Cтраница 1

Водные массы разделяются на поверхностную, промежуточную и глубинную. Для поверхностной массы отмечаются самые большие колебания температуры и солености во времени и пространстве.  

Поверхностные водные массы, а особенно крупные (океанические) играют огромную роль в формировании температурного поля Земли.  

Таким образом, водные массы в основном переносятся течениями в верхнем стометровом слое, а возникающее при этом явление турбулентности активно перемешивает этот слой.  

Часть волжских вод идет на восток, перенося водные массы в залив Комсомолец.  

Энергия Солнца согревает Землю, движет воздушные массы атмосферы и водные массы рек, океанов и морей, обеспечивает процесс фотосинтеза в зеленых растениях и в конечном счете является главным условием существования жизни.  

При этом в горизонтальном направлении перемещается только сама волна, но не водные массы в целом.  

Понятно поэтому, что на всех вертикальных уровнях склон оказывается как бы усилителем динамических процессов в океане: именно здесь огромные водные массы океана, встречаясь с препятствием, должны снижать свою скорость до нулевых значений, трансформироваться в системы вертикальных и горизонтальных (вдольсклоно-вых) течений.  

Классификация волн на воде представлена в различных работах в соответствии с которой даются следующие определения: волны цунами-волны, порожденные землетрясением подводных участков земной коры; гравитационные ветровые волны-волны, возникающие от действия ветра на свободную поверхность воды, в формировании которых основную роль играет сила тяжести; судовые волны - волны, возникающие при движении судов на свободной поверхности воды; приливо-отливные волны-волны, обусловленные воздействием на водные массы Земли сил притяжения Луны и Солнца; сейши-волны с периодом, равным периоду собственных колебаний рассматриваемого объема воды, возникающие в замкнутых водоемах в результате резкого изменения атмосферного давления; тягун-длиннопериодные колебания воды на акватории порта, возникающие в результате резонансных явлений при подходе к порту цунами, приливных и других систем волн.  

Поскольку их объемы очень велики (десятки кубических километров), то даже одно облако может содержать в виде капель или кристалликов льда сотни тонн воды. Эти гигантские водные массы непрерывно переносятся воздушными потоками над поверхностью Земли, приводя к перераспределению на ней не только воды, но и тепла. Поскольку, как уже говорилось, вода обладает исключительно высокой теплоемкостью, испарение с поверхности водоемов, из почвы, транспирация растениями поглощает до 70 % тепла, получаемого Землей от Солнца. Теплота, затраченная на испарение (скрытая теплота парообразования), поступает вместе с водяным паром в атмосферу и выделяется там при его конденсации и формировании облаков. В результате уноса тепла заметно снижается температура водных поверхностей и прилегающего слоя воздуха, поэтому вблизи водоемов в теплое время года намного прохладнее, чем в тех континентальных районах, которые получают такое же количество солнечного тепла.  

На первый взгляд образование рифелеи может показаться странным. Перемещающиеся на мелководье водные массы совершают попеременно движения к берегу и от берега. Двигаясь к берегу, вода увлекает песчинки поверхности дна вперед, а двигаясь от берега, она увлекает их назад.  

Для определения собственных свободных колебаний в узкостях широко используется одномерное приближение. Имеется огромное количество литературы, в которой рассматриваются не только реальные водные массы, но и идеализированные условия, такие, как прямоугольные бассейны.  

Дрейфовые течения наблюдаются и в северных морях, где поверхность воды покрыта льдом. В данной ситуации плавучие ледяные поля за счет трения увлекают за собой водные массы.  

Распределение воды в гидросфере, ее состав, физические и химические свойства, скорость перемещения и водообмена между атмосферой, наземной и подземной гидросферой в значительной степени зависят от местоположения воды в той или иной оболочке Земли, строения и свойств включающих воду природных. Если для атмосферы и поверхностных вод время водообмена между ними может составлять от нескольких часов и суток, а водные массы в атмосфере и реках способны перемещаться на большие расстояния в короткие промежутки времени, то для глубоких водоносных горизонтов высокоминерализованных вод (рассолов) скорости естественного движения подземных вод обычно характеризуются значениями сантиметров и метров в год, могут иметь разнонаправленный характер, неоднократно изменяющийся в течение геологических эпох. Водообмен подобных водоносных горизонтов с поверхностными или неглубокозалегающими подземными водами практически отсутствует.  

