Циркуляцией атмосферы называются крупномасштабные воздушные течения, существующие на земном шаре. В этих воздушных течениях возникают волны и вихри, обладающие характерными свойствами.
Возникающие, развивающиеся и затухающие в воздушные течения бывают разных размеров, время их существования различно. Так, например, кучевое облако возникает в потоке влажного воздуха из-за восходящего движения. Его размер приблизительно 10 км, а время существования полчаса. Движения воздуха такого масштаба в течение короткого времени влияют на небольшую территорию. А вот бризы, развивающиеся на равнинном побережье и дующие днем с моря на сушу, проникают в умеренных широтах в глубь территории на 25 - 30 км. Время их существования - полсуток. Бриз влияет на погоду в пределах небольшой территории. Это местный ветер, охватывающий узкую полосу земли вдоль побережья.
На вопрос, какие воздушные течения определяют погоду в пределах Московской области в течение от 1 до 5 суток, можно ответить, если учесть среднюю скорость переноса воздушных масс, которая известна из аэрологических наблюдений. В среднем она равна 50 км/ч. Следовательно, в каждую точку Московской области поступает воздух, который за сутки до этого находился на расстоянии 1200 км, а за 5 суток - на расстоянии 6000 км от этой точки. Таким образом, крупномасштабные воздушные течения сопоставимы по размерам с материками и океанами, а продолжительность их существования 5 - 6 суток. Если же мы хотим узнать погоду на более обширной территории, например, на европейской части России, то надо рассматривать структуру воздушных течений на всем Северном полушарии за сутки, а на всем земном шаре - за 5 суток. Поэтому для понимания изменения погоды в течение нескольких суток необходимо знать закономерности крупно-масштабных воздушных течений или закономерности общей циркуляции атмосферы.
При наблюдении Земли из космоса, как видно на приведенных снимках, можно судить о воздушных течениях, развитии и перемещении облачных систем. Так, в умеренных широтах обоих полушарий встречаются полосы облачности шириной 300 - 500 км, распространяющиеся на тысячи километров и закручивающиеся в Северном полушарии в полярных широтах против часовой стрелки, а в Южном полушарии - по часовой стрелке. Эта облачность, как правило, все время перемещается с запала на восток, возникая в одном географическом районе и разрушаясь через 2 - 3 дня в другом.
В то же время в субтропических широтах (30 - 15° широты) над океанами и над пустынями облачности мало. А если она и есть у западных побережий Африки и Америки, то только в виде облачных островков. Наконец, в экваториальной зоне (15° с. ш. - 15° ю. ш.) всегда существует одна или две полосы облачности, более или менее плотной.
Отражает закономерности общей циркуляции атмосферы на земном шаре: характер воздушных течений в умеренных широтах обоих полушарий отличается от характера воздушных течений в субтропических и экваториальных широтах.
В умеренных широтах всегда присутствуют три воздушные массы: в полярной области арктическая (или антарктическая), в зоне 30° — 40° широты — тропическая и воздушная масса умеренных широт. Эти воздушные массы различаются по температуре, влажности и запыленности. Так, в январе иногда в Москву приходит арктический воздух с и со средней температурой -19°С, морской умеренный воздух с Атлантики - с температурой - ГС, а тропический воздух из Северной Африки приносит с собой оттепели: температура повышается до +2°С. В Местах соприкосновения этих воздушных масс возникают фронтальные зоны, которые у земли проявляются как полосы перехода (в 10 - 20 км) от одной воздушной массы к другой. Здесь-то и образуются полосы облачности, которые видят космонавты сверху. Во фронтальных зонах в толще тропосферы холодный воздушный поток, который находится на стороне, обращенной к полюсам, соприкасается с теплым воздушным потоком, который находится на стороне, обращенной к экватору. Таким образом, во фронтальной зоне существует перепад температуры и, следовательно, плотности воздуха. Такой поток неустойчив, и в нем возникают воздушные волны длиной 5000 - 6000 км, превращающиеся потом в вихри - циклоны и антициклоны. Циклон - вихрь с замкнутыми изобарами и самым низким давлением воздуха в центре. В циклоне ветер дует против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой стрелке в Южном полушарии. В циклоне всегда существует восходящее движение воздуха, и поэтому возникают облачность и осадки. Закручивающиеся облачные спирали, наблюдаемые из космоса в умеренных широтах, это и есть циклоны.
Одновременно с развитием циклона возникает антициклон - вихрь с замкнутыми изобарами, самым высоким давлением воздуха в центре и ветрами, дующими по часовой стрелке в Северном полушарии и против часовой стрелки - в Южном. В антициклоне всегда существуют нисходящие движения воздуха, препятствующие возникновению мошной облачности и продолжительных осадков. Просветы ясного неба, видимые космонавтами в умеренных широтах и разделяющие облачность фронтов, относятся к антициклонам.
Таким образом, крупномасштабная циркуляция атмосферы в умеренных широтах - это постоянное образование, развитие, движение, а затем затухание и исчезновение циклонов и антициклонов. При этом циклоны, возникающие на фронте, разделяющем теплую и холодную воздушные массы, движутся в сторону полюсов, перенося теплый воздух в полярные широты. Антициклоны же, возникающие в тылу циклонов в холодной , движутся в субтропические широты, перенося туда холодный воздух. Именно эти процессы и определяют изменения погоды в умеренных широтах.
Чтобы следить за происходящими в атмосфере процессами, через каждые три часа в метеорологических службах всех стран составляются карты погоды и два раза в сутки карты барической топографии различных изобарических поверхностей. Для характеристики общих закономерностей циркуляции атмосферы составляют средние многолетние карты давления воздуха на уровне моря, карты преобладающих ветров и средние карты топографии изобарических поверхностей. Карты отражают наиболее повторяющиеся процессы в умеренных, субтропических и экваториальных широтах. Кроме того, они позволяют судить о сезонных изменениях циркуляции атмосферы, вызванных различным поступлением в течение года.
