Атмосферной циркуляцией называют обще-планетную систему воздушных течений над поверхностью земли. К ней можно отнести , муссоны, движения воздуха в циклонах и антициклонах, и многое другое. Именно атмосферной циркуляцией объясняется режим и скорость ветра, тепловой режим и влажность в конкретной местности. Она является главной климатообразующей причиной, так как переносит тепловую энергию и влагу из одних мест в другие. Причиной атмосферной циркуляции является поглощение солнечной энергии как атмосферой, так и самой поверхностью Земли . Все воздушные течения существуют благодаря тому, что наша планета нагревается неодинаково, в каких-то местах она чуть горячее, в каких-то чуть холоднее. Неравномерность нагрева приводит и к неравномерности распределения атмосферного давления над поверхностью Земли, а ведь именно от распределения атмосферного давления зависит наличие любых воздушных течений. Дополнительный вклад в атмосферную циркуляцию вносит и тот факт, что наша планета постоянно вращается вокруг своей оси, что приводит, в частности, к образованию крупных вихрей - циклонов и антициклонов. Перемещаться могут как теплые, так и холодные воздушные массы. Перенос их происходит под действием вихрей в атмосфере - циклонов и антициклонов.
Если две воздушные массы соприкасаются друг с другом, то на их границе образуется атмосферный фронт. В нем, как правило, происходят очень быстрые изменения в погодных условиях - перепады температуры и давления, изменение направления и силы ветра, выпадение дождя или снега. Поэтому-то мы и наблюдаем постоянное изменение погоды - воздушные массы, двигаясь из одного места Земли в другое, приносят с собой новую температуру, облачность и влажность. В результате атмосферной циркуляции могут возникать смерчи, ураганы, тайфуны, и множество других, очень неприятных для человека природных явлений. Каждые несколько лет, или, даже, каждый год на Земле появляется ураган такой силы, что ему дается особое имя. Все помнят ужасный ураган Катрина, обрушившийся в 2005 году на южную часть Соединенных Штатов Америки. Атмосферная циркуляция
бывает не только глобальной. Выделяют и местную циркуляцию атмосферы. Например, ветры в долинах или смерчи можно отнести именно к такому типу.
Так как характер атмосферной циркуляции зависит, прежде всего, от степени поглощения солнечной энергии, то даже малое изменение поглощения Солнечного света будет оказывать очень большое воздействие как на саму атмосферную циркуляцию, так и на климат нашей планеты. Именно поэтому сейчас идет столько разговоров о парниковом эффекте и о его влиянии на температурный режим . Под действием парникового эффекта повышаются температуры нижних слоев атмосферы по сравнению со средним значением их температуры. Но, хотя сам парниковый эффект и его последствия это, пока еще, тема для больших и бурных дискуссий, но метеорологам уже давно стало понятно, что атмосферную циркуляцию можно и нужно изучать. Чтобы исследовать атмосферную циркуляцию и составить ее математическую модель ученые наблюдают за параметрами земной атмосферы. Чаще всего наблюдают за скоростью ветра, атмосферным давлением и температурой воздуха. Исторически, первыми данные характеристики атмосферы измеряли на земле, но сейчас чаще всего для этих целей используют радиозонды, которые могут подниматься до высоты в 30 км. После запуска первых искусственных спутников, атмосферную циркуляцию стали наблюдать и из космоса. Как правило, на метеорологических спутниках находится сложное оборудование, которое может записывать не только давление и температуру, но и излучение атмосферы, а также излучение Солнца, рассеянное атмосферой. Применение спутников расширило границы наблюдений почти вдвое. Именно с помощью спутников ученые в настоящее время могут исследовать атмосферную циркуляцию сразу по всему земному шару.
Хотя создание полной модели атмосферы пока не выглядит реальной задачей, какие-то шаги в этом направлении уже сделаны. Уже сейчас самолеты при производстве продуваются в аэродинамических трубах. Это можно считать неким "копированием атмосферы в миниатюре". Однако полностью отказаться от аэродинамических труб, и посчитать все на компьютере пока невозможно, хотя уравнения для этой проблемы были разработаны Навье и Стоксом уже достаточно давно. Ученые лишь научились делить изучаемую атмосферу на маленькие ячейки трехмерной пространственной сетки, и считать скорость, температуру и давление в каждом узле этой сетки отдельно. Это очень сложная и крайне неэффективная работа. Вот почему фирма Боинг обещала премию в 1 миллион долларов тому, кто найдет точное решение уравнения Навье-Стокса.
ов в другие, Ц. а. является важнейшим климатообразующим процессом. Характер погоды и его изменения в любом месте Земли определяются не только местными условиями теплооборота и влагооборота между земной поверхностью и атмосферой, но и Ц. а.
Существование Ц. а. обусловлено неоднородным распределением атмосферного давления (См. Атмосферное давление) (наличием барического градиента (См. Барический градиент)), вызванным прежде всего неодинаковым притоком солнечной радиации в различных широтах Земли и различными физическими свойствами земной поверхности, особенно в связи с её разделением на сушу и море. Неравномерное распределение тепла на земной поверхности и обмен теплом между ней и атмосферой приводят в результате к постоянному существованию Ц. а., энергия которой расходуется на трение, но непрерывно пополняется за счёт солнечной радиации.
Вследствие Кориолиса силы (См. Кориолиса сила) движение воздуха при общей Ц. а. является квазигеострофическим, т. е. за исключением приэкваториальных широт и пограничного слоя оно достаточно близко к геострофическому ветру (См. Геострофический ветер), направленному по изобарам, перпендикулярно барическому градиенту. А т.к. атмосферное давление распределяется над земным шаром в общем зонально (изобары близки к широтным кругам), то и перенос воздуха имеет в общем зональный характер. В нижних 1-1,5 км ветер находится ещё под влиянием сил трения и существенно отличается от геострофического по скорости и направлению. Кроме того, распределение атмосферного давления над земной поверхностью, а с ним и течения Ц. а. зональны лишь в общих чертах. В действительности Ц. а. находится в непрерывном изменении как в связи с сезонными изменениями в распределении источников и стоков тепла на земной поверхности и в атмосфере, так и в связи с циклонической деятельностью (образованием и перемещением в атмосфере циклонов и антициклонов). Циклоническая деятельность придаёт Ц. а. сложный и быстро меняющийся макротурбулентный характер. С высотой зональность Ц. а. возрастает, в верхней тропосфере и стратосфере вместо вихревых возмущений преобладают волновые возмущения зонального переноса. Именно связанные с циклонической деятельностью меридиональные составляющие ветра осуществляют обмен воздуха между низкими и высокими широтами Земли. В низких широтах Земля получает больше тепла от Солнца, чем теряет его путём собственного излучения, в высоких широтах - наоборот. Междуширотный обмен воздухом приводит к переносу тепла из низких широт в высокие и холода из высоких широт в низкие, чем сохраняется тепловое равновесие на всех широтах Земли.
Поскольку температура воздуха в тропосфере в среднем убывает от низких широт к высоким, атмосферное давление в среднем также убывает в каждом полушарии от низких широт к высоким. Поэтому начиная примерно с высоты 5 км, где влияние материков, океанов и циклонической деятельности на структуру полей давления и движения воздуха становится малым, устанавливается западный перенос воздуха (рис. , а и карты 1 , 2 ) почти над всем земным шаром (за исключением приэкваториальной зоны). Зимой в данном полушарии западный перенос захватывает не только верхнюю тропосферу, но и всю стратосферу и мезосферу. Однако летом стратосфера над полюсом сильно нагревается и становится значительно теплее, чем над экватором, поэтому меридиональный градиент давления начиная примерно с 20 км меняет своё направление и зональный перенос воздуха соответственно меняется с западного на восточный (рис. , б).