Все эти оценки прямо или косвенно связаны с определением различными методами возраста подземных вод, т.е. времени, прошедшего с момента поступления (инфильтрации) атмосферной влаги в почвенные отложения. При этом, однако, понятие возраст подземной воды является в известном смысле условным, так как в разных частях одного и того же горизонта могут присутствовать водные массы, времена нахождения которых в нем с момента инфильтрации будут существенно различаться. Поэтому более корректно говорить о возрасте воды в отдельной пробе отобранной в той или иной точке пласта, и то с оговоркой, что процессы дисперсии не привели к смешению исходных вод существенно различного возраста. Дополнительную неопределенность в обсуждаемоме понятие вносят процессы, обусловленные двойной пористостью фильтрующей среды; так в одном и том же макро-объеме возраст воды в трещинах и порах может существенно различаться.  

Воздушные массы

Трансформация воздушных масс

Влияние поверхности, над которой проходят воздушные массы, сказывается на их нижних слоях. Это влияние может вызвать изменения в содержании влаги в воздухе вследствие испарения или выпадения осадков, а также изменение температуры воздушной массы в результате высвобождения скрытой теплоты или теплообмена с поверхностью.

Табл. 1. Классификация воздушных масс и их свойства в зависимости от очага формирования

	Тропическая	Полярная	Арктическая или антарктическая
Морская	морская тропическая (МТ), теплая или очень влажная; формируется в районе Азорских островов в Северной Атлантике	морская полярная (МП), холодная и очень влажная; формируется над Атлантикой к югу от Гренландии	арктическая (А) или антарктическая (АА), очень холодная и сухая; формируется над покрытой льдами частью Арктики или над центральной частью Антарктиды
Континентальная (К)	континентальная тропическая (КТ), жаркая и сухая; формируется над пустыней Сахарой	континентальная полярная (КП), холодная и сухая; формируется в Сибири в зимний период

Трансформации, связанные с движением воздушных масс, называются динамическими. Скорости движения воздуха на разных высотах почти наверняка будут различаться, поэтому воздушная масса движется не как единое целое, и наличие сдвига скоростей вызывает турбулентное перемешивание. Если нижние слои воздушной массы нагреваются, то возникает неустойчивость и развивается конвективное перемешивание. Другие динамические изменения связаны с крупномасштабным вертикальным движением воздуха.

Трансформации, происходящие с воздушной массой, можно обозначить, прибавляя к ее основному обозначению еще одну букву. Если нижние слои воздушной массы теплее, чем поверхность, над которой она проходит, то добавляется буква "Т", если они холоднее - добавляется буква "X". Следовательно, при охлаждении устойчивость теплой морской полярной воздушной массы увеличивается, в то время как нагрев холодной морской полярной воздушной массы вызывает ее неустойчивость.

Воздушные массы и их влияние на погоду на британских островах

Погодные условия в каком-либо месте на Земле можно рассматривать как результат действия определенной воздушной массы и как следствие происшедших с ней изменений. Великобритания, расположенная в средних широтах, испытывает на себе влияние большинства типов воздушных масс. Она, таким образом, является хорошим примером для изучения погодных условий, обусловленных трансформацией воздушных масс вблизи поверхности. Динамические изменения, вызванные в основном вертикальными движениями воздуха, также очень важны при определении погодных условий, и в каждом конкретном случае ими пренебрегать нельзя.

Морской полярный воздух (МПВ), достигающий Британских островов, обычно относится к типу ХМПВ, поэтому эта воздушная масса неустойчива. При прохождении над океаном в результате испарения с его поверхности она сохраняет высокую относительную влажность, и вследствие этого - в особенности над теплой поверхностью Земли в полдень с приходом этой воздушной массы будут возникать кучевые и кучево-дождевые облака, температура опустится ниже средней, и летом будут выпадать ливни, а зимой осадки часто могут выпадать в виде снега или крупы. Порывистые ветры и конвективные движения в воздухе разгонят пыль и дым, так что видимость будет хорошей.

Если морской полярный воздух (МПВ) из очага своего формирования пройдет южнее, а затем направится в сторону Британских островов с юго-запада, он вполне может стать теплым, то есть типа ТМПВ; иногда его называют "возвратным морским полярным воздухом". Он приносит нормальные температуры и погоду, среднюю между погодой, которая устанавливается с приходом воздушных масс ХМПВ и МТВ.

