Подводные течения в прибрежных водах (Rip current). Течения в Чёрном море

Течения Черного моря

Результаты наших исследований течений Северного и Среднего Каспия значительно отличались от представлений, имевших наибольшее распространение. Поэтому мы стремились сопоставить их с опубликованными результатами исследований в других водоемах. Постепенно мы перешли от исследований течений Каспия к исследованиям природы конкретных видов течений – ветровых, термохалинных, квазипостоянных циркуляций, длинноволновых, инерционных и т. д. в различных водоемах – в Черном море, в Охотском море, в озерах Ладожское, Гурон и т. д., в тех водоемах, по которым удается найти результаты измерений.

Такой подход значительно расширяет количество экспериментальных данных пригодных для анализа. Мы можем сравнивать параметры течений в различных водоемах. Это позволит лучше понять свойства изучаемых процессов образования и существования течений. Основные методы исследования были придуманы при исследованиях течений Северного и Среднего Каспия.

Рассмотрим результаты инструментальных наблюдений за течениями в различных морях и в крупных озерах.

2.1. Течения Черного моря

Площадь Черного моря 423 488 км . Наибольшая ширина по параллели 42°21′ с.ш. – 1148 км., по меридиану 31°12′ в.д.- 615 км. Длина береговой линии 4074 км .

Рис. 2.1. Схема циркуляции вод Черного моря. 1 – Кольцевое циклоническое течение (КЦТ) – среднее положение стрежня; 2 – меандры КЦТ; 3 – прибрежные антициклонические вихри (ПАВ); 4 – циклонические вихри (ЦВ); 5 –Батумский антициклонический вихрь; 6 – Калиарский ПАВ; 7 – Севастопольский ПАВ; 8 – Керченский ПАВ; 9 – квазистационарные циклонические круговороты (Косьян Р. Д. и др. 2003).

Генеральная циркуляция вод Черного моря – Основное Черноморское Течение (ОЧТ) характеризуется циклоническим движением вод (рис. 2.1). Ее главным структурным элементом является Кольцевое циклоническое течение (КЦТ). У Кавказского побережья КЦТ занимает полосу вдоль берега шириной 50-60 км.и несет свои воды в генеральном направлении на северо-запад. Осевая линия потока прослеживается на расстоянии 20-35 км от берега, где скорости достигают 60-80 см/с. Это течение проникает на глубину 150-200 м в летний период, 250-300 м в зимний период, иногда до глубины 350-400 м. Стрежень течения испытывает волнообразные колебания, отклоняется то вправо, то влево от своего среднего положения, т. е. это струйное течение меандрирует. На рис. 2.1. представлено наиболее распространенное представление о структуре течений Черного моря.

Результаты измерений течений проведенные в продолжении 5 месяцев в береговых водах в северо-восточной части Черного моря приводятся на рис. 2.2.

На рисунках мы видим, что течения охватывают всю толщу вод, изменения синхронны на всех горизонтах.

Рис. 2.2. Фрагмент временной последовательности получасовых векторов течения с 20 по 23 декабря 1997 г. Точка 1 – горизонты 5, 26 и 48 м.; точка 2 – горизонты 5 и 26 м.; точка 3 – горизонт 10 м. (Косьян Р. Д. и др. 2003).

В этих исследованиях не производилась фильтрация с целью выявления длиннопериодных волновых течений. Измерения продолжались 5 мес., т.е. можно показать около 5 периодов изменчивости длиннопериодных волновых течений и их изменчивость в разных пунктах, различие и общие черты по мере удаления от берега. Вместо этого авторы приводят объяснения, которые соответствуют традиционным представлениям.

Рис. 2.3. Расположение приборов у южного берега Крымского полуострова в пунктах 1–5 (Иванов В. А., Янковский А. Е. 1993).

Рис. 2.4. Изменчивость скорости течений в пунктах измерения 3 и 5 (рис. 2.12) на горизонте 50 м.. Высокочастотные колебания с периодом 18 час. И менее отфильтрованы при помощи фильтра Гаусса. (Иванов В. А., Янковский А. Е. 1993).