В январе в северной и в северном Тихом океане наблюдаются области низкого давления, называемые Исландской и Алеутской депрессиями, и области высокого давления над и Азией, называемые Канадским и Сибирским антициклонами. Депрессии существуют в районах, где часты циклоны, которые по мере продвижения на восток и северо-восток постепенно заполняются и уступают место антициклонам. Азиатский и Канадский антициклоны возникают только благодаря существованию на этих широтах обширных континентов - и . В этих районах зимой антициклоны преобладают над циклонами. Летом над материками происходит коренная перестройка барического поля и циркуляции, и зона образования циклонов в Северном полушарии смещается в более высокие широты.
В умеренных широтах Южного полушария циклоны, возникающие над однородной океанической поверхностью, двигаясь на юго-восток, встречают ледяной купол Антарктиды, когда в их центре самое низкое давление воздуха. Здесь циклоны застаиваются. Этот процесс происходит зимой и летом. Поэтому Антарктида окружена поясом низкого давления с циклоническими центрами.
Циркуляция атмосферы в субтропических широтах различна над океанами и в районах соприкосновения материков и океанов. На космических снимках видно, что над и и в Северном и Южном полушариях в субтропиках имеются области высокого давления воздуха: это Азорский и Южноатлантический субтропические антициклоны в Атлантике и Гавайский и Южнотихоокеанский субтропические антициклоны в Тихом океане. Здесь зимой и летом давление высокое. В южной части Индийского океана также круглый год расположен антициклон, называемый Маскаренским.
В отличие от океанов, в Азии, и отчасти в ситуация от зимы к лету полностью меняется. Если зимой над Азией господствовал Сибирский антициклон, южная периферия которого захватывала субтропики, а на Северную распространялся отрог Азорского антициклона, то летом вся занята обширной областью низкого давления, центр которой располагается над Аравией, и Сахарой. Такое различное распределение давления в субтропиках над океанами и материками и разное изменение давления от зимы к лету определяют две системы циркуляции глобального масштаба: пассатную над океанами и муссонную в области соприкосновения материка и океана.
В антициклоне, как мы знаем, ветры в Северном полушарии дуют по часовой стрелке, а в Южном полушарии - против часовой стрелки. Поэтому на экваториальной стороне Азорского и Гавайского антициклонов дуют северо-восточные ветры, которые по мере продвижения к центру океанов становятся восточными, а при приближении к и к - юго-восточными. Эти ветры и есть северо-восточный пассат.
В Южном полушарии на экваториальной стороне Южноатлантического, Маскаренского и Южнотихоокеанского антициклонов дуют юго-восточные ветры - юго-восточный пассат. Поскольку в субтропиках Северного и Южного полушарий высокое давление и антициклоны существуют в течение всего года и только меняют интенсивность, то и пассатные ветры существуют в течение всего года, являясь самыми устойчивыми ветрами в мире. Именно этим воспользовались X. Колумб и Т. Хейердал в своих экспедициях.
В субтропических антициклонах, как в антициклонах вообще, наблюдаются нисходящие движения воздуха, которые препятствуют образованию облачности выше 1,5 км. Только в нижнем полуторакилометровом слое над океаном может образоваться кучевая облачность, связанная с восходящими движениями в относительно холодном пассатном потоке, текущем над теплым тропическим океаном. Но оседание воздуха в верхних слоях препятствует дальнейшему росту облаков. Поэтому в области пассатов никогда не бывает существенных осадков, и просторы океанов под субтропическими антициклонами - это морские пустыни с влажным воздухом без осадков. Именно поэтому над океанами в субтропиках космонавты не видят облачных систем.
Теперь рассмотрим ситуацию, которая складывается там, где евразиатский материк граничит с северной частью Индийского океана, а также западной частью Тихого океана. Зимой давление воздуха убывает от Азии в направлении экватора, т. е. барический градиент направлен с севера на юг. Это вызывает отток воздуха из Сибирского антициклона на юго-восток, поскольку оттоку на юг препятствуют горные системы . Затем северо-западный поток под влиянием силы Кориолиса Северного полушария, выходя на морскую поверхность, становится северо-восточным. Далее воздух течет вдоль восточного побережья Азии, попутно прогреваясь и увлажняясь от океана. Наконец он пересекает экватор и под влиянием силы Кориолиса, только теперь Южного полушария, снова становится северо-западным и достигает и Северной . Это и есть Азиатский зимний муссон, который для Индонезии и Австралии, конечно, летний. Набрав по дороге влагу, он несет обильные дожди Индонезии и Северной Австралии.
Под влиянием того же барического градиента сухие тропические воздушные массы Передней Азии, Индостана и Индокитая в виде северовосточного потока текут над севером Индийского океана, пересекают экватор и под влиянием силы Кориолиса Южного полушария становятся северо-западными. В Индийском океане они встречаются с юго-восточным пассатом Индийского океана.
В это время в Западной Африке дует сухой горячий северо-восточный ветер, который называется харматан. Это зимний муссон, который создает сухой сезон в Сахели - обширной саванне южнее Сахары. Летом там, где соседствует евразиатский материк с и Западная Африка с Гвинейским заливом, барическое поле полностью меняется. Теперь барический градиент направлен с юга на север, от Маскаренского антициклона и Южноатлантического антициклона в область Азиатской термической депрессии и в ее ложбину нал Сахарой. В связи с этим юго-восточный пассат в Индийском океане пересекает экватор. Под влиянием силы Кориолиса Северного полушария воздушный поток постепенно отклоняется вправо и становится юго-западным. В мае этот юго-западный поток достигает , севера , и севера . В начале июня юго-западный поток захватывает весь полуостров Индостан, позже он доходит до северо-западной Индии. Так, в Дели он приходит в июле. Этот юго-западный поток и есть Индийский муссон, который приносит летом дожди в , покидая самый юг Индии в декабре. В этих странах дождливый сезон, связанный с юго-западным муссоном, начинается в мае и кончается в октябре - ноябре.