Морской тропический воздух (МТВ) обычно относится к типу ТМТВ, поэтому он устойчив. Достигнув после пересечения океана Британских островов и охладившись, он насыщается (или становится близким к насыщению) водяным паром. Эта воздушная масса приносит с собой мягкую погоду, небо становится пасмурным и видимость плохой, на западе Британских островов нередки туманы. При подъеме над орографическими барьерами формируются слоистые облака; при этом обычны моросящие дожди, переходящие в более сильные, а на восточной стороне горных хребтов идут сплошные дожди.

Континентальная тропическая воздушная масса в очаге своего формирования неустойчива, и, хотя ее нижние слои, когда она достигает Британских островов, становятся устойчивыми, верхние слои продолжают сохранять неустойчивое состояние, что может вызвать в летнее время грозы. Однако в зимний период нижние слои воздушной массы очень устойчивы, и любые облака, которые там образуются, относятся к типу слоистых. Обычно приход такой воздушной массы вызывает повышение температуры намного выше средней, и образуется туман.

С приходом континентального полярного воздуха зимой на Британских островах устанавливается очень холодная погода. В очаге формирования эта масса устойчива, но затем в нижних слоях она может стать неустойчивой и при прохождении над Северным морем в значительной мере "насытится" водяными парами. Облака, которые при этом возникнут, относятся к типу кучевых, хотя могут образоваться и слоисто-кучевые. В зимний период в восточной части Великобритании могут выпадать сильные дожди со снегом или же снегопады.

Арктический воздух (АВ) может быть континентальным (КАВ) или морским (МАВ) в зависимости от того пути, который он проделал от очага формирования до Британских островов. КАВ на своем пути к Британским островам проходит над Скандинавией. Он аналогичен континентальному полярному воздуху, хотя и более холодный и поэтому в зимний и весенний периоды часто приносит с собой снегопады. Морской арктический воздух проходит над Гренландией и Норвежским морем; его можно сравнить с холодным морским полярным воздухом, хотя он холоднее и более неустойчив. Зимой и весной для арктического воздуха характерны сильные снегопады, продолжительные морозы и исключительно хорошие условия видимости.

Водные массы и t-s диаграмма

При определении водных масс океанографы используют понятие, сходное с тем, которое применяется к воздушным массам. Водные массы различают преимущественно по температуре и солености. Также полагают, что водные массы формируются в определенном районе, где они находятся в поверхностном перемешанном слое и где на них оказывают воздействие постоянные атмосферные условия. Если в течение длительного периода времени вода остается в стационарном состоянии, ее соленость будет определяться рядом факторов: испарением и выпадением осадков, поступлением пресной воды с речным стоком в прибрежных районах, таянием и образованием льдов в высоких широтах и т.д. Точно так же ее температура будет определяться радиационным балансом водной поверхности, а также обменом тепла с атмосферой. Если соленость воды будет уменьшаться, а температура повышаться, плотность воды понизится и водная толща станет устойчивой. В этих условиях может сформироваться только поверхностная водная масса небольшой толщины. Если, однако, соленость будет возрастать, а температура понижаться, вода станет более плотной, начнет погружаться, и может сформироваться водная масса, достигающая значительной мощности по вертикали.

Чтобы различать водные массы, данные о температуре и солености, полученные на разных глубинах в некотором районе океана, наносят на диаграмму, у которой по оси ординат откладывается температура, а по оси абсцисс - соленость. Все точки соединяются друг с другом линией в порядке возрастания глубин. Если водная масса совершенно однородна, она будет представлена одной-единственной точкой на такой диаграмме. Именно этот признак служит критерием для выделения типа вод. Скопление точек наблюдений вблизи такой точки покажет присутствие вод определенного типа. Но температура и соленость водной массы с глубиной обычно меняются, и водная масса характеризуется на T-S диаграмме определенной кривой. Эти вариации могут быть обусловлены небольшими колебаниями свойств воды, образованной в различное время года и опустившейся на разные глубины в соответствии с ее плотностью. Их можно также объяснить изменениями условий на поверхности океана в том районе, где происходило формирование водной массы, и вода может опускаться не вертикально, а вдоль некоторых наклонных поверхностей равных плотностей. Поскольку q1 является функцией только температуры и солености, на T-S диаграмме можно провести линии равных значений q1,. Представление об устойчивости водной толщи можно получить, сравнивая график T-S с простиранием изолиний q1.