Измерения течений в прибрежной зоне с помощью автономных буйковых станций (АБС) были проведены у южного берега Крымского полуострова в Черном море в 6 точках на 4 горизонтах с июня по сентябрь 1991 г. (рис. 2.3). (Иванов В. А., Янковский А. Е. 1993).

Одна из основных задач - исследование захваченных берегом волн. Зарегистрированы длинноволновые течения с периодом 250.-300ч. и амплитудой до 40 см/с.(рис. 2.4). Фаза распространялась на запад со скоростью 2 м/с. (Заметим, что значение фазовой скорости получено из расчета, а не по разнице во времени прохождения волны в двух соседних точках).

Циркуляция вод в верхнем слое Черного моря показана по дрифтерным данным (Журбас В. М. и др. 2004). В Черном море были запущены более 61 дрифтеров, которые переносились течением крупномасштабной циркуляции вдоль берега.

Рис. 2.5. Траектория дрифтера № 16331 в юго-западной части Черного моря. Цифры на траектории- сутки, прошедшие со времени запуска дрифтера (Журбас В. М. и др. 2004).

Закономерности продвижения дрифтеров показывают закономерности течений. Наиболее распространенное заблуждение по поводу характера течений в Черном море: течения циклонической циркуляции является струйным меандрирующим течением. Меандры, оторвавшись от основной струи, образуют вихри. Такой «вихрь» авторы демонстрируют на рис. 2.5.

На следующем рисунке (2.6) показана изменчивость составляющих скорости перемещения (течения) дрифтера вдоль траектории. Хорошо видна периодическая изменчивость скорости течения. Период изменчивости от 2 двух до 7 суток. Скорость изменяется от - 40 см/с. до 50 см/с., но средняя величина скорости (жирная линия) близка к нулю. Дрифтер движется по круговой траектории. Он отражает движение водной массы волновой природы.

Бондаренко А. Л. (2010) показывает путь одного из дрифтеров в Черном море (рис. 2.7), и изменчивость скорости продвижения дрифтера вдоль траектории (рис. 2.8). Так же, как и в предыдущей работе видно, что наблюдаются течения волновой природы, а не струйное, меандрирующее течение. Привлекает внимание путь, пройденный дрифтером в начальный период своего плавания. Начальная точка (0) находится в центре западной части моря.

Рис. 2.6. Временной ряд компонентов скорости дрифтера 16331. Ut-долготная составляющая скорости (+/- соответственно восток/запад), Vt- широтная составляющая [Журбас В. М. и др. 2004].

По представлениям (рис. 2.1) эта точка находится вне КЦТ. Но мы видим, что дрифтер совершил путь циклонической направленности по растянутому почти эллипсу, затем 20 суток двигался в ю.з. направлении, где попал в КЦТ и перемещался в нем весь дальнейший путь. По этой траектории можно рассчитать скорость течения в разных участках траектории, а по (рис. 2.8) видна периодичность в.ч. и н.ч. изменчивости этой скорости.

Рис. 2.7. Путь дрифтера в Черном море (Бондаренко А. Л., 2010).

Рассмотренные выше примеры измерений показывают, что Основное Черноморское течение, Кольцевое циклоническое течение (КЦТ) представляет собой результирующее движение длиннопериодных волновых течений. Понимание о геострофическом характере течений КЦТ и его меандрировании ошибочно. Период изменчивости волновых течений в северной части 260 ч. По мере продвижения вдоль берега, из за неровностей береговой линии и поверхности дна составляющие скорости течения поперек берега становятся соизмеримыми с составляющими вдоль берега, траектории дрифтеров приобретают кольцеобразную форму. Период изменчивости сильно уменьшается.

Рис. 2.8. Изменчивость скорости перемещения дрифтера по траектории, показанной на рис.2.7. (Бондаренко А. Л., 2010) .

Многие люди, которые хорошо плавают или неплохо держатся на воде, не понимают, как можно утонуть у самого берега. Услышав сводки новостей в сезон отпусков о туристах, «погибших возле берега», они думают, что жертвы либо не умели плавать, либо находились в состоянии алкогольного опьянения. Но они ошибаются. В чем же тогда причина?

