Куда течёт Гольфстрим? — Океанология — ЖЖ
Запись опубликована в блоге Океанология. Пожалуйста, оставляйте комментарии там.
Показано, что Гольфстрим не изменит в перспективе своих характеристик (параметров) в пространстве и во времени, как бы не менялся климат Земли. Более того Гольфстрим практически не переносит свои воды в пространстве и поэтому они не попадают в Северную часть Атлантического океана и Северный Ледовитый океан.
В последние годы часто в СМИ рассматривается такой сценарий изменения климата. Из-за глобального потепления частично могут растаять ледники Гренландии и Северного Ледовитого океана, что приведёт к опреснению океанских вод и, соответственно, к усилению Лабрадорского течения, которое изменит направление движения вод Гольфстрима. Если сейчас тёплые воды Гольфстрима попадают в северную часть Атлантического океана и Северный Ледовитый океан и обогревают Европу и Арктику, то в ближайшей перспективе они могут направиться в сторону Африки.
Изменению течений может способствовать и изменение режима ветра над океаном. В результате возможно полное прекращение подачи тёплых вод Гольфстрима на север. Как следствие, вслед за потеплением резко похолодает климат Европы и приблизительно через 30 лет средняя многолетняя температура воздуха, например Великобритании, уменьшится примерно на 4°С.
На первый взгляд всё это выглядит очень убедительно. Авторы гипотез, обычно – учёные математики, утверждают, что они всё точно просчитали на сверхсовременных моделях и вычислительных машинах. При этом демонстрируются красочные схемы и графики, как результат точных математических вычислений, свидетельствующие, что всё так и произойдёт.
Не берусь предсказывать возможные изменения климата, но утверждаю, что если он и изменится в прогнозируемых масштабах времени, то это не приведёт к сколько-нибудь заметным изменениям режима крупномасштабных океанических течений, в частности, и Гольфстрима, как предсказывают некоторые специалисты – «модельеры».
А отсюда можно считать, что не изменится и климат Земли за счёт предполагаемого изменения режима Гольфстрима. Кроме того, наши исследования показывают, что Гольфстрим не переносит воды в пространстве, а следовательно, они не попадают в cеверную часть Атлантического океана около Европы и в Северный Ледовитый океан. Эта проблема уже рассматривалась[1-4] и будет здесь рассмотрена кратко с позиции новых представлений о длинноволновой природе океанских течений, в том числе и Гольфстрима.
Новые представления о течениях, в частности, Гольфстрима.
Движения вод в масштабах океана получило название крупномасштабных течений, крупномасштабной циркуляции. В неё вовлечены практически все его воды от поверхности до дна. Приповерхностные воды в Северном полушарии совершают антициклоническое движение (по движению стрелки часов) и циклоническое (против часовой стрелки) – в Южном. В целом по океану скорости крупномасштабных течений небольшие, приблизительно 10 – 20 см/c. Но в западных и экваториальных областях океанов, небольших по площади, они проявляются в виде мощных струйных течений со скоростями до 2,5 м/с, как, например, в Гольфстриме, Куросио, Сомалийском и экваториальных течениях и т.
д. Гольфстрим среди них наиболее изучаем. На рис. 1 приведена схема крупномасштабных течений северной части Атлантического океана и части Северного Ледовитого океана.
Рис. 1. Схема течений Северной Атлантики [1]. Векторы построены путём осреднения многочисленных дрифтерных наблюдений течений. Хорошо выделяются течения с большими скоростями течений: Гольфстрим – 1, Гвианское – 2, Пассатные вдоль экватора – 3, Лабрадорское – 4.
Представленные исследования [1-4] показали, что крупномасштабные течения вовсе не градиентные и не геострофические, как считается, а длинноволновые, сформированные волнами Россби. Крупномасштабные течения и Гольфстрим не переносят воды поступательно, адвективно, как и обычно волны, и, следовательно, они не попадают в Северную часть Атлантического океана и Северный Ледовитый океан.
Океанические течения не что иное, как течения волн Россби, называемые орбитальными движениями частиц воды. На рис. 2а, б представлены в виде диполя линии токов волн Россби в Гольфстриме.
Приведём некоторую информацию о волнах Россби в районе Гольфстрима и в нём. Нижняя его часть фиксируется до горизонта ~ 500м, т.е. имеет такую толщину, если так можно выразится, ширина Гольфстрима ~ 100 км. Волны Россби имеют длину ~ 300км, а период ~ 10 -20 суток. Средние скорости Гольфстрима ~ 1 м/с (см. рис. 1), такие же скорости орбитальных движений частиц волн Россби в Гольфстриме.
Ранее мы отмечали, что океанские течении и, конечно, Гольфстрим, не переносят воды в пространстве.
Рис. 2а, б. Линии токов течений Гольфстрима и его окружения обозначены тонкими линиями в виде эллипсов со стрелками. Вид сверху (а) и по вертикальному сечению через Гольфстрим (б).
Теперь объясним, почему вроде бы однонаправленные течения регистрируются дрифтерами и стационарно установленными приборами, а масса воды не переносится. В Гольфстриме вращение частиц воды происходит преимущественно в вертикальной плоскости (рис. 2б, нижний), а с двух сторон от Гольфстрима – преимущественно в горизонтальной плоскости, как изображено на (рис. 2а, верхний) и плоскостях, несколько наклонённых к горизонту. Напомню, что волны движутся в левую сторону. Предположим, вы запустили дрифтер в Гольфстриме в момент 1.
Рис. 3. Трасса дрифтера, запущенного в воды Гольфстрима. Числа около точек – время движения дрифтера в сутках с момента его запуска.