У земной поверхности и в нижней тропосфере зональное распределение давления сложнее, поскольку оно в большей степени определяется циклонической деятельностью. В процессе последней циклоны, перемещаясь в общем к В., в то же время отклоняются в более высокие широты, а антициклоны - в более низкие. Поэтому в нижней тропосфере (и у земной поверхности) образуются две субтропические зоны повышенного давления по обе стороны от экватора (рис. , в), вдоль которого давление понижено (экваториальная депрессия); в субполярных широтах образуются две зоны пониженного давления (субполярные депрессии); в самых высоких широтах давление повышено. Этому распределению давления соответствуют западный перенос в средних широтах каждого из полушарий и восточный перенос в тропических и высоких широтах.
Указанные зоны давления и ветра в нижней тропосфере даже на многолетних средних картах представляются расчленёнными на отдельные области низкого и высокого давления (см. карты 3 и 4 ) со свойственными им циклоническими и антициклоническими циркуляциями, например исландская депрессия, азорский антициклон и другие. Распределение суши и моря вносит усложнение в распределение центров действия, создавая, кроме указанных перманентных центров, ещё и сезонные центры действия атмосферы (такие, как зимний азиатский антициклон, летняя азиатская депрессия). В Южном полушарии, преимущественно океаническом, зональность Ц. а. выражена лучше, чем в Северном.
Зональный перенос в тропосфере особенно хорошо выражен в тропиках. Здесь восточные течения у земной поверхности и в нижней тропосфере - пассаты - обладают большим постоянством, особенно над океанами. В верхней тропосфере они сменяются западным переносом, носящим в тропиках название антипассатов. Меридиональные составляющие в пассатах направлены чаще всего к экватору, а в антипассатах - к средним широтам. Поэтому систему пассат - антипассат можно приближённо рассматривать как замкнутую циркуляцию с подъёмом воздуха в экваториальной депрессии (внутритропической зоне конвергенции (См. Внутритропическая зона конвергенции)) и опусканием в субтропической зоне повышенного давления (ячейка Гадлея). Эта циркуляционная ячейка все же связана циклонической деятельностью с циркуляцией во внетропических широтах, откуда она пополняется холодным воздухом и куда передаёт свой тёплый воздух.
В некоторых регионах Земли, в особенности в бассейне Индийского океана, восточный перенос летом заменяется западным в связи с отходом внутритропической зоны конвергенции от экватора в более нагретое летнее полушарие. Противоположные по направлению переносы воздуха зимой и летом в низких широтах называются тропическими муссонами.
Слабые волновые возмущения в пассатах и в зоне конвергенции мало меняют характер циркуляции. Но иногда (в среднем около 80 раз в год) в некоторых районах внутритропические зоны конвергенции развиваются сильнейшие вихри - циклоны тропические (См. Циклон тропический) (тропические ураганы), резко, даже катастрофически, меняющие установившийся режим циркуляции и погоду на своём пути в тропиках, а иногда и за их пределами.
Во внетропических широтах развитие и прохождение циклонов (менее интенсивных, чем тропические) и антициклонов - явление повседневное; циклоническая деятельность в этих широтах является формой Ц. а., по крайне мере в тропосфере, отчасти и в стратосфере.
Она обусловлена постоянным образованием главных фронтов атмосферных (См. Фронты атмосферные) (тропосферных); с ними же связаны струйные течения (См. Струйное течение) в верхней тропосфере и нижней стратосфере. Серийное возникновение циклонов и антициклонов на главных фронтах приводит к появлению в верхней тропосфере и над ней особенно крупномасштабных длинных волн, или волн Росби. Число таких волн чаще всего около четырёх над полушарием.
Связанные с циклонической деятельностью меридиональные составляющие Ц. а. во внетропических широтах быстро и часто меняются. Однако бывают такие ситуации, когда в течение нескольких суток или даже недель обширные и высокие циклоны и антициклоны мало меняют своё положение. В связи с этим возникают длительные меридиональные переносы воздуха в противоположных направлениях, иногда во всей толще тропосферы, над большими площадями и даже над всем полушарием. Поэтому во внетропических широтах можно различать 2 типа циркуляции над полушарием или большим его сектором: зональный, с преобладанием зонального, чаще всего западного переноса, и меридиональный, со смежными переносами воздуха в направлении к низким и высоким широтам. При меридиональном типе циркуляции междуширотный перенос тепла значительно больше, чем при зональном.
В некоторых регионах внетропических широт вследствие неодинакового нагревания суши и моря над сушей в тёплый сезон преобладает пониженное давление, а над смежными водами - повышенное, в холодный сезон - наоборот. В промежуточных областях, по окраинам материка и океана, соответственно создаётся режим внетропических муссонов - достаточно устойчивый сезонный перенос воздуха в одном направлении, который сменяется в другом сезоне таким же переносом в противоположном направлении. Такой режим ветра на В. Азии, включая Советский Дальний Восток.
В некоторых ограниченных областях при ослаблении течений общей Ц. а. возникают местные мезомасштабные циркуляции с суточной периодичностью, связанные с местными различиями в нагревании атмосферы, обусловленными орографией и соседством суши и воды. Таковы Бризы на берегах водоёмов, Горно-долинные ветры . В больших городах наблюдаются даже городские бризы, связанные с застройкой города и производством тепла в нём.
Для выяснения наиболее общих и устойчивых особенностей Ц. а. применяется осреднение многолетних наблюдений над атмосферным давлением и ветром на различных уровнях атмосферы. При таком осреднении колебания Ц. а., связанные с циклонической деятельностью, в большей мере взаимно погашаются. Наряду с этим изучаются также ежедневные изменения режима Ц. а. по синоптическим картам (См. Синоптические карты) - приземным и высотным и по снимкам облаков со спутников. Это позволяет выделять типы Ц. а., их повторяемость, преобразования и смены.
Теоретическое изучение Ц. а. сводится к выявлению и объяснению сё особенностей и обусловленности путём численного эксперимента, т. е. численного интегрирования по времени соответствующих систем уравнений гидродинамики и термодинамики атмосферы (и океана). Как эмпирическое изучение общей Ц. а., так и её математическое моделирование имеют важное значение для решения задач долгосрочного прогноза погоды.
Лит.: Лоренц Э. Н., Природа и теория общей циркуляции атмосферы, пер. с англ., Л., 1970; Погосян Х. П., Общая циркуляция атмосферы, Л., 1972; Пальмен Э., Ньютон Ч., Циркуляционные системы атмосферы, пер. с англ., Л., 1973.
С. П. Хромов.
Средние высоты изобарической поверхности - 300 мб над уровнем моря.
Многолетнее среднее распределение атмосферного давления и преобладающего ветра у земной поверхности.
Схема зональных переносов при общей циркуляции атмосферы (на различной высоте над земной поверхностью).
Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .
