся к тыловой правой половине циклона или находящееся на ее периферии (положение 3), должно отвернуть влево и оставить циклон с правого борта. Во всех случаях при выходе судна из циклона необходимо следить прежде всего за ходом атмосферного давления. Заметное повышение давления—первый и надежный признак того, что судно удаляется от центра циклона. Общие сведения и история изучения Эль Ниньо Эль-Ни́ньо (исп. El Niño — Святой малыш) или Южная осцилляция — крупномасштабный процесс взаимодействия Тихого океана и атмосферы, вызванный аномальным повышением температуры поверхностного слоя воды на востоке его экваториальной части. В более узком смысле Эль-Ни́ньо — фаза Южной осцилляции, в которой в восточной части тропической зоны Тихого океана, у берегов Панамы, Колумбии и Эквадора, формируется область аномально теплых вод. Противоположная фаза Южной осцилляции, при которой на поверхности той же акватории формируется область аномально холодных вод, называется Ла-Нинья (исп. La Niña — Святая малышка). Рассматриваемый процесс существенно влияет на распределение водяного пара в земной атмосфере, режим выпадения атмосферных осадков и изменчивость метеоусловий во всех (за исключением Арктического и Антарктического ) климатических поясах обоих полушарий нашей планеты, а также поля температуры, растворенного кислорода и плотности воды на поверхности относящихся к ним акваторий Тихого океана. Тем самым он влияет на функционирование значительной части существующих сообществ суши и Мирового океана. В аномальных фазах Южного колебания изменения состояний всех перечисленных процессов приобретают катастрофические масштабы, а экологические условия во многих регионах планеты приближаются и выходят за пределы диапазонов адаптации многих их обитателей, что вызывает их массовую гибель, а также наносит значительный ущерб соответствующим экосистемам. Характерный период Южной осцилляции —от 3 до 8 лет, однако сила и продолжительность аномальных фаз этого явления в реальности сильно варьируется. Так, в 1790—1793, 1828, 1876—1878, 1891, 1925—1926, 1982— 1983 и 1997—1998 годах были зафиксированы мощные фазы Эль-Ниньо, тогда как, например, в 1991—1992, 1993, 1994 это явление, часто повторяясь, было слабо выраженным. Эль-Ниньо 1997—1998 гг. было настолько сильным, что привлекло внимание мировой общественности и прессы. Тогда же распространились теории о связи Южной осцилляции с глобальными изменениями климата. С начала 1980-х Эль-Ниньо возникало также в 1986— 1987 и 2002—2003 гг. Первое упоминание термина «Эль-Ниньо» относится к 1892 г., когда капитан Камило Каррильо сообщил на конгрессе Географического Общества в Лиме, что Перуанские моряки назвали теплое северное течение, замеченное ими в дни католического Рождества - «Эль-Ниньо». В 1893 г. Чарльз Тодд установил, что засухи в Индии и Австралии происходят в одни и те же годы. Он выдвинул предположение о том, что это совпадение неслучайно и является результатом существования единого крупномасштабного процесса, управляющего выпадением атмосферных осадков в тропических климатических поясах нашей планеты. На то же указывал в 1904 г. и Норман Локьер. О том, что катастрофическое усиление атмосферных осадков на территории Перу, вызывающие на территории этой страны наводнения, происходит в годы, когда ее западного побережья появляется теплое северное течение Эль Ниньо, сообщали в 1895 г. Пезет и Эгуигурен. Впервые весь комплекс явлений в атмосфере и океане, называемый ныне Южной осцилляцей, описал в 1923 году Гилберт Томас Уолкер. Он ввел сами термины Южная осцилляция, Эль-Ниньо и Ла-Нинья, рассмотрел зональную конвекционную циркуляцию в атмосфере в приэкваториальной зоне Тихого океана, получавшую теперь его имя. Долгое время на данное явление ученые Европы и Северной Америки не обращали почти никакого внимания, считая его региональным. Только к концу XX в. выяснились связи Эль-Ниньо с климатом этих регионов планеты. Перуанские течения Тихого океана В нормальных условиях воды поверхностного слоя восточной части тропической зоны Тихого океана, нагреты умеренно, так как сюда приносят свои холодные воды Перуанские течения. Эти течение являются северными ветвями течения Западных ветров – северной периферии Циркумполярного Антарктического течения – мощнейшего поверхностного течения нашей планеты, омывающего все побережья