Консервативные и неконсервативные свойства

Сформировавшись, водная масса, как и масса воздушная, начинает двигаться из очага формирования, подвергаясь по пути трансформации. Если она останется в приповерхностном перемешанном слое или уйдет из него, а затем возвратится вновь, дальнейшее взаимодействие с атмосферой вызовет изменения температуры и солености воды. Новая водная масса может возникнуть в результате перемешивания с другой водной массой, и ее свойства будут промежуточными между свойствами двух первоначальных водных масс. С того момента, как водная масса перестает подвергаться трансформации под воздействием атмосферы, ее температура и соленость могут изменяться только в результате процесса перемешивания. Поэтому такие свойства называются консервативными.

Водная масса обычно имеет определенные химические характеристики, присущую ей биоту, а также типичные соотношения температуры и солености (T-S соотношения). Полезным показателем, характеризующим водную массу, часто бывает величина концентрации растворенного кислорода, а также концентрация биогенных веществ - силикатов и фосфатов. Морские организмы, присущие определенной водной массе, называются видами-индикаторами. Они могут оставаться в пределах данной водной массы, поскольку ее физические и химические свойства удовлетворяют их или же просто потому, что они, являясь планктоном, переносятся вместе с водной массой из района ее формирования. Эти свойства, однако, изменяются в результате химических и биологических процессов, протекающих в океане, и поэтому называются неконсервативными свойствами.

Примеры водных масс

Достаточно наглядным примером могут служить водные массы, которые формируются в полузамкнутых водоемах. Та водная масса, которая образуется в Балтийском море, обладает низкой соленостью, что вызвано значительным превышением речного стока и количества выпадающих осадков над испарением. Летом эта водная масса достаточно нагревается и поэтому обладает очень низкой плотностью. Из своего очага формирования она вытекает через узкие проливы между Швецией и Данией, где происходит ее интенсивное перемешивание с нижележащими водными слоями, поступающими в проливы со стороны океана. Перед перемешиванием ее температура летом близка к 16°С, а соленость составляет менее 8% 0 . Но к тому времени, когда она достигает пролива Скагеррак, ее соленость в результате перемешивания повышается до величины порядка 20% о. В силу низкой плотности она остается на поверхности и быстро трансформируется в результате взаимодействия с атмосферой. Поэтому эта водная масса не оказывает заметного влияния на районы открытого океана.

В Средиземном море испарение превосходит приток пресной воды, поступающей в виде осадков и речного стока, и поэтому соленость там увеличивается. В северо-западной части Средиземного моря зимнее охлаждение (связанное в основном с ветрами, называющимися мистраль) может привести к конвекции, которая охватывает всю водную толщу до глубин более 2000 м, в результате чего формируется чрезвычайно однородная водная масса с соленостью более 38,4% и температурой около 12,8°С. При выходе этой водной массы из Средиземного моря через Гибралтарский пролив она подвергается интенсивному перемешиванию, и наименее перемешанный слой, или ядро, средиземноморской воды в прилегающей части Атлантики имеет соленость 36,5% 0 и температуру 11 °С. Этот слой обладает высокой плотностью и поэтому погружается до глубин порядка 1000 м. На этом уровне он распространяется, подвергаясь непрерывному перемешиванию, но его ядро все же можно распознать среди других водных масс большей части Атлантического океана.

В открытом океане Центральные водные массы образуются на широтах примерно от 25° до 40°, а затем погружаются вдоль наклонных изопикн и занимают верхнюю часть главного термоклина. В Северной Атлантике такая водная масса характеризуется T-S кривой с исходным значением 19°С и 36,7% и конечным значением 8°С и 35,1%. В более высоких широтах формируются промежуточные водные массы, которые характеризуются низкой соленостью, а также низкой температурой. Наиболее широко распространена Антарктическая промежуточная водная масса. Она имеет температуру от 2° до 7°С и соленость от 34,1 до 34,6% 0 и после погружения примерно на 50° ю. ш. до глубин 800-1000 м распространяется в северном направлении. Наиболее глубокие водные массы формируются в высоких широтах, где вода зимой охлаждается до очень низких температур, часто до точки замерзания, так что соленость определяется процессом замерзания. Антарктическая придонная водная масса обладает температурой - 0,4°С и соленостью 34,66% 0 и распространяется в северном направлении на глубинах более 3000 м. Северо-Атлантическая глубинная придонная водная масса, которая образуется в Норвежском и Гренландском морях и при перетекании через Шотландско-Гренландский порог испытывает заметную трансформацию, распространяется к югу и перекрывает Антарктическую придонную водную массу в экваториальной и южной частях Атлантического океана.