Смотреть что такое "Циркуляция атмосферы" в других словарях:
О б щ а я совокупность воздушных течений над земной поверхностью, имеющих горизонтальные размеры, соизмеримые с размерами материков и океанов, а толщину от неск. км до десятков км. Структура Ц. а. определяется пространственным распределением атм … Физическая энциклопедия
циркуляция атмосферы - Планетарная система воздушных течений, охватывающая весь земной шар, и ее полное статистическое описание. → Рис. 22 Syn.: атмосферная циркуляция … Словарь по географии
1) общая (глобальная) система воздушных течений над земной поверхностью, горизонтальные размеры которой соизмеримы с материками и океанами, а толщина от нескольких км до десятков км. Напр., общий западный перенос над внетропическими широтами и в … Большой Энциклопедический словарь
Характерное, часто повторяющееся в атмосфере распределение и развитие барических образований (в частности циклонов и антициклонов) в данном районе земного шара и соответствующее каждому из таких типов направление переноса воздушных масс в системе … Морской словарь
циркуляция атмосферы - — EN atmospheric circulation The general movement and circulation of air, which transfers energy between different levels of the atmosphere. The mechanisms of circulation are very… … Справочник технического переводчика
Схема глобальной циркуляции атмосферы Циркуляция атмосферы система замкнутых течений воздушных масс, проявляющихся в масштабах полуш … Википедия
1) общая (глобальная) система воздушных течений над земной поверхностью, горизонтальные размеры которой соизмеримы с материками и океанами, а толщина от нескольких километров до десятков километров. Например: общий западный перенос над… … Энциклопедический словарь
Качественная циркуляция воздуха в помещении — один из важнейших факторов, пренебрежение которым влечет за собой ряд проблем: появление грибка, скопление аллергенов, развитие бронхолегочных заболеваний. Нормой считается замена 30 куб. м воздуха в час на одного человека. Эффективной система естественной или принудительной вентиляции будет только в том случае, если при устройстве учтены правила перемещения воздушных масс.
Естественная вентиляция
Для естественной вентиляции не нужна механическая стимуляция, ее движущая сила – разница в давлении воздуха в помещении и вне его. Чем больше перепад температур, тем интенсивнее происходит воздухообмен. Конвекция происходит следующим образом: теплые массы поднимаются, холодные опускаются (рис.1).
Рис 1. Пример естественной вентиляции
Свежий воздух проникает через окна, отработанный выводится посредством вентиляционных отверстий.
Правильно организованная естественная вентиляция обеспечивает незаметную циркуляцию и смягчает микроклимат.
Кухня
В многоквартирных домах все воздуховоды от кухонь и санузлов объединены в общую вертикальную шахту. Чем выше она поднимается, тем лучше тяга. Проверить качество вентиляции можно, поднеся полоску бумаги или салфетку к решетке. Если она притянется, то отвод производится эффективно. При помощи зажигалки или спички проверять не рекомендуется, поскольку есть риск взрыва.
Чтобы обеспечить правильную циркуляцию воздуха при приготовлении пищи, на кухне необходимо закрыть форточку, а открыть в самой дальней комнате.
Тогда создается естественная тяга, выносящая весь отработанный воздух из дальней комнаты в отдушину над потолком кухни. Если же открыть форточку непосредственно на кухне, то тяга пойдет, минуя вытяжку, в подъезд. По этой причине там часто присутствуют кухонные запахи.
Комнаты
В жилых помещениях, где установлены качественные стеклопакеты, обеспечивающие полную изоляцию от улицы, постоянный приток воздуха можно обеспечить только открытием форточки. Но это приводит к большим потерям тепла в холодный сезон и требует контроля. В таких случаях оборудуются приточные клапаны, представляющие собой отверстие в стене (обычно над радиатором отопления), в которое монтируется блок каналов (фото 1, 2).
Фото 1 и Фото 2. Вид клапана изнутри и снаружи помещения
Температура проходящего сквозь него потока воздуха увеличивается на 20°С. Регулировать объем притока можно при помощи специальной шторки-жалюзи. Воздушные клапаны могут быть вмонтированы в рамы. При таком оборудовании окно открывать не потребуется, а в помещение постоянно будет поступать свежий воздух (фото 3).
Фото 3. Воздушный клапан.
Для того, чтобы осуществлялась нормальная циркуляция воздуха в комнате, под дверью должна быть небольшая щель. Если ее нет, и дверь закрывается плотно, то в полотне можно оборудовать вентиляционные отверстия (фото 4). Внешний вид не пострадает, а отработанный воздух будет свободно покидать комнату.
Фото 4. Вентиляционные отверстия в дверях
Устройство принудительной вентиляции
Естественная вентиляция будет хорошо функционировать при большой разнице температур в помещении и на улице. Но в сезоны, когда перепад почти незаметен, ее эффективность существенно снижается. Тогда на помощь приходит принудительная циркуляция воздуха, при которой приток свежего воздуха в помещение нагнетается вентилятором. Он устанавливается на окно или в специально оборудованное отверстие в стене. Для вывода отработанного воздуха устанавливаются вытяжки, мощность которых зависит от интенсивности загрязнения.
Жилого помещения
Вопрос циркуляции воздуха в комнате или офисе часто решается установкой моноблочной приточно-вытяжной системы, включающей в себя вентиляторы, калорифер и фильтры. То есть принудительно вводимый подогреваемый воздушный поток охватывает помещение и выводится одним и тем же прибором. Работает система почти бесшумно, габариты варьируются, поэтому такой вариант вполне подходит для жилых помещений.
Кухни
Кухня является самым мощным источником загрязнения воздуха в доме из-за часто работающей плиты. Если штатная отдушина не справляется с отработанным потоком, то все запахи и копоть распространяются по помещению, оседая на стенах и потолке.
На кухне при ремонтах стало обычаем устанавливать специальные купольные, навесные или встраиваемые вытяжки над плитой, на которых можно регулировать мощность оттока. Некоторые встраиваемые модели имеют по два двигателя, а также функцию увеличения рабочей поверхности.
По принципу работы все кухонные вытяжки делятся на проточные и рециркуляционные. Последние не выводят, а только фильтруют отработанный воздух, поэтому особой популярностью не пользуются.
Однако, если кухонная вытяжка устанавливается в многоквартирном доме и подключается непосредственно к кухонной отдушине, то могут возникнуть проблемы:
- оказывается закрытым выходное отверстие: когда вытяжка не работает, циркуляции воздуха не происходит (если нет функции периодического автоматического включения);
- общий вентиляционный канал из-за небольшого сечения не справится с выводом отработанного воздуха, подаваемого мощной вытяжкой;
- могут возникнуть проблемы с законом в зависимости от наличия региональных регулирующих актов;
- вытяжной зонт не «собирает» отработанный воздух, поднявшийся к потолку;
- велик риск того, что все запахи попадут через вентиляционные отверстия к соседям.
Если в кухне только одно вытяжное отверстие, то для кухонной проточной вытяжки принято оборудовать отдельный воздуховод (в стене). В некоторых домах схема вентиляции позволяет подключать подобные приборы. Но во многих регионах законом запрещается проделывать отверстия в фасадах домов для устройства климатических приспособлений, а также встраивать дополнительное оборудование в вентиляционные шахты без специального согласования. Поэтому, прежде чем планировать модернизацию вентиляционной системы, следует предварительно проработать вопрос соблюдения законности и технической возможности.
Ванной комнаты
В ванной комнате вентилятор устанавливается непосредственно в отдушину. Существует несколько типов приборов:
- включающиеся одновременно с электричеством. С одной стороны это экономно, с другой – времени может оказаться недостаточно для полной очистки воздуха и нормализации влажности;
- оборудованные таймером отключения через заданный промежуток времени после прекращения пользования помещением;
- автономные с отдельным выключателем. Могут работать по установленному циклу.
Прибор может быть оснащен датчиком влажности, который автоматически подает сигнал на включение.