Антарктиды и проходящего через Тихий , Индийский и Атлантический океаны. Южная ветвь течения Западных ветров с водами Циркумполярного Антарктического течения уходит в Атлантический океан через пролив Дрейка. Северные ветви течения Западных ветров отделяются от него на подходе к шельфу Южной Америки. Они носят названия Перуанское Прибрежное течение и Перуанское Океаническое течение (называемое также течением Гумбольта). Эти течения периодически оказываются разграничеными встречным Перу-Чилийским противотечением, несущим свои воды на юг. На востоке система Перуанских течений ограничена шельфом и побережьями Южной Америки. Западная ее граница неопределенна. Условно ширину этой системы течений принимают равной 1000 км. Входящие в нее Перуанские течения - широкие, глубокие и медленные потоки, несущие относительно холодные воды к экватору. Скорость движения вод течения Гумбольта до 0.2 м/с., его расход- 1520 куб км/с. Максимальное значение скорости наблюдается на поверхности, а с ростом глубины ее значения монотонно уменьшается. Соединяясь вблизи экватора с Перуанским Прибрежным, Перуанское Океаническое течение дает начало Южно-Пассатному течению. Прибрежное Перуанское течение - это поверхностное течение, средняя скорость которого составляет около 30 см/с. В январе- марте это течение проникает севернее 20-й параллели, достигает экватора и иногда пересекает его. В это время хорошо выражено широкое Экваториальное противотечение. Соединяясь у берега с Прибрежным Перуанским течением, оно поворачивает на север и пересекает экватор. Объединившиеся воды обоих течений здесь поступают частично в Северо-Пассатное течение. На поверхности океана в этот сезон Перу-Чилийского противотечения нет. Оно существует лишь как подповерхностное. Взаимодействие с рельефом морского дна у берегов Перу Перуанского прибрежного течения приводит к образованию здесь Перуанского апвеллинга. В данном районе из глубин Тихого океана происходит подъем к его поверхности холодных и богатых биогенами вод, что способствует повышению трофности его поверхностного слоя и активному развитию в нем фитопланктона и рыбы. Из-за обилия фитопланктона и водорослей, воды Прибрежного Перуанского течения имеют зеленовато- белую или зеленовато - оливковую окраску. В результате охлаждения в зоне апвеллинга теплого воздуха, приносимого пассатами с суши, над Перуанским Прибрежным течением часты туманы, а также плотные облака нижнего яруса. При этом испарение воды споверхности океана в зоне данного течения невелико. Это одна из причин засушливости климата на тихоокеанском побережье Перу, где существует пустыня Атакама. В июне- сентябре севернее 20-й параллели Прибрежное Перуанское течение отсутствует. В это время от экватора вдоль берега Южной Америки возникает Перу-Чилийское противотечение (оно же течение Гюнтера). Это течение особенно хорошо выражено в слое 150-400м, где оно идет сплошным потоком, практически по меридиану 80оW, и проникает далеко к югу, за 40-ю параллель. По мере продвижения к югу его расход уменьшается от 10 куб. км/с на параллели 5 оS градусов; до 2 куб. км/с на параллели 22 оS. Данное течение образовано водами различного происхождения. Его прибрежная ветвь , называемая течением Эль Ниньо несет воды из прибрежного района севернее экватора, а мористая ветвь содержит более соленую воду из открытого океана. Течение Эль Ниньо в период с января по май прослеживается лишь у берегов Панамы, Эквадора и Колумбии. Дальнейшему продвижению на юг его вод препятствует Прибрежное Перуанское течение. Воды, принесенные в восточную часть тропической зоны Тихого океана Перуанскими течениями относительно холодные, вследствие этого над этой акваторией атмосферное давление повышено, что способствует усилению пассатов, сгоняющих избыток воды на запад. приводит к тому, что в этом месте уровень Тихого океана на 60 см выше, чем в восточной его части. А температура воды здесь достигает 29 — 30 °C против 22 — 24 °C у берегов Перу. Некоторые течения тропической зоны Тихого океана Под воздействием пассатов воды из восточной части тропической зоны Тихого океана движутся вдоль экватора на запад, образуя Северо- и ЮжноПассатные течения. Наиболее мощное из них Южно Пассатное течение, включает в себя основную часть потока вод приносимых Перуанскими течениями. Данное течение образует южное звено южного