Речь идет об очень опасном, но малоизвестном явлении — отбойных течениях, которые часто еще называют «тягунами» и «рипами» (англ. — rip current). Отбойные течения есть во всех уголках планеты и в Мексиканском заливе, и на Черном море, и на острове Бали. С этими коварными рипами могут не справиться не только обычные люди, но и первоклассные пловцы, которые не знают, как себя вести в этой ситуации.

Все происходит неожиданно: вот вы плыли от берега, а потом повернули назад, но ничего не получается… Вы плывете изо всех сил, но остаетесь на одном месте или даже удаляетесь еще дальше. Все попытки безуспешны, силы на исходе и вы близки к панике…

Для начала важно понимать принцип действия рипа. Это тип морских и океанических течений, направленных под прямым углом к берегу и образующихся в процессе отхождения потока прилившей воды в сторону моря.

Самыми опасным считаются отбойные течения в мелководных морях с пологим берегом, который обрамляют песчаные отмели, косы и островки (Азовское море и т. п.). В этих местах во время отлива возвращению массы воды в море препятствуют песчаные косы. Давление воды на узкий пролив, соединяющий море с лиманом, многократно возрастает. В итоге образуется быстрый поток, по которому вода движется со скоростью 2,5-3,0 м/с.

Эти «коридоры» появляются в разных местах у самого берега во время приливов. Волны накатываются и приносят водную массу, а затем с разной скоростью уходят в море или океан, образуя при этом обратное течение. Это наблюдается в зонах, где часто происходят приливы и отливы.

На прилагаемом снимке с красной стрелкой не столь заметны потоки бурлящей воды, но зато отчетливо просматривается само течение и люди, попавшие в него.

Чаще всего ширина рипа 2-3 м, а скорость течения — 4-5 км/час, что не является опасным.
Но периодически возникают «тягуны» шириной до 50 м, длиной до 200-400 м и скоростью до 15 км/ч! Это случается гораздо реже. Но случается!
Как же научиться отличать места, где есть рипы, чтобы не попасть в них? В первую очередьобращайте внимание на следующие характерные признаки:

Видимый канал бурлящей воды перпендикулярен берегу;

В прибрежной зоне имеются участки с другим оттенком воды: например, вокруг все светло-голубое или зеленоватое, а какая-то зона белая. Участки с пеной, движущимися морскими водорослями и пузырями, который движутся от берега в открытое море;
В сплошной полосе приливных волн имеется 5-10-метровый разрыв;

Если заметили что-то из перечисленного, никогда не плавайте в этом месте. Но опасность в том, что 80% внезапно возникающих рипов внешне себя не проявляют. Именно в их «цепкие лапы» попадает большинство туристов. Выявить такие зоны могут лишь профессиональные спасатели.

Важно помнить, что отбойные течения часто возникают у берега, поэтому они способны затянуть даже людей, стоящих в воде по пояс или по грудь. И если у пловцов шансы спастись велики, то у людей, не умеющих плавать, их критически мало. Поэтому не купайтесь в одиночку и не входите в те места, которые кажутся вам подозрительными.

Отдайте предпочтение оживленным пляжам, где дежурят спасатели.

И всегда обращайте внимание на красные флаги и знаки на пляже в тех местах, где категорически запрещено купаться. Это не шутки!

И самый важный момент! Как себя вести тем, кто попал в такое течение?

Правила поведения в отбойном течении

1. Преодолейте панику! Возьмите себя в руки, ведь люди, знающие правила поведения в рипе, спасаются в 99% случаев.

2. Берегите силы! Не нужно изо всех сил грести против течения, теряя запасы энергии. Плыть нужно не к берегу, а в сторону, параллельно пляжу. Если рип узкий (до 5 м), вы очень быстро из него выберитесь.

