Модели циркуляции океана оказывают глубокое влияние на глобальный климат. Волны глубоко в океане играют важную роль в установлении этой циркуляции, возникающей, когда приливные течения колеблются над неровным дном океана. Внутренние волны, возникающие в результате этого процесса, перемешивают и перемешивают океан, вынося на поверхность холодную, глубокую воду, которая нагревается солнцем.
На этой неделе в журнале Physics of Fluids издательства AIP исследователи из Института океанографии Южно-Китайского моря сообщают, как определить, в каком направлении пойдут внутренние волны. Предлагаемая теория объединяет несколько ранее понятых объяснений распространения волн.
Без этих внутренних волн глубинная циркуляция океана прекратилась бы, и океаны расслоились бы на теплую воду, наслоенную на постоянно холодную глубоководную воду. Поскольку приливы каждый день несут воду взад и вперед по дну океана, создается множество волн, которые тянутся вертикально от дна океана до поверхности моря.
Повторяющееся движение этих приливных колебаний заставляет вертикальные волны накладываться друг на друга или накапливаться до тех пор, пока не сформируется так называемый «волновой пучок». Эта составная волна переносит воду из океанских глубин на поверхность и ведет себя как луч света - отсюда и ее название.
Холмы, хребты и долины океанского дна играют ключевую роль в формировании волновых лучей. Важное значение в этом процессе имеет и граница континентального шельфа, представляющая собой острую кромку или излом склона. Ключевой параметр включает в себя два угла, один из которых представляет собой угол, образуемый дном океана с горизонталью, а другой - сам луч волны.
Если угол наклона морского дна меньше угла наклона волны, ситуация является «подкритической». Возникает «сверхкритическая» ситуация, когда топографический уклон превышает угол луча волны. «Критическая» ситуация возникает, когда два угла совпадают. Работа, о которой сообщается в журнале Physics of Fluids, исследует генерацию внутренних волн во всех трех случаях и объясняет направление волновых лучей. На прилагаемом рисунке показаны типичные результаты опубликованного моделирования.
Существование волновых лучей, поперечных рельефу дна океана, вызывает споры, и недавние объяснения их неадекватны. Настоящее исследование было проведено для уточнения литературы.
Исследователи получили несколько неожиданный результат для балки, лежащей на критическом наклоне. Исходная точка волновых лучей (пурпурная точка на панели (b) рисунка) находится рядом, но все же на некотором расстоянии от резкого разрыва континентального шельфа. Теоретически внутренние волны должны генерироваться по всему склону вниз, поэтому непонятно, почему лучи должны исходить из этого одного загадочного места. Будущие исследования будут сосредоточены на определении того, почему возникает эта особенность и что она означает для моделирования этого важного глобального явления.