Меридиональная циркуляция
в океане и атмосфере

                 

                                            

 

     В технической гидродинамике и аэродинамике редко встречаются точные математические выводы формул масса и теплопереноса, все построено на теории подобия, то есть на эмпирическом подборе критериев переноса. Это и понятно, такие сложные процессы точно просчитать невозможно, их можно только как-то оценить с той или иной степенью приближенности. Мы тоже воспользуемся таким подходом.

     Первое, что отметим, скорость перемещения жидкостей в гидродинамике, как правило, составляет не более нескольких метров в секунду, дальнейшее повышение влечет колоссальные потери мощности на трение. В аэродинамике имеют дело уже со скоростями несколько десятков метров в секунду и выше. Это объясняется тем, что у газов коэффициент трения о поверхность как минимум на порядок меньше, чем у жидкостей. В этом и состоит главное отличие гидродинамики от аэродинамики, все остальное вторично.

         Далее перейдем к приливным явлениям от гравитационного воздействия Луны и Солнца на океан и атмосферу. Вначале образное сравнение, вы несете в руках два ведра, одно с водой, другое с медом. Как бы вы при этом ни старались идти плавно, вода в ведре будет сильно плескаться, тогда, как мед в ведре будет только еле-еле покачиваться. Этот бытовой пример наглядно иллюстрирует влияние коэффициента трения на величину приливных явлений, существует ярко выраженная обратно пропорциональная  зависимость амплитуды приливных колебаний от коэффициента трения. Из всего многообразия приливных колебаний нас будут интересовать в первую очередь меридиональные перемещения. В этой связи отметим, что меридиональная составляющая перемещения траектории Солнца составляет несколько метров в секунду, от тропика до тропика Солнце перемещается за 182 суток (полгода). Меридиональная составляющая перемещения траектории Луны как минимум в 13 раз выше, потому что от одного лунного тропика к другому Луна перемещается за 27, 32 сут. (сидерический месяц), то есть здесь дело имеем со скоростями несколько десятков метров в секунду. Даже такой поверхностный взгляд на меридиональные приливные колебания приводят нас к выводу, что меридиональная составляющая перемещения траектории Солнца больше соответствует скоростям перемещения жидкости и мала для перемещения атмосферы, тогда как меридиональная составляющая перемещения траектории Луны не соответствует скоростям перемещения жидкости, зато идеально совпадает со скоростями перемещения газов. Из этих рассуждений мы делаем простой вывод, за полугодовой меридиональный прилив в океане ответственно  главным образом Солнце, тогда как за меридиональные приливы в атмосфере ответственна Луна, и период главного меридионального прилива в атмосфере должен быть равен сидерическому месяцу (27,32 сут.) . Обращаясь к работе [1] мы находим подтверждение своего вывода, там сказано, вот цитата:

Для проверки этого вывода были вычислены спектры экваториальных компонент

момента импульса атмосферы 1 h и 2 h , которые четко показали полное преобладание

гармоник лунно-солнечных приливов [8–10, 15]. Более того, когда мы вычислили спектр

среднесуточных значений экваториального компонента 2 h , оказалось, что основной

максимум спектральной плотности отмечается не на периоде 1 P солнечного года 365 сут, а

на периоде лунного года = 2 P 355 сут [10, 15]. Этот факт свидетельствует о доминирующем

влиянии лунных приливов на формирование меридиональной циркуляции атмосферы вдоль

Атлантического и Тихого океанов (большого круга меридианов 0° и 180°).

Конец цитаты.

    Возвращаясь к океану, отметим, в работе «Натяг в океанологии» [2] мы высказали предположение, что на тропиках происходит отрыв меридиональной составляющей солнечного прилива от поля действия приливообразующих сил. Это происходит в следствие резкого изменения направления действия меридиональной составляющей приливной силы, сначала она тянула массы воды к полюсу, а затем на тропике пытается эти массы воды вернуть опять к экватору. Но гигантские силы инерции такому резкому изменению препятствуют и по инерции двигают океанические воды дальше к полюсу, образуя полюсное течение. Данная идея получила дальнейшее развитие и обоснование в следующих работах «Полюсное течение 2012» [3], «Современная океанология» [4] и некоторых других.