Меридиональный барический градиент, направленный на север, создает условия для возникновения юго-западного потока влажного воздуха из южной Атлантики и Гвинейского залива, который распространяется на саванны Сахели и с мая по октябрь. Этот летний западноафриканский муссон является единственным источником дождей для Судано-Сахельской зоны, и от его интенсивности зависит жизнь людей, а то и целых государств. Так, ослабление летнего муссона в Сахели в 70 - 80-е гг. привело к катастрофическим последствиям для населения и массовой гибели домашнего скота.
В экваториальной зоне зимой и летом наблюдается низкое давление, опоясывающее весь земной шар. Эта полоса низкого давления называется экваториальной ложбиной.
Зимой экваториальная ложбина Северного полушария занимает самое южное положение, а летом - самое северное. Но это смещение неодинаково на различных долготах: оно наименьшее в области распространения пассатов и наибольшее в области господства муссонов. Над океанами к центру экваториальной ложбины устремляются два пассатных потока из Северного и Южного полушарий. Северо-восточный пассат Северного полушария и юго-восточный пассат Южного полушария направлены навстречу друг другу. Поэтому на линии самого низкого давления они сталкиваются, образуя так называемую внутритропическую зону конвергенции (конвергенция - «сходимость»). Условием длительного поддержания зоны конвергенции (а она существует круглый год) являются восходящие движения воздуха и отток воздуха выше пассатов к субтропикам. Иначе сходящиеся воздушные потоки пассатов быстро заполнили бы ложбину.
Во влажном тропическом воздухе восходящие движения воздуха приводят к образованию мощных кучево-дождевых облаков, облачных скоплений протяженностью 100 - 200 км, которые и видят космонавты. Из облачных скоплений выпадают ливни. Таким образом, внутритропическая зона конвергенции является местом, где дожди выливаются из , собранного пассатами над океанами. В верхних частях тропосферы (10 - 16 км) действительно наблюдаются воздушные течения, направленные из зоны конвергенции к субтропическим антициклонам. Здесь этот воздух опускается. К оседанию воздуха в антициклонах, пришедших из умеренных широт, добавляется снижение воздуха, пришедшего из внутритропической зоны конвергенции.
Приток пассатов к экватору в нижней части тропосферы, его подъем в зоне конвергенции, затем отток воздуха в верхней тропосфере к субтропическим антициклонам и там опускание образуют так называемую ячейку Хэдли (Гадлея), по имени английского ученого, описавшего это явление в 1735 г.
В области муссонной циркуляции также образуется зона конвергенции: зимой при встрече муссона с юго-восточным пассатом Маскаренского антициклона, северным летом - при встрече муссона с континентальным тропическим воздухом Азии и Сахары.
Сезонное смещение внутритропической зоны конвергенции, образованной пассатами, очень небольшое - 3 - 5° вдоль меридиана, а сезонное смешение муссонной зоны конвергенции большое, порядка 25° вдоль меридиана, что вносит определенное различие в эти зоны, выражающееся, в частности, в форме и размерах конвективных облачных скоплений.
О распределении Давления и преобладающих воздушных течениях, которые наблюдаются у поверхности земли, мы рассказали выше. Замечательно, что такие же воздушные течения и распределение давления наблюдаются в нижнем от поверхности до высоты 1,5 км. Если же подниматься во все более высокие слои атмосферы, то характер воздушных течений (и поле давления) постепенно изменяется. Эти изменения все больше определяются распределением температуры на земном шаре: ее контрастом между полюсами и тропиками. Так, на высоте 10 — 12 км над холодными и круглый год существуют огромные циклонические вихри, на периферии которых в умеренных широтах Северного и Южного полушарий господствуют западные воздушные течения. Эги западные воздушные течения неустойчивы: в них все время возникают волны длиной 5 - 6 тыс. км. В передней части такой волны, от ложбины до гребня у земли, возникают циклоны, в тыловой части от гребня до ложбины — антициклоны. Субтропические антициклоны — это высокие теплые образования, они захватывают своей циркуляцией всю тропосферу. Поэтому границей западных воздушных течений умеренных широт служит обращенная к полюсам периферия субтропических антициклонов. Здесь как раз и возникают самые сильные западные ветры - субтропическое струйное течение, где скорость западного ветра всегда более 100 км/ч, а иногда и 200 — 250 км/ч.
На периферии субтропических антициклонов, обращенной к экватору, дуют восточные ветры. Таким образом, в тропиках наблюдаются восточные воздушные течения. Ветви этих течений направлены к субтропическим антициклонам и образуют ячейку Хэдли.
Если подняться еще выше, скажем, на высоту 25 км, то там характер воздушных течений определяется временем года. Летом над всем полушарием господствуют восточные ветры в огромном антициклоне, покрывающем полушарие с центром над полюсом. В это же время над другим полушарием властвует циклон с центром над полюсом, который создает западные воздушные течения. Итак, эти барические системы и ветры все время меняются: в июне, июле и августе - антициклон и восточные ветры в Северном полушарии, циклоны и западные ветры - в Южном полушарии; в декабре, январе и феврале - антициклон и восточные ветры в Южном полушарии, циклон и западные ветры — в Северном полушарии.
