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Wassermassen werden in Oberflächen-, Mittel- und Tiefwassermassen unterteilt. Die Oberflächenmasse zeigt die größten zeitlichen und räumlichen Schwankungen in Temperatur und Salzgehalt.

Oberflächenwassermassen und besonders große (ozeanische) Wassermassen spielen eine große Rolle bei der Bildung des Temperaturfeldes der Erde.

So werden Wassermassen hauptsächlich von Strömungen in der oberen Hundert-Meter-Schicht getragen, und das resultierende Turbulenzphänomen durchmischt diese Schicht aktiv.

Ein Teil der Wolga-Gewässer geht nach Osten und überträgt Wassermassen in die Bucht von Komsomolets.

Die Energie der Sonne erwärmt die Erde, bewegt die Luftmassen der Atmosphäre und die Wassermassen von Flüssen, Ozeanen und Meeren, sorgt für den Prozess der Photosynthese in grünen Pflanzen und ist letztendlich die Hauptvoraussetzung für die Existenz von Leben.

In diesem Fall bewegt sich nur die Welle selbst in horizontaler Richtung, nicht aber die Wassermassen insgesamt.

Es ist also klar, dass sich der Hang in allen Höhenstufen als eine Art Verstärker dynamischer Prozesse im Ozean erweist: Hier müssen die riesigen Wassermassen des Ozeans, wenn sie auf ein Hindernis treffen, ihre Geschwindigkeit reduzieren Nullwerte, verwandeln sich in Systeme vertikaler und horizontaler (entlang der Neigung) Ströme.

Die Klassifikation von Wasserwellen wird in verschiedenen Werken vorgestellt, nach denen folgende Definitionen gegeben werden: Tsunami-Wellen sind durch ein Erdbeben erzeugte Wellen in Unterwasserabschnitten der Erdkruste; Gravitationswindwellen - Wellen, die durch Windeinwirkung auf die freie Wasseroberfläche entstehen, bei deren Bildung die Schwerkraft die Hauptrolle spielt; Schiffswellen - Wellen, die durch die Bewegung von Schiffen auf der freien Wasseroberfläche entstehen; Flutwellen-Wellen, die durch den Einfluss der Anziehungskräfte des Mondes und der Sonne auf die Wassermassen der Erde verursacht werden; seiche-Wellen mit einer Periode, die der Periode der natürlichen Schwingungen des betrachteten Wasservolumens entspricht und in geschlossenen Stauseen infolge einer starken Änderung des atmosphärischen Drucks entsteht; Traktion - langfristige Wasserschwankungen im Hafenwasserbereich, die durch Resonanzphänomene beim Anfahren des Hafens eines Tsunamis, Gezeiten- und anderer Wellensysteme entstehen.

Da ihr Volumen sehr groß ist (zig Kubikkilometer), kann selbst eine Wolke Hunderte Tonnen Wasser in Form von Tropfen oder Eiskristallen enthalten. Diese gigantischen Wassermassen werden ständig von Luftströmungen über die Erdoberfläche getragen, was zu einer Umverteilung nicht nur von Wasser, sondern auch von Wärme auf dieser führt. Da Wasser, wie bereits erwähnt, eine außergewöhnlich hohe Wärmekapazität hat, absorbiert die Verdunstung von der Oberfläche von Gewässern, vom Boden, die Transpiration durch Pflanzen bis zu 70% der Wärme, die die Erde von der Sonne erhält. Die beim Verdampfen aufgewendete Wärme (latente Verdampfungswärme) gelangt mit Wasserdampf in die Atmosphäre und wird dort bei Kondensation und Wolkenbildung freigesetzt. Durch die Wärmeabfuhr nimmt die Temperatur der Wasseroberflächen und der angrenzenden Luftschicht merklich ab, daher ist es in der warmen Jahreszeit in der Nähe von Gewässern viel kühler als in den kontinentalen Regionen, die die gleiche Menge an Sonnenwärme erhalten.

Auf den ersten Blick mag die Bildung von Rifelea seltsam erscheinen. Wassermassen, die sich im Flachwasser bewegen, bewegen sich abwechselnd auf die Küste zu und von der Küste weg. Wenn das Wasser sich zum Ufer bewegt, trägt es die Körner der Bodenfläche vorwärts, und wenn es sich vom Ufer wegbewegt, trägt es sie zurück.

Eindimensionale Annäherung wird häufig verwendet, um natürliche freie Schwingungen in Engstellen zu bestimmen. Es gibt eine Unmenge an Literatur, die sich nicht nur mit realen Wassermassen, sondern auch mit idealisierten Bedingungen, wie rechteckigen Becken, beschäftigt.

Driftströmungen werden auch in den nördlichen Meeren beobachtet, wo die Wasseroberfläche mit Eis bedeckt ist. Dabei ziehen schwimmende Eisfelder durch Reibung Wassermassen mit sich.

Die Verteilung des Wassers in der Hydrosphäre, seine Zusammensetzung, seine physikalischen und chemischen Eigenschaften, die Bewegungsgeschwindigkeit und der Wasseraustausch zwischen der Atmosphäre, dem Boden und der unterirdischen Hydrosphäre hängen weitgehend von der Position des Wassers in der einen oder anderen Erdschale, der Struktur, ab und Eigenschaften von natürlichem Wasser. Wenn für die Atmosphäre und Oberflächengewässer die Zeit des Wasseraustauschs zwischen ihnen mehrere Stunden und Tage betragen kann und Wassermassen in der Atmosphäre und in Flüssen in kurzer Zeit große Entfernungen zurücklegen können, dann für tiefe Grundwasserleiter mit hoch mineralisiertem Wasser (Solen ) können die natürlichen Bewegungsraten des Grundwassers, die normalerweise durch die Werte von Zentimetern und Metern pro Jahr gekennzeichnet sind, einen multidirektionalen Charakter haben und sich während geologischer Epochen wiederholt ändern. Ein Wasseraustausch solcher Aquifere mit oberirdischem oder flachem Grundwasser findet praktisch nicht statt.