Вентиляция в собственном доме
Можно обустраивать как угодно без оглядки на соседей и законодательство, но при этом необходимо учитывать основные правила:
Фото 5. Канальный вентилятор на крыше
Заключение
Все повороты, сужения, выступы, смещения в вентиляционном канале приводят к повышению давления, следовательно, и к падению производительности вытяжки. Грамотно устроенная вентиляция не только избавит дом от посторонних запахов, но и позволит существенно отсрочить ремонт.
В помещении, в котором происходит регулярное незаметное обновление воздуха, комфортно находиться. В нем не появится грибок и плесень, будет меньше скапливаться пыль. Даже без дополнительных затрат можно обеспечить эффективную естественную вентиляцию, зная законы циркуляции воздушных масс.
В атмосфере формируются воздушные потоки разного масштаба. Они могут охватывать весь земной шар, а по высоте – тропосферу и нижнюю стратосферу, или воздействовать только на ограниченный участок территории. Воздушные потоки обеспечивают перераспределение тепла и влаги между низкими и высокими широтами, заносят влагу вглубь континента. По площади распространения выделяют ветры общей циркуляции атмосферы (ОЦА), ветры циклонов и антициклонов, местные ветры. Главной причиной образования ветров является неравномерное распределение давления по поверхности планеты.
Давление. Атмосфера оказывает давление на земную поверхность (воздух имеет вес, это доказал в начале 18 в. Галилей, а значит он должен оказывать давление на все предметы, находящиеся на поверхности Земли). Давление на каждый см 2 поверхности на уровне океана равно 1033,3 г. Нормальное атмосферное давление – вес атмосферного столба сечением 1 см 2 на уровне океана при 0 0 С на 45 0 широты, оно уравновешивается столбиком ртути в 760 мм. Нормальное атмосферное давление равно 760 мм ртутного столба или 1013,25 мб. Давление в СИ измеряется в паскалях (Па): 1 мб=100 Па. Нормальное атмосферное давление равно 1013,25 гПа. Самое низкое давление, которое наблюдалось на Земле (на уровне моря), 914 гПа (686 мм); самое высокое – 1067,1 гПа (801 мм).
Давление с высотой понижается, так как мощность вышележащего слоя атмосферы уменьшается. Расстояние в метрах, на которое надо подняться или опуститься, чтобы атмосферное давление изменилось на 1 гПа, называется барической ступенью . Барическая ступень на высоте от 0 до 1 км составляет 10,5 м, от 1 до 2 км – 11,9 м, 2-3 км – 13,5 м. Величина барической ступени зависит от температуры: с повышением температуры она увеличивается на 0,4%. В теплом воздухе барическая ступень больше, следовательно, теплые области атмосферы в высоких слоях имеют большее давление, чем холодные. Величина обратная барической ступени называется вертикальным барическим градиентом - это изменение давления на единицу расстояния (за единицу расстояния принимается 100 м).
Давление изменяется в результате перемещения воздуха – его оттока из одного места и притока в другое. Движение воздуха обусловлено изменением плотности воздуха (г/см 3), возникающим в результате неравномерного нагрева подстилающей поверхности. Над одинаково нагретой поверхностью с высотой давление равномерно понижается и изобарические поверхности (поверхности, проведенные через точки с одинаковым давлением) располагаются параллельно друг другу и подстилающей поверхности. В области повышенного давления изобарические поверхности обращены выпуклостью вверх, в области пониженного – вниз. На земной поверхности давление показывается с помощью изобар – линий, соединяющих точки с одинаковым давлением. Распределение атмосферного давления на уровне океана, изображенное с помощью изобар, носит наименование барического рельефа.
Давление атмосферы на земную поверхность, его распределение в пространстве и изменение во времени называется барическим полем . Области высокого и низкого давления, на которые расчленено барическое поле, называются барическими системами .
К замкнутым барическим системам относятся барические максимумы (система замкнутых изобар с повышенным давлением в центре) и минимумы (система замкнутых изобар с пониженным давлением в центре), к незамкнутым – барические гребень (полоса повышенного давления от барического максимума внутри поля пониженного давления), ложбина (полоса пониженного давления от барического минимума внутри поля повышенного давления) и седловина (незамкнутая система изобар между двумя барическими максимумами и двумя минимумами). В литературе встречается понятие «барическая депрессия» - пояс пониженного давления, внутри которого могут быть замкнутые барические минимумы.
Давление по земной поверхности распределено зонально. На экваторе в течение года располагается пояс пониженного давления – экваториальная депрессия. В июле она перемещается в Северное полушарие на 15-20 0 с.ш., в декабре – в Южное, на 5 0 ю.ш. В тропических широтах (между 35 0 и 20 0 обоих полушарий) давление в течение года повышенное (тропические или субтропические барические максимумы ), зимой над океанами и над сушей возникает сплошной пояс повышенного давления (Азорский и Гавайский – СП; Ю-Атлантический, Ю-Тихоокеанский и Ю-Индийский – ЮП), летом повышенное давление сохраняется только над океанами, над сушей давление уменьшается, возникают термические депрессии (Ирано-Тарский минимум – 994 гПа). В умеренных широтах СП летом формируется сплошной пояс пониженного давления , однако барическое поле дисимметрично: в ЮП в умеренных и субполярных широтах над водной поверхностью весь год существует полоса пониженного давления (Антарктический минимум - до 984 гПа); в СП в связи с чередованием материковых и океанских секторов барические минимумы выражены только на океанах (Исландский и Алеутский – давление в январе 998 гПа), зимой над материками из-за сильного охлаждения поверхности возникают барические максимумы. В полярных широтах, над ледяными щитами Антарктиды и Гренландии давление в течение года повышенное (низкие температуры: воздух холодный и тяжелый).
Устойчивые области повышенного и пониженного давления, на которые распадается барическое поле у поверхности земли, называют центрами действия атмосферы . Существуют территории, над которыми в течение года давление сохраняется постоянным (преобладают барические системы одного типа, либо максимумы, либо минимумы), здесь формируются постоянные центры действия атмосферы:
Экваториальная депрессия;
Алеутский минимум (умеренные широты СП);
Исландский минимум (умеренные широты СП) – от минимума отходит ложбина низкого давления в сторону полярного круга между Норвегией и Шпицбергеном;
Зона пониженного давления умеренных широт ЮП (Приантарктический пояс пониженного давления);
Субтропические зоны высокого давления СП:
Азорский максимум (Северо-Атлантический максимум)
Гавайский максимум (Северо-Тихоокеанский максимум)
Южно-Тихоокеанский максимум (ю-зап. Ю.Америки)
Южно-Атлантический максимум (антициклон о. Св. Елены)
Южно-Индийский максимум (антициклон о. Маврикий)
Антарктический максимум
Гренландский максимум.
Сезонные барические системы образуются в том случае, если давление по сезонам изменяет знак на обратный: на месте барического максимума возникает барический минимум и наоборот. К сезонным барическим системам относятся:
Летний Южно-Азиатский минимум с центром около 30 0 с.ш. (997 гПа) и
Зимний Азиатский максимум с центром над Монголией (1036 гПа)
Летний Мексиканский минимум (Северо-Американская депрессия) – 1012 гПа и
Зимний Северо-Американский и Канадский максимумы (1020 гПа)
Летние (январские) депрессии над Австралией, Южной Америкой и южной Африкой уступают место зимой австралийскому, южноамериканскому и южноафриканскому антициклонам.