Содержание статьи
АТМОСФЕРЫ ЦИРКУЛЯЦИЯ. Основными факторами, влияющими на формирование климата Земли, является солнечная радиация, циркуляция атмосферы и характер подстилающей поверхности. При их совместном влиянии формируется климат в различных районах земного шара. Количество поступающего солнечного тепла зависит от ряда факторов. Определяющим является угол падения солнечных лучей. Поэтому на низких географических широтах поступает значительно больше солнечной энергии, чем на средних и тем более высоких широтах.
Общей циркуляцией атмосферы называют замкнутые течения воздушных масс в масштабах полушария или всего земного шара, приводящие к широтному и меридиональному переносу вещества и энергии в атмосфере. Главной причиной возникновения воздушных течений в атмосфере служит неравномерное распределение тепла на поверхности Земли, что приводит к неодинаковому нагреванию почвы и воздуха в различных поясах земного шара. Таким образом, солнечная энергия является первопричиной всех движений в воздушной оболочке Земли. Кроме притока солнечной энергии к важнейшим факторам, вызывающим возникновение ветра, относятся также вращение Земли вокруг своей оси, неоднородность подстилающей поверхности и трение воздуха о почву. В земной атмосфере наблюдаются воздушные движения самых различных масштабов – от десятков и сотен метров (местные ветры) до сотен и тысяч километров (циклоны, антициклоны, муссоны, пассаты, планетарные фронтальные зоны). Простейшая схема глобальной циркуляции атмосферы была составлена более 200 лет назад. Ее основные положения не потеряли своего значения и до сих пор.
Современные принципы классификации форм атмосферной циркуляции северного полушария Вангенгейма – Гирса. Воздушные массы постоянно перемещаются вокруг земного шара. На скорость их движения влияет неравномерность поступления солнечной радиации и поглощение ее различными участками подстилающей поверхности и атмосферы, вращение Земли, термическое и динамическое взаимодействие атмосферы с подстилающей поверхностью, в том числе и взаимодействие с океаном.
Основной причиной атмосферных движений является неоднородность нагревания различных участков поверхности Земли и атмосферы. Подъем теплого и опускание холодного воздуха на вращающейся Земле сопровождается формированием циркуляционных систем различного масштаба. Совокупность крупномасштабных атмосферных движений получила название общей циркуляции атмосферы.
Атмосфера получает тепло путем поглощения солнечной радиации, за счет конденсации водяного пара и благодаря теплообмену с подстилающей поверхностью. Поступление скрытой теплоты в атмосферу зависит от подъема влажного воздуха. Так тропическая зона Тихого океана является мощным источником тепла и влаги для атмосферы. Значительная теплопередача от поверхности океана происходит зимой там, где холодные воздушные массы приходят в районы теплых морских течений.
Одним из наиболее крупномасштабных звеньев общей циркуляции атмосферы является циркумполярный вихрь. Его формирование обусловлено очагами холода в полярной области и очагами тепла в тропической зоне. Циркумполярное движение и его проявление – западный перенос – являются устойчивой и характерной особенностью общей атмосферной циркуляции. В 1930-е были начаты обстоятельные исследования общей циркуляции атмосферы путем деления всех синоптических процессов на элементарные (ЭСП) и обобщение их в трех формах циркуляции: западной (W), восточной (Е) и меридиональной (С). Процессы западной формы (W) характеризуются развитием зональных составляющих циркуляции и быстрым смещением с запада на восток барических образований. При развитии меридиональных форм циркуляции, когда формируются стационарные волны большой амплитуды, наблюдаются процессы формы Е и С. Распределение воздушных течений на земном шаре тесно связано с распределением давления, температуры и характером циклонической деятельности. Следовательно, в распределении ветра у Земли должна быть определенная зональность. Но фактические направления ветров зимой и летом отличаются от реальных ветров в зональной схеме. Наиболее четкую зональность имеют ветры в приэкваториальной зоне. В северном полушарии зимой и летом преобладают ветры северо-восточного направления, а в южном – ветры юго-восточного направления – пассаты. Яснее всего пассаты выражены над Тихим океаном. Над материками и вблизи них пассаты нарушаются другой системой течений – муссонами, которые возникают из-за циклонической деятельности, связанной с большим перепадом температуры между морем и сушей. Зимой муссон направлен с континента на океан, а летом – с океана на континент. Муссонный перенос воздушных масс представлен в прибрежных районах Восточной Азии и, в частности, в Приморье. Воздушные массы перемещаются как у поверхности Земли, так и на больших высотах от Земли и не только в горизонтальном направлении, но и в вертикальном. Несмотря на то, что вертикальные скорости движения воздуха малы, они играют важную роль в обмене воздуха по вертикали, образовании облаков, осадков и других погодных явлений. Есть и другие особенности в распределении вертикальных движений. Анализ синоптических карт показал, что температурные контрасты полюс – экватор неравномерно распределены по широте. Наблюдается сравнительно узкая зона, где сконцентрирована значительная часть энергии атмосферной циркуляции. Здесь отмечаются максимальные значения барических градиентов, а следовательно, и скоростей ветра. Для таких областей было введено понятие высотной фронтальной зоны (ВФЗ), а связанные с ней сильные западные ветры стали называть струйными течениями или струями. Обычно скорость ветра вдоль оси струи превышает 30 м/с, вертикальный градиент скорости ветра превышает 5 м/с на 1 км, а горизонтальный градиент скорости достигает 10 м/с и более на 100 км. ВФЗ занимает большие географические пространства: ширина ее 800–1000 км, высота 12–15 км и длина 5–10 тыс. км. ВФЗ включает в себя обычно один или несколько фронтов и является местом возникновения подвижных фронтальных циклонов и антициклонов, перемещающихся по направлению основного (ведущего) потока. В периоды сильного развития меридиональности процессов ВФЗ как бы «извивается», огибая высотные гребни с севера и ложбины с юга.
