Физика моря

Выпускаемая 4-м изданием книга включает в себя итоги важнейших, преимущественно отечественных исследований, а также наиболее существенных иностранных.

Новое содержание получила 3-я глава «Кинематика, динамика и расчет ветровых волн». В ней приведены результаты отечественных исследований, позволивших заложить физические основы расчета и прогноза элементов ветровых волн по заданной скорости ветра, времени его воздействия, расстоянию от наветренной границы шторма, заданной глубине моря — при заданной обеспеченности волн. В книгу включена глава «Магнитные и электрические явления в море». Эти явления представляют большой интерес как в теоретическом, так и в практическом отношении и требуют постановки все новых и новых исследований в океане и во внутренних морях. Переработаны и дополнены 5-я глава «О физических корнях климата и погоды», а также и другие главы.

Монография рассчитана в основном на исследователей в области физики моря, в сопредельных областях геофизики и физической океанографии, а также на практиков (работников морских обсерваторий, морских экспедиций), на аспирантов, студентов старших курсов соответствующего профиля в университетах и других высших учебных заведениях.

Четырнадцать лет отделяют выход в свет 4-го издания этой книги от выхода в свет предыдущего издания. За истекший срок много новых работ по физике моря выполнено в нашей стране и за ее пределами. Естественно, не все отрасли нашей науки развивались одинаково. Некоторые разделы динамики моря, прежде лишь намечавшиеся, находившиеся в зачаточном состоянии, ныне широко развились и дали ценный вклад в практику, расширили общетеоретические представления. Некоторые разделы термики моря стали развиваться в новых направлениях, обеспечивающих решение задач до конца, до числа. Среди задач термогидродинамических выступили на первый план такие, которые сейчас особо нуждаются в дружной напряженной совместной работе геофизиков, физиков, математиков: они одновременно и очень сложны, и перспективны. Зато целый ряд разделов акустики моря вышел за рамки исследовательской работы физика-мореведа и стал достоянием инженеров, успешно развивающих новые направления технической гидроакустики. Еще дальше ушли в область техники те задачи прикладной механики, которые связаны с поведением корабля на волне, с проблемой использования энергии приливов. Здесь появляется специализированная техническая литература.
Все эти соображения подсказали: что именно следует добавить в книгу, готовя ее к новому изданию, что надо иметь под рукой исследователю моря— геофизику, в первую очередь для работы в наиболее важных направлениях нашей науки. Не рискуя увеличивать объем книги, пришлось одновременно решить: что следует изъять из содержания книги, предназначенной для геофизиков-мореведов?
Именно с таких позиций рассматривалась перестройка содержания книги, пополнение и даже замена некоторых ее глав.Глава первая, как и прежде, посвящена теории морских течений, причем для большей определенности отмечено, что течения эти либо связаны с ветром, либо они — конвекционные, вызванные неоднородностями поля плотности морской воды. Теория течений, предложенная шведским геофизиком В. Экманом, выдержала испытания десятилетиями и по-прежнему лежит в основе всех новых построений. Сейчас в книгу внесены дочерние теории, касающиеся так называемого бета-эффекта (концентрации мощных потоков у западных берегов Атлантического и Тихого океанов), учитывающие неоднородность водных масс в океанах и морях, позволяющие рассчитывать элементы океанических течений по заданному полю ветра над океаном с помощью современных электронных счетных машин. Небольшой специальный раздел посвящен динамике течения Ломоносова, открытого советскими исследователями в экваториальном поясе Атлантического океана.
Во вторую главу — о приливах и других длинных волнах — вошли материалы важных исследований по проблеме катастрофических наводнений, вызываемых длинными волнами от подводных землетрясений. Это — и теоретические работы, и опыты по моделированию волн, порожденных подводными импульсами.
Заново написана вся глава третья, которая теперь носит название «Кинематика, динамика и расчет ветровых волн». За истекшие годы в нашей стране удалось найти новые методы экспериментальных исследований волн на начальных стадиях их развития,— до таких размеров, при которых возможно определять погрешности, вносимые в лабораторных условиях. Тем самым была обеспечена коренная перестройка кинематических представлений о ветровой волне и создалась возможность вывода новой, фундаментальной, теоремы, освещающей причину и закон нарастания длины волн под воздействием ветра. В результате удалось построить замкнутую систему соотношений, составить дифференциальное уравнение поля ветровых волн и найти его точный интеграл. Потери энергии волн вычисляются на основе полуэмпирической теории турбулентных процессов при волнении. Измерения предельно развитых волн в океане позволили определить единственную недостававшую константу. В результате были построены рабочие диаграммы, которые позволяют рассчитывать элементы волн по заданным метеорологическим и географическим условиям. В настоящее время эти диаграммы служат в нашей стране для систематического расчета волн в океанах и морях, на электронных машинах, по текущим синоптическим материалам.
Глава четвертая пополнилась новыми материалами, которые касаются внутренних составляющих теплового баланса моря: за ряд лет удалось проследить за ходом истинного теплосодержания деятельного слоя моря и найти количество тепла, переносимого адвекционными потоками из прибрежной зоны в открытое море и в обратном направлении.
Широкое развитие в нашей стране и за границей получили исследования турбулентного теплообмена в водных массах. Мы вправе ждать от специалистов в этой области отдельных монографий по турбулентным процессам в море. В рамках нашей книги пришлось ограничиться лишь немногим: для главы четвертой § 6, 8, 9, 10 и часть 7-го написала А. А. Сперанская, читающая соответствующий раздел курса физики моря на физическом факультете Московского университета.  Приношу ей за это искреннюю  благодарность.
Идеи о мощных термогидродинамических процессах в неразрывной системе океан — атмосфера — материки, с легкой руки отечественных исследователей, широко распространились среди геофизиков во всех странах. До настоящего времени эти идеи продолжают, в основном, привлекать внимание советских геофизиков. Естественно, что соответствующая глава книги— «О физических корнях климата и погоды» — получила значительные дополнения. В частности, в нее включен новый материал по термобарическим сейшам в атмосфере над Европой и Атлантическим океаном. Он связан с важнейшим вопросом о своевременном прогнозе наиболее опасных морозов зимой и засушливых условий в летнее время.
В главу шестую, посвященную оптике моря, включены новые материалы, которые касаются сложных явлений многократного рассеяния и одновременного поглощения света в морской воде и в искусственных мутных средах. Описана новая оригинальная аппаратура, применяемая отечественными исследователями в экспедициях и в лабораторных условиях, для изучения этих процессов. В последние годы появилось много работ по исследованию поляризации света в рассеивающих и поглощающих средах. Результаты этих работ также отражены в главе шестой.
В области акустики моря (которой посвящена глава восьмая) сделаны важные исследования распространения звука в неоднородной среде, причем неоднородность водной среды, ведущая к изменениям скорости звука, вызывается не только различием в температуре и в солености тех или иных слоев, но и возрастанием гидростатического давления на глубинах. Именно этому обстоятельству обязан своим происхождением так называемый звуковой канал в водах океанов и морей.В главе восьмой не рассматриваются задачи чисто инженерные. Основное внимание уделено вопросам, которые связаны с явлениями, представляющими интерес для физика-мореведа.