Ветер. Горизонтальный барический градиент. Движение воздуха в горизонтальном направлении называется ветром. Ветер характеризуется скоростью, силой и направлением. Скорость ветра – расстояние, которое проходит воздух за единицу времени (м/с, км/ч). Сила ветра – давление, оказываемое воздухом на площадку в 1 м 2 , расположенную перпендикулярно движению. Сила ветра определяется в кг/м 2 или в баллах по шкале Бофорта (0 баллов – штиль, 12 – ураган).
Скорость ветра определяется горизонтальным барическим градиентом – изменением давления (падение давления на 1 гПа) на единицу расстояния (100 км) в сторону уменьшения давления и перпендикулярно изобарам. Кроме барометрического градиента на ветер действуют вращение Земли (сила Кориолиса), центробежная сила и трение.
Сила Кориолиса отклоняет ветер вправо (в ЮП влево) от направления градиента. Центробежная сила действует на ветер в замкнутых барических системах – циклонах и антициклонах. Она направлена по радиусу кривизны траектории в сторону ее выпуклости. Сила трения воздуха о земную поверхность всегда уменьшает скорость ветра. Трение сказывается в нижнем, 1000-метровом слое, называемом слоем трения . Движение воздуха при отсутствии силы трения называется градиентным ветром . Градиентный ветер, дующий вдоль параллельных прямолинейных изобар, называется геострофическим , вдоль криволинейных замкнутых изобар – геоциклострофическим . Наглядное представление о повторяемости ветров определенных направлений дает диаграмма «роза ветров».
В соответствии с барическим рельефом существуют следующие зоны ветров:
1. приэкваториальный пояс штилей (ветры сравнительно редки, так как господствуют восходящие движения сильно нагретого воздуха);
2. зоны пассатов северного и южного полушарий;
3. области затишья в антициклонах субтропического пояса высокого давления (причина – господство нисходящих движений воздуха);
4. в средних широтах обоих полушарий – зоны преобладания западных ветров;
5. в околополярных пространствах ветры дуют от полюсов в сторону барических депрессий средних широт, т.е. здесь обычны ветры с восточной составляющей.
Общая циркуляция атмосферы (ОЦА) – система воздушных потоков планетарного масштаба, охватывающая весь земной шар, тропосферу и нижнюю стратосферу. В циркуляции атмосферы выделяют зональные и меридиональные переносы. К зональным переносам, развивающимся в основном в субширотном направлении, относятся:
западный перенос, господствующий на всей планете в верхней тропосфере и нижней стратосфере;
в нижней тропосфере, в полярных широтах – восточные ветры; в умеренных широтах западные ветры, в тропических и экваториальных широтах – восточные;
струйные течения, развивающиеся над фронтальными зонами в верхней тропосфере.
К меридиональным переносам относятся муссоны тропических-экваториальных широт и внетропических широт.
ОЦА складывается под влиянием неравномерного распределения солнечной радиации, действия силы Кориолиса и неоднородности подстилающей поверхности.
При поступлении солнечной радиации на однородную не вращающуюся Землю в верхней части тропосферы возникло бы движение воздуха от экватора к полюсу, у подстилающей поверхности – от полюса к экватору. В самом деле, воздух на экваторе в приземном слое атмосферы сильно прогревается. Теплый и влажный воздух поднимается вверх, объем его возрастает, и в верхней тропосфере возникает высокое давление. У полюсов из-за сильного охлаждения приземных слоев атмосферы воздух сжимается, объем его уменьшается и наверху давление падает. Следовательно, в верхних слоях тропосферы возникает переток воздуха от экватора к полюсам. Благодаря этому масса воздуха у экватора, а значит, и давление у подстилающей поверхности уменьшаются, а на полюсах возрастает. В приземном слое начинается движение от полюсов к экватору. Вывод: солнечная радиация формирует меридиональную составляющую ОЦА.
На однородной вращающейся Земле действует еще сила Кориолиса. Наверху сила Кориолиса отклоняет поток в СП вправо от направления движения, т.е. с запада на восток. В ЮП движение воздуха отклоняется влево, т.е. опять с запада на восток. Поэтому вверху (в верхней тропосфере и нижней стратосфере, в интервале высот от 10 до 20 км давление уменьшается от экватора к полюсам) отмечен западный перенос, он отмечен для всей Земли в целом. В общем, движение воздуха происходит вокруг полюсов. Следовательно, сила Кориолиса формирует зональный перенос ОЦА.
Внизу у подстилающей поверхности движение более сложное, влияние оказывает неоднородная подстилающая поверхность, т.е. расчленение ее на материки и океаны. Образуется сложная картина основных воздушных потоков. От субтропических поясов высокого давления воздушные потоки оттекают к экваториальной депрессии и в умеренные широты. В первом случае образуются восточные ветры тропических-экваториальных широт. Над океанами благодаря постоянным барическим максимумам они существуют круглый год – пассаты – ветры экваториальных периферий субтропических максимумов, постоянно дующие только над океанами; над сушей прослеживаются не всюду и не всегда (перерывы вызываются ослаблением субтропических антициклонов из-за сильного прогрева и перемещения в эти широты экваториальной депрессии). В СП пассаты имеют северо-восточное направление, в ЮП – юго-восточное. Пассаты обоих полушарий сходятся вблизи экватора. В области их сходимости (внутритропическая зона конвергенции) возникают сильные восходящие токи воздуха, образуются кучевые облака и выпадают ливневые осадки.
Ветровой поток, идущий в умеренные широты от тропического пояса повышенного давления, формирует западные ветры умеренных широт. Они усиливаются в зимнее время, так как над океаном в умеренных широтах разрастаются барические минимумы, увеличивается барический градиент между барическими минимумами над океанами и барическими максимумами над сушей, следовательно, увеличивается и сила ветров. В СП направление ветров юго-западное, в ЮП – северо-западное. Иногда эти ветры называют антипассатами, но генетически они с пассатами не связаны, а являются частью общепланетарного западного переноса.
Восточный перенос. Преобладающими ветрами в полярных широтах являются северо-восточные в СП и юго-восточные – в ЮП. Воздух перемещается от полярных областей повышенного давления в сторону пояса пониженного давления умеренных широт. Восточный перенос представлен также пассатами тропических широт. Вблизи экватора восточный перенос охватывает почти всю тропосферу, и западного переноса здесь нет.
Анализ по широтам основных частей ОЦА позволяет выделить три зональных незамкнутых звена:
Полярное: в нижней тропосфере дуют восточные ветры, выше – западный перенос;
Умеренное звено: в нижней и верхней тропосфере – ветры западных направлений;
Тропическое звено: в нижней тропосфере – восточные ветры, выше – западный перенос.
Тропическое звено циркуляции получило название ячейки Гадлея (автор наиболее ранней схемы ОЦА, 1735 г.), умеренное звено – ячейки Фрреля (американский метеоролог). В настоящее время существование ячеек подвергается сомнению (С.П. Хромов, Б.Л. Дзердиевский), однако в литературе упоминание о них сохраняется.
Струйные течения – ветры ураганной силы, дующие над фронтальными зонами в верхней тропосфере и нижней стратосфере. Особенно ярко они выражены над полярными фронтами, скорость ветра достигает 300-400 км/ч из-за больших градиентов давления и разреженности атмосферы.
Меридиональные переносы осложняют систему ОЦА и обеспечивают междуширотный обмен теплотой и влагой. Главными меридиональными переносами являются муссоны – сезонные ветры, меняющие летом и зимой направление на противоположное. Выделяют муссоны тропические и внетропические.
