ВО́ЛНЫ В ОКЕА́НЕ

ВО́ЛНЫ В ОКЕА́НЕ, воз­му­ще­ния фи­зич. па­ра­мет­ров океа­на (плот­но­сти, дав­ле­ния, ско­ро­сти, по­ло­же­ния мор. по­верх­но­сти и др.) от­но­си­тель­но не­ко­то­ро­го ср. со­стоя­ния, спо­соб­ные рас­про­стра­нять­ся от мес­та их воз­ник­но­ве­ния или ко­ле­бать­ся внут­ри ог­ра­ни­чен­ной об­лас­ти. В фи­зич. за­да­чах вол­но­вые дви­же­ния в океа­не при­ня­то клас­си­фи­ци­ро­вать по ти­пу сил, от­вет­ст­вен­ных за их воз­ник­но­ве­ние и рас­про­стра­не­ние. Вы­де­ля­ют пять осн. ти­пов В. в о.: аку­сти­че­ские (зву­ко­вые), ка­пил­ляр­ные, гра­ви­та­ци­он­ные, ги­ро­ско­пи­че­ские (инер­ци­он­ные) и пла­не­тар­ные.

Аку­сти­че­ские вол­ны рас­про­стра­ня­ют­ся в океа­не бла­го­да­ря сжи­мае­мо­сти во­ды. Ско­рость рас­про­стра­не­ния волн (ско­рость зву­ка) за­ви­сит от со­стоя­ния во­ды (темп-ры, со­лё­но­сти), глу­би­ны оке­а­на и из­ме­ня­ет­ся в пре­де­лах 1450–1540 м/с. Вы­со­ко­час­тот­ные аку­стич. вол­ны (с час­то­та­ми от еди­ниц до де­сят­ков кГц) ис­поль­зу­ют­ся для гид­ро­аку­стич. свя­зи и под­вод­ной ло­ка­ции, вклю­чаю­щей в се­бя из­ме­ре­ние глу­бин, оп­ре­де­ле­ние па­ра­мет­ров мор. сре­ды (в ча­ст­но­сти, из­ме­ре­ние ско­ро­стей мор. те­че­ний на ос­но­ве эф­фек­та До­п­ле­ра), ло­ка­цию ско­п­ле­ний мор. жи­вот­ных, под­вод­ных су­дов и т. п. С эф­фек­том под­вод­но­го зву­ко­во­го ка­на­ла свя­за­но яв­ле­ние сверх­даль­не­го рас­про­стра­не­ния зву­ка, по­зво­ляю­щее ис­поль­зо­вать низ­ко­час­тот­ные зву­ко­вые вол­ны для даль­ней гид­ро­аку­стич. ло­ка­ции и ди­аг­но­сти­ки круп­но­мас­штаб­ной из­мен­чи­во­сти оке­ан­ской сре­ды.

Ка­пил­ляр­ные вол­ны свя­за­ны с си­лой по­верх­но­ст­но­го на­тя­же­ния во­ды, ко­то­рая яв­ля­ет­ся пре­об­ла­даю­щей для дос­таточ­но ко­рот­ких по­верх­но­ст­ных волн. Ха­рак­тер­ная дли­на та­ких волн оп­ре­де­ля­ет­ся от­но­ше­ни­ем ко­эф. по­верх­но­ст­но­го на­тя­же­ния к ус­ко­ре­нию сво­бод­но­го па­де­ния и со­став­ля­ет для чис­той во­ды 1,73 см. Эти вол­ны иг­ра­ют важ­ную роль во взаи­мо­дей­ст­вии океа­на и ат­мо­сфе­ры, су­ще­ст­вен­но вли­яя на те­п­ло- и га­зооб­мен. Разл. про­цес­сы в при­по­верх­но­ст­ном слое океа­на (те­че­ния, ве­тер, за­гряз­не­ние мор. по­верх­но­сти) силь­но из­ме­ня­ют по­ле ка­пил­ляр­ных волн, а сле­до­ва­тель­но, и от­ра­жа­тель­ные ха­рак­те­ри­сти­ки мор. по­верх­но­сти. Это яв­ле­ние ши­ро­ко ис­поль­зу­ет­ся при дис­тан­ци­он­ном зон­ди­ро­ва­нии океа­на: в за­да­чах аль­ти­мет­рии (оп­ре­де­ле­ние фор­мы по­верх­но­сти океа­на со спут­ни­ков), в за­да­чах ди­аг­но­сти­ки со­стоя­ния мор. по­верх­но­сти (вы­яс­не­ние на­ли­чия и ха­рак­те­ра за­гряз­не­ний, из­ме­ре­ние ха­рак­те­ри­стик при­поверх­но­ст­ных те­че­ний, вет­ро­во­го вол­не­ния и др.).