Рис.4. Модуль скорости движения дрифтера, трасса которого изображена на предыдущем рисунке (рис. 3).
Вот эта информация и является обоснованием правильности предложенных представлений о течениях.
Кроме того, эту концепцию подтверждает и следующий факт. Воды Мексиканского залива из него не вытекают и не попадают в Гольфстрим.
Крупномасштабные течения
В южной части Гольфстрима средние скорости течений ~ 1 м/с, а в северной ~ 50cм/с, в то же время, как за пределами Гольфстрима скорости течений небольшие и составляют ~ 10 cм/c. Слабо выражено Северо-Атлантическое течение, его скорости небольшие, ~ 20 см/с, а около Ирландии и вообще малые, ~ 10 см/с, т.е. соизмеримы со скоростями течений остальной части океана. Скорости Норвежского течения ~ 25 см/с.
Глядя на схему (рис.1), может создаться впечатление, что из Мексиканского залива в виде мощного потока вода вытекает в Атлантический океан и далее вдоль берега распространяется в северо-западном направлении, в сторону Северного Ледовитого океана. Около Ньюфаундлендской банки струя Гольфстрима заметно ослабевает и переходит в слабовыраженное Северо-Атлантическое течение и, далее, в Норвежское. Создаётся впечатление, что не существует единого потока воды с непрерывным переходом Гольфстрима в Норвежское течение.
В этом случае трудно представить, что воды Гольфстрима поступают в Северный Ледовитый океан, кажется, что они достигают только района океана, где обозначено Северо-Атлантическое течение, т.е. его средней части.
Кроме того, строго экспериментально установлено, что воды Гольфстрима сформированы водами Саргассова моря, поступающими с юга, справа от течения и склоновыми водами, поступающими с севера, слева от него, а вод Мексиканского залива в Гольфстриме практически нет. Складывается, на первый взгляд, парадоксальное представление о динамике Гольфстрима: течение из Мексиканского залива существует, а его вод в Гольфстриме нет. Можно сделать вывод, что течения не переносят воды и воды Гольфстрима не попадают в Северный Ледовитый океан. Объяснение этому даётся в работах [1-4] и будет изложено ниже.
Мы объяснили, каким образом формируются крупномасштабные течения, на примере течений Гольфстрима, почему он не переносит (или переносит крайне мало) одно направленно массы воды, почему его воды не вытекают из Мексиканского залива, почему струя Гольфстрима пульсирует и почему дрифтер однонаправлено перемещается, в то время как воды остаются на месте.
Становится ясно, что воды Гольфстрима не попадают в Северный Ледовитый океан, во всяком случае, адвективно и в большом количестве, как представляется.
Тогда каким же образом в Северном Ледовитом океане оказываются теплые воды Атлантического океана?
Мы уже отмечали, что Гольфстрим сформирован теплыми водами Саргассова моря, поступающими с юга, слева от Гольфстрима, и холодными и менее солёными водами, поступающими с севера, справа от него. Частицы этих вод проникают друг в друга: воды Саргассова моря в склоновые воды и наоборот, таким образом, воды перемешиваются. Эта переходная зона перемешанных вод называется гидрофронтом. Считается, что смешение вод происходит за счёт турбулентности. Но ведь в волнах турбулентность отсутствует, значит можно говорить о слабой турбулентности, о слабом смешении вод, т.е. о крайне медленном проникновении одних в другие.
Скорее всего таким же образом в результате слабой турбулентности и поступает тёплая вода Атлантического океана в Северный Ледовитый, но не адвективно.
Процесс этот крайне медленный по сравнению с адвективным переносом, скорее всего на два – три порядка. Так, считается, что смена вод Северного Ледовитого океана (при адвективном их переносе) происходит за 40 лет. Тогда, если учесть что перенос носит слабо турбулентный характер, эта величина может быть увеличена, приблизительно на два порядка, т.е. будет равна 4000 лет.
В принципе в океане вода может перемещаться в пространстве адвективно или за счёт турбулентности. Если мы видим, что вода перемещается и если показываем, что это перемещение не адвективное, то остаётся принять, что оно – турбулентное. Значит, мы сделали правильный вывод о турбулентном характере проникновения вод Атлантики в Северный Ледовитый океан.
Теперь допустим, что данное [1-4] объяснение природы течений неверно. Будем считать, как это принято: течения градиентными геострофическими, они адвективно переносят массы воды, воды Гольфстрима попадают адвективно в Северный Ледовитый океан и дрифтер движется вместе с переносимой течением водой, т.
е. дрифтер фиксирует перемещения воды.
Рис. 5а, б, в, г. Трассы дрифтеров, запущенных в воды Гольфстрима или около него и прошедшие через Гольфстрим. Цифры около точек: время движения дрифтера с момента начала наблюдений в месяцах.
Тогда с помощью дрифтерных наблюдений должна существовать возможность проследить, куда попадает вода Гольфстрима. Для этого мы выбрали сто трасс дрифтеров, проходящих через Гольфстрим, и исследовали их движения. Обычно дрифтер, попадая в Гольфстрим, быстро его покидает, время пребывания его в Гольфстриме крайне редко превышает два месяца. Большинство дрифтеров направляются в сторону Африки (см. рис.5а,б), иногда – в сторону Европы и ,крайне редко, в сторону островов Великобритании. Но не один из ста дрифтеров не попал в воды Северного Ледовитого океана. Обычно при почти прямолинейном движении дрифтер пересекает океан приблизительно за два года. Часто дрифтер длительное время совершает сложные движения в центральной части Атлантического океана (рис.
