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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Также как и воздушное пространство, водное неоднородно по своей зональной структуре. О том, что называют водной массой, мы поговорим в этой статье. Выявим основные их виды, а также определим ключевые гидротермические характеристики океанических акваторий.

Что называют водной массой Мирового океана?

Водные океанические массы - это сравнительно большие слои океанических вод, обладающие определёнными свойствами (глубина, температура, плотность, прозрачность, количество содержащихся солей и т.д) характерными для данного типа водного пространства. Формирование свойств определённого вида водных масс происходит на протяжении большого периода времени, что делает их относительно постоянными и водные массы воспринимаются, как единое целое.

Главные характеристики морских водных масс

Водные океанические массы в процессе взаимодействия с атмосферой приобретают различные характеристики, отличающиеся в зависимости от степени воздействия, а также от очага формирования.

Основные зоны водных масс Мирового океана

Комплексные характеристики водных масс формируются под воздействием не только территориального признака в сочетании с климатическими условиями, но и вследствие смешивания разных водных потоков. Верхние слои океанических вод более подвержены смешиванию и влиянию атмосферы, нежели более глубинные толщи воды того же географического региона. В связи с этим фактором водные массы Мирового океана подразделяются на два больших раздела:

Виды вод океанической тропосферы

Океаническая тропосфера образуется под влияние совокупности динамичных факторов: климата, осадков, а также прилива материковых вод. В связи с этим поверхностные воды имеют частые колебания температуры, уровня солёности. Движение водных масс из одной широты в другую формирует образование тёплых и

В наблюдается наибольшая насыщенность формами жизней в виде рыб и планктона. Виды водных масс океанической тропосферы принято подразделять по географическим широтам с ярко-выраженным климатическим фактором. Назовём основные из них:

• Экваториальные.
• Тропические.
• Субтропические.
• Субполярные.
• Полярные.

Характеристика экваториальных водных масс

Территориальная зональность экваториальных водных масс охватывает географическую полосу от 0 до 5 северной широты. Экваториальный климат характеризуется практически одинаково высоким температурным режимом на протяжении всего календарного года, поэтому и водные массы данного региона прогреты в достаточной степени, достигают температурной отметки 26-28.

Вследствие выпадения обильных осадков и притока пресной речной воды с материка экваториальные океанические воды имеют небольшой процент солёности (до 34,5‰) и наименьшую условную плотность (22-23). Насыщенность водной среды региона кислородом также имеет наименьший показатель (3-4 мл/л) ввиду высокой среднегодовой температуры.

Характеристика тропических водных масс

Зона тропических водных масс занимает две полосы: 5-35 северного полушария (северо-тропические воды) и до 30 южного (южно-тропические воды). Формируются под воздействием особенностей климата и воздушных масс - пассатов.

Летний температурный максимум соответствует экваториальной широте, но зимой этот показатель опускается до отметки 18-20 выше нуля. Зона характеризуется наличием восходящих водных потоков с глубины 50-100 метров у западных прибрежных материковых линий и нисходящими потоками у восточных берегов материка.

Тропические виды водных масс имеют больший, чем у экваториальной зоны, показатель солёности (35-35,5‰) и условной плотности (24-26). Насыщенность кислородом тропических водных потоков остаётся приблизительно на таком же уровне, что и у экваториальной полосы, а вот насыщенность фосфатами превосходит: 1-2 мкг-ат/л против 0,5-1 мкг-ат/л у экваториальных вод.

Субтропические водные массы

Температура в течение года субтропической водной зоны может опускаться до 15. В тропической широте опреснение вод происходит в меньшей степени, чем в других климатических поясах, поскольку здесь выпадает малое количество осадков, в то время как идёт интенсивное испарение.

Здесь солёность вод может доходить до 38‰. Субтропические водные массы океана при охлаждении в зимний период года отдают много тепла, тем самым внося значительный вклад в процесс теплообмена планеты.

Границы субтропической зоны доходят примерно до 45 южного полушария и до 50 с.ш. Наблюдается повышение насыщенности вод кислородом, а значит и формами жизни.

Характеристика субполярных водных масс

По мере отдаления от экватора температура водных потоков снижается и варьирует в зависимости от времени года. Так на территории субполярных водным масс (50-70 с.ш и 45-60 ю.ш.) зимой температура воды падает до 5-7, а летом повышается до 12-15 о С.

Солёность воды имеет тенденцию уменьшения от субтропических водных масс в направлении к полюсам. Происходит это вследствие таяния айсбергов - источников пресной воды .

Характеристика и особенности полярных водных масс

Локализация полярных океанических масс - околоматериковые полярные северные и южные пространства, таким образом, океанологи выделяют наличие арктических и антарктических водных масс. Отличительными особенностями полярных вод являются, конечно же, наименьшие температурные показатели: летом в среднем 0, а зимой 1,5-1,8 ниже нуля, что также влияет на плотность - здесь она самая высокая.