Концепция водных масс сыграла большую роль при описании процессов циркуляции в океанах. Течения в глубинах океанов одновременно и очень медленны, и очень переменчивы, чтобы их можно было изучать с помощью непосредственного наблюдения. Но T-S анализ помогает выделить ядра водных масс и определить направления их распространения. Однако чтобы установить скорость, с которой они перемещаются, необходимы другие данные, такие, как скорость перемешивания и скорость изменения неконсервативных свойств. Но их обычно получить не удается.

Ламинарное и турбулентное течения

Движения в атмосфере и в океане можно классифицировать различными способами. Один из них - разделение движения на ламинарное и турбулентное. При ламинарном течение частицы жидкости двигаются упорядоченно, линии тока параллельны. Турбулентное течение хаотично, и траектории отдельных частиц пересекаются. В однородной по плотности жидкости переход от ламинарного режима к турбулентному происходит, когда скорость достигает некоторой критической величины, пропорциональной вязкости и обратно пропорциональной плотности и расстоянию до границы течения. В океане и атмосфере течения в большинстве случаев турбулентные. При этом эффективная вязкость, или турбулентное трение, в таких течениях обычно на несколько порядков больше молекулярной вязкости и зависит от природы турбулентности и ее интенсивности. В природе наблюдаются два случая ламинарного режима. Один-это течение в очень тонком слое, прилегающем к гладкой границе, другой - движение в слоях значительной вертикальной устойчивости (какими являются, например, слой инверсии в атмосфере и термоклин в океане), где флуктуации вертикальной скорости малы. Вертикальный сдвиг скорости в таких случаях намного больше, чем в турбулентных течениях.

Масштабы движения

Еще один способ классификации движений в атмосфере и океане основан на их разделении по пространственным и временным масштабам, а также на выделении периодических и непериодических составляющих движения.

Наибольшим пространственно-временным масштабам отвечают такие стационарные системы, как пассаты в атмосфере или Гольфстрим в океане. Хотя движение в них и испытывает флуктуации, эти системы можно рассматривать как более или менее постоянные элементы циркуляции, имеющие пространственный масштаб порядка нескольких тысяч километров.

Следующее место занимают процессы с сезонной цикличностью. Среди них следует особо отметить муссоны и обусловленные ими - и тоже меняющие свое направление - течения Индийского океана. Пространственный масштаб этих процессов также порядка нескольких тысяч километров, однако их отличает выраженная периодичность.

Процессы с временным масштабом в несколько дней или недель, как правило, нерегулярны и имеют пространственные масштабы до тысячи километров. К ним относятся вариации ветра, связанные с переносом различных воздушных масс и вызывающие изменения погоды в таких районах, как Британские острова, а также аналогичные и часто связанные с первыми колебания океанских течений.

Рассматривая движения с временным масштабом от нескольких часов до одного-двух дней, мы встречаемся с большим разнообразием процессов, среди которых имеются и явно периодические. Это может быть суточная периодичность, связанная с суточным ходом солнечной радиации (она характерна, например, для бриза - ветра, дующего днем с моря на сушу, а ночью с суши на море); это может быть суточная и полусуточная периодичность, характерная для приливов; это может быть периодичность, связанная с перемещением циклонов и другими атмосферными возмущениями. Пространственный масштаб этого типа движений от 50 км (для бризов) до 2000 км (для барических депрессий на средних широтах).

Временным масштабам, измеряемым секундами, реже минутами, соответствуют регулярные движения - волны. Наиболее распространены ветровые волны на поверхности океана, имеющие пространственный масштаб около 100 м. В океане и в атмосфере встречаются и более длинные волны, как, например, подветренные волны. Нерегулярные движения с такими временными масштабами отвечают турбулентным флуктуациям, проявляющимся, например, в виде порывов ветра.

Движение, наблюдаемое в каком-то районе океана или атмосферы, может быть охарактеризовано векторной суммой скоростей, каждая из которых отвечает определенному масштабу движения. Например, измеренная в какой-то момент времени скорость может быть представлена в виде где и обозначает турбулентные пульсации скорости.

Для характеристики движения можно использовать описание сил, участвующих в его создании. Этот подход в сочетании с методом разделения по масштабам будет использован в последующих главах при описании различных форм движения. Здесь же удобно рассмотреть различные силы, действие которых может вызвать горизонтальные движения в океане и атмосфере или повлиять на них.