Alle diese Schätzungen stehen direkt oder indirekt in Zusammenhang mit der Bestimmung des Alters des Grundwassers durch verschiedene Methoden, d.h. die verstrichene Zeit seit dem Eintrag (Infiltration) von Luftfeuchtigkeit in Bodenablagerungen. Gleichzeitig ist aber der Begriff des Grundwasseralters in gewisser Weise bedingt, da es in verschiedenen Teilen desselben Horizonts Wassermassen geben kann, deren Zeiten sie seit dem Moment darin enthalten sind Die Infiltration unterscheidet sich erheblich. Richtiger ist es daher, über das Alter des Wassers in einer separaten Probe zu sprechen, die an der einen oder anderen Stelle des Reservoirs entnommen wurde, und dann mit der Maßgabe, dass die Dispersionsprozesse nicht zu einer Vermischung der Quellwässer mit signifikant unterschiedlichem Alter geführt haben. Zusätzliche Unsicherheit in das diskutierte Konzept wird durch Prozesse eingeführt, die durch die doppelte Porosität des Filtermediums verursacht werden; Daher kann das Alter des Wassers in Rissen und Poren im selben Makrovolumen erheblich variieren.

Luftmassen

Umwandlung von Luftmassen

Der Einfluss der Oberfläche, über die die Luftmassen strömen, wirkt sich auf ihre unteren Schichten aus. Dieser Einfluss kann Änderungen des Feuchtigkeitsgehalts der Luft durch Verdunstung oder Niederschlag sowie eine Änderung der Temperatur der Luftmasse durch Freisetzung latenter Wärme oder Wärmeaustausch mit der Oberfläche bewirken.

Tab. 1. Klassifizierung von Luftmassen und deren Eigenschaften in Abhängigkeit von der Entstehungsquelle

	Tropisch	Polar	Arktis oder Antarktis
Maritim	marine tropisch (MT), warm oder sehr nass; gebildet auf den Azoren Inseln im Norden atlantisch	Meerespolar (MP), kalt und sehr nass; gebildet über den Atlantik nach Süden vor Grönland	Arktis (A) oder Antarktis (AA), sehr kalt und trocken; bildet sich über dem eisbedeckten Teil der Arktis oder über dem zentralen Teil der Antarktis
Kontinental (K)	kontinental tropisch (CT), heiß und trocken; über der Sahara gebildet	kontinental polar (CP), kalt und trocken; in Sibirien in gebildet Winterzeit

Transformationen, die mit der Bewegung von Luftmassen verbunden sind, werden als dynamisch bezeichnet. Die Luftgeschwindigkeiten in verschiedenen Höhen sind mit ziemlicher Sicherheit unterschiedlich, sodass sich die Luftmasse nicht als Einheit bewegt und das Vorhandensein einer Scherung in den Geschwindigkeiten eine turbulente Vermischung verursacht. Wenn die unteren Schichten der Luftmasse erwärmt werden, tritt eine Instabilität auf und es entwickelt sich eine konvektive Vermischung. Andere dynamische Änderungen sind mit großräumiger vertikaler Luftbewegung verbunden.

Die Transformationen, die mit der Luftmasse auftreten, können bezeichnet werden, indem der Hauptbezeichnung ein weiterer Buchstabe hinzugefügt wird. Wenn die unteren Schichten der Luftmasse wärmer sind als die Oberfläche, über die sie strömt, wird der Buchstabe "T" hinzugefügt, wenn sie kälter sind, wird der Buchstabe "X" hinzugefügt. Daher nimmt beim Abkühlen die Stabilität einer warmen marinen polaren Luftmasse zu, während eine Erwärmung einer kalten marinen polaren Luftmasse dazu führt, dass sie instabil wird.

Luftmassen und ihr Einfluss auf das Wetter auf den Britischen Inseln

Die Wetterbedingungen an jedem Ort der Erde können als Ergebnis der Wirkung einer bestimmten Luftmasse und als Ergebnis von Änderungen, die daran aufgetreten sind, betrachtet werden. Großbritannien, in mittleren Breiten gelegen, ist von den meisten Arten von Luftmassen betroffen. Es ist damit ein gutes Beispiel für die Untersuchung von Wetterbedingungen aufgrund der Umwandlung von Luftmassen in Bodennähe. Dynamische Änderungen, die hauptsächlich durch vertikale Luftbewegungen verursacht werden, sind ebenfalls sehr wichtig für die Bestimmung der Wetterbedingungen und können im Einzelfall nicht vernachlässigt werden.

Maritime Polarluft (MPA), die die Britischen Inseln erreicht, ist normalerweise vom Typ CMPA, daher ist diese Luftmasse instabil. Beim Überfliegen des Ozeans behält es infolge der Verdunstung von seiner Oberfläche eine hohe relative Luftfeuchtigkeit bei, und infolgedessen, insbesondere über der warmen Erdoberfläche am Mittag, mit der Ankunft dieser Luftmasse Cumulus- und Cumulonimbus-Wolken erscheinen, die Temperatur sinkt unter den Durchschnitt, und im Sommer fallen Schauer, und im Winter können Niederschläge oft in Form von Schnee oder Körnern fallen. Böige Winde und Konvektionsbewegungen in der Luft verteilen den Staub und Rauch, sodass die Sicht gut ist.

Wenn die marine Polarluft (MPA) vom Zentrum ihrer Entstehung nach Süden strömt und dann von Südwesten auf die Britischen Inseln zugeht, kann sie sehr wohl warm werden, dh vom TMAP-Typ; es wird manchmal als "seepolare Rückluft" bezeichnet. Es bringt normale Temperaturen und Wetter zwischen dem Wetter, das sich mit der Ankunft der HMPW- und MTV-Luftmassen einstellt.