3. Анализируйте! Если вы гребете по правилам — в сторону, а выбраться не удается, значит рип широкий (от 20 м и больше). Тогда сразу прекращаем тратить силы и паниковать! Обратное течение обычно недолгое и уже через 3-4 минуты оно прекратится. После этого отплывите на 50-100 м в сторону, а уже потом возвращайтесь с передышками на берег.

А избежать паники вам помогут следующие факты:

Рип не утащит вас на дно. Чаще всего отбойные течения коротки и с большой скоростью движется верхний слой воды, который поддерживает плывущие объекты.

Рип не особо широкий. Его ширина не превышает 50 м. А в большинстве случаев составляет всего 10-20 м. В результате, проплыв вдоль берега буквально 20-30 м, вы заметите, что выплыли из рипа.

Длина рипа ограничена. Течение довольно быстро ослабевает, «тягун» теряет свою силу там, где волны достигают пика и начинают разбиваться. На серферском сленге это место называется «лайн ап» (line up). Как раз в нем собираются все серферы, готовящиеся покорять приходящие волны. Обычно «лайн ап» расположен не далее, чем в 100 м от берега.

Что это и чем опасно? Анапа прежде всего - водный курорт. Люди приезжают из-за Черного моря. Хотят купаться там, отдыхать, заниматься и серфингом. Однако, кроме благоприятного климата, обилия теплых дней и развитой инфраструктуры, есть особенности местности, о которых стоит узнать заранее. Например, об обратном течении.

Обратное течение - что это

Так называют разновидность морского течения. Это движение прибрежных вод. Образуется, когда масса воды сначала двигается к берегу, затем тянется обратно. Именно в момент оттока жидкости, возникает обратное течение.

Многие думают, что подобное течение тянет людей вниз, под воду. В реальности, сила течения тащит назад, от берега.
Это характерное явление для пляжей океанов, морей, даже крупных озер, где прибрежные воды образуют волны. У Анапы удобные, пологие пляжи, где могут купаться все, даже маленькие дети и неопытные пловцы. Но из-за этого даже небольшой, непродолжительный шторм способен вызвать настоящее обратное течение (тягун).

Чем опасно обратное течение?

Интересно, что явление бывает не только в моменты сильных ветров и колебания воды, но и когда в море царит настоящий штиль. Этим тягун и опасен. Невозможно предугадать, когда возникнет, где и сколько продлится.
Наиболее опасными считаются течения, возникающие в мелководных, имеющих пологие берега морях. Их обрамляют высокие песчаные отмели, имеются косы и небольшие островки. В периоды отлива, масса воды постепенно уходит обратно, в море. Этому мешают песчаные косы. Давление воды распределяется не равномерно, большая часть приходится на узкие, небольшие проливы, которые соединяют основную часть моря с лиманом. Давление быстро растет, в итоге там образовывается стремительный поток, где вода двигается 2,5-3,0 м/с.

Признаки образования обратного течения:

там волны с виду кажутся меньше, поверхность спокойнее;
цвет у воды коричневый, на него влияет песок, поднимаемый течением;
образуется пена, скапливаются водоросли.

Что делать, если попадаешь в такой тягун? Прежде всего, не бороться. Плыть против образованного там течения бесполезно, напор воды слишком высок. Как правило, ширина течения будет небольшой. Поэтому чтобы спастись, нужно сохраняя спокойствие, проплыть прямо, держась вдоль берега, пока сила течения постепенно не перестанет ощущаться. После чего аккуратно выбраться на сушу.
Течение ослабляют волны. Когда они, достигая пика, разбиваются, достигнув берега, тягун исчезает. Серферы называют подобное явление «лайн ап». Они стараются собираться в подобных местах, чтобы покорять все приходящие волны.

Можно ли покориться тягуну? Некоторые любители риска пытаются отыскать тягун, чтобы посмотреть, куда увлечет их течение. Особенно, если оно не тянет людей вниз, а тащит. Делать этого ни в коем случае нельзя. Ведь отбойное течение может потащить в глубоководную зону или место, где будет другое подводное течение. Маршрут тягуна даже опытным пловцам и дайверам предугадать невозможно. Лучше осторожно выйти с него и держать детей подальше от подобных мест.

