Слайд 1Ветровое волнение в океанах и морях. Характеристики волн. Штормовые нагоны.
Слайд 2Основные элементы волн
вершина
подошва
длина [м]
высота hв[м]
крутизна
= hв/
Вершина волны
Подошва волны
hв
Слайд 3Характеристики движения волн
[c] - время перемещения волны на
расстояние (период волны)
фазовая скорость [м/c]
с =
/
Слайд 5Классы волн
поверхностные
внутренние
Слайд 6Классификация волн по направлению перемещения
поступательные волны
стоячие
Слайд 7Классификация волн по их длине
длинные ( / hв
> 2,
) – приливные, сейсмические
короткие ( / hв < 2) - ветровые
Слайд 8Фронт волны
Волновой луч – перпендикуляр к фронту волны
Слайд 9Отличия волн по их форме
двумерные – отличаются по длине
и высоте, одинаковы по фронту волны
трехмерные – длина и
высота волн изменяется по фронту волны
Слайд 10Причины возникновения волн
воздействие ветра на поверхность воды
влияние силы
трения на трансформацию поверхности воды при ее перемещении к берегу
наличие градиента давления и перепада уровней между частями водоема
деформации дна океана
воздействие поверхностных волн на появление устойчивых вертикальных движений слоев воды
влияние приливных сил
Слайд 11Классификация волн по происхождению
ветровые
тектонические
приливные
барические
сейшевые
внутренние
Слайд 12Общая характеристика ветровых волн
трехмерность
длина и высота волн зависят
от продолжительности действия ветра и длины пути разгона
максимальная длина 30-35
м
Слайд 15Области максимального волнения (июль)
Слайд 16Причины деформации волн у берега
трение при взаимодействии воды и
берегового склона
отражение волн от берега
рефракция волн
Слайд 17Следствия увеличения трения на пологом склоне выровненного берега
увеличивается скорость
перемещения гребня по сравнению с подошвой волны
волна становится круче
обрушение волны – прибой
заплеск
Слайд 20Следствия увеличения трения на пологом склоне при наличии крутого берега
увеличивается скорость перемещения гребня по сравнению с подошвой волны
волна
становится круче
обрушение волны – взброс
бурун (при наличии подводной гряды далеко от уреза)
Слайд 22Взброс при контакте волн с инженерными сооружениями
Фото из архива Н.Л.Фроловой
Слайд 23Рефракция волн – адаптация фронта волн к линии неровного берега
независимо от положения фронта волн в море волна у
берега всегда параллельна урезу
разные участки фронта волн движутся с разными скоростями
- выравнивание фронта
Слайд 24Тектонические волны - цунами
следствие землетрясений и т.п.
высота -
0,1- 35 м
длина – 20 – 600 км
период
– 0,03 – 3,3 ч
в месте зарождения hв < 2 м
максимума она достигает у берега
наиболее часты у берегов Японии, Чили, Перу
катастрофическими являются примерно 10-30% цунами
Слайд 25Области катастрофических цунами в Тихом океане
Слайд 26Цунами на отмелом морском берегу
фото
фото ВВС
Слайд 28Прилив –
периодические колебания уровня воды у берегов (волны),
обусловленные взаимодействием в системе Земля-Луна-Солнце
Слайд 29Приливный уровень определяется равнодействующей двух сил:
- притяжения Земли к
Луне,
- центробежной силы вращения системы Земля-Луна вокруг общего центра масс
(находится на расстоянии 0,73R от центра Земли)
Схема распределения приливообразующей силы на меридиональном сечении поверхности Земли
Слайд 30Фазы прилива
повышение уровня – прилив
понижение уровня – отлив
максимальный уровень в конце прилива – полная вода
минимальный уровень
в конце отлива – малая вода
разность уровней при полной и малой воде – величина прилива
Слайд 31Реальная схема суточных колебаний уровня воды у берега в период
прилива
H,м
t
ПВ
МВ
ПВ
ПВ
МВ
прилив
отлив
прилив
прилив
отлив
суточное неравенство ПВ
суточное неравенство МВ
Слайд 32Причины изменения уровня воды в период полной и малой воды
суточное изменение уровней ПВ и МВ, связано с наклоном земной
оси к плоскости эклиптики
полумесячное изменение уровней ПВ и МВ, обусловлено вращением Луны и влиянием Солнца
ежемесячные изменения уровней ПВ и МВ - следствие вращения Луны вокруг Земли по эллипсоидной орбите
Слайд 33Типизация приливов по характеру изменения уровня
правильный суточный
правильный
полусуточный
смешанный:
неправильный суточный
неправильный полусуточный
Слайд 34Типы смешанных приливов
сизигия - увеличение отклонений уровня вследствие сложения приливообразующих
сил (в новолуние и полнолуние)
квадратура – уменьшение отклонений уровня
вследствие вычитания этих сил
З
Л
С
З
С
Л
Слайд 35Характер приливов
Синий – правильный полусут.