Marine Tropical Air (MTA) ist normalerweise vom Typ TMTV, also stabil. Nachdem es den Ozean der Britischen Inseln überquert und abgekühlt hat, ist es mit Wasserdampf gesättigt (oder wird nahezu gesättigt). Diese Luftmassen bringen mildes Wetter mit sich, der Himmel wird bedeckt und die Sicht schlecht, Nebel ist im Westen der Britischen Inseln keine Seltenheit. Wenn Sie sich über orografische Barrieren erheben, bilden sich Stratuswolken; Gleichzeitig sind Nieselregen üblich, die sich in stärkere verwandeln, und auf der Ostseite der Bergketten fallen kontinuierliche Regenfälle.

Die kontinentale tropische Luftmasse ist an ihrer Quelle instabil, und obwohl ihre unteren Schichten stabil werden, wenn sie die britischen Inseln erreichen, bleiben die oberen Schichten weiterhin instabil, was im Sommer Gewitter verursachen kann. Im Winter sind die unteren Schichten der Luftmasse jedoch sehr stabil, und wenn sich dort Wolken bilden, handelt es sich um Stratus-Wolken. Normalerweise führt die Ankunft einer solchen Luftmasse dazu, dass die Temperatur weit über dem Durchschnitt ansteigt und es zu Nebelbildung kommt.

Mit dem Aufkommen der kontinentalen Polarluft setzt im Winter auf den Britischen Inseln sehr kaltes Wetter ein. In der Entstehungsquelle ist diese Masse stabil, in den unteren Schichten kann sie dann aber instabil werden und wird beim Passieren der Nordsee weitgehend mit Wasserdampf „gesättigt“. Die Wolken, die sich in diesem Fall bilden, sind vom Typ Cumulus, obwohl sich auch Stratocumulus bilden kann. Im Winter kann es im östlichen Teil des Vereinigten Königreichs zu starken Regenfällen mit Schnee oder Schneefällen kommen.

Arktische Luft (AB) kann kontinental (CAV) oder maritim (MAV) sein, je nachdem, welchen Weg sie von der Entstehungsquelle zu den Britischen Inseln zurückgelegt hat. Der KAV überquert Skandinavien auf seinem Weg zu den Britischen Inseln. Sie ähnelt der kontinentalen Polarluft, ist jedoch kälter und bringt daher im Winter und Frühling oft Schneefälle mit sich. Arktische Meeresluft streicht über Grönland und das Europäische Nordmeer; sie kann mit der kalten maritimen Polarluft verglichen werden, obwohl sie kälter und instabiler ist. Im Winter und Frühjahr ist die arktische Luft von starken Schneefällen, anhaltenden Frösten und außergewöhnlich guten Sichtverhältnissen geprägt.

Wassermassen und ts-Diagramm

Bei der Definition von Wassermassen verwenden Ozeanographen ein ähnliches Konzept wie bei Luftmassen. Wassermassen werden hauptsächlich durch Temperatur und Salzgehalt unterschieden. Es wird auch angenommen, dass Wassermassen in einem bestimmten Gebiet gebildet werden, wo sie sich in der Oberflächenmischschicht befinden und wo sie von konstanten atmosphärischen Bedingungen beeinflusst werden. Wenn Wasser über einen längeren Zeitraum ruht, wird sein Salzgehalt durch eine Reihe von Faktoren bestimmt: Verdunstung und Niederschlag, Frischwasserzufluss aus dem Abfluss von Flüssen in Küstengebieten, Schmelzen und Eisbildung in hohen Breiten usw. Ebenso wird seine Temperatur durch die Strahlungsbilanz der Wasseroberfläche sowie den Wärmeaustausch mit der Atmosphäre bestimmt. Wenn der Salzgehalt des Wassers abnimmt und die Temperatur steigt, nimmt die Dichte des Wassers ab und die Wassersäule stabilisiert sich. Unter diesen Bedingungen kann sich nur eine flache Oberflächenwassermasse bilden. Wenn jedoch der Salzgehalt zunimmt und die Temperatur abnimmt, wird das Wasser dichter, beginnt zu sinken und es kann sich eine Wassermasse bilden, die eine beträchtliche vertikale Dicke erreicht.

Um zwischen Wassermassen zu unterscheiden, werden Temperatur- und Salzgehaltsdaten, die in verschiedenen Tiefen in einer bestimmten Region des Ozeans erhalten wurden, in einem Diagramm aufgetragen, in dem die Temperatur entlang der Ordinatenachse aufgetragen ist und der Salzgehalt entlang der Abszissenachse aufgetragen ist. Alle Punkte sind durch eine Linie in aufsteigender Tiefe miteinander verbunden. Wenn die Wassermasse vollkommen homogen ist, wird sie in einem solchen Diagramm durch einen einzelnen Punkt dargestellt. Dieses Merkmal dient als Kriterium zur Unterscheidung der Wasserart. Die Anhäufung von Beobachtungspunkten in der Nähe eines solchen Punktes weist auf das Vorhandensein von Gewässern eines bestimmten Typs hin. Aber die Temperatur und der Salzgehalt der Wassermasse ändern sich normalerweise mit der Tiefe, und die Wassermasse wird im T-S-Diagramm durch eine bestimmte Kurve gekennzeichnet. Diese Schwankungen können auf kleine Schwankungen in den Eigenschaften des Wassers zurückzuführen sein, das zu verschiedenen Jahreszeiten gebildet und entsprechend seiner Dichte in unterschiedliche Tiefen abgesenkt wurde. Sie können auch durch Änderungen der Bedingungen an der Meeresoberfläche in der Region erklärt werden, in der die Wassermasse entstanden ist, und das Wasser sinkt möglicherweise nicht vertikal, sondern entlang einiger geneigter Oberflächen gleicher Dichte. Da q1 nur eine Funktion von Temperatur und Salzgehalt ist, können Linien mit gleichen Werten von q1 in das T-S-Diagramm eingezeichnet werden. Eine Vorstellung von der Stabilität der Wassersäule erhält man, wenn man den T-S-Plot mit dem Streichen der q1-Isolinien vergleicht.