Тропические муссоны возникают по причине термических различий между летним и зимним полушариями, распределение суши и моря только усиливает, осложняет или стабилизирует это явление. В январе в СП располагается почти непрерывная цепь антициклонов: над океанами – постоянных субтропических, над материками – сезонных. В то же время в ЮП лежит сдвинутая туда экваториальная депрессия. В результате образуется перенос воздуха из СП в ЮП. В июле при обратном соотношении барических систем, происходит перенос воздуха через экватор из ЮП в СП. Таким образом, тропические муссоны - это не что иное, как пассаты, которые в некоторой, близкой к экватору полосе приобретают иное свойство – сезонную смену генерального направления. При помощи тропических муссонов осуществляется обмен воздуха между полушариями , а на между сушей и морем, тем более, что в тропиках термический контраст между сушей и морем вообще невелик. Область распространения тропических муссонов вся лежит между 20 0 с.ш. и 15 0 ю.ш. (тропическая Африка к северу от экватора, восточная Африка к югу от экватора; южная Аравия; Индийский океан до Мадагаскара на западе и до северной Австралии на востоке; Индостан, Индокитай, Индонезия (без Суматры). Восточный Китай; в Ю.Америке – Колумбия). Например, муссонное течение, зарождающееся в антициклоне над северной Австралией и идущее в Азию, направляется, в сущности, с одного материка на другой; океан в данном случае служит лишь промежуточной территорией. Муссоны в Африке есть обмен воздуха между сушей одного и того же материка, лежащих в разных полушариях, а над частью Тихого океана муссон дует с океанической поверхности одного полушария на океаническую поверхность другого.
В образовании внетропических муссонов ведущую роль играет термический контраст между сушей и морем. Здесь муссоны возникают между сезонными антициклонами и депрессиями, одни из которых лежат на материке другие на океане. Так, зимние муссоны на Дальнем востоке есть следствие взаимодействия антициклона над Азией (с центром в Монголии) и постоянной Алеутской депрессии; летний – следствие антициклона над северной частью Тихого океана и депрессии над внетропической частью Азиатского материка.
Внетропические муссоны лучше всего выражены на Дальнем Востоке (включая Камчатку), в Охотском море, в Японии, на Аляске и побережье Северного Ледовитого океана.
Одно из главных условий проявления муссонной циркуляции – отсутствие циклонической деятельности (над Европой и С. Америкой муссонная циркуляция отсутствует вследствие интенсивности циклонической деятельности, она «смывается» западным переносом).
Ветры циклонов и антициклонов.
Циклон – область пониженного давления, с системой ветров от периферии к центру против часовой стрелки в СП и по часовой – в ЮП.
Антициклон – область повышенного давления, с системой ветров от центра к периферии по часовой стрелке в СП и против часовой – в ЮП.
В центре циклона наблюдаются восходящие токи воздуха, в антициклоне – нисходящие.
Выделяют циклоны фронтальные, центральные, тропические и термические депрессии.
Фронтальные циклоны образуются на Арктическом и Полярном фронтах: на Арктическом фронте Северной Атлантики (около восточных берегов Северной Америки и у Исландии), на Арктическом фронте в северной части Тихого океана (около восточных берегов Азии и у Алеутских островов). Циклоны обычно существуют несколько суток, двигаясь с запада на восток со скоростью около 20-30 км/ч. На фронте возникает серия циклонов, в серии по три-четыре циклона. Каждый следующий циклон находится на более молодой стадии развития и двигается быстрее. Циклоны нагоняют друг друга, смыкаются, образуя центральные циклоны – второй тип циклона. Благодаря малоподвижным центральным циклонам поддерживается область пониженного давления над океанами и в умеренных широтах.
Циклоны, зародившиеся на севере Атлантического океана, движутся в Западную Европу. Наиболее часто они проходят через Великобританию, Балтийское море, С-Петербург и далее на Урал и в Западную Сибирь или по Скандинавии, Кольскому полуострову и далее или к Шпицбергену, или по северной окраине Азии.
Северотихоокеанские циклоны идут в северо-западную Америку, а также северо-восточную Азию.
Тропические циклоны образуются на тропических фронтах чаще всего между 5 и 20 0 с. и ю. ш., на экваторе сила Кориолиса равна нулю и циклоны не образуются. Возникают они над океанами в конце лета и осенью, когда вода нагрета до температуры 27-28 0 С. Мощный подъем теплого и влажного воздуха приводит к выделению огромного количества теплоты при конденсации, что определяет кинетическую энергию циклона и низкое давление в центре. Циклоны двигаются с востока на запад по экваториальной периферии постоянных барических максимумов на океанах. Если тропический циклон достигает умеренных широт, он расширяется, теряет энергию и уже как внетропический циклон начинает двигаться с запада на восток. Скорость движения самого циклона небольшая (20-30 км/ч), но ветры в нем могут иметь скорость до 100 м/с. Наибольшая скорость в урагане «Ида» составляла 113 м/с.
Основные районы возникновения тропических циклонов: восточное побережье Азии, северное побережье Австралии, Аравийское море, Бенгальский залив; Карибское море и Мексиканский залив. В среднем в году бывает около 70 тропических циклонов со скоростями ветров более 20 м/с. В Тихом океане тропические циклоны называются тайфунами, в Атлантическом – ураганами, у берегов Австралии – вилли-вилли.
Термические депрессии возникают на суше из-за сильного перегрева участка поверхности, поднятия и растекания воздуха над ним. В результате у подстилающей поверхности образуется область пониженного давления.
Антициклоны подразделяются на фронтальные, субтропические антициклоны динамического происхождения и стационарные.
В умеренных широтах в холодном воздухе возникают фронтальные антициклоны, которые перемещаются сериями с запада на восток со скоростью 20-30 км/ч. Последний заключительный антициклон достигает субтропиков, стабилизируется и образует субтропический антициклон динамического происхождения. К ним относятся постоянные барические максимумы на океанах. Стационарный антициклон возникает над сушей в зимний период в результате сильного выхолаживания участка поверхности.
Зарождаются и устойчиво держатся антициклоны над холодными поверхностями Восточной Арктики, Антарктиды, а зимой и Восточной Сибири. При прорыве арктического воздуха с севера зимой антициклон устанавливается над всей Восточной Европой и иногда захватывает Западную и Южную.
За каждым циклоном следует и перемещается с той же скоростью антициклон, который заключает собой всякую циклоническую серию. При движении с запада на восток циклоны испытывают отклонение к северу, а антициклоны – к югу в СП. Причина отклонений объясняется влиянием силы Кориолиса. Следовательно, циклоны начинают двигаться на северо-восток, а антициклоны на юго-восток. Благодаря ветрам циклонов и антициклонов наблюдается обмен между широтами теплом и влагой. В областях повышенного давления преобладают токи воздуха сверху вниз – воздух сухой, облаков нет; в областях пониженного давления – снизу вверх – образуются облака, выпадают осадки. Внедрение теплых воздушных масс называется «волнами тепла». Перемещение тропических воздушных масс в умеренные широты летом вызывает засуху, зимой – сильные оттепели. Внедрение арктических воздушных масс в умеренные широты – «волны холода» – вызывает похолодание.
Местные ветры – ветры, возникающие на ограниченных участках территории в результате влияния местных причин. К местным ветрам термического происхождения относятся бризы, горно-долинные ветры, влияние рельефа вызывает образование фенов и бора.