                                 

 

Атмосферный полюсной прилив

    

 

     Теперь распространим действие данного явления на атмосферу, только учтем ранее сформулированный вывод, в атмосфере господствует меридиональная составляющая лунных приливов. Таким образом, напрашивается вывод, что в течение сидерического месяца на каждом из лунных тропиков поочередно происходит отрыв воздушных масс из зоны действия приливных сил в сторону полюса. Назовем это явление атмосферным полюсным приливом. По логике вещей атмосферный полюсный прилив происходит главным образом в верхних слоях атмосферы, где меридиональная составляющая максимальна, поэтому атмосферный полюсный прилив должен активизировать антициклоническую деятельность. Мы вправе ожидать, что именно после преодоления Луной тропика на Земле в атмосфере наступает усиление антициклонической активности. По мере смещения траектории Луны к экватору антициклоническая активность сменяется циклонической, так как снова происходит восстановление и наращивание приливного атмосферного кольца (предполагается, что в атмосфере суточные и полусуточные приливные горбы  слиты в единое кольцо из-за высокой подвижности атмосферы, хотя данный момент решающим в излагаемой теории не является). Учитывая, существование диаметрально расположенного приливному центробежного горба (читай тоже кольца) смена антициклонического режима в атмосфере на циклонический должна происходить за сидерический месяц дважды. Тоже касается и обратного явления смена циклонического режима на антициклонический. В работах Сидоренкова Н.С. мы находим полное подтверждение своим выводам. Вот как в работе [1] это сформулировано (цитата):

Синоптические процессы развиваются не непрерывно, а скачкообразно. Выделяются

однотипные интервалы эволюции,  которые Б.П. Мультановский в 1915 г. назвал

естественными синоптическими периодами (е.с.п.). Учение о е.с.п. являлось ключевым в

синоптических методах долгосрочных прогнозов погоды, развиваваемых до семидесятых

годов в СССР С.Т. Пагавой, Г.Я. Вангенгеймом, А.А. Гирсом, Б.Л. Дзердзиевским и др.

Природа е.с.п. почти сто лет оставалась неизвестной.

Мониторинг приливных колебаний скорости вращения Земли, эволюции

синоптических процессов в атмосфере, режимов атмосферной циркуляции и вариаций

гидрометеорологических характеристик во времени показал, что большая часть типов

синоптических процессов в атмосфере меняется синхронно с приливными колебаниями

вращения Земли. На ретроспективных данных мы проверили, как часто экстремумы ν (рис.

1) совпадают с моментами перестроек элементарных синоптических процессов (ЭСП) по

типизации Г.Я. Вангенгейма [7]. Статистический анализ показал, что в 76 % случаев

моменты экстремумов ν совпадают в пределах ±1 сут с датами перестроек ЭСП. В 24 %ы экстремумов ν отличались на два и более дня от ближайших дат

перестроек ЭСП [7].

Многолетний мониторинг изменений метеорологических характеристик в Москве с

ходом ν (подобно рис. 1) отчетливо подтверждает вывод о совпадении погодных вариаций с

квазинедельными экстремумами (минимумами или максимумами) ν .

Таким образом мы установили, что изменения синоптических процессов в атмосфере

синхронизованы с приливными колебаниями скорости вращения Земли. Приливные

колебания ν обусловлены лунно-солнечными приливами, поэтому естественно

предположить, что естественные синоптические периоды обусловлены колебаниями

приливных сил, а их смена связана с изменениями знаков приливных сил, которая

происходит через каждые 4–9 дней. Вариации длительности е.с.п. обусловлены частотной

модуляцией приливных сил из-за движения перигея лунной орбиты.

 

Конец цитаты.

 

   Главный вывод, который следует из данной работы, качественно приливные процессы в океане и атмосфере однотипны, но количественно могут сильно различаться вследствие большого отличия коэффициентов вязкости воды и воздуха. Выявлено, что в океане главную ответственность несет за меридиональные перемещения солнечная составляющая с периодом полгода, а в атмосфере лунная, с периодом полсидерического месяца. Открыто новое явление, до сих пор не известное науке, полюсный атмосферный прилив.

 

                              Первоисточники

1.      Н.С.Сидоренков, К.А.Сумерова «Геодинамические причины декадных изменений климата».

2.      Владимир Ерашов «Натяг в океанологии».

3.      Владимир Ерашов «Полюсное течение 2012» http://www.randewy.ru/gml/erashov17.html

4.      Владимир Ерашов «Современная океанология» http://www.randewy.ru/gml/erashov34.html

                          5.08.2014г.