Konservative und nicht-konservative Eigenschaften

Nachdem sich die Wassermasse gebildet hat, beginnt sie sich wie die Luftmasse aus dem Zentrum der Formation zu bewegen und erfährt dabei eine Transformation. Verbleibt es in der oberflächennahen Mischschicht oder verlässt es und kehrt dann wieder zurück, führt die weitere Wechselwirkung mit der Atmosphäre zu Änderungen der Temperatur und des Salzgehalts des Wassers. Eine neue Wassermasse kann durch Mischen mit einer anderen Wassermasse entstehen, und ihre Eigenschaften werden zwischen denen der beiden ursprünglichen Wassermassen liegen. Ab dem Zeitpunkt, an dem sich die Wassermasse nicht mehr unter dem Einfluss der Atmosphäre umwandelt, können sich ihre Temperatur und ihr Salzgehalt nur noch durch den Mischprozess ändern. Daher werden solche Eigenschaften als konservativ bezeichnet.

Die Wassermasse hat normalerweise bestimmte chemische Eigenschaften, Biota und typische Temperatur-Salzgehalt-Verhältnisse (T-S-Verhältnisse). Ein nützlicher Indikator zur Charakterisierung der Wassermasse ist oft der Wert der Konzentration von gelöstem Sauerstoff sowie die Konzentration von Nährstoffen - Silikaten und Phosphaten. Meeresorganismen, die mit einem bestimmten Gewässer assoziiert sind, werden als Indikatorarten bezeichnet. Sie können in einer bestimmten Wassermasse verbleiben, weil sie von ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften befriedigt werden, oder einfach, weil sie als Plankton mit der Wassermasse aus dem Bereich ihrer Entstehung mitgerissen werden. Diese Eigenschaften ändern sich jedoch durch im Ozean ablaufende chemische und biologische Prozesse und werden daher als nichtkonservative Eigenschaften bezeichnet.

Beispiele für Wassermassen

Ein ziemlich deutliches Beispiel sind die Wassermassen, die sich in halbgeschlossenen Stauseen bilden. Die sich in der Ostsee bildende Wassermasse weist einen geringen Salzgehalt auf, der durch einen erheblichen Überschuss an Flussabfluss und Niederschlag über die Verdunstung verursacht wird. Im Sommer erwärmt sich diese Wassermasse ausreichend und hat daher eine sehr geringe Dichte. Von seiner Entstehungsquelle fließt es durch die schmalen Meerengen zwischen Schweden und Dänemark, wo es sich intensiv mit den darunter liegenden Wasserschichten vermischt, die vom Meer in die Meerenge gelangen. Vor dem Mischen liegt seine Temperatur im Sommer bei etwa 16 °C und der Salzgehalt beträgt weniger als 8 % 0 . Aber als es die Skagerrak-Straße erreicht, ist sein Salzgehalt auf etwa 20% o gestiegen. Aufgrund seiner geringen Dichte verbleibt es an der Oberfläche und wandelt sich durch Wechselwirkung mit der Atmosphäre schnell um. Daher hat diese Wassermasse keinen spürbaren Einfluss auf die offenen Meeresgebiete.

Im Mittelmeer übersteigt die Verdunstung den Süßwasserzufluss in Form von Niederschlägen und Flussabflüssen, wodurch dort der Salzgehalt zunimmt. Im nordwestlichen Mittelmeer kann die Abkühlung im Winter (hauptsächlich durch Mistralwinde) zu einer Konvektion führen, die die gesamte Wassersäule bis in Tiefen von mehr als 2000 m erfasst, was zu einer äußerst homogenen Wassermasse mit einem Salzgehalt von mehr als 38,4 % führt eine Temperatur von etwa 12,8°C. Wenn diese Wassermasse das Mittelmeer durch die Straße von Gibraltar verlässt, wird sie intensiv gemischt, und die am wenigsten gemischte Schicht oder der Kern des Mittelmeerwassers im angrenzenden Teil des Atlantiks hat einen Salzgehalt von 36,5% 0 und eine Temperatur von 11 ° C. Diese Schicht ist sehr dicht und taucht daher bis in Tiefen in der Größenordnung von 1000 m. Auf dieser Ebene breitet sie sich durch kontinuierliche Vermischung aus, aber ihr Kern ist immer noch unter anderen Wassermassen des größten Teils des Atlantiks zu erkennen.

Im offenen Ozean bilden sich bei etwa 25° bis 40° Breite zentrale Wassermassen, die dann entlang geneigter Isopyken absinken und den oberen Teil der Hauptthermokline einnehmen. Im Nordatlantik ist diese Wassermasse durch eine T-S-Kurve mit einem Anfangswert von 19 °C und 36,7 % und einem Endwert von 8 °C und 35,1 % gekennzeichnet. In höheren Breiten bilden sich Zwischenwassermassen, die sich durch geringen Salzgehalt und niedrige Temperatur auszeichnen. Am weitesten verbreitet ist die antarktische Zwischenwassermasse. Es hat eine Temperatur von 2° bis 7°C und einen Salzgehalt von 34,1 bis 34,6% 0 und nach dem Eintauchen auf etwa 50°S. Sch. bis in Tiefen von 800-1000 m breitet er sich in nördlicher Richtung aus. Die tiefsten Wassermassen bilden sich in hohen Breiten, wo sich das Wasser im Winter auf sehr tiefe Temperaturen abkühlt, oft bis zum Gefrierpunkt, sodass der Salzgehalt durch den Gefrierprozess bestimmt wird. Die antarktische Bodenwassermasse hat eine Temperatur von - 0,4 °C und einen Salzgehalt von 34,66 % 0 und breitet sich in Tiefen von mehr als 3000 m nach Norden aus - Die Grönlandschwelle erfährt eine merkliche Umwandlung, breitet sich nach Süden aus und überlappt den antarktischen Boden Wassermassen im äquatorialen und südlichen Teil des Atlantischen Ozeans.