Общая циркуляция атмосферы представляет собой систему крупномасштабных воздушных течений над земным шаром. Эта система доступна изучению с помощью ежедневных синоптических карт, а также находит отображение на средних многолетних картах для земной поверхности и тропосферы.
Воздушные течения.
С планетарным распределением давления связана сложная система воздушных течений. Некоторые из них сравнительно устойчивы, а другие постоянно изменяются в пространстве и во времени. К устойчивым воздушным течениям относятся пассаты, которые направлены от субтропических широт обоих полушарий к экватору, и муссоны в средних широтах преобладают воздушные течения западного направления (с Запада на Восток), в которых возникают крупные вихри – циклоны и антициклоны, обычно простирающиеся на сотни и тысячи километров. Циклоны наблюдаются и в тропических широтах, где они отличаются меньшими размерами, но особенно большими скоростями ветра, часто достигающими силы урагана (т.н. тропические циклоны). В верхней тропосфере и нижней стратосфере часто возникают сравнительно узкие (в сотни километров шириной) струйные течения, с резко очерченными границами, в пределах которых ветер достигает больших скоростей до 100–150 м/с.
Пассаты
(немецкий, единственное число Passat, вероятно, от испанского viento de pasade) – ветер, благоприятствующий переезду), устойчивые на протяжении года воздушные течения в тропических широтах над океанами. В Северном полушарии направление пассатов преимущественно северо-восточное, в Южном – юго-восточное. Между пассатами Северного и Южного полушарий – внутритропическая зона конвергенции; над пассатами в противоположном им направлении дуют антипассаты.
Муссоны
– система воздушных течений, в которой в одном сезоне преобладают ветры одного направления, а в другом – прямо противоположного или близкого к нему. Слово муссон происходит от арабского маусим, что значит сезон. В течение многих столетий арабские моряки называли этим словом систему ветров над Аравийским морем и Бенгальским заливом. В летние месяцы там дуют ветры с юго-запада, а в зимние – с северо-востока. О муссонах жители Ближнего Востока и Индии знали очень давно. Еще в 4–3 вв. до н.э. индийские и персидские мореплаватели использовали закономерности смены ветров при плавании в Аравийском море. В 1 и 2 вв. н.э. сложился великий муссонный путь от берегов Индии в Южно-Китайское море и Китай. Индийские, малайские и китайские мореплаватели летом вели по нему свои парусные суда на восток, а зимой на – запад. Внимание, которое в течение столетий в разных частях мира уделяется муссонам, связано не только с сезонной сменой преобладающих ветров, но и с закономерностями выпадения дождей в период муссона. Отсутствие муссонных дождей приводит к засухам, потере урожая, обмелению рек. В то же время слишком интенсивный муссон с бурными, продолжительными ливнями вызывает наводнения. Специфические признаки муссона – его устойчивость в течение сезона и смена от одного полугодия к другому, т.е. именно его сезонность. Причины муссонных ветров и смена их направления по сезонам связаны с годовым ходом Солнца и приходом солнечного излучения на земную поверхность.
Муссоны распространены в тропиках на огромных территориях от Западной Африки до Юго-Восточной Азии и Индонезии. Муссонная составляющая общей циркуляции атмосферы оказывает существенное влияние и на формирование климата восточных районов азиатского побережья России. Наиболее четко такой муссонный перенос и смена материкового и морского влияния выражены на юге Дальнего Востока и особенно в Приморском крае. В этих широтах муссон можно разделить на две фазы – зимнюю и летнюю: Азия «выдыхает» воздух зимой и «вдыхает» летом. Зимой наиболее ярко проявляется влияние континента. По мере остывания Евразийского материка над ним все чаще формируются области высокого атмосферного давления. Преобладание таких областей ведет к тому, что на картах атмосферного давления при осреднении за зимние месяцы здесь прослеживается огромная область высокого давления, названная сибирским или азиатским антициклоном. В это время здесь формируется мощный северо-западный поток континентального воздуха, с вертикальной мощностью до 4 км – зимний муссон. Летом муссонный перенос в данных широтах обычно возникает вследствие взаимодействия дальневосточной депрессии (области пониженного давления, формирующейся главным образом в бассейне Амура) и областями повышенного давления над окраинными морями (Японским и Охотским) и северо-западной частью Тихого океана. Максимум циклонической деятельности в южных районах Дальнего Востока приходится на лето и весну, минимум – на зиму и осень. Прогрев материка в летний период, меридиональное расположение горных хребтов, в частности, Сихоте-Алиня, образование антициклонов над окраинными морями приводит к тому, что циклоны, смещающиеся с западных районов, замедляют здесь свое движение, блокируются. Эти причины способствуют формированию летней дальневосточной депрессии. Основной особенностью климата южной части российского Дальнего Востока является выпадение осадков преимущественно в теплое время года: с июня по сентябрь выпадает более 60% их годового количества, причем характерной особенностью муссонного климата является то, что в самый дождливый месяц года выпадает осадков почти в 50 раз больше, чем в самый сухой. В континентальном климате это соотношение едва достигает четырех.
Циклон
(от греческого kyklon – кружащийся) – область пониженного давления в атмосфере с минимумом в центре. Поперечник циклона – несколько тысяч километров. Характеризуется системой ветров, дующих против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой – в Южном. Погода при циклонах преобладает пасмурная с сильными ветрами. Это связано с особенностями распределения давления и характером циркуляции воздуха.
