Флагманом программы «Полигон—70» был определен корабль «Дмитрий Менделеев», который вместе с другим судном «Академик Курчатов» обеспечивал работу четырнадцати автономных буйковых станций. Остальные три обслуживало судно морской гидрографической службы «Андрей Вилитский». Каждые двадцать пять дней буи заменялись другими, а раз в три дня проводился визуальный контроль буев.
В выполнении программы «Полигон—70» участвовали и научно — исследовательское судно Морского гидрографического института АН УССР «Академик Вернадский», а также суда Акустического института АН СССР «Сергей Вавилов» и «Петр Лебедев». Этим экспедиционным судам было поручено исследование микроструктуры океанических течений, а также специальные акустические эксперименты.
Во время советского океанографического эксперимента «Полигон-70» был открыт антициклонический вихрь, в котором вращение вод осуществлялось по часовой стрелке. Цифрами 1—17 обозначены места, где были расположены АБС, а длина стрелок пропорциональна скорости течений, измеренной 24 мая 1970 г.
В результате столь длительной напряженной работы был накоплен богатый экспериментальный материал, обработка которого требовала большой затраты времени и усилий. Но полученные результаты превзошли все ожидания и вознаградили ученых за их самоотверженный труд. Главным было то, что удалось открыть вихревое образование (антициклон), который присутствовал на полигоне большую часть времени эксперимента. Он представлял собой эллипс, вытянутый в направлении северо — запад — юго — восток. Длина его большой оси составляла 400 километров, а малой — 200 километров. Антициклон медленно перемещался на запад со скоростью 5 сантиметров в секунду. Вихревое возмущение было ярко выражено до глубины 1500 метров, а скорость кругового движения на этом уровне достигала 10 сантиметров в секунду. При подобном рассмотрении оказалось, что этот вихрь не единственный. Тогда было высказано предположение, что над полигоном двигался целый «пакет вихрей», расположенных в шахматном порядке. А это означало, что за каждым циклоном следует антициклон, и наоборот.
Эксперимент «Полигон—70» дал окончательный ответ на вопрос, есть ли вихри в океане. Но этот ответ повлек за собой возникновение множества новых вопросов; был ли открытый вихрь случайным явлением или он закономерен? Какова природа вихрей в океане? Какова связь между ними и колебаниями в атмосфере? Происхождение энергии вихревого движения и т. д. Эти вопросы волновали и американских ученых. К тому времени они уже запланировали проведение эксперимента МОДЕ (по первым буквам английского названия
— Срединно — океанический динамический эксперимент). И здесь советские коллеги предложили им свою помощь. В 1972 году они предоставили им первичные результаты эксперимента «Полигон—70», что явилось первым крупным шагом по пути совместного сотрудничества в изучении океана.
МОДЕ-1
Эксперимент в Индийском океане для советской океанографической науки явился предвестником эксперимента «Полигон—70». Точно так же и американских ученых океанографическая экспедиция «Эрайез», о которой мы уже говорили, заставила задуматься над тем, каковы механизмы движений в океане. В 70–80–е годы нашего столетия вопрос о том, существует ли «погода океана», и если да, то каким законам она подчиняется, не переставал волновать ученых — океанографов. После создания необходимой экспериментальной базы американские ученые подготовили программу МОДЕ.
Сразу же возникли трудности как научно — технического, так и финансового характера. Во — первых, необходимо было избрать удачный район, который бы являлся наиболее типичным для формирования погоды в океане. Нужно было решить, какие параметры следует измерять и как долго. Кроме того, не было известно, каковы размеры циклонов в океане и др.
Сначала предполагалось, что эксперимент будет разделен на две части — предварительную и основную экспериментальную. Целью предварительной части — Пре — МОДЕ был сбор сведений и результатов, которые бы обеспечили полноценное проведение основных измерительных работ. В силу финансовых затруднений эксперимент Пре — МОДЕ не состоялся; но спустя три года, после тщательной подготовки, был осуществлен эксперимент МОДЕ — I.