тропического антициклонического круговорота, в состав которого входит также Межпассатное противотечение, движущееся по экватору в обратном направлении. В периоды, соответствующие нормальным фазам Южного колебания, Южно-Пассатное течение наиболее хорошо выражено в своей восточной части. При этом здесь над северной периферией Южно-Пассатного течения располагается экваториальная барическая депрессия, а над ее южной частью барические максимум (периферия антициклона остова Пасхи). Взаимодействие этих макро неоднородностей поля атмосферного давления приводит к формированию в Южном полушарии пояса пассатов, которые и приводят в движение его воды. Поскольку Южно-Пассатное течение – ветровое, максимального значения его скорость достигает на поверхности. На глубине 75-90м его скорость переходит через ноль, а глубже его направление меняется на противоположное. Воды этого течения прослеживаются не только в Южном полушарии, но и в Северном. Южно –Пассатное течение несет свои воды из восточной в западную часть тропической зоны Тихого океана, где формируется область теплой воды – Тихоокеанский Тропический бассейн (ТТБ). В этой области вода прогрета до глубин в 100 — 200 м[1]. При этом над районом Индонезии в зоне экваториальной депрессии формируется область наиболее низкого атмосферного давления, участвующая в образовании Тихоокеанской системы пассатов, называемой атмосферной циркуляцией Уолкера. Теплые и поэтому менее плотные воды из ТТБ растекаются по поверхности Тихого океана и частично уходят из него через проливы на запад- в Индийский океан. В Тихом океане воды ТТБ уносят стоковые течения: на север- течение Тайвань, на юг Восточно Австралийское течение и на восток Межпассатное противотечение. Наибольшее количество этих вод уносит Межпассатное противотечение, которое является южным звеном Северного тропического циклонического круговорота и северным звено южного тропического антициклонического круговорота. Данное течение несет свои воды в Северном полушарии вблизи экватора и пересекает весь Тихий океан, от острова Новая Гвинея до западного побережья Мексики, и является одним из наиболее длинных его течений. Вследствие сезонной изменчивости интенсивности пассатов расположения Межпассатного противотечения зимой и летом различаются, совпадая с положениями приэкваториальной зоны наиболее слабых ветров. С июня по октябрь в своей восточной части это поверхностное течение занимает полосу от 5 до 9 градуса северной широты. С декабря по март оно смещено на 1-2 градуса ближе к экватору, а в полосе от 5 до 9 градусов в западном направлении гонит воду довольно сильный северо-восточный пассат. Вблизи берега Северной Америки Межпассатное противотечение поворачивает к северу и проходит вдоль тихоокеанских побережий Коста Рики, Никарагуа, Сальвадора и Гватемалы. Затем оно поворачивает к западу, вливаясь в Северное Пассатное течение. Таким образом, у берегов названных стран образуется восточная часть северного тропического циклонического круговорота. Центр этого круговорота находится на широте Коста-Рики. Другая составляющая вод, образующих Северо-Пассатное течение холодное Калифорнийское течение, которое движется у берегов Калифорнии с севера на юг и является южной ветвью Северо-Тихоокеанского течения. Температура воды в Калифорнийском течении повышается с севера на юг. На севере в августе его воды имеют температуру около +17 градусов, в январе -+ 7-8. На юге в августе температура вод в течении повышается до +20-22, в январе до +12-+15 градусов. Поток Калифорнийского течения состоит из двух струй – Прибрежной и Океанической. Прибрежная ветвь Калифорнийского течения начинается севернее 40-й параллели и несет свои воды непосредственно вдоль западного побережья США. Океаническая ветвь присоединяются к нему на 33 градусе северной широты. Общая ширина Калифорнийского течения в летний сезон, когда оно наиболее развито, составляет не менее 1000 км. Наибольшие скорости этого течения наблюдаются на поверхности океана в прибрежной полосе шириной 500-600 км и составляют до 13 см/с. Достигнув побережий Мексики, большая часть вод Калифорнийского течения, как летом, так и зимой описывает антициклонический круговорот, который располагается вблизи их участка от залива Таунтепек до мыса Корриентос. На южной периферии этого круговорота и образуется Северное Пассатное