Der Begriff der Wassermassen hat eine wichtige Rolle bei der Beschreibung der Zirkulationsprozesse in den Ozeanen gespielt. Die Strömungen in den Tiefen der Ozeane sind sowohl sehr langsam als auch sehr veränderlich, um durch direkte Beobachtung untersucht zu werden. Aber die T-S-Analyse hilft, die Kerne von Wassermassen zu identifizieren und die Richtung ihrer Ausbreitung zu bestimmen. Um jedoch die Geschwindigkeit zu bestimmen, mit der sie sich bewegen, werden andere Daten benötigt, wie etwa die Mischungsrate und die Änderungsrate nicht-konservativer Eigenschaften. Aber sie sind normalerweise nicht verfügbar.

Laminare und turbulente Strömungen

Bewegungen in der Atmosphäre und im Ozean lassen sich auf verschiedene Arten klassifizieren. Eine davon ist die Aufteilung der Bewegung in laminar und turbulent. Bei einer laminaren Strömung bewegen sich die Flüssigkeitsteilchen geordnet, die Stromlinien sind parallel. Turbulente Strömungen sind chaotisch, und die Bahnen einzelner Partikel schneiden sich. In einer Flüssigkeit mit gleichmäßiger Dichte tritt der Übergang von laminar zu turbulent auf, wenn die Geschwindigkeit einen bestimmten kritischen Wert erreicht, der proportional zur Viskosität und umgekehrt proportional zur Dichte und zum Abstand zur Grenze der Strömung ist. Im Ozean und in der Atmosphäre sind die Strömungen meist turbulent. In diesem Fall ist die effektive Viskosität oder turbulente Reibung in solchen Strömungen normalerweise um mehrere Größenordnungen größer als die molekulare Viskosität und hängt von der Art der Turbulenz und ihrer Intensität ab. In der Natur gibt es zwei Fälle von laminarer Strömung. Zum einen die Strömung in einer sehr dünnen Schicht neben einer glatten Grenze, zum anderen die Bewegung in Schichten mit erheblicher vertikaler Stabilität (wie der Inversionsschicht in der Atmosphäre und der Thermokline im Ozean), in denen die vertikalen Geschwindigkeitsschwankungen gering sind. Die vertikale Geschwindigkeitsscherung ist in solchen Fällen viel größer als in turbulenten Strömungen.

Bewegungsskalen

Eine andere Möglichkeit, Bewegungen in Atmosphäre und Ozean zu klassifizieren, basiert auf ihrer Trennung nach räumlichen und zeitlichen Skalen sowie auf der Trennung von periodischen und nichtperiodischen Bewegungskomponenten.

Die größten Raum-Zeit-Skalen entsprechen stationären Systemen wie den Passatwinden in der Atmosphäre oder dem Golfstrom im Ozean. Obwohl die Bewegung in ihnen Schwankungen unterliegt, können diese Systeme als mehr oder weniger konstante Zirkulationselemente betrachtet werden, die eine räumliche Ausdehnung in der Größenordnung von mehreren tausend Kilometern haben.

Den nächsten Platz belegen Prozesse mit saisonaler Zyklizität. Darunter sind vor allem der Monsun und die daraus resultierenden - und auch ihre Richtung ändernden - Strömungen des Indischen Ozeans zu nennen. Die räumliche Ausdehnung dieser Prozesse liegt ebenfalls in der Größenordnung von mehreren tausend Kilometern, sie zeichnen sich jedoch durch eine ausgeprägte Periodizität aus.

Prozesse mit einer Zeitskala von mehreren Tagen oder Wochen sind in der Regel unregelmäßig und haben räumliche Skalen von bis zu tausend Kilometern. Dazu gehören Windschwankungen, die mit dem Transport verschiedener Luftmassen verbunden sind und Wetteränderungen in Gebieten wie den britischen Inseln verursachen, sowie ähnliche und oft mit den ersten Schwankungen der Meeresströmungen verbundene.

Betrachtet man Bewegungen mit einer Zeitskala von mehreren Stunden bis hin zu einem oder zwei Tagen, begegnen wir einer Vielzahl von Prozessen, von denen einige eindeutig periodisch sind. Dies kann eine tägliche Periodizität sein, die mit dem täglichen Verlauf der Sonnenstrahlung verbunden ist (dies ist beispielsweise typisch für eine Brise - ein Wind, der tagsüber vom Meer zum Land und nachts vom Land zum Meer weht); es kann eine tägliche und halbtägige Periodizität sein, die für Gezeiten charakteristisch ist; Dies kann eine Periodizität sein, die mit der Bewegung von Wirbelstürmen und anderen atmosphärischen Störungen verbunden ist. Die räumliche Skala dieser Art von Bewegung reicht von 50 km (für Winde) bis 2000 km (für barische Depressionen in mittleren Breiten).

Zeitskalen, gemessen in Sekunden, seltener in Minuten, entsprechen regelmäßigen Bewegungen - Wellen. Windwellen sind an der Meeresoberfläche am weitesten verbreitet und haben eine räumliche Ausdehnung von etwa 100 m. Längere Wellen wie Leewellen sind auch im Ozean und in der Atmosphäre anzutreffen. Unregelmäßige Bewegungen mit solchen Zeitskalen entsprechen turbulenten Schwankungen, die sich beispielsweise in Form von Windböen äußern.

Die in einigen Regionen des Ozeans oder der Atmosphäre beobachtete Bewegung kann durch eine Vektorsumme von Geschwindigkeiten charakterisiert werden, von denen jede einer bestimmten Bewegungsskala entspricht. Beispielsweise kann die zu einem bestimmten Zeitpunkt gemessene Geschwindigkeit dargestellt werden als wobei und turbulente Geschwindigkeitsschwankungen bezeichnet.