Под влиянием трения в нижних слоях атмосферы в циклоне наблюдается, помимо кругового движения воздуха, еще и движение от периферии к центру, и поэтому возникает постоянное вертикальное, восходящее, движение воздуха и его охлаждение по мере подъема. Воздух, охлаждаясь, становится влагонасыщенным, в нем образуются облака, дающие осадки. В циклонах, особенно вблизи их центров, всегда велика разность давления между центром и периферией (т.е. велики так называемые горизонтальные градиенты давления) и, следовательно, постоянно наблюдаются сильные порывистые ветры (вихри). По своему происхождению вихри разделяются на две основные группы: тропические (ураганы, тайфуны) и циклоны умеренных широт.
Тропические циклоны.
Родина тропических вихрей – океанские просторы в приэкваториальной области примерно между 10–15° северной и южной широт, их диаметр – несколько сотен километров, а высота – от 5 до 15 км. Тропические циклоны могут возникать в любое время года в тропических частях всех океанов, за исключением юго-восточной части Тихого океана и южной части Атлантики. Наиболее часто (в 87% случаев) тропические циклоны возникают между широтами 5° и 20°. В более высоких широтах они возникают лишь в 13% случаев. Никогда не отмечалось возникновение циклонов севернее 35° северной широты и южнее 22° южной широты. Тропические циклоны, достигшие значительной интенсивности, в каждом районе имеют свое название. В восточной части Тихого океана и в Атлантике их называют ураганами (от испанского слова «уракан» или английского «харикейн»), в странах полуострова Индостан – циклонами или штормами, на Дальнем Востоке – тайфунами (от китайского слова «тай», что означает сильный ветер). Есть и менее распространенные местные названия: «вилли-вилли» – в Австралии, «вилли-вау» – в Океании и «багио» – на Филиппинах. Тайфунам Тихого океана и ураганам Атлантики присваивают имена согласно установленным спискам. Для тайфунов используются четыре списка имен, для ураганов установлен один. Каждому тайфуну или урагану, образовавшемуся в данном календарном году, кроме имени присваивается порядковый номер двухзначная цифра года: например, 0115, что означает пятнадцатый по счету номер тайфуна в 2001.
Чаще всего они образуются в северной части тропической зоны Тихого океана: здесь, в среднем, за год прослеживается около 30 циклонов. В умеренные широты тропические циклоны выходят в период с конца июня по начало октября, а наиболее активны в августе-октябре. Отличительной особенностью циклонов этой группы является то, что они термически однородны (т.е. нет температурных контрастов между различными частями вихря), в них сосредоточено колоссальное количество энергии, они приносят с собой штормовые ветры и сильные осадки.
Тропические циклоны образуются там, где наблюдается высокая температура поверхности воды (выше 26°), а разность температур вода-воздух более 2°. Это приводит к усилению испарения, увеличению запасов влаги в воздухе, что, в известной степени, определяет накопление тепловой энергии в атмосфере и способствует вертикальному подъему воздуха. Появляющаяся мощная тяга увлекает все новые и новые объемы воздуха, нагревшиеся и увлажнившиеся над водной поверхностью. Вращение Земли придает подъему воздуха вихревое движение, и вихрь становится подобным гигантскому волчку, энергия которого грандиозна. Центральную часть воронки называют «глазом бури». Это феноменальное явление, которое поражает особенностями своего «поведения». Когда глаз бури хорошо выражен, на его границе осадки внезапно прекращаются, небо проясняется, а ветер значительно ослабевает, иногда до штиля. Форма глаза бури может быть самой разной, она постоянно меняется. Иногда встречается даже двойной глаз. Средний диаметр глаза бури в хорошо развитых циклонах равен 10–25 км, а в разрушительных он составляет 60–70 км.
Тропические циклоны в зависимости от их интенсивности:
1. Тропическое возмущение – скорости ветра небольшие (менее 17 м/с).
2. Тропическая депрессия – скорость ветра достигает 17–20 м/с.
3. Тропический шторм – скорость ветра до 38 м/с.
4. Тайфун (ураган) – скорость ветра превышает 39 м/с.
В жизненном цикле тропического циклона выделяют четыре стадии:
1. Стадия формирования. Начинается с появления первой замкнутой изобары (изобара – линия равного давления). Давление в центре циклона опускается до 990 гПа. Лишь около 10% тропических депрессий получает дальнейшее развитие.
2. Стадия молодого циклона или стадия развития. Циклон начинает быстро углубляться, т.е. отмечается интенсивное падение давления. Ветры ураганной силы образуют вокруг центра кольцо радиусом 40–50 км.
3. Стадия зрелости. Падение давления в центре циклона и увеличение скорости ветра постепенно прекращаются. Область штормовых ветров и интенсивных ливней увеличивается в размерах. Диаметр тропических циклонов в стадии развития и в зрелой стадии может колебаться от 60–70 км до 1000 км.
4. Стадия затухания. Начало заполнения циклона роста давления в его центре). Затухание происходит при перемещении тропического циклона в зону более низких температур поверхности воды или при переходе на сушу. Это связано с уменьшением притока энергии (тепла и влаги) с поверхности океана, а при выходе на сушу еще и с увеличением трения о подстилающую поверхность.
Двигаясь в сторону умеренных широт, тропические циклоны постепенно теряют свою силу и затухают.
Тайфуны.
К числу наиболее мощных и разрушительных тропических циклонов относятся тайфуны, они возникают над океаном к северо-востоку от Филиппин. Средняя продолжительность существования тайфуна составляет 11 дней, а максимальная – 18 дней. Минимальное давление, наблюдавшееся в таких тропических циклонах, колеблется в широких пределах: от 885 до 980 гПа. Максимальные суточные суммы осадков достигают 400 мм, а скорость ветра – 20–35 м/с. Основной сезон выхода тайфунов в умеренные широты с июля по сентябрь.
Торнадо.