течение. Сезонные изменения расположений пассатов вызывают соответствующие перемены структуры струй Калифорнийских течений. Зимой Гавайский антициклон ослабевает, вследствие чего северные ветры на его восточной периферии (в том числе и в зоне Калифорнийского течения) ослабевают. Поэтому Прибрежное Калифорнийское течение несколько удаляется от побережья Калифорнии, а в промежутке между ними на поверхности появляется направляющееся на север противотечение Давидсона. Это противотечение зимой возникает на 30-й параллели, как поверхностное, и остается таковым до 40 параллели. Далее оно распространяется на север, как подповерхностное (со стрежнем на глубине 100м), достигая 48оN. Летом Гавайский антициклон смещается к северу и усиливается. Вместе с ним усиливаются и северные пассаты. При этом скорость и расход Калифорнийского течения возрастают, а противотечение Давидсона с поверхности океана исчзает, хотя на глубине 100м оно по-прежнему присутствует. Весной и осенью Калифорнийское течение выражено слабо и весьма неустойчиво. В этот период значительная часть течения трансформируется в различные мезомасштабные круговороты; лишь в прибрежной зоне сохраняется непрерывное движение воды на юго-восток. Весной и летом у побережья Северной Америки господствуют северные ветры, вызывая дрейфовый перенос от берега. В это время на восточной периферии Калифорнийского течения наблюдается апвеллинг. Взаимодействие океана и атмосферы в аномальных фазах Южного колебания Распределение температур поверхности тропической зоны Тихого, как и Атлантического океана, существенно зависит от особенностей существующих в этой акватории волн Россби, амплитуды которых наиболее велики на ее западе, а минимальны на востоке, вблизи побережий Панамы, Колумбии и Эквадора. Волны Россби являются колебаниями негармоническими. Их амплитуды время от времени то возрастают, то уменьшаются. Ла Ниньо. Аномальная фаза Южного колебания, которую называют Ла Нинья, возникает в периоды, когда амплитуда волн Россби в восточной частью тропической зоны Тихого океана приближается к своему максимуму. При этом площади, соответствующих гребням этих волн, областей аномально холодной воды на поверхности этой части Тихого океана достигают наибольших значений. Воздух, взаимодействующий с подобными областями, заметно охлаждается, вследствие чего атмосферное давление над восточной частью тропической зоны Тихого океана возрастает, а пассаты, отгоняющие из нее воду на запад, усиливаются. В результате теплое течение Эль Ниньо у перегов Панамы, Колумбии и Эквадора практически исчезает, а воды холодного Прибрежного Перуанского течения сменяют их. Это приводит к дальнейшему охлаждению поверхностного слоя данной акватории и дальнейшему усилению пассатов. Наиболее существенно снижается его температура в декабре- мае, когда пассатами сгоняется на запад наиболее теплая вода, приносимая Перуанскими течениями, которая в это время года сосредоточена у самой поверхности. Поверхностные температуры вод, уходящих из данной акватории на запад, в составе Южно –Пассатного течения, также снижаются, а их плотность возрастает. Приход таких вод в ТТБ приводит к уменьшению его температуры и размеров (в то время как толщина теплого приповерхностного слоя возрастает). Уменьшаются также температуры и увеличиваются плотности вод всех выходящих из ТТБ течений, в том числе и Межпассатного противотечения. В результате этого плотность вод этого течения на подходе к побережью Мексики приближается к максимуму, а течение Девидсона, образующееся из них, на поверхности океана у побережий Калифорнии не регистрируется. Здесь , как и в летние месяцы присутствует холодное Прибрежное Калифорнийское течение. Следствием понижения температуры вод Межпассатного противотечения является соответствующее похолодание вод Северо-Пассатного течения и дальнейшее охлаждение и сокращение ТТБ. Снижение температур поверхностного слоя всей тропической зоны Тихого океана приводит к уменьшению интенсивности испарения из него воды, а также уменьшению энергии тайфунов. Похолодание вод у побережий Перу активизирует апвеллинг, повышает их трофность и вызывает вспышку развития фитопланктона. Это же явление вызывает уменьшение интенсивности испарения с поверхности прибрежных акваторий Панамы, Колумбии и Эквадора и приводит к засушливым летним сезонам на их