АННОТАЦИЯ

В статье предлагается энергетически обеспеченный механизм формирования долгопериодных океанических волн, за которыми закрепилось название долгопериодных волн Россби. В качестве вынуждающей силы, формирующей волновые движения, охватывающие всю толщу океана и проявляющиеся в движениях уровенной поверхности в форме бегущих долгопериодных волн, рассматривается нутация оси суточного вращения Земли.

Ключевые слова: волны Россби, долгопериодные волны, экваториальные волны, нутация.

Сложная картина движения водных масс океана формируется как суммирование совокупности различных движений, порождённых не связанными между собой физическими силами и явлениями. Существенный вклад в движение вод океана вносят волны Россби и мы рассмотрим возможную природу и механизмы формирования этого волнового движения.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ДОЛГОПЕРИОДНЫХ ВОЛН

Долгопериодные океанические волны были открыты в конце шестидесятых годов. С тех пор океанологами была проделана большая работа по экспериментальному выявлению их характеристик, описанию их свойств и выяснению причин возникновения этого явления.

Выпишем наиболее характерные свойства долгопериодных волн, установленных к настоящему времени.

Длина волн Россби в океане 200-1000км. Так, например, вдоль экватора Тихого океана укладывается приблизительно 10 волн. Высота волн в среднем по океану равна 10см. Но были зафиксированы случаи, когда она достигала 60 см (альтиметрические измерения). Высота это положение гребня волны относительно среднего уровня. Скорость распространения волн на экваторе имеет порядок 1м/с, а во всём остальном океане порядок 5-10 см/с. Особенность экватора заметна. Поэтому эти волны на экваторе выделяются в особый класс волн, экваториальных волн Россби.  По существующим представлениям наиболее вероятным источником генерации волн являются флуктуации атмосферного давления. Наиболее благоприятными условиями возбуждения волн являются условия, когда  параметры источника флуктуаций и волн совпадают: величина, периоды, длина, скорость распространения, направление распространения. Но они не очень-то совпадают. Так, величина флуктуаций (эквивалент высоты) достигает 30 см водяного столба, что соответствует 30 см уровня воды, период флуктуаций давления, синоптический период равен приблизительно недели, длина флуктуаций (расстояние между максимумами или минимумами, циклонами или антициклонами), несколько тысяч км, скорость распространения приблизительно 300 км/сутки. И, наконец, направление распространения: волны Россби в океане движутся на запад, а система циклонов, т.е. флуктуаций атмосферного давления - на восток. Условия резонанса не благоприятные. 

Периоды волн увеличиваются от экватора к северу. На экваторе Тихого океана они имеют период 20 суток, в средних широтах - 40 суток, а на Севере, в Северном Ледовитом, около 70 суток.

В средних широтах открытой части Атлантического океана волны имеют приблизительно такие параметры: фазовую скорость распространения 5 см/с, длину волны 400 км. Характерным свойством этих волн является свойство всегда и везде в открытой части океана распространяться преимущественно в западном направлении. Они пересекают Атлантический океан от восточных до западных его окраин у Гольфстрима приблизительно за  2 года.

Выше изложенные сведения о характеристиках и свойствах долгопериодных океанических волн почерпнуты мною главным образом из [1, 2] и других работ автора.

НУТАЦИЯ КАК ВОЗМОЖНАЯ ВЫНУЖДАЮЩАЯ СИЛА ДОЛГОПЕРИОДНЫХ ВОЛН

Природа долгопериодных океанических волн не изучена. В настоящее время наиболее распространёнными являются представления об источниках возбуждения долгопериодных волн связанными с ветровыми и барометрическими флуктуациями. Некоторые авторы связывают возникновение долгопериодных волн с приливными волнами. [7].

Масса атмосферы Земли в 260 раз меньше массы воды в океанах. Поэтому трудно представить, чтобы колебания барометрического давления или переменные ветровые нагрузки, к тому же носящие локальный характер, могли породить такое стабильное обще океаническое явление как долгопериодные волны. Даже в режиме резонансной накачки. К тому же барометрические колебания в атмосфере и ветровые нагрузки носят достаточно случайный характер и по времени и по географии, а долгопериодные волны носят напротив стабильный характер, и распространяются преимущественно в западном направлении. Согласно же второго закона термодинамики только порядок может самопроизвольно переходить в хаос, а не наоборот. Приливные волны имеют период 12 часов. Непонятно как вынуждающая сила с таким периодом порождает волны с периодов 20 -70 суток.

