12.3. Смешение четырех водных масс

Рассмотрим вопрос о смешении четырех водных масс океана, когда по меньшей мере две из четырех водных масс находятся в процессе горизонтального смешения, и выясним, насколько правомерно построение треугольников смешения для изучения перемешивания более чем трех водных масс.

В этом случае треугольники смешения можно построить на термохалинных индексах как на вершинах таким образом, что они имеют одну общую сторону. Так, в случае смешения четырех водных масс А, В, С и D можно построить два треугольника, имеющих одну общую сторону BD (рис. 32). В основе таких построений лежит допу­щение, что в тех или иных океанографических условиях одна из четырех водных масс принимает - по сравнению с тремя другими - ничтожное участие в процессе взаимного смешения вод.

Рис. 32. Два треугольника смешения для определения процентного содержания четырех водных масс, перемешивающихся по вертикали. Жирной линией показана типовая Т,S, z-кривая.

Остановимся вначале на примере вертикального перемешивания четырех наложенных одна на другую водных масс океана - приповерхностной, двух промежу­точных и глубинной (или придонной). Так, рис.32 может соответствовать случаю, когда в условиях устойчивой стратификации перемешиваются поверхностная водная масса А, промежуточные водные массы B (верхняя) и D (нижняя) и глубинная вода C. При таком перемешивании возникает типовая Т,S-кривая, изображенная на рисунке жирной линией. В этом примере две промежуточные водные массы образуют своеобразный стратификационный экран, препятствующий непосредственному вертикальному контакту водной массы А с водной массой С. Смешение вод А, В и D рассматривается независимо от водной массы C, смешение вод B, С и D в свою очередь - независимо от воды А.

Рассмотрим случай, когда между собой смешиваются две поверхностные водные массы А и В и две промежуточные (или глубинные) водные массы С и D. Типовые Т,S,z-кривые, соответствующие этому варианту, изображены на рис. 33 сплошными жирными линиями - «крайние», а штриховой линией - промежуточная, возникающая в процессе взаимной трансформации первых двух.

Рис. 33. Четырехугольник смешения и номограмма для опре­деления процентного содержания четырех водных масс.

В этом случае преобладает вертикальное смешение вод А и D и вод В и С соответственно; это смешение образует структуры AD и ВС. Одновременно имеет место горизонтальное смешение отдельных элементов этих структур, образующее различные промежуточные структуры. Таким образом, все водные массы находятся в процессе «равноправного» смешения, и выделение треугольников смешения становится неправомерным.

В этом случае необходимо построить четырехугольник смешения ABCD, в качестве вершин которого должны быть взяты термохалинные индексы четырех смешивающихся водных масс, и номограмму их процентного содержания. Номограмма должна удовлетворять условию, что в любой ее точке сумма частей смешивающихся вод должна составлять 100%. Это условие выполняется только в том случае, если преполагается, что равные объемы поверхностных вод А и В смешиваются с равными объемами вод С и D; в свою очередь возникшие в результате вертикального перемешивания элементы структур AD и ВС смешиваются в горизонтальном направлении вдоль поверхностей равного их процентного содержания. Сформулированное ограничение о смешении вод в равных пропорциях с океанографической точки зрения выглядит достоверным: положение поверхностей равного процентного содержания вод, вдоль которых предполагается «горизонтальное» перемешивание близко соответствует положению изопикнических поверхностей, т.е. соблюдается принцип изопикнического перемешивания. Такой подход, предложенный О.И.Мамаевым, дает возможность построить соответ­ствующую номограмму для определения процентного содержания каждой из четырех смешивающихся водных масс ( рис. 33).

Случай смешения четырех водных масс широко распространен в Мировом океане.