Um die Bewegung zu charakterisieren, können Sie die Beschreibung der an ihrer Entstehung beteiligten Kräfte verwenden. Dieser Ansatz, kombiniert mit der Skalierungsmethode, wird in späteren Kapiteln verwendet, um die verschiedenen Bewegungsformen zu beschreiben. Es ist hier auch zweckmäßig, die verschiedenen Kräfte zu betrachten, deren Wirkung horizontale Bewegungen im Ozean und in der Atmosphäre verursachen oder beeinflussen kann.

Kräfte können in drei Kategorien eingeteilt werden: extern, intern und sekundär. Die Quellen äußerer Kräfte liegen außerhalb des flüssigen Mediums. In diese Kategorie fallen die Anziehungskraft von Sonne und Mond, die Gezeitenbewegungen verursachen, sowie die Reibungskraft des Windes. Schnittgrößen beziehen sich auf die Massen- oder Dichteverteilung in einem flüssigen Medium. Die ungleichmäßige Dichteverteilung ist auf die ungleichmäßige Erwärmung des Ozeans und der Atmosphäre zurückzuführen und erzeugt horizontale Druckgradienten innerhalb des flüssigen Mediums. Unter sekundär verstehen wir die Kräfte, die nur dann auf die Flüssigkeit einwirken, wenn sie sich relativ zur Erdoberfläche in Bewegung befindet. Am offensichtlichsten ist die Reibungskraft, die immer gegen die Bewegung gerichtet ist. Wenn sich verschiedene Flüssigkeitsschichten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen, bewirkt die Reibung zwischen diesen Schichten aufgrund der Viskosität, dass sich die sich schneller bewegenden Schichten verlangsamen und die sich langsamer bewegenden Schichten beschleunigen. Wenn die Strömung entlang der Oberfläche gerichtet ist, dann ist die Reibungskraft in der an die Grenze angrenzenden Schicht der Strömungsrichtung direkt entgegengesetzt. Obwohl Reibung bei atmosphärischen und ozeanischen Bewegungen normalerweise eine untergeordnete Rolle spielt, würde sie diese Bewegungen dämpfen, wenn sie nicht durch äußere Kräfte unterstützt würden. Somit könnte die Bewegung nicht gleichförmig bleiben, wenn es keine anderen Kräfte gäbe. Die anderen beiden sekundären Kräfte sind fiktive Kräfte. Sie hängen mit der Wahl des Koordinatensystems zusammen, bezüglich dessen die Bewegung betrachtet wird. Dies sind die Coriolis-Kraft (über die wir bereits gesprochen haben) und die Zentrifugalkraft, die auftritt, wenn sich der Körper im Kreis bewegt.

Zentrifugalkraft

Ein Körper, der sich mit konstanter Geschwindigkeit auf einer Kreisbahn bewegt, ändert ständig seine Bewegungsrichtung und erfährt dadurch eine Beschleunigung. Diese Beschleunigung ist auf den momentanen Krümmungsmittelpunkt der Flugbahn gerichtet und wird Zentripetalbeschleunigung genannt. Daher muss der Körper, um auf dem Kreis zu bleiben, die Wirkung einer Kraft erfahren, die auf die Mitte des Kreises gerichtet ist. Wie in elementaren Lehrbüchern über Dynamik gezeigt, ist die Größe dieser Kraft gleich mu 2 /r oder mw 2 r, wobei r die Masse des Körpers, m die Geschwindigkeit des Körpers im Kreis und r der Radius ist des Kreises, und w ist die Winkelgeschwindigkeit der Drehung des Körpers (normalerweise in Radiant pro Sekunde gemessen). Beispielsweise scheint die Bewegung für einen Passagier, der in einem Zug entlang einer Kurve fährt, gleichförmig zu sein. Er sieht, dass er sich relativ zur Oberfläche mit konstanter Geschwindigkeit bewegt. Der Passagier spürt jedoch die Wirkung einer Kraft, die vom Mittelpunkt des Kreises aus gerichtet ist - der Zentrifugalkraft, und er wirkt dieser Kraft entgegen, indem er sich zum Mittelpunkt des Kreises neigt. Dann stellt sich heraus, dass die Zentripetalkraft gleich der horizontalen Komponente der Reaktion des Stützsitzes oder des Zugbodens ist. Mit anderen Worten, um seinen scheinbaren Zustand gleichförmiger Bewegung beizubehalten, benötigt der Fahrgast, dass die Zentripetalkraft gleich groß und in entgegengesetzter Richtung zur Zentrifugalkraft ist.

Merkmale der Verteilung ozeanologischer Merkmale über das Meeresgebiet und mit Tiefe, gut entwickelter Vermischung, Zufluss von Oberflächenwasser aus angrenzenden Becken und Isolierung von Tiefseewasser aus ihnen bilden die Hauptmerkmale der hydrologischen Struktur des Meeres von Japan. Die gesamte Dicke seines Wassers ist in zwei Zonen unterteilt: Oberfläche (bis zu einer durchschnittlichen Tiefe von 200 m) und Tiefe (von 200 m bis zum Grund). Die Gewässer der Tiefenzone zeichnen sich über das ganze Jahr hinweg durch relativ einheitliche physikalische Eigenschaften über ihre gesamte Masse aus. Das Wasser der Oberflächenzone verändert unter dem Einfluss klimatischer und hydrologischer Faktoren seine zeitlichen und räumlichen Eigenschaften viel intensiver.

Im Japanischen Meer werden drei Wassermassen unterschieden: zwei in der Oberflächenzone - der Oberflächenpazifik, charakteristisch für den südöstlichen Teil des Meeres, und das japanische Oberflächenmeer, charakteristisch für den nordwestlichen Teil des Meeres, und eine in die tiefe Zone - die Wassermasse des tiefen Japanischen Meeres. Diese Wassermassen sind ihrem Ursprung nach das Ergebnis der Umwandlung des pazifischen Wassers, das in das Meer eintritt.