Выводы
Мы показали, что какой бы гипотезы формирования течений не придерживаться (градиентных, геострофических или длинноволновых), вода Гольфстрима не должна попасть и не попадает в Северный Ледовитый океан, как это считается. Изложенное даёт основание наше объяснение природы проникновения масс воды в Северный Ледовитый океан из Атлантического в результате слабого турбулентного обмена вод океанов считать всё же верным. Вода из Гольфстрима не поступает в Северный Ледовитый океан, в него поступают воды Атлантического океана в результате слабого турбулентного их перемешивания, но не адвективно. Процесс этот крайне медленный по сравнению с адвективным переносом.
К этому добавлю. Дрифтер не движется вместе с водой и не отслеживает её перемещения. Поэтому, часто даваемое дрифтерам название – лагранжевые поплавки – является не правильным.
Литература
- Бондаренко А.Л. Крупномасштабные течения и долгопериодные волны Мирового океана. Монография.
- БондаренкоА.Л. Гольфстрим: мифы и реальность.
- Бондаренко А.Л. Настоящее и будущее Гольфстрима. ж. Природа. № 7. 2007. С.29-37.
- Бондаренко А.Л. Основные закономерности формирования течений океанов и морей// Новости ЕСИМО. Вып. 31. январь-июнь 2008.
Об авторе
| Альберт Леонидович Бондаренко, океанолог, доктор географических наук, ведущий научный сотрудник Института водных проблем РАН. Область научных интересов: динамика вод Мирового океана, взаимодействие океана и атмосферы. Достижения: доказательство существенного влияния океанических волн Россби на формирование термодинамики океана и атмосферы, погоды и климата Земли. |
N.B.
Уважаемые читатели! Если у вас появились вопросы, которые вы хотите задать Альберту Леонидовичу – вы можете написать их в комментариях ниже или отправить мне по электронной почте.
Я их обязательно передам Альберту Леонидовичу и опубликую ответы на блоге. Спасибо!
Метки: Гольфстрим
Что на самом деле случилось с Гольфстримом – аналитический портал ПОЛИТ.РУ
В последние годы в СМИ нередко появлялись сообщения о замедлении или полной остановке морского течения Гольфстрим, обеспечивающего теплый климат Европы и Британских островов. В числе причин ослабления Гольфстрима назывались нефтяная катастрофа в Мексиканском заливе и сильное таяние арктических льдов, а в числе последствий – наводнения в Европе и Китае, засухи в России и Азии и даже возможное наступление нового ледникового периода. «Полит.ру» публикует статью кандидата физико-математических наук Евгения Володина, который отвечает на вопросы о том, действительно ли тёплое течение скоро исчезнет, и стоит ли готовиться к климатическим катастрофам. Материал опубликован в журнале «Наука и жизнь» (2011. №3).
Не стихают слухи об ослаблении Гольфстрима, которое происходит то ли из-за утечки нефти в Мексиканском заливе, то ли из-за сильного таяния арктических льдов, и о том, что это грозит нам неслыханными климатическими катастрофами, вплоть до наступления нового ледникового периода.
Гольфстрим — это тёплое течение в Мексиканском заливе, которое огибает Флориду, течёт вдоль восточного побережья США примерно до 37-го градуса с.ш. и затем отрывается от побережья на восток. Подобные течения существуют и в Тихом океане — Куросио, и в Южном полушарии. Уникальность же Гольфстрима состоит в том, что после отрыва от американского берега он не поворачивает обратно в субтропики, а частично проникает в высокие широты, где уже называется Северо-Атлантическим течением. Именно благодаря ему на севере Атлантики температура на 5—10 градусов выше, чем на аналогичных широтах в Тихом океане или в Южном полушарии. По этой же причине Северное полушарие в целом немного теплее Южного.
Первопричина такой необычности Северной Атлантики состоит в том, что воды над Атлантическим океаном испаряется немного больше, чем выпадает в виде осадков.
Над Тихим океаном, наоборот, осадки немного преобладают над испарением. Поэтому в Атлантике вода в среднем несколько солонее, чем в Тихом океане, а значит, тяжелее, чем более пресная тихоокеанская, и потому она стремится опуститься на дно. Особенно интенсивно это происходит на севере Атлантики, где солёную воду утяжеляет ещё и охлаждение на поверхности. На место опустившейся в глубину воды в северную Атлантику приходит вода с юга, это и есть Северо-Атлантическое течение.
Таким образом, причины, обуславливающие Северо-Атлантическое течение, глобальны, и вряд ли на них может существенно повлиять такое локальное событие, как разлив нефти в Мексиканском заливе. По самым пессимистическим оценкам, площадь нефтяного пятна составляет сто тысяч квадратных километров, в то время как площадь Атлантического океана чуть меньше ста миллионов квадратных километров (то есть в тысячу раз больше пятна). Согласно данным атмосферного реанализа NCEP (National Centers for Environmental Prediction, США) — синтезированным данным спутников, станций наземных наблюдений, зондирований, «усвоенных» моделью динамики атмосферы (atmospheric model of NCEP’s Global Forecast System — GFS), с тёплыми течениями Северной Атлантики ничего страшного пока не случилось.
Взгляните на карту, составленную на основе этих данных (рис. 1).
Рис. 1. Аномалия (отклонение) температуры поверхности в сентябре—ноябре 2010 года по сравнению с сентябрём—ноябрём 1970—2009 годов. Данные NCEP (National Centers for Environmental Prediction, США).
