В океанографии фронт — это граница между двумя различными водными массами . Формирование фронтов зависит от множества физических процессов, и небольшие различия в них приводят к широкому спектру типов фронтов . Они могут быть шириной в несколько сотен метров и шириной в несколько десятков километров. [ 1 ] Хотя большинство фронтов формируются и исчезают относительно быстро, некоторые могут сохраняться в течение длительных периодов времени.
Традиционно океанский фронт определялся как граница между двумя различными водными массами. [ 2 ] Однако нынешнее использование спутниковых данных позволяет получить динамическое определение с более высоким разрешением, основанное на наличии сильных течений.
Историческое определение фронтов с использованием водных масс , водоемов, различающихся по физическим свойствам, таким как температура и соленость, основывалось на данных низкого разрешения, полученных в ходе исследовательских круизов. Поскольку объединение этих данных заняло много времени, полученные положения фронтов дали усредненное по времени представление, показывающее только крупномасштабную структуру. Например, в Южном океане это привело к определению пяти фронтов, которые считались непрерывными и циркумполярными, достигающими больших глубин и находящимися под сильным влиянием батиметрии . [ 3 ] Водные массы по обе стороны таких фронтов различаются по температуре , солености или плотности , а также по другим океанографическим маркерам. [ 2 ]
Помимо физических определений, описанных выше, можно также разделить фронты с помощью пространственного определения. На местном уровне фронты часто определяются с использованием порогового значения градиента: положение фронта определяется на основе того, где пространственный градиент величины, такой как высота морской поверхности или температура, превышает определенный порог. [ 3 ] Это напоминает описанное выше динамическое определение фронтов сильных течений. При определении фронтов в глобальном масштабе часто используются конкретные значения высоты или температуры морской поверхности, напоминающие традиционное определение водной массы. [ 3 ]
Различия в расположении и процессах формирования приводят к широкому разнообразию типов фронтов. Ниже описаны несколько основных типов в зависимости от места их обнаружения, но все же эти определения могут частично пересекаться.
Поверхность эстуария перед устьем реки Рио-де-ла-Плата. Точное место изменения цвета, подразумевающее переход от пресной воды к соленой, зависит от ветров и течений. Фотография сделана НАСА.
Некоторые из самых сильных фронтов возникают в эстуариях . [ 7 ] В этих регионах пресный речной приток встречается с гораздо более соленой морской водой, образуя сильные градиенты солености и приводя к образованию фронта солености. [ 8 ] [ 9 ] Большая разница между большинством других океанских фронтов заключается в том, что эстуарные фронты часто возникают в меньшем пространственном масштабе, тем самым допуская лишь ограниченный эффект силы Кориолиса и геострофического движения . [ 8 ] Поскольку эти фронты не находятся в инерционном равновесии, для выживания им необходим постоянный источник энергии , что объясняет их относительно короткое время жизни. [ 8 ] С другой стороны, это также приводит к тому, что эти фронты могут формироваться относительно быстро по сравнению с более крупными фронтами. [ 8 ]
Эстуарные фронты можно разделить на две основные категории в зависимости от диапазона глубин, на которых они залегают: поверхностные фронты и придонные фронты.
Фронты на поверхности часто можно увидеть визуально, например, как линию пены, образующуюся из-за сближения водных масс , или изменения цвета из-за различий в переносе наносов . [ 9 ] [ 8 ] [ 7 ] Последнее приводит к тому, что устьевые фронты часто также можно рассматривать как фронты мутности , поскольку реки могут переносить большое количество наносов во взвешенном состоянии . [ 9 ] В зависимости от влияния приливных течений могут формироваться различные фронты эстуарной поверхности .
Фронты шлейфа : в устье реки с ограниченным приливным влиянием энергия, доступная для смешивания вод, может быть ограничена. [ 10 ] Это позволяет более плавучей вытекающей пресной воде образовывать слой на поверхности, распространяясь в сторону моря, особенно во время отлива. [ 11 ] [ 10 ] [ 12 ] На границе между этим пресноводным шлейфом и окружающей морской водой образуются сильные градиенты солености и плотности. [ 13 ] Пример такого фронта расположен в устье Чесапикского залива , но эти фронты также распространены перед устьями рек, такими как Миссисипи , Амазонка или река Коннектикут . [ 14 ] Схематическое изображение приливного фронта вторжения с характером течения на поверхности.