Die pazifische Oberflächenwassermasse wird hauptsächlich unter dem Einfluss der Tsushima-Strömung gebildet, sie hat das größte Volumen im Süden und Südosten des Meeres. Wenn Sie sich nach Norden bewegen, nehmen seine Dicke und sein Verbreitungsgebiet allmählich ab und liegen ungefähr im Bereich von 48 ° N. Sch. Aufgrund einer starken Abnahme der Tiefe verkeilt es sich im flachen Wasser. Im Winter, wenn der Tsushima-Strom schwächer wird, liegt die nördliche Grenze der pazifischen Gewässer bei etwa 46-47 ° N. Sch.

Das pazifische Oberflächenwasser ist durch hohe Temperaturen (ca. 15-20°) und Salzgehalt (34,0-35,5‰) gekennzeichnet. In der betrachteten Wassermasse werden mehrere Schichten unterschieden, deren hydrologische Eigenschaften und Mächtigkeit sich im Laufe des Jahres ändern. Die Oberflächenschicht, in der die Temperatur im Laufe des Jahres zwischen 10 und 25 ° und der Salzgehalt zwischen 33,5 und 34,5 ‰ schwankt. Die Mächtigkeit der Oberflächenschicht variiert zwischen 10 und 100 m. Die obere Zwischenschicht, deren Mächtigkeit das ganze Jahr über zwischen 50 und 150 m variiert, weist erhebliche Temperatur-, Salzgehalts- und Dichtegradienten auf. Die untere Schicht ist 100 bis 150 m dick, im Laufe des Jahres ändern sich die Tiefe des Vorkommens, die Grenzen ihrer Verteilung, die Temperatur von 4 bis 12 °, der Salzgehalt von 34,0 bis 34,2 ‰. Untere Zwischenschicht mit sehr geringen vertikalen Gradienten in Temperatur, Salzgehalt und Dichte. Es trennt die pazifische Oberflächenwassermasse von der japanischen Tiefsee.

Wenn wir uns nach Norden bewegen, ändert das Wasser des Pazifischen Ozeans allmählich seine Eigenschaften unter dem Einfluss klimatischer Faktoren und aufgrund seiner Vermischung mit dem darunter liegenden tiefen Wasser des Japanischen Meeres. Infolge der Abkühlung und Auffrischung des pazifischen Wassers in den Breiten 46-48 ° N. Sch. die Oberflächenwassermasse des Japanischen Meeres gebildet wird. Es zeichnet sich durch relativ niedrige Temperaturen (durchschnittlich etwa 5-8°) und Salzgehalt (32,5-33,5‰) aus. Die gesamte Dicke dieser Wassermasse ist in drei Schichten unterteilt: Oberfläche, Mittelschicht und Tiefe. Wie im Pazifik treten im Oberflächenwasser des Japanischen Meeres die größten Änderungen der hydrologischen Eigenschaften in der Oberflächenschicht auf. Die Temperatur variiert hier im Laufe des Jahres von 0 bis 21 °, der Salzgehalt von 32,0 bis 34,0 ‰ und die Dicke der Schicht von 10 bis 150 m oder mehr. In den mittleren und tiefen Schichten sind saisonale Änderungen der hydrologischen Eigenschaften unbedeutend. Im Winter nimmt das Oberflächenwasser des Japanischen Meeres aufgrund des intensiven Zuflusses pazifischer Gewässer in das Meer zu dieser Zeit eine größere Fläche ein als im Sommer.

Tiefenwasser des Japanischen Meeres entsteht durch die Umwandlung von Oberflächengewässern, die aufgrund des Prozesses der Winterkonvektion aufgrund der allgemeinen Zyklonzirkulation in die Tiefe sinken. Änderungen in den Eigenschaften des tiefen Wassers des Japanischen Meeres entlang der Vertikalen sind äußerst gering. Der Großteil dieser Gewässer hat im Winter eine Temperatur von 0,1-0,2 °, im Sommer 0,3-0,5 °; Der Salzgehalt während des Jahres beträgt 34,10-34,15 ‰.

Schema der Lage von Wassermassen und Arten der vertikalen Wasserstruktur auf einem bedingten Schnitt durch das Regal des nordwestlichen Teils des Japanischen Meeres im Februar (oben) und August (unten).

WASSERMASSEN, ein Wasservolumen, das der Fläche und Tiefe eines Reservoirs entspricht, mit relativer Homogenität der physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften, das unter bestimmten physikalischen und geografischen Bedingungen (normalerweise auf der Oberfläche des Ozeans, des Meeres) gebildet wird, anders als die umgebende Wassersäule. Merkmale von Wassermassen, die in bestimmten Gebieten der Ozeane und Meere erworben wurden, bleiben außerhalb des Entstehungsbereichs erhalten. Benachbarte Wassermassen sind durch Frontzonen des Weltozeans, Teilungszonen und Transformationszonen voneinander getrennt, die entlang der zunehmenden horizontalen und vertikalen Gradienten der Hauptindikatoren für Wassermassen verfolgt werden können. Die Hauptfaktoren bei der Bildung von Wassermassen sind die Wärme- und Wasserhaushalte eines bestimmten Gebiets, die Hauptindikatoren für Wassermassen sind Temperatur, Salzgehalt und die davon abhängige Dichte. Die wichtigsten geografischen Muster – horizontale und vertikale Zonalität – manifestieren sich im Ozean in Form einer spezifischen Gewässerstruktur, die aus einer Reihe von Wassermassen besteht.