Силы можно разделить на три категории: внешние, внутренние и вторичные. Источники внешних сил лежат вне жидкой среды. В эту категорию попадает гравитационное притяжение Солнца и Луны, вызывающее приливные движения, а также сила трения ветра. Внутренние силы связаны с распределением массы или плотности в жидкой среде. Неравномерное распределение плотности обусловлено неравномерным нагревом океана и атмосферы, и порождает горизонтальные градиенты давления внутри жидкой среды. Под вторичными мы понимаем силы, действующие на жидкость только тогда, когда она пребывает в состоянии движения относительно земной поверхности. Наиболее очевидной является сила трения, всегда направленная против движения. Если различные слои жидкости движутся с разными скоростями, трение между этими слоями, обусловленное вязкостью, приводит к замедлению более быстро движущихся слоев и ускорению менее быстро движущихся слоев. Если течение направлено вдоль поверхности, то в слое, примыкающем к границе, сила трения прямо противоположна направлению потока. Несмотря на то что трение играет обычно незначительную роль в атмосферных и океанских движениях, оно привело бы к затуханию этих движений, если бы их не поддерживали внешние силы. Таким образом, движение не могло бы оставаться равномерным, если бы другие силы отсутствовали. Две другие вторичные силы - это фиктивные силы. Они связаны с выбором системы координат, относительно которой рассматривается движение. Это сила Кориолиса (о которой мы уже говорили) и центробежная сила, появляющаяся при движении тела по окружности.

Центробежная сила

Тело, двигающееся с постоянной скоростью по окружности, все время изменяет направление своего движения и, следовательно, испытывает ускорение. Это ускорение направлено к мгновенному центру кривизны траектории и называется центростремительным ускорением. Следовательно, чтобы оставаться на окружности, тело должно испытывать действие некоторой силы, направленной к центру окружности. Как показано в элементарных учебниках по динамике, величина этой силы равна mu 2 /r, или mw 2 r, где r - масса тела, m-скорость движения тела по окружности, r-радиус окружности, а w - угловая скорость вращения тела (обычно измеряемая в радианах в секунду). Например, для пассажира, едущего в поезде по криволинейной траектории, движение кажется равномерным. Он видит, что перемещается относительно поверхности с постоянной скоростью. Однако пассажир ощущает действие некоторой силы, направленной от центра окружности, - центробежной силы, и он противодействует этой силе, наклоняясь к центру окружности. Тогда центростремительная сила оказывается равной горизонтальной составляющей реакции опоры-сиденья или пола поезда. Другими словами, для сохранения своего кажущегося состояния равномерного движения пассажиру необходимо, чтобы центростремительная сила была равна по величине и противоположна по направлению центробежной силе.

Особенности распределения океанологических характеристик по площади моря и с глубиной, хорошо развитое перемешивание, приток поверхностных вод из сопредельных бассейнов и изоляция от них глубинных морских вод формируют основные черты гидрологической структуры Японского моря. Вся толща его вод разделяется на две зоны: поверхностную (до глубины в среднем 200 м) и глубинную (от 200 м до дна). Воды глубинной зоны характеризуются относительно однородными физическими свойствами во всей их массе в течение года. Вода поверхностной зоны под влиянием климатических и гидрологических факторов изменяет свои характеристики во времени и пространстве гораздо интенсивнее.

В Японском море выделяются три водные массы: две в поверхностной зоне - поверхностная тихоокеанская, характерная для юго-восточной части моря, и поверхностная япономорская, свойственная северо-западной части моря, и одна в глубинной зоне - глубинная япономорская водная масса. По своему происхождению эти водные массы представляют собой результат трансформации поступающих в море тихоокеанских вод.

Поверхностная тихоокеанская водная масса формируется в основном под влиянием Цусимского течения, наибольший объем она имеет на юге и юго-востоке моря. По мере продвижения на север ее толщина и площадь распространения постепенно уменьшаются и примерно в районе 48° с. ш. вследствие резкого уменьшения глубин она выклинивается на мелководье. Зимой, когда Цусимское течение ослабевает, северная граница тихоокеанских вод располагается примерно на 46-47° с. ш.