Приливные фронты вторжения . Как правило, очень большие приливные диапазоны в эстуариях приводят к смешиванию вод и тем самым препятствуют формированию фронта. [ 12 ] Однако в некоторых особенно небольших эстуариях фронт может образовываться во время фазы прилива. [ 15 ] [ 12 ] В этом случае, когда выходящие из реки пресные воды сливаются с солеными, поступающими во время паводка, слой пресной воды на поверхности оттесняется назад, а соленая вода опускается на дно. [ 12 ] Это приводит к сильным градиентам солености и формирует фронт характерной V-образной формы. [ 15 ] [ 12 ] На пресноводной стороне фронта водовороты могут образовывать и рециркулировать воду и материал на поверхности. [ 12 ] Такие фронты можно найти, среди прочего, в уэльском устье Сейонт , шотландском Лох-Креран и южноафриканском устье Пальмиет . [ 15 ]
Формирование осевого конвергенции, продольного или сдвигового фронта. Приток океанской воды в фазу паводка происходит с более высокими скоростями в центре лимана. Это приводит к градиентам скорости и сдвига, которые приближают воду к центру на поверхности и приводят к сходящейся циркуляции. Осевая конвергенция, продольные или сдвиговые фронты : в эстуариях, где приливные потоки еще сильнее, пресные речные и соленые океанские воды хорошо перемешаются. [ 10 ] Поскольку середина устья обычно глубже боковых сторон, возникают различия в горизонтальном сдвиге . [ 16 ] [ 10 ] Это приводит к более высоким скоростям в середине устья, чем по бокам. [ 16 ] Кроме того, сдвиг будет выше на дне реки, создавая вертикальный градиент скорости. [ 11 ] [ 10 ] Вместе эти градиенты приведут к сходящейся циркуляции, которая может простираться очень далеко в устье реки. [ 13 ] [ 11 ] [ 10 ] На это расстояние влияют различия плотности в продольном направлении (вдоль оси реки). [ 11 ] [ 10 ] Такой фронт можно наблюдать, например, в устье реки Конви или в устье реки Йорк . [ 16 ]
Другая группа эстуарных фронтов особенно сильна в нижней части лимана. [ 7 ]
Фронты соляного клина . Фронт соляного клина часто связывают с фронтом шлейфа. Слабые приливные движения позволяют ограничить перемешивание соленой и пресной воды, что помимо вытекающей пресной воды обеспечивает приток соленой воды по дну лимана. [ 17 ] [ 10 ] В голове этой интрузии возникает сильный градиент солености, маркирующий положение фронта соляного клина. [ 10 ] Примером таких фронтов являются фронты в устьях рек Фрейзер , Мерримак и Рио-де-ла-Плата .
Летом, вдали от источников пресной воды, шельфовые моря умеренного пояса разделяются на термически стратифицированные области, находящиеся под влиянием различий в плавучести слоев, и вертикально хорошо перемешанные области, находящиеся под сильным влиянием приливного перемешивания. [ 18 ] Области между этими двумя называются фронтами приливного перемешивания. [ 19 ] Это перемешивание обычно распространяется только на глубину около 50 метров, а в некоторых случаях и до 100 метров. [ 9 ] с горизонтальным градиентом температуры обычно 1 °C км −1 . [ 19 ] Большие температурные градиенты, демонстрируемые фронтами, ясно видны на спутниковых инфракрасных (ИК) изображениях морской поверхности, которые позволяют отслеживать положение фронтов и следить за их развитием. [ 20 ]
Полочно-разрывные фасады – самый распространенный фронтальный тип. Эти фронты совпадают с разломом шельфа , местом, где относительно плоский континентальный шельф переходит в более крутой континентальный склон , и находятся под влиянием главным образом приливного и ветрового перемешивания. [ 19 ] В этих местах вода на шельфе отделяется от океанической воды за шельфом. [ 18 ] В отличие, например, от приливных фронтов перемешивания, эти фронты можно рассматривать как фронты водных масс, поскольку они разделяют две отдельные водные массы: береговую и морскую. Эти фронты всегда связаны с четко определенным течением . [ 9 ] Примеры фронтов прорыва шельфа встречаются в Срединно-Атлантическом заливе и Бискайском заливе .