территории. Уменьшение количества водяного пара, которое разносится в атмосфере над Северным умеренным климатическим поясом Западными ветрами, уменьшается, что несколько ослабляет парниковый эффект и вызывает похолодание. Вследствие этого в зоне Азорского максимума несколько повышается атмосферное давление, что приводит к активизации атлантических ураганов. На побережье Южной Америки Ла-Нинью встречают с радостью: в результате активизации Перуанского апвеллинга к нему приходит больше рыбы и, следовательно, растут уловы. Но в сельском хозяйстве этого региона все обстоит наоборот: Ла-Нинья не пользуется любовью, потому что вызываемое им понижение температуры и засуха неблагоприятно сказывается на урожае. Восточная Африка, включая Кению, Танзанию и бассейн Белого Нила, в периоды Ла Ниньо испытывают длительные сезоны дождей, продолжающихся с марта по май. Засухи преследуют с декабря по февраль южные и центральные регионы Африки, в основном, Замбию, Зимбабве, Мозамбик и Ботсвану. В целом явление Ла Ниньо приводит к последствиям существенно менее опасным, чем противоположная аномальная фаза Южного колебания, которая называется Эль Ниньо. Фаза Эль Ниньо возникает в периоды, когда в восточной части тропической зоны Тихого океана амплитуды волн Россби уменьшаются, а на ее поверхности формируется значительный объем аномально перегретой и потому менее плотной воды. Наиболее интенсивным это явление бывает также с декабря по май, когда в южном полушарии лето и вода, приносимая сюда Перуанским течением, имеет максимальную температуру. Это приводит к повышению температуры воздуха над данной акваторией и снижению атмосферного давления, что вызывает здесь ослабление, а иногда и полную остановку пассатов. При ослаблении пассатов сгон ими воды из восточной части тропической зоны Тихого океана в западном направлении становится менее интенсивным, а температура водной поверхности повышается. Вследствие этого объем теплой воды на поверхности этой акватории увеличивается, что приводит к усилению ее оттока на юг, в составе течения Гюнтера, в том числе, и с водами течения Эль Ниньо. Как уже отмечалось ранее, течение Эль Ниньо – небольшое по океанским меркам течение в тропической зоне Тихого океана у западных берегов Южной Америки, которое обычно прослеживается лишь у берегов Панамского залива и Колумбии, Эквадора, Перу (до 5 оюжной широты). Аномальное поведение этого течения наблюдается нерегулярно – иногда с периодом 2, а иногда 7 лет (в среднем раз в 6 – лет) и, как правило, с декабря по май, а его начало бывает приурочено к католическому Рождеству (вследствие чего оно и получило свое название). В рассматриваемой фазе Южного колебания, в составе течения Эль Ниньо, аномально перегретые воды из восточной части тропической зоны Тихого океана проникают далеко на юг, достигая 35-40оS, и побережья Чили. Здесь эти теплые и менее плотные воды оттесняют холодные и более плотные воды Прибрежного Перуанского течения далеко в океан. Температура поверхности океана у берегов Чили и Перу повышается до +25-+29оС. Далее эти воды, как и прочие, прибывающие в составе течения Гюнтера, соединяются с водами Перуанского Океанического течения, вновь возвращаются к экватору и продолжают движение на запад, в составе Южно –Пассатного течения. При этом они все более нагреваются и становятся менее плотными. Так как в положительной фазе этого процесса (Эль Ниньо) над восточной частью рассматриваемого течения пассаты слабее нормы, его скорость, а также его устойчивость здесь меньше обычного. Как результат, температуры воды в ТТБ, а также его размеры существенно возрастают, а плотность этой воды и толщина перегретого приповерхностного слоя уменьшаются. Часть перегретой воды из ТТБ включается в Межпассатное противотечение, которое несет их вдоль экватора в на восток. При этом нагревание данных вод и снижение их плотности продолжается. Аномально теплая вода Межпасситным противотечением доставляется к берегам Центральной Америки, где отклоняется к северу и подходит к берегам Калифорнии. При этом существенно повышается температура и снижается плотность воды в Северо-Пассатном течении, а также течении Девидсона. В результате повышаются температуры во всей тропической зоне Тихого океана, а течение Девидсона на его поверхности у берегов Калифорнии становится гораздо теплее и мощнее. Оно