Помимо температуры, отмечается и низкая солёность (32-33‰) за счёт таяния материковых пресных ледников. Воды полярных широт очень богаты кислородом и фосфатами, что благоприятно сказывается на разнообразии органического мира.

Виды и свойства водных масс океанической стратосферы

Океаническую стратосферу океанологи условна подразделяют на три вида:

1. Промежуточные воды охватывают толщи воды на глубине от 300-500 м до 1000 м, а иногда и 2000 м. По сравнению с двумя остальными видами водных масс стратосферы, промежуточный слой наиболее освещённый, тёплый и в большей степени богат кислородом и фосфатами, а значит и богаче подводный мир планктоном и различными видами рыб. Под влиянием соседства с водными потоками тропосферы, у которой преобладает стремительно текущая водная масса, гидротермические характеристики и скорость течения водных потоков промежуточного слоя весьма динамичны. Общая тенденция движения промежуточных вод наблюдается в направлении от высоких широт к экватору. Толщина промежуточного слоя океанической стратосферы не везде одинакова, более широкий слой наблюдается у полярных зон.
2. Глубинные воды имеют ареал распространения, начиная с глубины в 1000-1200 м, и доходят до 5 км ниже уровня моря и характеризуются более постоянными гидротермическими данными. Горизонтальное течение водных потоков данного слоя гораздо меньше промежуточных вод и составляет 0,2-0,8 см/с.
3. Придонный слой воды наименее изучены океанологами в виду своей недосягаемости, ведь они располагают на глубине более 5 км от поверхности воды. Главными особенностями придонного слоя является практически постоянный уровень солёности и высокая плотность.

Образование

Что такое водные массы и их типы? Основные типы водных масс

Общая масса всех вод Мирового океана подразделяется специалистами на два типа - поверхностные и глубинные. Однако такое разделение является весьма условным. Более детальная категоризация включает в себя следующие несколько групп, выделенных по признаку территориального расположения.

Определение

Для начала дадим определение того, что такое водные массы. Под этим обозначением в географии понимается достаточно большой объем воды, который образуется в той или иной части океана. Водные массы отличаются друг от друга по ряду характеристик: солености, температуре, а также плотности и прозрачности. Также различия выражаются и в количестве кислорода, наличии живых организмов. Мы дали определение, что такое водные массы. Теперь необходимо рассмотреть их различные типы.

Воды у поверхности

Поверхностными водами называют те зоны, где их термическое и динамическое взаимодействие с воздухом происходит наиболее активно. В соответствии с климатическими особенностями, присущими определенным зонам, их разделяют на отдельные категории: экваториальные, тропические, субтропические, полярные, субполярные. Школьникам, которые собирают информацию для ответа на вопрос о том, что такое водные массы, нужно знать и о глубине их залегания. Иначе ответ на уроке географии будет неполным.

Поверхностные воды доходят до глубины 200-250 м. Их температура нередко меняется, поскольку они формируются вод воздействием атмосферных осадков. В толщах поверхностных вод образуются волны, а также горизонтальные океанические течения. Именно здесь находится наибольшее количество рыбы и планктона. Между поверхностными и глубинными массами располагается прослойка промежуточных водных масс. Глубина их расположения составляет от 500 до 1000 м. Образуются они в областях высокой солености и высокого уровня испарения.

Видео по теме

Глубинные водные массы

Нижняя граница глубинных вод иногда может достигать 5000 м. Такой тип водных масс чаще всего попадается в тропических широтах. Формируются они под воздействием поверхностных и промежуточных вод. Интересующимся тем, что такое водные массы, и каковы особенности их различных типов, также важно иметь представление и о скорости течения в океане. Глубинные водные массы очень медленно движутся в вертикальном направлении, однако скорость их движения по горизонтали может составлять до 28 км в час. Следующий слой - придонные водные массы. Они находятся на глубинах свыше 5000 м. Данный тип характеризуется постоянным уровнем солености, а также высоким уровнем плотности.

Экваториальные водные массы

«Что такое водные массы и их типы» - это одна из общеобязательных тем курса общеобразовательной школы. Учащемуся нужно знать, что воды могут быть отнесены к той или иной группе не только в зависимости от их глубины, но и от территориального расположения. Первый из упомянутых в соответствии с такой классификацией тип - это экваториальные водные массы. Они характеризуются высокой температурой (достигает 28°С), низким уровнем плотности, низким содержанием кислорода. Соленость таких вод невысокая. Над экваториальными водами располагается пояс низкого атмосферного давления.

Тропические водные массы

Они также достаточно хорошо прогреты, и их температура не меняется в течение разных сезонов больше, чем на 4°С. Большое влияние на данный тип вод оказывают океанические течения. Соленость их выше, поскольку в данном климатическом поясе устанавливается зона высокого атмосферного давления, и осадков выпадает очень мало.