При измерении высот на суше отсчет начинают от уровни моря. Это не означает, что уровень моря совершенно одинаков во всех районах Мирового океана. В частности, уровень Черного моря у Одессы на 30 см выше, чем у Стамбула, по этой причине вода устремляется из Черного моря в Средиземное (через Мраморное), и в проливе Босфор существует постоянное течение, выносящее черноморскую воду.Известно, что в атмосфере холодный воздух перемещается понизу в сторону теплого, более легкого. Точно так же движется и вода в Босфоре - тяжелая средиземноморская понизу течет в сторону черноморской. Интересно, что средиземноморская вода теплее, но, несмотря на это, более тяжелая: плотность воды больше зависит не от температуры, а от солености.Наименьшая ширина Босфора 730 м, а глубина местами не превышает 40 м, так что самое маленькое сечение пролива составляет всего 0,03 кв. км. Двум противоположным течениям здесь тесновато.Pарубежные ученые провели измерения в Босфоре в 40-50-х годах нашего века и заявили, что постоянного нижнего течения не существует в проливе. Средиземноморская вода попадает в Черное море якобы лишь изредка, в небольших количествах. Использованные для такого «переворота в науке» материалы оказались явно недостаточными. Авторы «открытия» не обратили внимания и на такое очевидное обстоятельство: поступление речных вод в Черное море намного превышает испарение с его поверхности. Так что, если бы море не подсаливалось постоянно средиземноморской водой, оно стало бы пресным. Это характерно именно для Черного моря, так как в Средиземном, например, испарение превышает речной сток, и динамика солевого баланса там иная.В научных спорах решающее значение имеют точные Факты, поэтому советские ученые, начиная с 1958 г., провели многолетние исследования, теперь уже не в проливе, а в Прибосфорском районе Черного моря. Экспедиционные работы возглавили гидрологи Института биологии южных морей, расположенного в Севастополе; в них принимали участие наши научные учреждения, а также болгарские и румынские ученые. Экспедиции в Прибосфорском районе позволили установить, что во все сезоны года средиземноморская вода попадает в Черное море. После выхода из пролива эта тяжелая вода идет у дна, на восток, образуя поток толщиной от 2 до 8 м, через 5-6 миль поворачивает на северо-запад, а в области континентального склона разбивается на отдельные струи, постепенно опускается на большую глубину и перемешивается с черноморской водой.Исследования показали, что в Босфоре оба течения имеют скорость около 80 см/сек. В Черное море поступает в год около 170 куб. км средиземноморской воды, а вытекает около 360 куб. км воды черноморской. Чтобы полностью определить водный баланс Черного моря, нужно еще учесть обмен с Азовским морем, поступление речных вод. осадков и величину испарения. Исследование водного баланса моря напоминает решение школьной задачки о бассейне с трубами. Только задача о море несравнимо сложнее. Тем не менее можно уже сейчас довольно точно предсказать изменения, которые произойдут с морем при тех или иных крупных преобразованиях природы.Зарегулирование рек плотинами, создание водохранилищ и отводных каналов приводит к уменьшению речного стока, так как часть воды до моря уже не доходит. Масштабы таких преобразований грандиозны. Если в Черном море соленость изменяется пока не очень заметно, то в мелководном Азовском осолонение уже приводит к заметному снижению рыбных запасов. В Азовское море более соленая черноморская вода поступает через Керченский пролив, в котором, как и в Босфорском, есть противоположные течения. Прежде Азовское море принимало около 33 куб. км черноморской воды в год и отдавало 51 куб. км своей, менее соленой воды. После зарегулирования Дона и Кубани соотношение изменилось в пользу черноморской воды, и Азовское море стало осолоняться. Соленость превысила 12‰. Это привело к уменьшению кормовой базы бычков и других рыб. Наиболее ценные для промысла пресноводные рыбы стали держаться ближе к устьям рек, а неподвижных моллюсков губит идущая понизу более соленая вода.Чтобы улучшить водный баланс Азовского моря, решено зарегулировать обмен воды в Керченском проливе. Это позволит контролировать уровень моря, его соленость, создаст условия для повышения рыбных запасов Азова. Одна из трудностей заключается в том, что при пониженном речном стоке нечем компенсировать испарение. Пока еще нет нужды искусственно изменять водообмен в Босфоре для регулирования солености Черного моря. Но, может быть, и такую проблему когда-нибудь придется решать странам, заинтересованным в его судьбе.Вблизи устьев рек черноморская вода менее соленая, чем в центральной части моря. Но в глубоководных районах, вдали от берегов, имеет ли черноморская вода одинаковый состав во всей толще моря? Застойная здесь вода или перемешивается?Давно уже установлено, что в верхних слоях морей существуют течения. Они вызываются ветрами, разностью уровня и различиями в плотности воды. Схема течений в Чёрном море Одни течения бывают постоянными и напоминают реки, другие часто меняют скорость и направление (например, в зависимости от характера ветров). В Черном море одной из причин, вызывающих течения, является разность в уровне между северной и южной его частями, о которой мы уже говорили. Вода из северо-западного района моря «стекает» к югу. Но вращение земли заставляет это течение отклоняться к западу, и оно идет вдоль берегов против часовой стрелки. Ширина течения около 60 км, а скорость движения воды 0,5 м/сек. Часть воды уходит в Босфор, а остальная масса движется дальше, поворачивая к северу у восточного береги моря. Там, где течение огибает широкий выступ анатолийского берега, часть потока образует ветвь, направляющуюся сразу к северу; возникает западное кольцевое течение. В восточной половине моря также существует свое кольцевое течение, идущее против часовой стрелки.Течения в Черном море часто нарушаются под влиянием сильных ветров, которые перемещают значительные массы воды и могут заметно изменить уровень воды, иногда на полметра. Когда ветер дует с берега, он отгоняет в открытое море поверхностную теплую воду. Уровень воды понижается. Во время такого сгонного ветра у берега обнажаются камни, покрытые водорослями. Вместо ушедшей теплой воды у поверхности оказывается холодная, поднявшаяся с глубины. Направленный с моря на берег нагонный ветер пригоняет теплую поверхностную воду и повышает уровень воды у берега.Приливы и отливы в Черном море настолько малы, что перемещения воды под влиянием ветра почти полностью их затушевывают. (Приливы возникают в Мировом океане под влиянием лунного притяжения, но во внутренних морях приливная волна не достигает большой высоты.)