Механизм апвеллинга у побережья, создающего апвеллинг прибрежного фронта.
Обычно сильные течения, называемые западными пограничными течениями на восточной границе континентов образуются . Эти сильные течения могут переносить водные массы на большие расстояния, приводя их в контакт с водными массами, имеющими совершенно разные свойства. Эти различия в свойствах вместе с такими факторами, как скорость, вызывают очень сильные градиенты между западными пограничными течениями и окружающей водой, что приводит к образованию фронтов западных пограничных течений. Эти фронты относятся к числу самых мощных фронтов, которые можно наблюдать, и могут простираться на многие тысячи километров. [ 9 ] Примеры таких фронтов встречаются с Гольфстримом . [ 22 ] Куросио [ 23 ] и Агульясские течения . [ 24 ]
Помимо прибрежного апвеллинга, наблюдается и сильный апвеллинг вдоль экватора . В этом случае сила Кориолиса мала вблизи экватора, поскольку она меняет знак между полушариями . Западные пассаты затем приводят к переносу Экмана , который перемещает поверхностные воды от экватора в обоих полушариях. Замещающая вода апвеллинга будет холоднее окружающих поверхностных вод, что снова создаст сильный вертикальный градиент температуры, который приведет к образованию фронта. [ 2 ] Поскольку расположение пассатов меняется в зависимости от сезона, то же самое происходит и с расположением экваториального фронта апвеллинга. [ 25 ] Этот тип фронта встречается главным образом в Атлантическом и Тихом океанах . [ 9 ] Однако в Индийском океане эти фронты не так сильны. [ 9 ] Вероятно, это связано с различием между океаническими бассейнами, поскольку Индийский океан простирается лишь немного севернее экватора, в то время как другие бассейны достигают северного полюса . [ 9 ]
, Белая линия Тихого океана показанная здесь, является примером субтропического фронта конвергенции. При этом плавучая диатомовая ризозоления собирается спереди в таких больших количествах, что ее можно увидеть из космоса.
Субтропический регион окружен ветрами восточного направления в высоких широтах и ветрами западного направления в более низких широтах . Экмановский перенос, связанный с этими ветрами, в обоих случаях направляет поток воды в сторону субтропиков , приводя к сближению здесь более холодных вод из средних широт и более теплых вод из тропиков . [ 26 ] Это приводит к образованию субтропического фронта конвергенции. Поскольку водные массы по обе стороны фронта имеют разную температуру, это создает сильный температурный градиент и позволяет рассматривать такие фронты как тепловые фронты. [ 27 ] Кроме того, накопление воды в этом регионе приводит к небольшому повышению уровня моря . Это увеличивает давление на толщу воды и приводит к опусканию воды . [ 2 ] В некоторых случаях это может поддерживать местные морские сообщества, поскольку такие организмы, как саргассум , плавающие в верхних слоях океана, будут двигаться вперед вместе с водой и оставаться в верхних слоях ближе к фронту. [ 28 ] Примеры субтропических фронтов конвергенции можно найти, среди прочего, в Саргассовом море и северной части Тихого океана , а также в южных частях Атлантического , Индийского и Тихого океанов . [ 9 ]
могут образовываться два типа фронтов Вокруг кромок морского льда в зависимости от глубины, на которой они встречаются. Основное различие между этими двумя видами заключается в выделении соли во время образования морского льда , называемом отторжением рассола . Это создает конвекцию , вызванную соленостью, перенося соленые воды на большую глубину. При таянии морского льда соленость поверхностных вод снижается за счет поступления пресной воды. Это создает локальный фронт солености между более солеными более глубокими водами и поверхностной талой водой с низкой соленостью. [ 9 ]
Фронты верхнего слоя : В верхнем слое можно обнаружить один тип фронтов краевой ледяной зоны, который широко распространен вдоль кромки льда. Эти фронты верхнего слоя вызваны разницей температур между теплыми водами верхнего слоя и холодным льдом. [ 29 ]
Фронты нижнего слоя . Второй тип фронта краевой ледяной зоны — это фронт нижнего слоя. Этот тип встречается в нижнем слое между обитающими зимними придонными водами и летними водами. [ 29 ]
Примерное положение трех фронтов Южного океана, связанных с Антарктическим циркумполярным течением: Южный фронт антарктического циркумполярного течения (SACC), Антарктический полярный фронт (PF) и Субантарктический фронт (SAF). Кроме того, показан Фронт субтропической конвергенции (STF).