Сильные штормы на Земле могут вызвать появление необычных, небольших по размерам, но неистовых облаков. Торнадо кружатся со скоростью сотен километров в секунду, а когда они достигают поверхности Земли, сметают практически все на своем пути вдоль длинной и узкой полосы следования. Как правило, торнадо длятся не более нескольких минут, но самые сильные и опасные из них могут продолжаться часами.
Циклоны умеренных широт.
Циклоны умеренных широт менее опасны, они возникают преимущественно в зонах атмосферных фронтов, где встречаются две различные воздушные массы. В северном полушарии самые обширные циклоны обычно наблюдаются над акваториями Атлантического и Тихого океанов. Повторяемость их зависит от времени года и географического района. В среднем, в северном полушарии циклоны над европейской частью континента более часты зимой, над Азиатской – летом. Циклоны имеют диаметр порядка 2–3 тыс. км и более.
Погода в циклоне внетропических широт неоднородна: различают переднюю и тыловую части циклона, левую и правую – по отношению к направлению его движения. В передней части циклона преобладают сплошная слоистообразная облачность теплого фронта, обложные осадки с ветрами южной четверти горизонта. В тылу циклона, за холодным фронтом, погода отличается неустойчивостью, с выпадением осадков ливневого типа, порывистым ветром северо-западной и северной четвертей; облачность может быть с разрывами и даже с кратковременными прояснениями, а летом – конвективного типа. Левая (чаще всего северная) часть циклона характеризуется условиями погоды, которые можно назвать промежуточными между передней и тыловой частями циклона; преобладают ветры восточной и северо-восточной четверти, облака сплошные, осадки обложные, выпадающие с перерывами и постепенно переходящие в кратковременные ливневого типа. Правая южная часть циклона некоторый период его жизни является «теплым сектором» – она заполнена теплой воздушной массой, которая со временем вытесняется наверх. Здесь, в зависимости от сезона и типа воздушной массы, погода может быть разнообразной, но преимущественно без существенных осадков, с туманами или низкой тонкой слоистой облачностью, нередко безоблачная и всегда теплая, с ветрами южной и юго-западной четверти.
Антициклон
– область повышенного давления в атмосфере с максимумом в центре (на уровне моря 1050–1070 гПа). Поперечник антициклона – порядка тысяч километров. Антициклон характеризуется системой ветров, дующих по часовой стрелке в Северном полушарии и против часовой стрелки – в Южном, малооблачной и сухой погодой и слабыми ветрами.
В зависимости от географического района зарождения различают внетропические и субтропические антициклоны. Возникновение и развитие антициклонов тесно связано с развитием циклонов, практически это единый процесс. В одном районе создается дефицит массы, а в соседнем – избыток. Антициклоны занимают площади, сравнимые с размером материков, над которыми они лучше развиваются зимой,а над океанами – летом. В среднем, повторяемость антициклонов в 2,5–3 раза меньше, чем циклонов.
Годовой ход выражен довольно слабо, но подвижных антициклонов над континентами немного больше, чем над океанами. Есть районы, в которых антициклоны чаще всего становятся малоподвижными и существуют длительное время. От центра антициклона воздух оттекает во все стороны, что исключает возможность сближения и взаимодействия разнородных воздушных масс. В связи с нисходящими движениями воздуха в центральных частях антициклонов преобладает малооблачная погода. Однако при значительной влажности воздуха в холодную половину года в центральной части антициклона могут наблюдаться сплошные облака, а туманы наблюдаются как зимой, так и летом.
В каждом антициклоне погода существенно меняется в различных секторах. На окраинах антициклонов условия погоды, в общих чертах, сходны с условиями погоды в примыкающих секторах соседних циклонов.
Северная окраина антициклона обычно непосредственно связана с теплым сектором соседнего циклона. Здесь в холодное полугодие часто наблюдается сплошная облачность, иногда идут слабые осадки. Нередко отмечаются туманы. Летом в этом секторе антициклона облачность небольшая, в дневные часы могут развиваться кучевые облака.
Западная окраина антициклона примыкает к передней части области низкого давления. В холодное полугодие в этой части антициклона часто отмечаются слоисто-кучевые облака, из которых выпадают слабые осадки. Зона осадков довольно обширная и перемещается вдоль изобар, огибая антициклон по часовой стрелке и претерпевая некоторые изменения. Летом на западной окраине антициклона при высокой температуре воздуха и значительной влажности нередко развиваются кучевые облака и гремят грозы.
Южная окраина антициклона примыкает к северной части циклона. Здесь нередко наблюдаются слоистые облака, из которых зимой выпадают осадки. В этой части антициклона создаются большие перепады давления, поэтому нередко усиливается ветер и возникают метели.
Восточная окраина антициклона граничит с тыловой частью циклона. Летом при неустойчивой воздушной массе в дневные часы здесь образуются облака кучевых форм, выпадают ливневые дожди и гремят грозы. Зимой может наблюдаться безоблачная погода или не сплошная слоистая облачность.
В разных антициклонах наблюдаются значительные различия в погоде, что обусловливается в каждом случае свойствами воздушных масс и зависит от сезона. Поэтому для прогноза погоды свойства каждого антициклона исследуется индивидуально.
Цунами – длинные морские волны, образующиеся в океанах и морях под действием землетрясений, вулканических извержений, а также в результате резкого перепада атмосферного давления, либо при падении с берега в воду масс грунта и льда.
Основным районом, где возникает цунами, является Тихий океан. Из 400 действующих сегодня на земле вулканов 330 расположены в бассейне Тихого океана, здесь наблюдается более 80% всех землетрясений.