Умеренные водные массы

Уровень солености этих вод ниже, чем у других, ведь на них оказывают опресняющее воздействие осадки, реки, айсберги. По сезонам температура водных масс этого типа может варьироваться до 10°С. Однако при этом смена времен года наступает гораздо позднее, чем на материке. Умеренные воды различаются в зависимости от того находятся ли они в западных или восточных районах океана. Первые, как правило, являются холодными, а вторые - более теплыми за счет согревания внутренними течениями.

Полярные водные массы

Какие водные массы самые холодные? Очевидно, что ими являются те, что находятся в Арктике и у берегов Антарктиды. С помощью течений они могут быть вынесены в умеренные и тропические области. Основной чертой полярных водных масс являются плавающие глыбы льда и огромные ледяные пространства. Их соленость крайне низка. На территории Южного полушария морские льды переходят в область умеренных широт намного чаще, чем это происходит на севере.

Способы формирования

Школьникам, которые интересуются, что такое водные массы, будет интересно также узнать и информацию об их образовании. Основным способом их формирования является конвекция, или перемешивание. В результате перемешивания вода погружается на значительную глубину, где снова достигают вертикальной устойчивости. Такой процесс может происходить в несколько стадий, а глубина конвективного перемешивания может достигать до 3-4 км. Следующий способ - субдукция, или «подныривание». При данном способе формирования масс вода опускаются за счет комбинированного действия ветра и охлаждения поверхности.

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.

Крупные объемы воды называют водными массами, а их закономерное пространственное сочетание - гидрологической структурой водоема. Основными показателями водных масс водоемов, позволяющими отличить одну водную массу от другой, служат такие характеристики, как плотность, температура, электропроводность, мутность, прозрачность воды и другие физические показатели; минерализация воды, содержание отдельных ионов, содержание газов в воде и другие химические показатели; содержание фито- и зоопланктона и другие биологические показатели. Основное свойство любой водной массы в водоеме - ее генетическая однородность.

По генезису выделяют два типа водных масс: первичные и основные.

Пер вичные водные массы озер формируются на их водосборах и поступают в водоемы в виде речного стока. Свойства этих водных масс зависят от природных особенностей водосборов и изменяются по сезонам в зависимости от фаз гидрологического режима рек. Основная особенность первичных водных масс фазы половодья - малая минерализация, повышенная мутность воды, достаточно высокое содержание растворенного кислорода. Температура первичной водной массы в период нагревания обычно выше, а в период охлаждения - ниже, чем в водоеме.

Основные водные массы формируются в самих водоемах; их характеристики отражают особенности гидрологического, гидрохимического и гидробиологического режимов водоемов. Часть свойств основные водные массы наследуют от первичных водных масс, часть приобретают в результате внутриводоемных процессов, а также под влиянием обмена веществом и энергией между водоемом, атмосферой и грунтами дна. Основные водные массы хотя и изменяют свои свойства в течение года, но в целом остаются более инертными, чем первичные водные массы. (Поверхностная водная масса - это верхний наиболее нагретый слой воды (эпилимнион); глубинная водная масса - обычно наиболее мощный и относительно однородный слой более холодной воды (гиполимнион); промежуточная водная масса соответствует слою скачка температуры (металимнион); придонная водная масса - это узкий слой воды у дна, отличающийся повышенной минерализацией и специфическими водными организмами.)

Влияние озер на природную среду проявляется прежде всего через речной сток.

Различают общее постоянное воздействие озер на круговорот воды в речных бассейнах и регулирующее воздействие на внутригодовой режим рек.Основное влияние сточных водоемов суши на материковое звено круговорота воды (а также солей, наносов, теплоты и т. д.) заключается в замедлении водо-, соле- и теплообмена в гидрографической сети. Озера (как и водохранилища) представляют собой скопление вод, увеличивающее емкость гидрографической сети. Меньшая интенсивность водообмена в речных системах, включающих озера (и водохранилища), имеет ряд серьезных последствий: накопление в водоемах солей, органических веществ, наносов, теплоты и других компонентов речного стока (в широком понимании этого термина). Реки, вытекающие из крупных озер, как правило, несут меньше солей и наносов.(р.Селенга – оз.Байкал). Кроме того, сточные озера (как и водохранилища) перераспределяют речной сток во времени, оказывая на него регулирующее воздействие и выравнивая его в течение года. Водоемы суши оказывают заметное влияние на местные климатические условия, уменьшая континентальность климата и увеличивая продолжительность весны и осени, на внутриматериковый влагооборот (незначительно), способствуя повышению осадков, появлению туманов и т. д. Влияют водоемы и на уровень грунтовых вод, в целом повышая его, на почвенно-растительный покров и животный мир сопредельных территорий, увеличивая разнообразие видового состава, численность, биомассу и т. д.