МОДЕ — I начался в марте 1973 года. В нем приняли участие пятьдесят ученых из США и Великобритании из пятнадцати научных институтов. В их распоряжении находились несколько сот человек обслуживающего персонала, шесть судов и два самолета: внушительная часть научного потенциала, судов и оборудования двух стран, предоставленная для проведения физических экспериментов в океане.
Измерительные работы проводились в районе диаметром 600 километров, лежащем между Бермудскими островами и полуостровом Флорида. В выборе района существенную роль сыграла его близость к континенту, Бермудским и Багамским островам. Здесь сыграл роль и тот фактор, что АБС не в состоянии посылать акустические сигналы на слишком большие расстояния. Кроме того, поблизости от района эксперимента располагается течение Гольфстрим, которое вносит большое разнообразие в гидрологический режим данной области. В результате, за четыре месяца напряженной работы было собрано огромное количество новых данных. Дрейфующие поплавки «Софар», работающие на акустическом принципе связи с сушей, дали статистическую картину распределения вихрей в пространстве и времени. В процессе эксперимента было подтверждено существование «погоды в океане». Были изучены и некоторые наиболее общие закономерности вихревого поля, было показано, что интенсивность вихрей в различных областях океана неодинакова. Иными словами, не во всех областях вихри встречаются одинаково часто, но, возможно, везде имеют ключевое значение для процессов преобразования энергии и ее распределения в океане, т. е. процессов, лежащих в основе механизмов океанической динамики.
Двадцать лет назад считалось, что течения в океане являются результатом дующих над поверхностью океана ветров. На основе этого разрабатывались довольно убедительные и простые теории, которые, на первый взгляд, убедительно объясняли основные особенности движения в океане. Но вот появилось экспериментальное подтверждение существования вихрей в океане, и перед океанографией возникла проблема радикального изменения научных взглядов.
Во время эксперимента МОДЕ — I был зарегистрирован океанический вихрь. Является ли он аналогом атмосферных циклонов и ураганов с их климатическими последствиями? Во всех ли областях океана роль вихрей в переносе океанической энергии одинакова? Отличаются ли кольца Гольфстрима от обычных вихрей в открытом океане? И, наконец, насколько обогатились наши знания механизмов движения в океане?
Структура поля температуры и поля скорости антициклона на глубине 500 м во время эксперимента МОДЕ — I. Внутри вихря температура выше, а векторы скорости направлены по изолиниям температуры.
Чрезвычайно показательным для описания проблемы исследования вихрей в океане является высказывание американского океанографа Карла Вунша: «Мы можем рассматривать МОДЕ — I как аналог программы исследования погоды, закончившейся двухдневными измерениями северо — восточных ветров над Новой Англией.
И это единственный случай, когда были регистрированы эти ветры. Таким образом возникает целая серия вопросов: дуют ли эти ветры над Новой Англией постоянно? Если нет, то как часто? Что происходит в период затишья ветров? Для всех ли частей света типичны эти ветры?»
В 1976 году, когда Карл Вунш написал эти строки, да и теперь, когда этими проблемами вплотную занялись океанографы, вряд ли кто‑нибудь верил, что спустя несколько лет все будет решено — столь многочисленны и сложны были возникавшие вопросы. И в то же время четко наметился путь, которым должны были идти ученые, чтобы изучить физические механизмы энергетического обмена в океане. И путь этот отнюдь не был легким. Он подразумевал проведение многолетних измерений (ибо, как уже было сказано, «погода в океане» изменяется медленно), причем в разных районах Мирового океана с их специфическими географическими и климатическими особенностями. Всем было ясно, что какой‑нибудь одной стране не под силу глобальное изучение вихрей в океане. Следующим шагом должно было стать объединение усилий наиболее развитых в области океанографии стран. И таким шагом стал эксперимент ПОЛИМОДЕ.
ПОЛИМОДЕ — программа и задачи
Программа ПОЛИМОДЕ включает совместное международное научное исследование синоптических вихревых движений в океане. Ее задачи связаны с изучением характера этих движений, их энергетических источников, а также их роли в формировании общей циркуляции океана. Фактически, это синоптический эксперимент, имеющий своей целью получение подробных сведений о динамике океана в небольшом районе, т. е. эксперимент с локально — динамическим характером.