остается поверхностным не только зимой, но и весной, а ощущается далеко за 40-й параллелью. Над областью аномально теплого течения у берегов Калифорнии существенно снижается атмосферное давление и формируется циклоническая циркуляция. Здесь в атмосферу поступает огромное количество водяного пара, который западным переносом разносится по всему умеренному климатическому поясу Северного полушария. Калифорнийский апвеллинг становится мощнее. Так как в фазе Эль-Ниньо в атмосферу над умеренным климатическим поясом Северного полушария поступают огромные количества водяного пара, являющегося парниковым газом, потепление здесь усиливается, а атмосферное давление в Азорском максимуме снижается. В результате этого становится меньше и активность атлантических тропических циклонов (ураганов). В Тропической зоне Тихого океана в данной фазе Южного колебания температура поверхности возрастает, вследствие чего активность тропических циклонов здесь возрастает. Возникают и иные катастрофические экологические последствия, не только в Тихом океане, но и на многих материках планеты. Последствия Эль Ниньо При Эль Ниньо в тропической зоне Тихом океане из-за резкого потепления воды ее поверхностного слоя снижается концентрация растворенного в ней кислорода. Это ухудшает существующие здесь экологические условия и приводит к вынужденной миграции или гибели многих его обитателей. Прекращение Перуанского апвеллинга перекрывает доступ на поверхность океана у побережий Перу и Чили биогенам из глубин океана. В результате трофность вод этих акваторий снижается, как и продукция фитопланктона, а скопления рыб мигрируют в другие регионы Тихого океана. Уловы анчоуса у побережий Перу и Чили снижаются более чем в 10 раз. Вслед за рыбой исчезают и питающиеся ею птицы, а у населения побережий Южной Америки начинается голод. Указанные проблемы усугубляются резким ухудшением метеоусловий. Эль-Ниньо вызывает теплые и очень влажные летние периоды (с декабря по февраль) на северном побережье Перу и в Эквадоре. Вследствие резкого потепления поверхности океана сильней становится испарение, а на суше существенно возрастает интенсивность атмосферных осадков, на реках возникают наводнения, на крутых склонах активизируются оползни, а на западных склонах Анд – снежные лавины и селевые потоки. Пустыни Перу покрываются цветами. Южная Бразилия и северная Аргентина также переживают более влажные, чем обычно, периоды, но, позже - в основном, весной и ранним летом. В центре Чили наблюдается мягкая зима с большим количеством дождей, а в Перу и Боливии иногда происходят необычные для этого региона зимние снегопады. Более сухая и теплая погода наблюдается в бассейне реки Амазонки, в Колумбии и странах Центральной Америки. Приход к побережьям островов Океании аномально теплой воды приводит не только к ухудшению уловов рыбы, но и к потеплению, превышающему пределы, переносимости местного населения. В Индонезии снижается влажность, увеличивая вероятность возникновения лесных пожаров. Это касается также Филиппин и северной Австралии. С июня по август сухая погода наблюдается в Квинсленде, Виктории, Новом Южном Уэльсе и восточная Тасмании. В Антарктике запад Антарктического полуострова, Земли Росса, морей Беллинсгаузена и Амундсена при Эль Ниньо покрывается большим количеством снега и льда. Наибольшие метеорологические аномалии возникают в Северном полушарии, после приходе в феврале- марте аномально теплой воды к побережью Калифорнии. Увеличение количества водяного пара в атмосфере над Северным умеренным климатическим поясом приводит к увеличению интенсивности выпадающих в его регионах атмосферных осадков. Существенно теплее и мягче становятся зимы на Среднем Западе США и в Канаде. В центральной и южной Калифорнии, на северо-западе Мексики и юго-востоке США выпадает больше атмосферных осадков, а в северозападных тихоокеанских штатах США — меньше. Эффект, похожий на ЭльНиньо, иногда наблюдается в Атлантическом океане, где вода вдоль экваториального побережья Африки становится теплее, а у побережья Бразилии — холоднее. Первые признаки начала Эль-Ниньо: Повышение воздушного давления над Индийским океаном, Индонезией и Австралией. Падение давления над Таити, над центральной и восточной частями Тихого океана. Ослабление пассатов в южной части Тихого океана вплоть до их прекращения и изменения