Зеленый –неправильный полусут.
Желтый – неправильный
суточн.
Красный – правильный суточн.
Слайд 36Величина прилива в различных природных условиях
Слайд 38Сейши и причины их возникновения
колебательные движения всей массы моря –
сейши
сейши – индуцированная приливом или перепадом давления стоячая волна
в ограниченном по площади и относительно изолированном от океана море
формула Мериана для определения
периода колебаний сейш
Слайд 39Внутренние волны (ВВ)
ВВ – проявляются в колебаниях температуры и
солености по глубине моря
обусловлены трением в зоне контакта горизонтально
смещающихся волн различной природы на границе слоев с разной плотностью
Слайд 40Характеристики внутренних волн (ВВ)
высота - 10-100 м
период волн –
0,12 – 4,0 часа
длина – 0,1 –200 км
скорость
распространения
внутренней волны с
1 и 2 плотность воды в смежных слоях
2
1
2
1
1- поверхностные и
2 – внутренние волны
Слайд 41Морские течения и их классификация. Общая схема поверхностных течений в
Мировом океане
Слайд 42Морское течение – постоянное движение воды в некотором направлении на
расстоянии не менее 1000 км
Слайд 43Силы, влияющие на возникновение морских течений и их характеристики
сила
трения на границе раздела воздух-вода
сила тяжести
сила давления
сила Кориолиса
сила трения на границе вода-дно
Слайд 44Классификация морских течений
градиентные
дрейфовые (фрикционные)
суммарные (дрейфово-градиентные)
Слайд 45Градиентные течения
плотностные (термохалинные)
ветровые (постоянные ветры вызывают перепады уровня)
стоковые
Большая часть постоянных течений в океане – градиентные или
смешанной природы. Плотностные течения при этом доминируют.
Слайд 46Типизация течений по времени существования
постоянные
периодические
временные
Слайд 47Типизация течений по району расположения
поверхностные
глубоководные
прибрежные
Слайд 48Термические типы течений
теплые
холодные
нейтральные
Слайд 49Геострофические течения – градиентные течения
возникают при наличии
градиентов давления (за счет разной плотности вод или нагонов) при
участии силы Кориолиса
Слайд 50геострофические течения
Cечение потока в Cеверном полушарии, который идет “в чертеж”
На
жидкость действуют силы тяжести g и Кориолиса К ; поверхность
наклонена так, что она перпендикулярна равнодействующей обеих сил.