Поверхностная тихоокеанская вода характеризуется высокими значениями температуры (около 15-20°) и солености (34,0-35,5‰). В рассматриваемой водной массе выделяется несколько слоев, гидрологические характеристики которых и толщина меняются в течение года. Поверхностный слой, где температура в течение года меняется от 10 до 25°, а соленость от 33,5 до 34,5‰. Толщина поверхностного слоя меняется от 10 до 100 м. Верхний промежуточный слой, толщина которого на протяжении года изменяется от 50 до 150 м. В нем отмечаются значительные градиенты температуры, солености и плотности. Нижний слой толщиной от 100 до 150 м. В течение года изменяются глубина залегания, границы его распространения, температура от 4 до 12°, соленость от 34,0 до 34,2‰. Нижний промежуточный слой с очень незначительными вертикальными градиентами температуры, солености и плотности. Он отделяет поверхностную тихоокеанскую водную массу от глубинной япономорской.

По мере продвижения на север тихоокеанская вода постепенно изменяет свои характеристики под влиянием климатических факторов и вследствие перемешивания ее с подстилающей глубинной япономорской водой. В результате охлаждения и распреснения тихоокеанской воды на широтах 46-48° с. ш. формируется поверхностная япономорская водная масса. Она характеризуется относительно низкими величинами температуры (в среднем около 5-8°) и солености (32,5-33,5‰). Вся толща этой водной массы делится на три слоя: поверхностный, промежуточный и глубинный. Как и в тихоокеанской, в поверхностной япономорской воде наибольшие изменения гидрологических характеристик происходят в поверхностном слое. Температура здесь в течение года меняется от 0 до 21°, соленость от 32,0-34,0‰, а толщина слоя от 10 до 150 м и более. В промежуточном и глубинном слоях сезонные изменения гидрологических характеристик незначительны. Зимой поверхностная япономорская вода занимает большую площадь, чем летом, вследствие интенсивного поступления в море в это время тихоокеанских вод.

Глубинная япономорская вода образуется в результате трансформации поверхностных вод, опускающихся на глубины вследствие процесса зимней конвекции за счет общей циклонической циркуляции. Изменения характеристик глубинной япономорской воды по вертикали крайне малы. Основная масса этих вод имеет зимой температуру 0,1-0,2°, летом 0,3-0,5°; соленость в течение года 34,10-34,15‰.

Схема расположения водных масс и типов вертикальной структуры вод на условном разрезе поперек шельфа северо-западной части Японского моря в феврале (вверху) и в августе (внизу).

ВОДНЫЕ МАССЫ, объём воды, соизмеримый с площадью и глубиной водоёма, обладающий относительной однородностью физических, химических и биологических характеристик, формирующихся в конкретных физико-географических условиях (обычно на поверхности океана, моря), отличающихся от окружающей водной толщи. Особенности водных масс, приобретённые в определённых районах океанов и морей, сохраняются за пределами области формирования. Смежные водных масс отделяются друг от друга зонами фронтов Мирового океана, зонами раздела и зонами трансформации, которые прослеживаются по увеличивающимся горизонтальным и вертикальным градиентам основных показателей водных масс. Главные факторы формирования водных масс - тепловой и водный балансы данного района, соответственно основные показатели водных масс - температура, солёность и зависящая от них плотность. Важнейшие географические закономерности - горизонтальная и вертикальная зональность - проявляются в океане в виде специфической структуры вод, состоящей из набора водных масс.

В вертикальной структуре Мирового океана выделяются водные массы: поверхностные - до глубины 150-200 м; подповерхностные - до 400-500 м; промежуточные - до 1000-1500 м, глубинные - до 2500-3500 м; придонные - ниже 3500 м. В каждом из океанов имеются характерные для них водные массы, поверхностные водные массы называются в соответствии с климатическим поясом, где сформировались (например, тихоокеанские субарктические, тихоокеанские тропические и так далее). Для нижележащих структурных зон океанов и морей название водных масс соответствует их географическому району (средиземноморская промежуточная водная масса, североатлантичная глубинная, глубинная Чёрного моря, антарктическая придонная и т.д.). Плотность воды и особенности атмосферной циркуляции определяют глубину, на которую водная масса погружается в районе своего образования. Часто при анализе водной массы учитываются также показатели содержания в ней растворённого кислорода, других элементов, концентрации ряда изотопов, которые дают возможность проследить распространение водной массы из района её формирования, степень смешения с окружающими водами, время нахождения вне контакта с атмосферой.

