2.8. Инерционные и синоптические вихри

Возможность существования периодических колебаний течений с инерционным периодом впервые была определена Экманом теоретическим методом в начале текущего столетия. По материалам натурных наблюдений такие движения были обнаружены вначале в Атлантическом океане, а позднее — во многих крупных озерах [67, 206]. К инерционному колебанию относят такое движение частично обособленного объема воды, которое осуществляется по инерции после прекращения действия возмущающей силы и стре: мится к сохранению заданного направления движения в пространстве. Вопрос о механизме возникновения инерционных колебаний течений до настоящего времени, не получил надежного решения. Одни исследователи считают, что, например, в верхнем слое водоема инерционные колебания возбуждаются в результате изменений ветрового поля над водной поверхностью, а другие видят причину во взаимодействии между высокочастотными гравитационными волнами. Инерционные движения в верхнем однородном слое обычно имеют вертикальные масштабы порядка нескольких десятков метров, а горизонтальные порядка 1-3 км. Движение при этом осуществляется по спирали или кругу в направлении вращения часовой Стрелки. Период полного оборота частиц по кругу или по спирали равен половине маятниковых суток и выражается зависимостью [202, 206]

где угловая скорость вращения Земли, равная широта места;

Из (2.9) следует, что период инерционных колебаний течений составляет полюсов и увеличивается во много раз с приближением к экватору.

Радиус круга инерции

где скорость вращательного движения.

Инерционные движения вод отчетливо прослеживаются на прогрессивно-векторных диаграммах, построенных по данным длительной регистрации течений самописцами. Если через точку

регистрации проходит два—три или пять—семь вихрей, то прогрессивно-векторная диаграмма приобретает вид цепочки циклоид [63, 98].

В процессе движения обычно наблюдается затухание интенсивности движения инерционных вихрей. Причиной затухания считают дивергенцию переносного течения, турбулентное трение, волновые движения и др. В реальных условиях очень часто наблюдается несоответствие измеренных и теоретических характеристик инерционных течений. Периоды реальных инерционных течений часто превышают теоретическое значение, вычисленное по зависимости (2.9), на 1-3 ч. Процесс затухания течений в вихре может сменяться процессом нарастания, а вращательное движение в Северном полушарии может быть направлено навстречу часовой стрелке. В связи с отмеченными обстоятельствами накопление сведений об инерционных течениях в водоемах различных типов представляют большой практический и научный интерес.

Синоптические вихри были открыты в океане и описаны советскими океанологами в начале 70-х годов [68].

К синоптическим вихрям относят такие пространственные образования, временные масштабы которых изменяются в океане от недель до месяцев, а горизонтальные масштабы — от десятков до первых сотен километров. Средний период синоптического вихря выражается зависимостью [68]

где производная по параметру Кориолиса, равная — радиус синоптического вихря.

Радиус синоптического вихря оценивают выражением

где глубина; средняя по глубине частота Вяйсяля—Брента, принимаемая равной параметр Кориолиса, равный

Возможной причиной формирования синоптических вихрей исследователи считают взаимодействие волн Россби с крупномасштабной квазигеострофической турбулентностью [68].

Исследованиями установлено, что синоптические вихри в океане перемещаются со скоростью порядка нескольких километров в сутки. Скорость вращательных движений обычно превышает скорость переносного течения и нередко достигает в океане

Сравнительно недавно в океане обнаружены вихри несколько меньших размеров, чем синоптические, и получившие название топографических. Причиной их формиров йния считается взаимодействие геострофического или квазигеострофического течения с одиночными подводными возвышенностями или подводными хребтами [67, 68]. К топографическим относят вихри Тейлора, двойные, сателлиты, инверсионные и др. В условиях

меандрирования таких крупных течений, как Гольфстрим и Куросио, при спрямлении отдельных меандр возникают крупномасштабные вихри-ринги с направлением вращения, противоположным направлению основного потока. Эти вихри исследователи относят иногда к синоптическим, иногда — к топографическим [124].

В литературе появились первые указания о существовании синоптических вихрей во внутренних водоемах [202], но надежных сведений об этом явлении еще не получено.