5 лет назад
Нету коментариев

Мы уже говорили о тепловом балансе поверхностей Антарктиды, Южного океана и в какой-то мере о тепловом балансе атмосферы. Описание картины теплового и динамического взаимо­действий этих объектов начнем с рассмотрения теплового баланса всей Антарктики, так как именно этот баланс является энергетической базой взаимодействия.

На основании сказанного в предыдущих разделах, можно наметить следующую схему потоков тепла (рис. 24). Начнем с Южного океана. Океан обогревает атмосферу, отдавая ей тепло со своей поверхности. Это тепло увлекается воздушными потоками на континент и там переходит в его холодный, ледяной покров. Одновременно с этим вся атмосфера, и особенно интенсивно над материком, в силу ее большой прозрачности остывает за счет теплового длинноволнового излучения вверх, в межпланетное пространство.

Тепловой баланс Антарктики и Южного океана

Тепловой баланс Антарктики и Южного океана

Если бы на поверхности океана, в атмосфере, на поверхности и в толще снежно-ледяного покрова был избыток или недостаток тепла от года к году, то температура их менялась со временем. Но в действительности для ряда лет среднегодовая температура их остается неизменной или меняется нерегулярно и незначительно, так что в среднем этими изменениями можно пренебречь. Это означает, что в среднем за год тепловой баланс системы равен нулю. Значит, в океан откуда-то должно поступать тепло. Как оказалось, оно должно поступать дополнительно и в атмосферу.

К сожалению, в настоящее время мы не располагаем еще данными о всех статьях теплового баланса Антарктики, но некоторую ориентировочную оценку уже можно сделать.

По расчетам В. С. Самойленко, известно, что с поверхности Южного океана в атмосферу в течение года суммарно поступает тепла 23,68 • 1018 ккал/год (рис. 24, стрелки А и Б). Известно так­же, что на таяние айсбергов, некоторого количества морского льда и другие процессы расходуется еще 0,32 • 1018 ккал/год (стрелки В). Таким образом, общие тепловые потери океана составляют 24•1018 ккал/год. Для условий установившегося теплового режима необходимо, чтобы через северную вертикальную границу Южного океана поступало из более низких экваториальных широт точно такое же количество тепла. Подсчеты, проведенные В. Г. Кортом на основании результатов наблюдений, показывают, что с севера через границу океана поступает 25 •10 18 ккал/год (стрелки Г). Как видим, эти цифры близки, поэтому можно считать, что в океане баланс тепла замыкается. В дальнейших расчетах будем считать потери тепла океаном равными 25 •10 18 ккал/год.

Тепло в атмосферу может поступать двумя путями: турбулентным— за счет конвекции (стрелки А), за счет испарения (стрелки Б) и последующей конденсации на уровне образования облаков (стрелки Д).

Известно, что радиационный баланс поверхности оледенения Антарктиды и поверхности плавучих льдов отрицательный. Кроме того, поверхность Антарктиды теряет определенное количество тепла в прибрежных районах на испарения. Для компенсации этих потерь расходуется тепло атмосферы над континентом, которое приносится сюда воздушными потоками с океана. Атмосфера выхолаживается, поддерживая постоянной среднегодовую температуру поверхности Антарктиды. Подсчитано, что путем турбулентного обмена на поверхность материка приходит из атмосферы около 3,86 • 1018 ккал/год (стрелки Е). Если к этому добавить 0,14 • 1018 ккал/год, выделяющиеся на поверхности Антарктиды за счет сублимации водяного пара, т. е. перехода сразу в твердое состояние (в кристаллы) (стрелки Ж), то общие потери атмосферы непосредственно над куполом оледенения составят 4 • 1018 ккал/год.

К сожалению, мы пока не имеем количественных данных о величине длинноволнового излучения над Антарктикой, чтобы определить всю расходную часть теплового баланса, однако нам известно принятое в настоящее время среднее его значение для всей земли— 150 ккал/см2 • год. Если умножить эту величину на площадь Антарктиды и Южного океана, составляющую вместе около 90 млн. км2 (76 млн. /см2+14 млн. км2), то величина излучения окажется равной 135 • 1018 ккал/год.