Главное течение Черного моря , самое обширное, так и называется - «основное черноморское течение» . Имея направление против часовой стрелки, оно распространяется на весь периметр моря. Данным течением образуются два кольца, в научной среде именуемые «очками Книповича» . Книпович - это первый гидролог, заметивший и описавший такое явление в своих работах. Движение, а также его характерная направленность возникает по причине ускорения, передаваемого воде от вращения Земли. «Кориолисова сила» - научное название такого эффекта в физике.

Дополнительное существенное влияние на водные потоки оказывается и силой ветра, и его направлением, ведь у Чёрного моря акватория относительно небольшая по площади. Учитывая эти факторы, можно говорить о сильной изменчивости основного черноморского течения. Бывает, что его выраженность резко падает по сравнению с другими, более мелкими течениями. А в другие моменты скорость его потока может достигать 100 см в секунду .

Прибрежные зоны Черного моря являются местом частого возникновения вихрей, направленных в сторону, противоположную основному черноморскому течению. Это антициклонические круговороты , которые наиболее характерны для Анатолийского и Кавказского берегов. Прибрежные течения на поверхности воды, как правило, зависят от ветра. Их направление может изменяться в течение суток.

Тягун или обратное течение в Чёрном море

Один из видов подобных течений именуют «тягуном» . Место его появления - пологие берега с пляжами из песка, образуется при шторме. После попадания на берег вода отступает неравномерно, а струится сильными потоками по образующимся в песчаном дне руслам. Такие струи очень опасны для пловцов, ведь они уносят очень далеко от берега. Тягун в Черном море встречается нечасто.