В сентябре—ноябре 2010 года отклонение температуры поверхности в Мексиканском заливе, а также в той части Атлантики, где проходят Гольфстрим и Северо-Атлантическое течение, от среднего значения в те же месяцы 1970—2009 годов не превышает одного градуса Цельсия. Лишь на северо-западе Атлантики, в области холодного Лабрадорского течения, эти аномалии достигают двух-трёх градусов. Но и такая величина сезонных аномалий вполне обычна и наблюдается в том или ином регионе почти ежегодно.Не подтверждаются и сообщения о том, что Гольфстрим между 76 и 47 меридианами в 2010 году стал холоднее на 10 градусов Цельсия. Как следует из данных GODAS[1] (Global Ocean Data Assimilation System — система усвоения всех имеющихся данных наблюдений — спутников, кораблей, буёв и т.
д. — с использованием модели динамики океана), средняя температура поверхности океана в июне 2010 года между примерно 40 и 70 градусами з.д. была ниже, чем в июне 2009 года, всего на один-два градуса и лишь в одном месте — почти на три градуса (рис. 2).
Рис. 2. Разница температур поверхности океана в июне 2010 года и июне 2009 года. Данные GODAS.
Но такие аномалии температуры вполне укладываются в рамки естественной изменчивости. Обычно они сопровождаются «отклонениями» другого знака в соседних районах океана, что и происходило летом 2010 года, согласно данным GODAS. Так что если их усреднить по всей северной Атлантике, то среднее температурное отклонение было близко к нулю. К тому же такие явления живут обычно несколько месяцев, и осенью отрицательная аномалия уже не прослеживалась (рис. 3).Рис. 3. Разница температур поверхности океана в сентябре—ноябре 2010 года и сентябре—ноябре 2009 года. Данные GODAS.
Существование Гольфстрима хорошо подтверждают и данные GODAS по горизонтальным скоростям течения на глубине 50 м, осреднённые за июнь 2010 года.
Карта, составленная на основе этих данных (рис. 4), показывает, что Гольфстрим, как и всегда, течёт через Мексиканский залив, вокруг Флориды и вдоль восточного берега США. Затем он отрывается от берега, становится шире, одновременно скорость течения падает (как и должно быть), то есть не прослеживается ничего необычного. Примерно так же, по данным GODAS, Гольфстрим течёт и в другие месяцы 2010 года. Отметим, что 50 м — наиболее характерная глубина, на которой Гольфстрим виден лучше всего. Скажем, поверхностные течения могут отличаться от тех, что на глубине 50 м, чаще всего из-за влияния ветра.
Рис. 4. Скорости течения в июне 2010 года на глубине 50 м, по данным GODAS. Стрелками указано направление, цветом — величина скорости (м/с).
Впрочем, в истории были случаи, когда происходили события, аналогичные тем, что описываются в распространённых сейчас «страшилках». Последнее такое событие произошло около 14 тысяч лет назад. Тогда заканчивался ледниковый период, и на территории Северной Америки из растаявшего льда образовалось огромное озеро, запруженное ещё не растаявшим ледником.
Но лёд продолжал таять, и в какой-то момент вода из озера начала вытекать в Северную Атлантику, распресняя её и тем самым препятствуя опусканию воды и Северо-Атлантическому течению. В результате в Европе заметно похолодало, особенно зимой. Но тогда, по существующим оценкам, воздействие на климатическую систему было огромным, ведь поток пресной воды составлял около 106 м3/с. Это более чем на порядок превышает, например, современный сток всех российских рек.
Ещё один важный момент, который хотелось бы подчеркнуть: среднесезонные аномалии атмосферной циркуляции в умеренных широтах в очень небольшой степени зависят от аномалий температуры поверхности океана, в том числе и такие крупные, какие наблюдались этим летом в Европейской России. Специалисты по сезонному прогнозу погоды утверждают, что лишь 10—30% отклонений от «нормы» среднесезонной температуры в каком-либо пункте на территории России обусловлены аномалиями температуры поверхности океана, а остальные 70—90% — результат естественной изменчивости атмосферы, первопричина которой неодинаковое нагревание высоких и низких широт и предсказать которую на срок более двух-трёх недель практически невозможно (см.
также «Наука и жизнь» № 12, 2010 г.).
Именно поэтому считать наблюдавшиеся аномалии погоды в Европе летом 2010 года или ещё в какой-либо сезон результатом лишь влияния океана ошибочно. Если бы это было так, сезонные или месячные отклонения погоды от «нормы» легко бы предсказывались, поскольку крупные аномалии температуры океана, как правило, инерционны и живут не меньше нескольких месяцев. Но пока хороший сезонный прогноз погоды не удаётся ни одному прогностическому центру в мире.
Если же говорить конкретно о причинах аномалии лета 2010 года в России, то она была вызвана взаимодействием двух случайно совпавших факторов: блокирующего антициклона, который обусловил перенос воздуха в центральные области России преимущественно с востока—юго-востока, и почвенной засухи в Поволжье и Предуралье, что позволило распространяющемуся воздуху не тратить тепло на испарение воды с поверхности. В результате повышение температуры воздуха у поверхности получилось действительно беспрецедентным за весь период наблюдений.
Однако вероятность возникновения блокирующего антициклона и почвенной засухи в Поволжье мало зависит от аномалий температуры поверхности океана, в том числе и в районе Гольфстрима.
[1] Данные GODAS можно свободно скачать с сайта http://www.esrl.noaa.gov/psd/data/gridded/data.godas.html.
НАСА СВС | Гольфстрим Поверхностные течения и температура моря
Тревога
Этот сайт не будет корректно работать с отключенным javascript. Пожалуйста, рассмотрите возможность включения JavaScript в вашем браузере.
- Выпущено 15 февраля 2012 г.