Скорость потока:
Слайд 51Динамический метод вычисления течений в океане:
Расчет высоты h
в точке относительно нулевого (отсчетного) уровня по известному среднему удельному
объему (g – ускорение своб. падения, р – давление):
Затем – вычисление скоростей по значениям Δ h, построение карт
Слайд 52Карта динамической топографии поверхности океана, отсчетная поверхность - 1500 м
Слайд 53Теория дрейфовых течений
направление ветра (1) и направление поверхностной скорости
движения морской воды (2) образуют угол 450
изменение скорости ветрового
течения по глубине моря V = f(h) описывается уравнением спирали Экмана
h, м
450
Vh=0
W
1
2
Слайд 54Cвязь скорости дрейфового течения и скорости ветра
на поверхности моря
скорость течения зависит от скорости ветра W и географической широты
по глубине моря скорость ветрового течения уменьшается, а его направление отклоняется вправо в северном полушарии и влево – в южном полушарии под влиянием силы Кориолиса
А = 0,01-0,03– ветровой коэффициент
Слайд 55Некоторые особенности спирали Экмана
на некоторой глубине скорость ветрового течения
противоположна по направлению поверхностной скорости
ее величина равна 0,04Vh=0
эта
глубина называется глубиной трения
глубина трения минимальна на полюсе
она максимальна на экваторе
реально она не превышает 20-50 м
Слайд 56Апвеллинг – следствие отклонения дрейфового течения
Направление действия ветра
Сгон теплой воды
Слайд 57Циркуляция вод в Мировом океане
система круговоротов
меридиональная циркуляция
пограничные
течения
дивергенции и конвергенции
межокеанская циркуляция – глобальный конвейер
глубинная циркуляция
Слайд 58Упрощенная схема основных течений на поверхности Мирового океана
Слайд 61течения в океане имеют вихревую структуру
размеры вихрей ~ 100
– 300 км
Слайд 64Основные течения Атлантического океана
Слайд 65Водные массы океана
Сравнительно большой объем воды, формирующийся в
определенном районе Мирового океана, обладающий подобием физических, химических, биологических характеристик
– водная масса
Слайд 66Характеристики водных масс
температура
соленость
плотность
прозрачность
содержание кислорода
содержание
биогенных элементов (кремний, азот, фосфор)
содержание микроэлементов
Слайд 67Распределение:
потенциальной температуры (А),
солености (Б),
аномалии плотности 0 (В),
растворенного
кислорода, мл/л (Г),
концентрации силикатов (Д), микромоль/кг
(разрез по
59-60ºс.ш. (2003
г.))
Слайд 68ТS – кривые вод океанов
Станции в Северной Атлантике
Слайд 70Структура водных масс
поверхностные ( 300 м)
промежуточные (300 –
1500 м)
глубинные (1500 – 4000 м)
придонные (> 4000
м)
Слайд 73Формирование средиземноморской водной массы в Атлантике
Слайд 74Методы изучения водных масс океанов
зонд и розетта с батометрами
Слайд 76Запуск поплавка нейтральной плавучести
Слайд 77Научное судно «Академик Вавилов»
Слайд 78Ресурсы Мирового океана, их использование и охрана
Слайд 79МИРОВОЙ ОКЕАН -
1,37109 км3 воды,
4,8·1016 т солей,
4,2109 км3 газов,
32,5
109 т морских животных
с годовой продуктивностью
56 109т/год,
1,7 109
т водорослей с
продуктивностью 550 109 т/год
Для справки:
масса людей
– 0,28 109 т,
урожай-
1,5 109 т/год
Слайд 80Рыболовство - 80-90 млн.т в год - 50 млрд.$
Добыча нефти
со дна (30% мировой добычи) - 150млрд.$
Добыча газа со дна
(25% мировой добычи) - 30 млрд.$
Морские индустрии – более 800 млрд.$
Торговый флот мира -150 млрд.$
Эксплуатация курортов - 300 млрд.$
Территориальные ресурсы для населения Земли
Экономическая выгода от
использования ресурсов океана
Слайд 81Виды ресурсов
биологические
минеральные (углеводороды (более 65% мировых запасов),
железо-марганцевые конкреции, соль)
энергетические (энергия приливов, волнового прибоя, термический
контраст течений)
рекреационные