возникает очень важная группа фронтов В Южном океане . Для этого бассейна характерно интенсивное Антарктическое циркумполярное течение (АКТ), идущее на восток, которое является одной из самых мощных систем течений на Земле. Кроме того, различные водные массы , встречающиеся в этом бассейне, связаны с сильными градиентами плотности, которые достигают большой глубины и приводят к сильно наклоненным изопикнальным поверхностям (плоскости постоянной плотности), которые мелеют к югу. [ 30 ] В совокупности эта динамика приводит к формированию сильных и устойчивых фронтов. Используя традиционное определение фронтов, это единственный океанский бассейн, где можно обнаружить циркумполярные фронты. Тем не менее структура фронтов вокруг Антарктиды несколько раз перестраивается, что приводит к распаду единого фронта на множество более мелких субфронтов. [ 30 ]
Внутри АКТ (с севера на юг) определены фронты: Субантарктический фронт (САФ), Антарктический полярный фронт (АПФ) и Южный фронт АКТ (ЮАККФ). Однако к югу от этих трех фронтов можно выделить еще два: Южный пограничный фронт (SBF) и Антарктический наклонный фронт (ASF). АЧС формируется между шельфовыми водами вблизи антарктического континента и прибрежными океаническими водами и, следовательно, также может рассматриваться как фронт прорыва шельфа. [ 9 ] Однако в этом случае на фронт влияет дополнительный процесс — стоковые ветры . Они переносят воздух высокой плотности с возвышенностей вниз по склону под действием силы тяжести и помогают поддерживать западное течение над шельфом и, следовательно, над фронтом. [ 30 ]
Фронты важны во многих аспектах. Некоторые типы фронтов, такие как фронты апвеллинга и конвергенции, являются местами выраженного обмена между глубокими и поверхностными океанами и могут катализировать образование мезомасштабных вихрей и субмезомасштабных волокон. [ 3 ] Апвеллинговые фронты могут выносить питательные вещества на поверхность и приводить к росту фитопланктона . Этот рост фитопланктона, в свою очередь, может поддерживать другие морские организмы в этом районе. Некоторые фронты создают горячие точки морского биоразнообразия и биогеохимических процессов , когда они переносят макроэлементы из прилегающей богатой питательными веществами водной массы в ограниченную питательными веществами и физически стабильную эвфотическую зону , усиливая новую первичную продукцию. [ 31 ] Действительно, фронты Южного океана разделили этот океан на ряд отдельных биофизических зон и, следовательно, на ряд отдельных сред обитания, которые, в свою очередь, поддерживают различную биоту . [ 3 ] Поскольку прибрежные воды, как правило, более богаты питательными веществами, чем морские воды, шельфовые морские фронты часто обозначают резкие биогеохимические границы. Однако сильное перемешивание, происходящее на некоторых фронтах, может обеспечить питательными веществами эвфотическую зону и повысить продуктивность . [ 18 ] Избыток углеродной биомассы, производимой на фронтах, может экспортироваться вниз, питая более глубокие пелагические и донные сообщества . Нисходящий перенос углеродной биомассы является важным путем в глобальном углеродном цикле , особенно в мелководных морях, где часть твердых частиц органического углерода, зафиксированных фотосинтезом, накапливается в донных отложениях . [ 31 ]
Arc.Ask3.Ru Номер скриншота №: f5ee0c8e68202c3af24b1b9ec63502ca__1708138260 URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/f5/ca/f5ee0c8e68202c3af24b1b9ec63502ca.html Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1: Front (oceanography) - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)