- Обновлено 2 февраля 2018 г., 11:22
- ID: 3913
- Визуализации:
- Грег Шира
- Посмотреть все титры
На этой визуализации показано течение Гольфстрима, простирающееся от Мексиканского залива до Западной Европы.
Эта визуализация была разработана для очень широкого дисплея с высоким разрешением (например, гиперволл 5×3). Эта визуализация была создана с использованием выходных данных модели из совместного проекта Массачусетского технологического института и Лаборатории реактивного движения под названием «Оценка циркуляции и климата океана, фаза II» (ECCO2). ECCO2 использует модель общей циркуляции Массачусетского технологического института (MITgcm) для синтеза спутниковых и наземных данных глобального океана и морского льда с разрешением, которое начинает разрешать океанские водовороты и другие системы узких течений, которые переносят тепло и углерод в океанах. Модель ECCO2 имитирует океанские течения на всех глубинах, но в этой визуализации используются только поверхностные течения. Предусмотрено 2 версии: одна с потоками, окрашенными в серый цвет, другая с потоками, окрашенными с использованием данных о температуре поверхности моря. Данные о температуре поверхности моря также взяты из модели ECCO2.
Темные узоры под океаном представляют подводную батиметрию. Топографическое преувеличение земли составляет 20x, а батиметрическое преувеличение — 40x.
Слои потока, наложенные на слой звезды с переходом от белых потоков к потокам из нержавеющей стали
Слои потока, наложенные на слой звезды с переходом от белых потоков к потокам из нержавеющей стали
Цветная полоса для температуры поверхности моря. Единицы — градусы Цельсия. Карты от синего <= 0 до желтого = от 17 до красного> = 33
Океанские течения, окрашенные в белый цвет с Землей (включая альфа-канал)
Океанские течения, окрашенные данными о температуре поверхности моря (включая альфа-канал)
Фоновый слой звезды (16 бит на канал). Это звездное поле специально создано для гиперстены с использованием узкого поля зрения. Это приводит к тому, что размеры звезд выглядят правильно масштабированными.
Приведенная выше большая анимация разделена на меньшие плитки, которые можно воспроизводить на гиперстене (набор дисплеев, разделенных на плитки).
Каждой плитке присваивается имя в соответствии со стандартными таблицами: a1 слева вверху и e3 справа внизу. Это изображение иллюстрирует это соглашение об именах, используемое в приведенных ниже наборах фреймов, нарезанных кубиками. Для гиперстен 3×3 принято соглашение от a1 до c3.
Композитные потоки и гиперстенная плитка звездного поля a1
Композитные потоки и плитка гиперстены звездного поля a1
Композитные потоки и гиперстенная плитка звездного поля a2
Составные потоки и гиперстенная плитка Starfield a2
Композитные потоки и гиперстенная плитка звездного поля a3
Составные потоки и гиперстенная плитка Starfield a3
Композитные потоки и плитка гиперстены звездного поля b1
Композитные потоки и плитка гиперстены звездного поля b1
Композитные потоки и тайл гиперстены звездного поля b2
Композитные потоки и гиперстенная плитка Starfield b2
Композитные потоки и тайл гиперстены звездного поля b3
Композитные потоки и гиперстенная плитка Starfield b3
Композитные потоки и плитка гиперстены звездного поля c1
Композитные потоки и гиперстенная плитка Starfield c1
Композитные потоки и тайл гиперстены звездного поля c2
Композитные потоки и плитка гиперстены звездного поля c2
Композитные потоки и тайл гиперстены звездного поля c3
Композитные потоки и гиперстенная плитка Starfield c3
Композитные потоки и плитка гиперстены звездного поля d1
Составные потоки и гиперстенная плитка звездного поля d1
Композитные потоки и тайл гиперстены звездного поля d2
Составные потоки и гиперстенная плитка звездного поля d2
Композитные потоки и тайл гиперстены звездного поля d3
Композитные потоки и плитка гиперстены звездного поля d3
Композитные потоки и тайл гиперстены звездного поля e1
Композитные потоки и гиперстенная плитка Starfield e1
Композитные потоки и тайл гиперстены звездного поля e2
Композитные потоки и гиперстенная плитка Starfield e2
Композитные потоки и тайл гиперстены звездного поля e3
Композитные потоки и гиперстенная плитка Starfield e3
Земля
Науки о ЗемлеHDTVГиперволлаокеанская циркуляцияокеанские теченияОкеаныФизическая океанографияПрезентация
Кредиты
Пожалуйста, укажите адрес для этого товара:
Студия научной визуализации Центра космических полетов имени Годдарда НАСА
Аниматоры
- Грег Шира (НАСА/GSFC) [Ведущий]
- Гораций Митчелл (НАСА/GSFC)
Ученые
- Димитрис Менеменлис (НАСА/Лаборатория реактивного движения Калифорнийского технологического института)
- Хун Чжан (УКЛА)
Миссии
Эта визуализация связана со следующими миссиями:- Глобальное измерение осадков (GPM)
Серия
Эту визуализацию можно найти в следующих сериях:- Потоки
Наборы данных, используемые в этой визуализации
ЕССО2 (Модель океана и морского льда высокого разрешения ECCO2)
МодельNASA/JPL
Посмотреть другие визуализации с использованием этого набора данных
GTOPO30 Топография и батиметрия
Компиляция данныхUSGS
См.
больше визуализаций с использованием этого набора данных
Гиппаркос Каталог Тихо (Каталог AKA Tycho 2) (Собраны с помощью датчика телескопа)
База данных
Набор данных можно найти по адресу: http://archive.eso.org/ASTROM/
Посмотреть другие визуализации с использованием этого набора данныхПримечание. Хотя мы идентифицируем наборы данных, используемые в этих визуализациях, мы не храним никаких дополнительных сведений или самих наборов данных на нашем сайте.