направления ветра на западное. Теплая воздушная масса в Перу, дожди в перуанских пустынях. Само по себе повышение температуры воды у берегов Перу на 0,5 °C считается лишь условием возникновения Эль-Ниньо. Обычно такая аномалия может существовать в течение нескольких недель, а затем благополучно исчезнуть. И только пятимесячная аномалия, классифицирующаяся, как явление Эль-Ниньо, может нанести существенный ущерб экономике региона за счет падения уловов рыбы. Количественные характеристики Эль Ниньо. Для количественного описания Эль-Ниньо используется индекс Южной осцилляции (англ. Southern Oscillation Index, SOI), который вычисляется как разность среднемесячных значений атмосферных давлений над Таити и над п. Дарвином (Австралия). Отрицательные значения индекса свидетельствуют о фазе Эль-Ниньо, а положительные — о фазе Ла-Нинья. Для определения фазы ЭНЮК по индексу SOI наиболее часто применяется критерий, предложенный Ропелевски и Халпертом [ Ropelewski and Halpert , 1996]. Согласно этому критерию, в течение пяти и более месяцев 5-месячные скользящие средние значения индекса SOI по модулю должны превышать 0.5 среднеквадротического отклонения этого процесса (отрицательные значения индекса SOI соответствуют теплому эпизоду ЭНЮК, положительные – холодному). Поскольку при возникновении Южного колебания обостряются аномалии температуры поверхности Тихого океана, в качестве характеристик этого процесса используют также глобальные климатические индексы Nina 1, Nina 3, Nina 3.4, Nina 4. Индекс Nina 1- оценивается как аномалия температуры поверхности тропической зоны восточной части Тихого океана, в квадрате (0-10S, 90W80W). Индекс Nina 3- оценивается как аномалия температуры поверхности тропической зоны восточной части Тихого океана, в квадрате (5N-5S,150W90W). Индекс Nina 3, 4- оценивается как аномалия температуры поверхности тропической зоны восточной части Тихого океана, в квадрате (5N-5S)(170120W). Индекс Nina 4- оценивается как аномалия температуры поверхности тропической зоны восточной части Тихого океана, в квадрате (5N-5S) (160E150W). Положительные значения каждого из этих индексов означают развитие Эль Ниньо или теплой фазы ЭНЮК, отрицательные значения индекса соответствуют развитию холодной фазы ЭНЮК или Ла Нинья. Данные океанического индекса ЭНЮК (Эль Ниньо и Ла Нинья) доступны на сайте Климатического центра США для всего периода наблюдений с 1950 г. Согласно соглашению стран Северной Америки, начиная с 2005 г., для идентификации явления ЭНЮК в качестве основного индикатора был принят Океанический индекс, который рассчитывается по данным ТПО в экваториальном районе Nino 3-4 . Значение индекса рекомендуется рассчитывать как среднее за три месяца отклонение температуры поверхности океана от нормы. 5. Темы для докладов студентов. Ураганы. Тайфуны. Источник энергии тропических циклонов. Рекомендации по уклонению от наиболее опасных секторов тропического циклона. 5. Эль-Ниньо и тропические циклоны. 6. Ла-Нинья и тропические циклоны. 7. Эль-Нинья и наводнения. 1. 2. 3. 4. 6. Порядок проведения занятия. 1. Вводная часть. Проверка наличия студентов и их готовности к занятию. Оглашение темы занятия, его цели и заданий. 2. Доклады студентов 3. Обсуждение докладов. 4. Заключительная часть. Подведение итогов занятия. Рекомендованная литература 1. Нелепо А.Б. Энергетика взаимодействия между океаном и атмосферой в зоне действия феномена Эль-Ниньо / А.Б. Нелепо, З.Р. Калашников., Г.Г.Хунджуа // Труды III конференции “Физические проблемы экологии”. М..- 2002.- №10.- С.118-123. 2. Бондаренко А.Л. О переносе масс воды морскими и океанскими долгопериодными волнами / А.Л. Бондаренко, В.В. Жмур, Ю.Г. Филиппов, В.А. Щевьев // Морской гидрофизический журнал. Севастополь. 2004. №5. С.24-34. 3. Сидоренков Н.С. Межгодовые колебания системы Атмосфера-ОкеанЗемля // Природа. 1999. №7. С.26 - 34. 4. Хаин А.П., Сутьірин Г.Г. Тропические циклоны и их взаимодействие с океаном. -Л.; Гидрометеоиздат. 1983.-148 с. 5. Риль Г. Климат и погода в тропиках. -Л.; Гидрометеоиздат. 1984. - 605 с. 6. Воробьев В.И. Синоптическая метеорология. - Л.; Гидрометеоиздат. 1991. - 616 с. 7. Матвеев Л.Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы. - Л.; Гидрометеоиздат. 1984. – 751с. 8. Джон Гарвей. Атмосфера и океан. Наша жидкая окружающая среда . М.; Прогресс. 1982-184 с.