Подсчеты показывают, что в действительности перенос тепла в атмосфере над северной границей океана близок к этой величине (стрелки 3). Пропорционально площади в виде длинноволновой радиации должно расходоваться над океаном 114- 1018 ккал/год (стрелки И) и над материком 21 • 1018 ккал/год (стрелки К). Но в атмосферу над океаном поступает 25 • 1018 ккал/год с поверхности океана. Как увидим ниже, это тепло циркуляцией мусонного типа целиком переносится в атмосферу над материком (стрелки Л). Если даже учесть, что часть этого тепла расходуется на покрытие дефицита тепла на поверхности материка (4 • 1018 ккал/год), то в атмосфере над ним все же окажется избыток, составляющий 21 • 1018 ккал/год. А это означает, что в действительности атмосфера над Антарктидой должна излучать путем длинноволновой радиации тепла значительно больше ее средней величины. Цифры показывают, что излучаться должно 42 • 1018 ккал/год, а это в два раза превосходит среднюю величину излучения в нормальных условиях (стрелка М).

О более интенсивном длинноволновом излучении атмосферы над Антарктидой говорят и некоторые фактические наблюдения. Так, например, в «Мирном» в 1959 г. суммарное длинноволновое излучение атмосферы оказалось равным не 150, а 170 ккал/см2 • год.

Как видим, более интенсивное длинноволновое излучение и потери тепла, идущие на компенсацию отрицательного радиационного баланса на поверхности оледенения, создают в Антарктике, в южном полушарии, дополнительный расход, равный 25 • 1018 ккал/год, что составляет около 20% от расхода при средних условиях, близких к условиям северного полушария. Этот дополнительный сток тепла, этот своеобразный холодильник, возникший в южнополярной области нашей планеты, и обусловил то, что полюс холода Земли находится в южном полушарии в Антарктиде, поэтому климат этих мест особенно суров. Этим объясняется и более низкая температура вод и атмосферы южного полушария. Если средняя годовая температура атмосферы у поверхности Земли в северном полушарии равна —15,2°С, то эта же характеристика в южном полушарии равна —13,3°С. Этим же объясняется и охлаждающее влияние южного полушария на северное, сказывающееся и в том, что тепловой экватор планеты смещен по отношению к географическому в среднем на 10° широты к северу.

Мы говорим в среднем на 10°, так как в действительности в отдельных местах он совпадает с географическим, в других сдвинут на большее расстояние в северное полушарие, а в иных находится даже в южном полушарии. Оказывается, это связано с распределением морских течений, истоки которых порой лежат у границ Антарктики. Это свидетельствует о том, что перенос тепла в океане имеет существенное значение на тепловой режим. Но в то же время известно, что основной поток тепла движется в атмосфере. Это в свою очередь, объясняется тем, что обмен теплом в океане идет не так равномерно, как в атмосфере, не по всей толще, а локальными струями мощных морских течений, путем выхода глубинных холодных вод на поверхность в экваториальных широтах за счет подъема их у берегов в процессе сгонных ветровых циркуляции.

При расчете теплового баланса в атмосфере считалось, что основная доля тепла участвует в процессах, сосредоточенных в нижнем, десятикилометровом слое атмосферы, в пределах тропо­сферы. В океане рассматривалась вся его толща. Однако в толще океана картина теплообмена оказывается значительно более сложной, чем в атмосфере. Это объясняется не только более сложной картиной потоков, но и тем, что в силу меньшей подвижности вод океана крупномасштабные циклы движения тепла могут в нем и не замыкаться в течение года. Тогда представление о среднегодовой температуре как о постоянной величине не будет отвечать действительности.

И еще об одной особенности теплового режима океана, отличающей его от материка во взаимодействии с атмосферой. При составлении теплового баланса поверхности материка среднего­довой поток тепла с поверхности в глубь его принимается равным нулю. Для океана это можно сделать только в том случае, когда в данном месте нет течений. В противном случае к поверхности при теплом течении (и в глубь моря при холодном) будут направлены потоки тепла, обусловленные его переносом в горизонтальном направлении.