Вам также может понравиться…
Загрузка…
Новые симуляции Вопрос о роли Гольфстрима в смягчении зимы в Европе
В течение века школьников учили, что массивное океанское течение, известное как Гольфстрим, несет теплую воду из тропической части Атлантического океана в северо-западную Европу. Прибыв, вода нагревает воздух над собой. Этот воздух перемещается вглубь суши, поэтому зимние дни в Европе мягче, чем на северо-востоке США.0006
Возможно, пришло время удалить эту аккуратную историю.
Взрыв интереса к глобальному климату побудил ученых внимательно изучить влияние Гольфстрима на климат только для того, чтобы обнаружить, что эти последствия не так очевидны, как можно было бы предположить. На основе работы по моделированию и данных об океане появились новые объяснения того, почему зима в Северной Европе обычно менее суровая, чем зима на тех же широтах на северо-востоке США и Канады, и модели различаются по роли Гольфстрима. Одно из объяснений также дает представление о том, почему зима на северо-западе США теплее, чем в Тихом океане на востоке России.
В то же время недавние исследования ставят под сомнение популярную несколько лет назад гипотезу о том, что таяние арктических льдов может «перекрыть» Гольфстрим, тем самым нанеся ущерб погоде в Европе. Тем не менее, исследования предполагают, что изменение климата может, по крайней мере, повлиять на 90 223 силы 90 224 Гольфстрима, что может уменьшить воздействие глобального потепления на Северную Европу.
Конкурирующие теории
Климатические изменения по всему земному шару связаны, прежде всего, со сферической формой Земли.
Поскольку солнечные лучи более перпендикулярны поверхности земли в более низких широтах, они отдают там больше тепла на единицу площади, чем в более высоких широтах. Этот дифференциальный нагрев приводит к преобладающим атмосферным ветрам, нестабильность которых перераспределяет это тепло от тропиков к полюсам. Океаны, покрывающие 70 процентов земного шара, также играют важную роль в этом перераспределении. Верхние два метра океанов хранят больше солнечного тепла, чем вся атмосфера над морями, потому что удельная теплоемкость (свойство, определяющее способность сохранять тепло) кубического метра воды примерно в 4000 раз больше, чем тот же объем воздуха. (и примерно в четыре раза больше, чем для почвы). Температура воды в верхних 100–200 метрах океанов в средних широтах может изменяться на 10 градусов по Цельсию в течение года, накапливая и выделяя огромное количество тепла по сравнению с атмосферой или землей. А поскольку океанские течения, такие как Гольфстрим, перемещают воду по всему земному шару, тепло, полученное летом в одном месте, впоследствии может быть выброшено в атмосферу за тысячи километров.
Учитывая это движение и способность океанов накапливать тепло, легко предположить, что океанские течения могут быть ответственны за тот факт, что зимние температуры воздуха в Ирландии примерно на 50 градусах северной широты почти на 20 градусов выше, чем на на той же широте через Атлантику в Ньюфаундленде. Точно так же температура воздуха на 50 градусах северной широты в восточной части Тихого океана, недалеко от Ванкувера, примерно на 20 градусов выше, чем на той же широте на южной оконечности российского полуострова Камчатка.
В 19 веке географ и океанограф Мэтью Фонтейн Мори первым объяснил относительно мягкий климат северо-западной Европы Гольфстриму. Это мощное океаническое течение течет на север вдоль юго-восточного побережья США, являясь продуктом теплых вод субтропиков и тропиков. Примерно на широте мыса Гаттерас, Северная Каролина, Гольфстрим поворачивает на северо-восток и впадает в Атлантику. Мори предположил, что Гольфстрим снабжает теплом лежащие выше западные ветры, которые движутся через Атлантику в сторону северо-западной Европы.
Он также предположил, что если бы сила Гольфстрима каким-то образом уменьшилась, зимние ветры были бы намного холоднее и что в Европе наступили бы арктические зимы. С годами идея Мори стала почти аксиомой — и до недавнего времени она также оставалась в значительной степени непроверенной.
Однако десять лет назад Ричард Сигер из Земной обсерватории Ламонта-Доэрти Колумбийского университета и его коллеги представили объяснение более теплой зимы в Европе, которое не имело никакого отношения к Гольфстриму. Моделирование Сигера показало, что когда атмосферный реактивный поток, обтекающий Землю с запада на восток, достигает Скалистых гор, он начинает колебаться с севера на юг. Колебания вызывают ветры, которые дуют с северо-запада над западной стороной Атлантического бассейна и с юго-запада над восточной стороной Атлантики. Северо-западные ветры приносят холодный континентальный воздух на северо-восток США, тогда как юго-западные ветры приносят теплый морской воздух на северо-запад Европы.
С этой точки зрения, не тепло, переносимое Гольфстримом, смягчает европейский климат. Вместо этого тепло, которое накапливается у берегов Европы, в верхних 100 метрах океана летом, выделяется в атмосферу зимой, когда юго-западные ветры смешивают поверхностные океанские воды. В этом сценарии классическая догадка Мори неверна: крупномасштабные ветры, направленные горными хребтами, плюс локальные запасы тепла океаном вблизи Европы задают разницу температур между западной и восточной сторонами Атлантики [9].0223 см. рамку на следующих двух страницах ].