Бризы возникают на берегах океанов, морей, озер, там, где велики суточные колебания температур. В крупных городах сформировались городские бризы. Днем, когда суша нагрета сильнее, над ней возникает восходящее движение воздуха и отток его наверху в сторону более холодного. В приземных слоях ветер дует в сторону суши, это дневной (морской) бриз. Ночной (береговой) бриз возникает ночью. Когда суша охлаждается сильнее, чем вода, и в приземном слое воздуха ветер дует с суши на море. Морские бризы выражены сильнее, их скорость равна 7 м/с, полоса распространения – до 100 км.
Горно-долинные ветры образуют ветры склонов и собственно горно-долинные и имеют суточную периодичность. Ветры склонов – результат различного нагрева поверхности склона и воздуха на той же высоте. Днем воздух на склоне нагревается сильнее, и ветер дует вверх по склону, ночью склон охлаждается тоже сильнее и ветер начинает дуть вниз по склону. Собственно горно-долинные ветры вызваны тем, что воздух в горной долине нагревается и охлаждается сильнее, чем на той же высоте на соседней равнине. Ночью ветер дует в сторону равнины, днем – в сторону гор. Обращенный в сторону ветра склон, называется наветренным, а противоположный – подветренным.
Фен – теплый сухой ветер с высоких гор, часто покрытых ледниками. Возникает он благодаря адиабатическому охлаждению воздуха на наветренном склоне и адиабатическому нагреву – на подветренном склоне. Наиболее типичный фен возникает в случае, когда воздушное течение ОЦА переваливает через горный хребет. Чаще встречается антициклональный фен, он образуется в том случае, если над горной страной стоит антициклон. Фены наиболее часты в переходные сезоны, продолжительность их несколько суток (в Альпах в году 125 дней с фенами). В горах Тянь-Шаня подобные ветры называют кастек, в Средней Азии – гармсиль, в Скалистых горах – чинук. Фены вызывают раннее цветение садов, таяние снега.
Бора – холодный ветер, дующий с невысоких гор в сторону теплого моря. В Новороссийске он называется норд-остом, на Апшеронском полуострове – нордом. На Байкале – сармой, в долине Роны (Франция) – мистралью. Возникает бора зимой, когда перед хребтом, на равнине, образуется область повышенного давления, где формируется холодный воздух. Перевалив невысокий хребет, холодный воздух устремляется с большой скоростью в сторону теплой бухты, где давление низкое, скорость может достигать 30 м/с, температура воздуха резко падает до –5 0 С.
К мелкомасштабным вихрям относятся смерчи и тромбы (торнадо) . Вихри над морем называются смерчами, над сушей – тромбами. Зарождаются смерчи и тромбы обычно в тех же местах, что и тропические циклоны, в жарком влажном климате. Основным источником энергии служит конденсация водяных паров, при которой выделяется энергия. Большое число торнадо в США объясняется приходом влажного теплого воздуха с Мексиканского залива. Вихрь двигается со скоростью 30-40 км/ч, но скорость ветра в нем достигает 100 м/с. Тромбы возникают обычно поодиночке, вихри – сериями. В 1981 г. у побережья Англии в течение пяти часов сформировалось 105 смерчей.
Понятие о воздушных массах (ВМ). Анализ вышеизложенного показывает, что тропосфера не может быть физически однородной во всех своих частях, она разделяется (не переставая быть единой и цельной) на воздушные массы – крупные объемы воздуха тропосферы и нижней стратосферы, обладающие относительно однородными свойствами и движущиеся как единое целое в одном из потоков ОЦА. Размеры ВМ сопоставимы с частями материков, протяженность тысячи километров, мощность – 22-25 км. Территории, над которыми формируются ВМ, называются очагами формирования. Они должны обладать однородной подстилающей поверхностью (суша или море), определенными тепловыми условиями и временем, необходимым для их образования. Подобные условия существуют в барических максимумах над океанами, в сезонных максимумах над сушей.
Типичные свойства ВМ имеет только в очаге формирования, при перемещении она трансформируется, приобретая новые свойства. Приход тех или иных ВМ вызывает резкие смены погоды непериодического характера. По отношению к температуре подстилающей поверхности ВМ делят на теплые и холодные. Теплая ВМ перемещается на холодную подстилающую поверхность, она приносит потепление, но сама охлаждается. Холодная ВМ приходит на теплую подстилающую поверхность и приносит похолодание. По условиям образования ВМ подразделяют на четыре типа: экваториальные, тропические, полярные (воздух умеренных широт) и арктические (антарктическая). В каждом типе выделяется два подтипа – морской и континентальный. Для континентального подтипа , образующегося над материками, характерна большая амплитуда температур и пониженная влажность. Морской подтип формируется над океанами, следовательно, относительная и абсолютная влажность у него повышены, амплитуды температур значительно меньше континентальных.
Экваториальные ВМ образуются в низких широтах, характеризуются высокими температурами и большой относительной и абсолютной влажностью. Эти свойства сохраняются и над сушей и над морем.
Тропические ВМ формируются в тропических широтах, температура в течение года не опускается ниже 20 0 С, относительная влажность невелика. Выделяют: а) континентальные ТВМ, формирующиеся над материками тропических широт в тропических барических максимумах – над Сахарой, Аравией, Тар, Калахари, а летом в субтропиках и даже на юге умеренных широт – на юге Европы, в Средней Азии и Казахстане, в Монголии и Северном Китае; б) морские ТВМ, образующиеся над тропическими акваториями – в Азорском и Гавайском максимумах; характеризуются высокой температурой и влагосодержанием, но низкой относительной влажностью.
Полярные ВМ , или воздух умеренных широт, образуются в умеренных широтах (в антициклонах умеренных широт из арктических ВМ и воздуха, пришедшего из тропиков). Температуры зимой отрицательные, летом положительные, годовая амплитуда температур значительна, абсолютная влажность увеличивается летом и уменьшается зимой, относительная влажность средняя. Выделяют: а) континентальный воздух умеренных широт (кУВ), который формируется над обширными поверхностями континентов умеренных широт, зимой сильно охлажден и устойчив, погода в нем ясная с сильными морозами; летом сильно прогревается, в нем возникают восходящие токи; б) морской воздух умеренных широт (мУВ), формируется над океанами в средних широтах; западными ветрами и циклонами переносится на материки; характеризуется большой влажностью и умеренной температурой; зимой несет оттепели, летом – прохладную и всегда пасмурную погоду.
Арктические (антарктические) ВМ формируются в полярных широтах. Температуры в течение года отрицательные, абсолютная влажность небольшая. Выделяют: а) кАВМ, формирующиеся над ледяной поверхностью Арктики, а зимой также над Таймыром, бассейном Колымы, Чукоткой и Северной Канадой; характеризуется низкими температурами, малым влагосодержанием и большой прозрачностью; вторжение в умеренные широты вызывает значительные и резкие похолодания; б) мАВМ, формирующиеся в европейской Арктике, над океаном свободным ото льда; отличается большим влагосодержанием и несколько более высокой температурой; вторжение на материк может вызвать кратковременное потепление.
ВМ находятся в постоянном движении. При их сближении возникают атмосферные фронты. Атмосферный фронт – узкая переходная зона, разделяющая на значительном протяжении ВМ с разными физическими свойствами. Пересечение атмосферного фронта с земной поверхностью образует так называемую фронтальную зону. Ширина фронтальных зон – несколько сотен километров, длина – тысячи километров, вертикальная мощность – до высоты 20 км. Чаще всего атмосферные фронты возникают в умеренных широтах, где встречаются холодный воздух из высоких широт и теплый воздух из тропических. Фронтальная зона в пространстве изображается фронтальной поверхностью, пересечение которой с земной поверхностью образует линию фронта. На линии фронта скачком меняются температура, влажность, облачность, давление, направление и скорость ветра.