Выскажем предположение о нутационном происхождении долгопериодных волн. Ось суточного вращения Земли совершает достаточно сложное движение в пространстве. В [3] отмечается, что “кроме медленного прецессионного движения ось вращения Земли испытывает и периодические колебания, нутацию с гармониками, основные из которых имеют периоды 13,7 суток, 27,6 суток, 6 месяцев, 1 год, 18,6 лет. Гармоника с периодом 18,6 лет имеет максимальную амплитуду ≈9". Остальные нутационные гармоники имеют меньшие амплитуды. В результате нутационного движения ось вращения описывает сложные петли в пространстве”. Всего же насчитывается более 100 гармоник. Неподвижным является центр масс Земли, а южный и северный полюса оси вращения совершают прецессионное и нутационное движение относительно центра.

Нутационные колебания Земли с выше отмеченными частотами – это колебания вынуждающей силы по отношению к водной подсистеме, имеющей собственный спектр колебаний.

Наиболее характерными свойствами воды, определяющими виды движений водных масс, являются инертность, упругость и текучесть. Перечисленные свойства воды являются идеальными для формирования волнового движения в непрерывной среде.

Спектр собственных колебаний водных масс океана носит непрерывный характер, и длина волн собственных колебаний изменяется в этом спектре от величины условно сопоставимой с расстоянием между молекулами воды до длин волн условно сопоставимых с длиной экватора. Так вот на собственных частотах, резонирующих с колебаниями Земной оси, происходит накачка нутационной энергии в колебательную энергию долгопериодных нутационных волн.

Периодические колебания Земной оси вызывают раскачку воды в морях и океанах, которая проявляется в виде бегущих долгопериодных волн. Во время покачивания оси, широтные береговые линии океанов, то надвигаются на водные массы океана, то при обратном движении движутся от водных масс. За счёт периодичности покачивания оси формируются бегущие по поверхности океана волны от берега в открытый океан.

Среда океана имеет непрерывный спектр собственных частот, и будет воспринимать энергию практически на любой частоте. Но ведь частота долгопериодных волн вполне определённа, а это значит и источник вынуждающей силы должен иметь определённую частоту. Из сравнения частотных характеристик нутации и долгопериодных волн видно, что периоды нутации в 13,7 и 27,6 суток вписываются в разбежку периодичности волн, в условия резонанса. То, что большие нутационные периоды не формируют волн объяснимо тем, что вода обладает большой текучестью. Водные массы растекаются по горизонтали быстрее, чем сформируется устойчивая волна. Масса Земного шара в 4600 раз больше массы воды в океанах. А с учётом радиуса Земли более 6000 км., сил и энергии для раскачки воды в избытке. К тому же нутация – это стабильный мало переменный процесс, что в свою очередь и порождает стабильные долгопериодные волны в океане.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В резонансном режиме нутация земной оси, как вынуждающая сила, производит накачку энергии в долгопериодные волны. Нутационный механизм формирования долгопериодных океанических волн обладает огромной мощностью и относительно стабилен во времени.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бондаренко А.Л. Гольфстрим: мифы и реальность.

2. Бондаренко А.Л. Крупномасштабные течения и долгопериодные волны Мирового океана. Монография. Издание 2-е, дополненное, 2011г.

3. Жаров В.Е. Нутация неупругой Земли. http://www.astronet.ru/db/msg/1196055

4. Косарев А.В. Океанические течения – следствие суточного вращения Земли.

5. Косарев А.В. Закон роста энтропии как следствие эффекта вырождения результирующего импульса и двойная природа второго закона термодинамики. // Вестник Оренбургского гос. ун-та №7(25), Оренбург, РИК ГОУ ОГУ, 2003г., с. 177-181.

6. Толмазин Д.В. Океан в движении. – Л.: “Гидрометиздат”, 1976г., 176с.

7. Щевьев В.А. Приливообразующие силы Луны и Солнца – причина образования длиннопериодных волновых течений в океане.