Важно иметь в виду, что модель Сигера не учитывала перенос тепла океаном, что было рассмотрено в исследовании, опубликованном вскоре после исследования Сигера Питером Райнсом из Вашингтонского университета и Сирпой Хаккинен из Годдардского НАСА. Центр космических полетов. Они выдвинули контраргумент, предлагающий некоторую современную поддержку историческим идеям Мори. Изучив архивные данные о температуре поверхности моря, два океанографа пришли к выводу, что количества тепла, хранящегося в верхнем слое восточной части Атлантического океана на широтах северной Европы, достаточно для поддержания умеренных температур воздуха только в течение декабря среднего года.
Дополнительное тепло, необходимое для смягчения климата в течение оставшейся части зимы, приходилось импортировать из других мест. Наиболее вероятный источник: Гольфстрим, текущий на северо-восток.
Измерения показали, что на 35 градусах северной широты — примерно на широте Северной Каролины — Северная Атлантика переносит около 0,8 петаватт тепла на север, в основном по Гольфстриму. Однако на 55 градусе северной широты — широте Лабрадора в Канаде — этот перенос тепла к полюсу пренебрежимо мал. Куда уходит все тепло? Рейнс и Хаккинен предположили, что он выбрасывается океаном в атмосферу по пути Гольфстрима. Затем господствующие ветры переносят тепло на восток, где оно смягчает европейский климат. Райнс и Хаккинен, по сути, приводили доводы в пользу гипотезы Мори о Гольфстриме, а Сигер возражал против нее, сосредоточив внимание на роли атмосферного реактивного течения.
В 2011 году Йохай Каспи, работающий сейчас в Научном институте Вейцмана в Реховоте, Израиль, и Тапио Шнайдер из Калифорнийского технологического института представили третью идею, основанную на новых численных экспериментах с атмосферой и океаном.
Они предложили некоторую степень правды как в сценариях Сигера, так и в сценариях Райнса, но сосредоточились в основном на закономерностях атмосферного давления. Модель Каспи и Шнайдера показала, что потеря тепла из океана в атмосферу на пути Гольфстрима, где он покидает восточное побережье США, создает стационарную систему атмосферного низкого давления на востоке — на европейской стороне Атлантики. . Он также создает стационарную систему высокого давления на западе — над восточной окраиной Североамериканского континента. По сложным причинам конечным результатом этой модели является то, что стационарная система низкого давления доставляет теплый воздух в Западную Европу через юго-западные ветры струйного течения, которые собирают тепло, выделяемое всю зиму Гольфстримом. Стационарный максимум притягивает холодный воздух из Арктики, охлаждая восточную часть Северной Америки и увеличивая температурный контраст между Северной Америкой и Европой.
Таким образом, разница в климате по ту сторону Атлантики возникает не только потому, что теплеет Западная Европа, но и потому, что восток Северной Америки становится холоднее.
Оба региона имеют свои характерные температуры из-за схемы атмосферной циркуляции, определяемой потерями тепла океаном в районе Гольфстрима.
Однако потери тепла Гольфстримом, необходимые для установления этой циркуляции, не могут быть обеспечены только за счет тепла, которое Средняя Атлантика получает летом. Также необходимо тепло, переносимое Гольфстримом из более низких широт. В этом смысле Каспи и Шнайдер в некоторой степени подтверждают более ранние идеи Мори. Хотя атмосферные системы низкого и высокого давления созданы без какой-либо необходимости ссылаться на влияние Скалистых гор на струйное течение, эта новая работа подчеркивает важность юго-западных ветров для обогрева Европы.
Интересно, что модель Каспи-Шнайдера также может объяснить, почему в западном Орегоне, штате Вашингтон и Британской Колумбии зимы намного мягче, чем на Камчатке. Этот транстихоокеанский контраст никогда не приписывался присутствию Куросио, аналога Гольфстрима в Тихом океане, в первую очередь потому, что Тихий океан гораздо больше, а Куросио — значительно более слабое течение, чем Гольфстрим на большей его части.
Тем не менее, результат Каспи-Шнайдера предполагает, что потеря тепла над Куросио может вызвать стационарную систему атмосферного давления, подобную той, что находится вблизи Гольфстрима в Атлантике. Система будет доставлять холодный полярный воздух в северо-западную Азию через северо-западные ветры, а юго-западные ветры будут доставлять более теплый воздух на северное побережье Тихого океана США.
Закрытие Гольфстрима
До сих пор не принято решение о том, какая модель верна, хотя сценарий Каспи-Шнайдера кажется правдоподобным. Вторая часть гипотезы Мори — что прекращение Гольфстрима приведет к более суровым зимам над северо-западной Европой — также недавно вызвала значительный интерес. В течение многих лет характер роли Гольфстрима в изменении климата формулировался следующим образом: если потепление климата приведет к таянию арктических льдов, не уменьшит ли избыток пресной воды, поступающий в океан в северной части Атлантического океана, опрокидывающую циркуляцию в этом месте, перекроет Персидский залив? Поток и лишить северо-западную Европу важного источника тепла?
Опрокидывающая циркуляция состоит из теплых верхних вод Северной Атлантики, которые движутся на север, к полюсу, и холодных глубинных вод, которые движутся на юг, к экватору.
Эти мелкие и глубокие течения соединяются, образуя что-то вроде конвейерной ленты за счет погружения или опускания поверхностных вод в высоких широтах Лабрадорского и Северного морей, а также глубинных вод в других местах глобального бассейна, которые поднимаются или поднимаются на поверхность. . По сути, холодные воды, которые тонут в северной части Северной Атлантики, заменяются относительно теплыми поверхностными водами, поднимающимися вверх в других частях мирового океана.