Между АВМ и УВМ проходят Арктический и Антарктический фронты, расположенные в среднем около 65 0 с.ш и ю.ш. В средних широтах между УВМ и ТВМ проходят умеренные фронты СП и ЮП. Летом они смещаются к 50 0 , зимой к 30 0 с.ш. Между УВМ и ТВМ находится тропический фронт. В экваториальных широтах при соприкосновении ЭВМ СП и ЮП образуется не фронт, а зона конвергенции или сходимости.
Атмосферные фронты подразделяются на теплые, холодные и окклюзии.
Теплым фронтом называется такой фронт, когда теплая ВМ более активна и перемещается в направлении холодной ВМ. Линия фронта при этом смещается в сторону холодного воздуха. После прохождения теплого фронта наступает потепление.
Холодный фронт образуется при наступлении холодной ВМ в направлении теплой ВМ. Линия фронта перемещается в сторону теплого воздуха. При смыкании холодного и теплого фронтов возникают фронты окклюзии.
На климатических картах можно выделить зоны, где чаще всего встречаются разные типы ВМ, здесь проходят климатические фронты – средние многолетние, наиболее типичные положения серий атмосферных фронтов, возникающих между типами или подтипами ВМ. Главные климатические фронты разделяют типы ВМ, вторичные – подтипы ВМ. Существуют арктический (антарктический ) фронт, разделяющий АВМ и ПВМ, полярный фронт - между ПВМ и ТВМ, тропический фронт – между ТВМ и ЭВМ.
Процессы формирования и смещения ВМ, образования фронтов положены в основу генетической классификации климатов Б.П. Алисова.
Таким образом:
Исследование проблем, относящихся к движениям атмосферы, приводит к установлению самой тесной связи между распределением температур на Земле, общей картиной барического рельефа и распределением ветров. Наиболее ярко связь эта видна в хорошо совпадающей зональности всех трех зависимых явлений. Можно построить логическую и закономерную цепь, последовательными звеньями которой являются: форма Земли – специфическое (обусловленное формой Земли) распределение солнечной радиации – обусловленное радиацией распределение температуры – обусловленное температурой и вращением Земли распределение барического рельефа – обусловленная барическим рельефом циркуляция воздуха.
Поскольку тропосфера располагается над разнообразными по характеру подстилающими поверхностями в различно нагретых солнцем областях и на различной высоте над уровнем моря или суши, она не может быть физически однородной. Отдельные ее части должны отличаться по температуре, плотности, степени насыщения водяными парами. Это дает основание подразделить тропосферу на ВМ, причем каждая масса внутри себя более или менее однородна, но от соседней массы значительно отличается по ряду свойств и особенностей.
К наиболее важным и генетически взаимосвязанным формам ОЦА принадлежат пассаты, циклоны и антициклоны умеренных широт, муссоны.
— важный фактор формирования климата. Она выражена перемещением различных типов воздушных масс.
Воздушные массы — это подвижные части тропосферы, отличающиеся друг от друга температурой и влажностью. Воздушные массы бывают морскими и континентальными.
Морские воздушные массы формируются над Мировым океаном. Они более влажные по сравнению с континентальными, образующимися над сушей.
В различных климатических поясах Земли формируются свои воздушные массы: экваториальные, тропические, умеренные, арктические и антарктические.
Перемещаясь, воздушные массы долго сохраняют свои свойства и поэтому определяют погоду тех мест, куда они приходят.
Арктические воздушные массы формируются над Северным Ледовитым океаном (зимой — и над севером материков Евразия и Северная Америка). Они отличаются низкой температурой, невысокой влажностью и повышенной прозрачностью воздуха. Вторжения арктических воздушных масс в умеренные широты вызывают резкое похолодание. При этом устанавливается преимущественно ясная и малооблачная погода. При продвижении в глубь материка на юг арктические воздушные массы трансформируются в сухой континентальный воздух умеренных широт.
Континентальные арктические воздушные массы формируются над ледяной Арктикой (в центральной и восточной ее частях) и над северным побережьем материков (зимой). Их особенностями являются очень низкие температуры воздуха и низкое содержание влаги. Вторжение континентальных арктических воздушных масс на материк приводит к сильному похолоданию при ясной погоде.
Морские арктические воздушные массы формируются в более теплых условиях: над свободной от льда акваторией с более высокой температурой воздуха и большим влагосодержанием — это европейская Арктика. Вторжения таких воздушных масс на материк зимой даже вызывают потепление.
Аналогом арктического воздуха Северного полушария в Южном полушарии являются антарктические воздушные массы. Их влияние распространяется в большей степени на прилегающие морские поверхности и редко на южную окраину материка Южная Америка.
Умеренный (полярный) воздух — это воздух умеренных широт. Умеренные воздушные массы проникают в полярные, а также субтропические и тропические широты.
Континентальные умеренные воздушные массы зимой обычно приносят ясную погоду с крепкими морозами, а летом — достаточно теплую, но облачную, нередко дождливую, с грозами.
Морские умеренные воздушные массы на материки переносятся западными ветрами. Их отличают высокая влажность и умеренные температуры. Зимой морские умеренные воздушные массы приносят пасмурную погоду, обильные осадки и оттепели, а летом — большую облачность, дожди и понижение температуры.
Тропические воздушные массы формируются в тропических и субтропических широтах, а летом — и в континентальных районах на юге умеренных широт. Тропический воздух проникает в умеренные и экваториальные широты. Высокая температура — общая черта тропического воздуха.
Континентальные тропические воздушные массы отличаются сухостью и запыленностью, а морские тропические воздушные массы — высокой влажностью.
Экваториальный воздух, возникающий в области Экваториальной депрессии, очень теплый и влажный. Летом в Северном полушарии экваториальный воздух, смещаясь на север, вовлекается в циркуляционную систему тропических муссонов.
Экваториальные воздушные массы формируются в экваториальной зоне. Их отличают высокие температуры и влажность в течение всего года, причем это касается воздушных масс, формирующихся как над сушей, гак и над океаном. Поэтому на морские и континентальные подтипы экваториальный воздух не подразделяется.
Вся система воздушных течений в атмосфере называется общей циркуляцией атмосферы.
Атмосферный фронт
Воздушные массы постоянно движутся, изменяют свои свойства (трансформируются), но между ними остаются довольно резкие границы — переходные зоны шириной в несколько десятков километров. Эти пограничные зоны называются атмосферными фронтами и характеризуются неустойчивым состоянием температуры, влажности воздуха, .
Пересечение такого фронта с земной поверхностью называется линией атмосферного фронта.
При прохождении атмосферного фронта через какую-либо местность над ней меняются воздушные массы и, как следствие, погода.
Для умеренных широт характерны фронтальные осадки. В зоне атмосферных фронтов возникают обширные облачные образования протяженностью в тысячи километров и выпадают осадки. Как они возникают? Атмосферный фронт можно рассматривать как границу двух воздушных масс, которая наклонена к земной поверхности под очень малым углом. Холодный воздух находится рядом с теплым и над ним в виде пологого клина. При этом теплый воздух поднимается вверх по клину холодного воздуха и охлаждается, приближаясь к состоянию насыщения. Возникают облака, из которых выпадают осадки.
Если фронт перемещается в сторону отступающего холодного воздуха, наступает потепление; такой фронт называется теплым. Холодный фронт, наоборот, надвигается на территорию, занятую теплым воздухом (рис. 1).
Рис. 1. Типы атмосферных фронтов: а — теплый фронт; б — холодный фронт
Загрузка...