К по­верх­но­ст­ным гра­ви­та­ци­он­ным вол­нам (см. Вол­ны на по­верх­но­сти жид­ко­сти) от­но­сят­ся пре­ж­де все­го вет­ро­вые вол­ны, дли­ны ко­то­рых ле­жат в диа­па­зо­не от нес­коль­ких сан­ти­мет­ров до не­сколь­ких со­тен мет­ров, а ам­пли­ту­ды мо­гут пре­вы­шать 20 м. Су­ще­ст­вую­щие мо­де­ли про­гно­за вет­ро­вых волн по­зво­ля­ют с вы­со­кой точ­но­стью пред­ска­зы­вать ср. ха­рак­те­ри­сти­ки вол­не­ния (пе­ри­од, ам­пли­ту­ду), но не да­ют воз­мож­но­сти про­гно­зи­ро­вать ред­кие экс­тре­маль­ные со­бы­тия, напр. «вол­ны-убий­цы». Ам­пли­ту­да та­ких волн бо­лее чем в че­ты­ре раза пре­вы­ша­ет ср. ам­пли­ту­ду вол­не­ния, при­чём до­воль­но час­то «вол­ны-убий­цы» име­ют вид ямы, а не греб­ня. Дан­ное яв­ле­ние пред­став­ля­ет серь­ёз­ную опас­ность для су­до­ход­ст­ва и мор. строи­тель­ст­ва. По­верх­но­ст­ные гра­ви­та­ци­он­ные вол­ны мо­гут воз­бу­ж­дать­ся не толь­ко вет­ром, но и др. внеш­ни­ми воз­дей­ст­вия­ми (зем­ле­тря­се­ния­ми, над- и под­вод­ны­ми ополз­ня­ми и др.). Из­ред­ка та­кие воз­дей­ст­вия при­во­дят к воз­ник­но­ве­нию цу­на­ми, ко­то­рые спо­соб­ны про­из­во­дить ка­та­ст­ро­фич. раз­ру­ше­ния в при­бреж­ной зо­не. Важ­ный слу­чай гра­ви­та­ци­он­ных волн – при­лив­ные вол­ны (см. При­ли­вы и от­ли­вы), воз­ни­каю­щие вслед­ст­вие пе­рио­дич. из­ме­не­ния при­тя­же­ния Лу­ны и Солн­ца в дан­ной точ­ке Зем­ли, что при­во­дит к пе­рио­ди­че­ско­му (как пра­ви­ло, два раза в су­тки) из­ме­не­нию уров­ня мо­ря.

Внут­рен­ние гра­ви­та­ци­он­ные вол­ны (см. Внут­рен­ние вол­ны) раз­ви­ва­ют­ся в тол­ще океа­на бла­го­да­ря её вер­ти­каль­ной стра­ти­фи­ка­ции (за­ви­си­мо­сти плот­но­сти во­ды от глу­би­ны). Ха­рак­тер­ная час­то­та та­ких волн, т. н. час­то­та пла­ву­че­сти или час­то­та Брен­та – Вяй­ся­ля, из­ме­ня­ет­ся в очень ши­ро­ких пре­де­лах (от де­сят­ков се­кунд до де­сят­ков ча­сов). Дли­ны внут­рен­них волн мо­гут со­став­лять от не­сколь­ких мет­ров до со­тен ки­ло­мет­ров. Эти вол­ны иг­ра­ют важ­ную роль в вер­ти­каль­ном пе­ре­ме­ши­ва­нии вод и ди­на­ми­ке круп­но­мас­штаб­ных те­че­ний, су­ще­ст­вен­но влия­ют на рас­про­стра­не­ние зву­ко­вых волн в океа­не. Внут­рен­ние гра­ви­та­ци­он­ные вол­ны мо­гут пред­став­лять серь­ёз­ную опас­ность для под­вод­но­го су­до­ход­ст­ва в об­лас­тях их ин­тен­сив­ной ге­не­ра­ции, вы­зван­ной осо­бен­но­стя­ми рель­е­фа, круп­но­мас­штаб­ны­ми те­че­ния­ми и т. п.