In der vertikalen Struktur des Weltozeans werden Wassermassen unterschieden: Oberfläche - bis zu einer Tiefe von 150-200 m; unterirdisch - bis zu 400-500 m; mittel - bis 1000-1500 m, tief - bis 2500-3500 m; unten - unter 3500 m. In jedem der Ozeane gibt es für sie charakteristische Wassermassen, Oberflächenwassermassen werden nach der Klimazone benannt, in der sie sich gebildet haben (z. B. pazifische Subarktis, pazifische Tropen usw.). Bei den zugrunde liegenden Strukturzonen der Ozeane und Meere entsprechen die Namen der Wassermassen ihrem geografischen Gebiet (Mittelmeer-Zwischenwassermasse, Nordatlantiktief, Tiefschwarzes Meer, Antarktischer Grund etc.). Die Dichte des Wassers und die Eigenschaften der atmosphärischen Zirkulation bestimmen die Tiefe, bis zu der die Wassermasse im Bereich ihrer Entstehung absinkt. Bei der Analyse einer Wassermasse werden häufig auch Indikatoren für den Gehalt an gelöstem Sauerstoff und anderen darin enthaltenen Elementen sowie die Konzentration einer Reihe von Isotopen berücksichtigt, die es ermöglichen, die Ausbreitung der Wassermasse aus dem Bereich zu verfolgen Seine Entstehung, der Grad der Vermischung mit umgebenden Gewässern und die Zeit, die er ohne Kontakt mit der Atmosphäre verbringt.

Die Eigenschaften von Wassermassen bleiben nicht konstant, sie unterliegen saisonalen (in der oberen Schicht) und langfristigen Schwankungen in gewissen Grenzen und räumlichen Veränderungen. Bei ihrer Bewegung aus dem Entstehungsbereich werden die Wassermassen unter dem Einfluss der veränderten Wärme- und Wasserhaushalte, der Zirkulationserscheinungen der Atmosphäre und des Ozeans umgewandelt und mit den umgebenden Gewässern vermischt. Infolgedessen werden primäre Wassermassen (gebildet unter direktem Einfluss der Atmosphäre mit den größten Schwankungen der Eigenschaften) und sekundäre Wassermassen (gebildet durch Mischen der primären) unterschieden, die sich durch die größte Einheitlichkeit der Eigenschaften auszeichnen. Innerhalb der Wassermasse wird ein Kern unterschieden - eine Schicht mit den am wenigsten umgewandelten Eigenschaften, die die charakteristischen Merkmale einer bestimmten Wassermasse beibehält - Mindest- oder Höchstwerte des Salzgehalts und der Temperatur, der Gehalt einer Reihe von Chemikalien.

Bei der Untersuchung von Wassermassen werden die Methode der Temperatur-Salzgehalt-Kurven (T-, S-Kurven), die Kernel-Methode (Untersuchung der Transformation von Temperatur- oder Salzgehaltsextremen, die der Wassermasse innewohnen), die isopyknische Methode (Analyse von Eigenschaften auf Oberflächen von gleiche Dichte), statistische T, S-Analyse verwendet werden. Die Zirkulation von Wassermassen spielt eine wichtige Rolle im Energie- und Wasserhaushalt des Klimasystems der Erde, indem sie thermische Energie und aufgefrischtes (oder salzhaltiges) Wasser zwischen Breitengraden und verschiedenen Ozeanen umverteilt.

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physische und geografische Bedingungen. Die wichtigsten Gestaltungsfaktoren Wassermassen, sind die Wärme- und Wasserhaushalte des jeweiligen Gebiets und damit die Hauptindikatoren Wassermassen- Temperatur und Salzgehalt. Oft in der Analyse Wassermassen es werden auch Indikatoren für den Gehalt an Sauerstoff und anderen hydrochemischen Elementen berücksichtigt, die es ermöglichen, die Verteilung zu verfolgen Wassermassen aus der Region ihrer Entstehung und Transformation. Eigenschaften Wassermassen bleiben nicht konstant, sie unterliegen in gewissen Grenzen saisonalen und langfristigen Schwankungen und räumlichen Veränderungen. Wie es sich aus dem Bereich der Formation ausbreitet Wassermassen werden unter dem Einfluss von Änderungen in den Bedingungen des Wärme- und Wasserhaushalts umgewandelt und mit umgebenden Gewässern vermischt. Unterscheiden Sie zwischen primär und sekundär Wassermassen zu primär Wassermassen umfassen solche, deren charakteristische Merkmale unter dem direkten Einfluss der Atmosphäre gebildet werden und die durch die größten Änderungsgrenzen in einem bestimmten Wasservolumen gekennzeichnet sind. Zur Sekundärseite Wassermassen durch Mischen von Primär gebildet Wassermassen und sich durch größte Homogenität ihrer Eigenschaften auszeichnen. In der vertikalen Struktur des Weltozeans gibt es Wassermassen: Oberfläche (primär) - bis zu einer Tiefe von 150-200 m; Untergrund (primär und sekundär) - in einer Tiefe von 150-200 m bis 400-500 m; mittel (primär und sekundär) - in einer Tiefe von 400-500 m bis 1000-1500 m, tief (sekundär) - in einer Tiefe von 1000-1500 m bis 2500-3000 m; unten (sekundär) - unter 3000 m. Grenzen dazwischen Wassermassen sind Zonen von Fronten des Weltozeans, Zonen der Trennung und Zonen der Transformation, die entlang der zunehmenden horizontalen und vertikalen Gradienten der Hauptindikatoren verfolgt werden können Wassermassen

Jeder der Ozeane hat seine eigene Charakteristik Wassermassen Im Atlantik gibt es zum Beispiel: Wassermassen Golfstrom, Nördliche Tropen, Südliche Tropen usw. Oberfläche Wassermassen Wassermassen, Nordatlantik, Südatlantik und andere Zwischenprodukte Wassermassen, mediterran tief Wassermassen usw.; im Pazifischen Ozean - nördliche tropische, nördliche zentrale subtropische, südliche tropische und andere Oberflächen Wassermassen, Nördliche Subtropen, Südliche Subtropen und andere Untergründe Wassermassen, Nordpazifik, Südpazifik und andere Zwischenprodukte Wassermassen, Pazifik tief Wassermassen usw.

Beim Lernen Wassermassen Es werden die T, -kp-Methode und die isopyknische Methode verwendet, die es ermöglichen, die Gleichmäßigkeit von Temperatur, Salzgehalt und anderen Indikatoren auf der Kurve ihrer vertikalen Verteilung festzustellen.

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