Характеристики водных масс не остаются постоянными, они подвергаются в определённых пределах сезонным (в верхнем слое) и многолетним колебаниям, изменяются в пространстве. По мере передвижения из района формирования водные массы трансформируются под воздействием изменившегося теплового и водного балансов, особенностей циркуляции атмосферы и океана, перемешиваются с окружающими водами. Вследствие чего различают первичные водные массы (формируются под непосредственным влиянием атмосферы, с наибольшими колебаниями характеристик) и вторичные водные массы (образуются при перемешивании первичных, отличаются наибольшей однородностью характеристик). В пределах водной массы выделяют ядро - слой с наименее трансформированными характеристиками, сохраняющий присущие конкретной водной массе отличительные признаки - минимумы или максимумы солёности и температуры, содержание ряда химических веществ.

При изучении водных масс применяется метод температурно-солёностных кривых (Т, S-кривых), метод ядра (исследование трансформации присущих водной массе экстремумов температуры или солёности), изопикнический метод (анализ характеристик на поверхностях равной плотности), статистический Т, S-анализ. Циркуляция водных масс играет важную роль в энергетическом и водном балансе климатической системы Земли, перераспределяя между широтами и разными океанами тепловую энергию и распреснённые (или осолонённые) воды.

Лит.: Sverdrup Н. U., Johnson М. W., Fleming R. Н. The oceans. N. Y., 1942; Зубов Н. Н. Динамическая океанология. М.; Л., 1947; Добровольский А. Д. Об определении водных масс // Океанология. 1961. Т. 1. Вып. 1; Степанов В. Н. Океаносфера. М., 1983; Мамаев О. И. Термохалинный анализ вод Мирового океана. Л., 1987; он же. Физическая океанография: Избр. труды. М., 2000; Михайлов В. Н., Добровольский А. Д., Добролюбов С. А. Гидрология. М., 2005.

физико-географических условиях. Основными факторами, формирующими Водные массы , являются тепловой и водный балансы данного района и, следовательно, основные показатели Водные массы - температура и солёность. Часто при анализе Водные массы учитываются также показатели содержания в ней кислорода и других гидрохимических элементов, которые дают возможность проследить распространение Водные массы из района её формирования и трансформацию. Характеристики Водные массы не остаются постоянными, они подвергаются в определённых пределах сезонным и многолетним колебаниям и изменяются в пространстве. По мере распространения из района формирования Водные массы трансформируются под влиянием изменений условий теплового и водного балансов и перемешиваются с окружающими водами. Различают первичные и вторичные Водные массы К первичным Водные массы относятся те, отличительные признаки которых формируются под непосредственным влиянием атмосферы и характеризуются наибольшими пределами изменений в некотором объёме воды. К вторичным - Водные массы , формирующиеся в результате перемешивания первичных Водные массы и отличающиеся наибольшей однородностью своих признаков. В вертикальной структуре Мирового океана выделяются Водные массы : поверхностные (первичные) - до глубины 150-200 м ; подповерхностные (первичные и вторичные) - на глубине от 150-200 м до 400-500 м ; промежуточные (первичные и вторичные) - на глубине от 400-500 м до 1000-1500 м , глубинные (вторичные) - на глубине от 1000-1500 м до 2500-3000 м ; придонные (вторичные) - ниже 3000 м . Границами между Водные массы являются зоны фронтов Мирового океана, зоны раздела и зоны трансформации, которые прослеживаются по увеличивающимся горизонтальным и вертикальным градиентам основных показателей Водные массы

В каждом из океанов имеются характерные для них Водные массы Например, в Атлантическом океане различаются: Водные массы Гольфстрима, Северная тропическая, Южная тропическая и др. поверхностные Водные массы Водные массы , Северная атлантическая, Южная атлантическая и др. промежуточные Водные массы , Средиземноморская глубинная Водные массы и др.; в Тихом океане - Северная тропическая, Северная центрально-субтропическая, Южная тропическая и др. поверхностные Водные массы , Северная субтропическая, Южная субтропическая и др. подповерхностные Водные массы , Северная тихоокеанская, Южная тихоокеанская и др. промежуточные Водные массы , Тихоокеанские глубинные Водные массы и др.

При изучении Водные массы применяется метод Т, -kpивых и изопикнический метод, позволяющие установить однородность температуры, солёности и других показателей на кривой их вертикального распределения.

Лит.: Агеноров В. К., Об основных водных массах в гидросфере, М. - Свердловск, 1944; Зубов Н. Н., Динамическая океанология, М. - Л., 1947; Муромцев А. М., Основные черты гидрологии Тихого океана, Л., 1958; его же, Основные черты гидрологии