Ги­ро­ско­пи­че­ские вол­ны (инер­ци­он­ные вол­ны) обу­слов­ле­ны си­лой Ко­рио­ли­са. Ми­ним. пе­ри­од этих волн оп­ре­де­ля­ет­ся гео­гра­фич. ши­ро­той $φ$ мес­та и ра­вен $12\: ч/sinφ$, т. е. со­став­ля­ет по­ло­ви­ну су­ток на по­лю­се и стре­мит­ся к бес­ко­неч­но­сти на эк­ва­то­ре. В от­кры­том мо­ре инер­ци­он­ные вол­ны про­яв­ля­ют­ся как инер­ци­он­ные ко­ле­ба­ния – поч­ти не рас­про­стра­няю­щие­ся в про­стран­ст­ве пе­рио­дич. ко­ле­ба­ния го­ри­зон­таль­ной ско­ро­сти те­че­ния, лег­ко воз­бу­ж­дае­мые вет­ром. По­сколь­ку оке­ан силь­но стра­ти­фи­ци­ро­ван по глу­би­не, в нём ча­ще все­го на­блю­да­ют­ся вол­ны сме­шан­но­го ти­па – гра­ви­та­ци­он­но-ги­ро­ско­пи­че­ские, в ко­то­рых су­ще­ст­вен­ны вер­ти­каль­ные дви­же­ния во­ды. Та­кие вол­ны спо­соб­ны зна­чи­тель­но вли­ять на вер­ти­каль­ное пе­ре­ме­ши­ва­ние верх­не­го слоя океа­на.

Пла­не­тар­ные вол­ны (Росс­би вол­ны) со­з­да­ют­ся из­мен­чи­во­стью па­ра­мет­ра Ко­рио­ли­са по ши­ро­те, что при­во­дит к воз­ник­но­ве­нию воз­вра­щаю­щей си­лы для дви­же­ний, имею­щих вос­точ­ную со­став­ляю­щую. Ха­рак­тер­ный мас­штаб этих волн, т. н. мас­штаб Росс­би, мо­жет со­став­лять сот­ни ки­ло­мет­ров. С вол­на­ми Росс­би свя­зы­ва­ют си­ноп­ти­че­скую из­мен­чи­вость океа­на и ат­мо­сфе­ры и со­от­вет­ст­вую­щие ди­на­мич. струк­ту­ры – си­ноп­тич. вих­ри в океа­не и ат­мо­сфе­ре. Из­ме­не­ние глу­би­ны океа­на мо­жет соз­да­вать эф­фект, ана­ло­гич­ный пе­ре­мен­но­му вра­ще­нию. Воз­ни­каю­щие вслед­ст­вие это­го вол­но­вые дви­же­ния по­лу­чи­ли на­зва­ние то­по­гра­фич. волн Росс­би.

Осо­бый класс вол­но­вых дви­же­ний в оке­а­не со­став­ля­ют крае­вые вол­ны, воз­ни­каю­щие в при­бреж­ных об­лас­тях (вол­ны Пу­ан­ка­ре, Кель­ви­на). Их су­щест­во­ва­ние оп­ре­де­ля­ет­ся на­ли­чи­ем го­ри­зон­таль­ной гра­ни­цы (бе­рег, кром­ка оке­ан­ско­го шель­фа и т. п.), вдоль ко­то­рой про­ис­хо­дит рас­про­стра­не­ние волн, в ком­би­на­ции с др. фи­зич. фак­то­ра­ми, та­ки­ми, как из­ме­не­ние глу­би­ны, вра­ще­ние Зем­ли, вер­ти­каль­ная стра­ти­фи­ка­ция, на­ли­чие вдоль­бе­ре­го­вых сдви­го­вых те­че­ний и др.

В при­ро­де, как пра­ви­ло, на­блю­да­ют­ся слож­ные сме­шан­ные ти­пы вол­но­вых дви­же­ний: гра­ви­та­ци­он­но-ка­пил­ляр­ные, гра­ви­та­ци­он­но-ги­ро­ско­пи­че­ские и др.