Во многих сценариях потепления климата таяние арктических льдов добавило бы большое количество пресной воды в океан в высоких широтах. Поскольку пресная вода менее соленая (и, следовательно, менее плотная), чем морская, она может не утонуть, поэтому нисходящий поток, питающий глубинные течения опрокидывающей циркуляции, будет подавлен. В этом случае не было бы физической потребности в том, чтобы теплые глубокие воды поднимались в другом месте, потому что не было бы компенсирующего опускания; как следствие, если новая теплая вода не поднимается на поверхность, поток такой воды на север — Гольфстрим — может уменьшиться.
Альтернативные сценарии предполагают, что добавление пресной воды в высоких широтах отклонит Гольфстрим дальше на юг или уменьшит его силу. В любом случае ослабление или отклонение Гольфстрима будет давать меньше тепла европейским зимам. Многие модели убедительно предсказывают, что уменьшение опрокидывающей циркуляции коррелирует с последующим похолоданием в Северной Атлантике и северо-западной Европе.
Тем не менее, недавние исследования моделирования с более высоким разрешением океанских течений показывают, что пресная арктическая талая вода может изливаться в основном в течения, которые более ограничены береговыми линиями и, следовательно, оказывают меньшее влияние на открытый океан, где в основном происходит нисходящий поток. Даже если пресная вода значительно повлияет на количество воды, стекающей вниз в Северной Атлантике, маловероятно, что это изменение действительно перекроет Гольфстрим. Отключение маловероятно, потому что путь и сила Гольфстрима во многом зависят от скорости и направления крупномасштабных ветров средних широт.
В большинстве сценариев изменения климата общее направление крупномасштабных ветров существенно не меняется по мере таяния арктических льдов, поэтому общий путь и сила Гольфстрима также не сильно меняются. Однако северо-восточное продолжение Гольфстрима — относительно небольшой ветви, которая приносит теплые верхние воды в приполярные регионы — потенциально может быть нарушено. Таким образом, множество свидетельств указывает на то, что Гольфстрим сохранится, но неясно, сколько воды Гольфстрима будет перенесено на север при различных климатических сценариях.
Больше данных, лучшее разрешение
В настоящее время ответы на вопрос о том, как изменение климата повлияет на погоду в Европе, в основном приходят из экспериментов по моделированию. Тем не менее, эксперименты имеют значительные погрешности, которые можно согласовать только с более обширными данными об океанах. Немногие наблюдения из открытого океана старше столетия, а у нас есть спутниковые данные только за последние 30 лет или около того.
В последнее время ученые добились значительного прогресса в совершенствовании океанической базы данных в рамках проекта Арго, постоянного глобального сбора измерений температуры и солености с более чем 3000 плавучих датчиков, разбросанных по всему миру. Массив Argo, развернутый и эксплуатируемый США и более чем 30 другими странами, позволяет ученым делать карты температуры и солености почти в реальном времени на верхних 2000 метров мирового океана. Полный массив существует менее десяти лет, и мы только начинаем использовать его для эффективного изучения связи между атмосферной изменчивостью и крупномасштабными изменениями в океане.
Например, сравнение данных Арго с наблюдениями за океаном в 1980-х годах, проведенное Дином Ремихом и Джоном Гилсоном из Океанографического института Скриппса, показывает, что верхние несколько сотен метров океана прогрелись примерно на 0,2 градуса по Цельсию в последние 20 лет. Соленость верхних слоев океана также увеличилась в глобальном масштабе на небольшие 0,1 процента, но ниже нескольких сотен метров океанские воды кажутся значительно более пресными, чем в предыдущие десятилетия.
Достаточно ли этих изменений, чтобы изменить климат в Европе или где-либо еще, остается открытым вопросом, но данные, которые мы сейчас получаем с Арго, дают некоторые подсказки. Чтобы Земля не нагревалась и не охлаждалась, поступление тепла от Солнца должно быть равно количеству тепла, излучаемого Землей обратно в космос. Накопление парниковых газов в атмосфере, по-видимому, нарушает это равновесие. Наблюдаемое потепление на 0,2 градуса по Цельсию в верхних слоях океана согласуется с превышением приходящей солнечной радиации над исходящей примерно на один ватт на квадратный метр.
Первые результаты нашей усовершенствованной океанской обсерватории внесли весомый вклад в теории и модели климата. Результаты также намекают на то, что станет возможным в ближайшие десятилетия. В следующие 10 лет, когда ученые одновременно изучают данные о поверхности моря со спутников, компьютерные модели и более длительные записи данных о недрах с Арго, они должны быть в состоянии оценить роль океана в климате с новой точностью.
В этот момент мы, возможно, наконец сможем определить, как Гольфстрим повлияет на изменение климата на нашей водной планете.
Эта статья была первоначально опубликована под названием «Переосмысление Гольфстрима» в журнале Scientific American 308, 2, 50-55 (февраль 2013 г.)
Является ли течение Гольфстрим ответственным за мягкие зимы в Европе? Р. Сигер и др. в Ежеквартальный журнал Королевского метеорологического общества , Vol. 128, № 586, стр. 2563–2586; Октябрь 2002 г.
Среднегодовой и годовой цикл температуры, солености и стерической высоты в Глобальном океане за 2004–2008 гг. по программе Арго. Дин Реммих и Джон Гилсон в Progress in Oceanography , Vol. 82, № 2, стр. 81–100; Август 2009.
Зимний холод восточных континентальных границ, вызванный теплыми водами океана. Йохай Каспи и Тапио Шнайдер в Nature , Vol. 471, страницы 621–624; 31 марта 2011 г.
НАУЧНЫЙ АМЕРИКАНСКИЙ ОНЛАЙН
Для получения более подробной информации об океанском массиве Argo, состоящем из 3000 плавучих датчиков по всему миру, см.