«Цунами» в переводе с японского языка означает «волна в гавани». И хотя этот перевод звучит несколько экзотически и носит описательный характер, указанный термин как нельзя лучше характеризует суть явления. Основная природа возникновения цунами – сейсмическая. В участках земной коры, находящихся под дном океана, происходят разрывы, проявляющиеся в виде землетрясений. В случаях, когда эпицентр землетрясений располагается на глубине более 50 км, цунами, как правило, не образуется. Существует и иная трактовка причин образования цунами – это извержение наземных и подводных вулканов. Иногда возникают цунами метеорологического происхождения. Такие «метеоцунами» связаны с выходами на морские акватории тайфунов и ураганов.
Упрощенная схема образования цунами.
Чаще всего волны цунами бывают сейсмического происхождения, при землетрясениях образуются разломы поверхности земной коры – трещины и, как следствие – сбросы, сдвиги и надвиги, приводящие к опусканию или поднятию значительных районов дна. При этом в толще воды происходят мгновенные изменения объема и давления, вызывающие появление волн сжатия и разрежения, которые, достигая поверхности океана, вызывают ее колебания и формируют цунами. Период образовавшихся волн составляет от 2 до 20 мин, т.е. это длинные волны. В открытом море эти волны не заметны, но они несут огромную энергию. Скорость смещения волн цунами на глубокой воде составляет 500–700 км/час. При движении энергия цунами расходуется на преодоление сил вязкости и трения о дно. Интенсивность цунами связана с силой землетрясения. В России для определения интенсивности землетрясения используется 12-ти бальная шкала, в Японии единицей землетрясения служит магнитуда, представляющая собой величину, пропорциональную логарифму максимальной амплитуды горизонтального смешения почвы (дна) на расстоянии 100 км от очага землетрясения. Самые сильные землетрясения имеют магнитуду 8,5.
Основным методом предсказания цунами является сейсмический, основанный на существовании разницы между скоростью распространения сейсмических волн в земной коре и скоростью распространения в океане волн цунами. Сейсмические волны достигают побережья в 50–80 раз быстрее, чем волны цунами. Сейсмическая служба регистрирует землетрясение, определяет его параметры, цунамигенность и передает эту информацию оперативной службе Центра морской гидрометеорологии.
Свыше 99% волн цунами вызываются подводными землетрясениями. При землетрясении под водой образуется вертикальная трещина и часть дна опускается. Дно внезапно перестает поддерживать столб воды, лежащий над ним. Поверхность воды приходит в колебательное движение по вертикали, стремясь вернуться к исходному уровню, – среднему уровню моря, – и порождает серию волн.
Ветер
– движение воздуха относительно земной поверхности (горизонтальная составляющая этого движения), иногда говорят о восходящем или о нисходящем ветре, учитывая и его вертикальную составляющую.
Скорость ветра.
Оценка скорости ветра в баллах, так называемая шкала Бофорта , по которой весь интервал возможных скоростей ветра делится на 12 градаций. Эта шкала связывает силу ветра с различными его эффектами, такими, как степень волнения на море, качание ветвей и деревьев, распространение дыма из труб и т.п. Каждая градация по шкале Бофорта носит определенное название. Так, нулю шкалы Бофорта соответствует штиль, т.е. полное отсутствие ветра. Ветер в 4 балла, по Бофорту называется умеренным и соответствует скорости 5–7 м/сек; в 7 баллов – сильным, со скоростью 12–15 м/сек; в 9 баллов – штормом, со скоростью 18–21 м/сек; наконец, ветер в 12 баллов по Бофорту – это уже ураган, со скоростью свыше 29 м/сек. У земной поверхности чаще всего приходится иметь дело с ветрами, скорости которых порядка 4–8 м/сек и редко превышают 12–15 м/сек. Но все же в штормах и ураганах умеренных широт скорости могут превышать 30 м/сек, а в отдельных порывах достигать 60 м/сек. В тропических ураганах скорости ветра доходят до 65 м/сек, а отдельные порывы – до 100 м/сек. В маломасштабных вихрях (смерчи, тромбы) возможны скорости и более 100 м/сек. В так называемых струйных течениях в верхней тропосфере и в нижней стратосфере средняя скорость ветра за длительное время и на большой площади может доходить до 70–100 м/сек. Скорость ветра у земной поверхности измеряется анемометрами разной конструкции. Приборы для измерения ветра на наземных станциях устанавливаются на высоте 10–15 м над земной поверхностью.
| Таблица 2. СИЛА ВЕТРА. | |||
| Шкала Бофорта для определения силы ветра | |||
| Баллы | Визуальные признаки на суше | Скорость ветра, км/ч | Термины, определяющие силу ветра |
| 0 | Спокойно; дым поднимается вертикально | Менее 1,6 | Штиль |
| 1 | Направление ветра заметно по отклонению дыма, но не по флюгеру | 1,6–4,8 | Тихий |
| 2 | Ветер ощущается кожей лица; шелестят листья; поворачиваются обычные флюгеры | 6,4–11,2 | Легкий |
| 3 | Листья и мелкие веточки находятся в постоянном движении; развеваются легкие флаги | 12,8–19,2 | Слабый |
| 4 | Ветер поднимает пыль и бумажки; раскачиваются тонкие ветви | 20,8–28,8 | Умеренный |
| 5 | Качаются покрытые листвой деревья; появляется рябь на водоемах суши | 30,4–38,4 | Свежий |
| 6 | Качаются толстые ветви; слышен свист ветра в электропроводах; трудно удерживать зонт | 40,0–49,6 | Сильный |
| 7 | Качаются стволы деревьев; трудно идти против ветра | 51,2–60,8 | Крепкий |
| 8 | Ломаются ветви деревьев; практически невозможно идти против ветра | 62,4–73,6 | Очень крепкий |
| 9 | Небольшие повреждения; ветер срывает дымовые колпаки и черепицу с крыш | 75,2–86,4 | Шторм |
| 10 | На суше бывает редко. Деревья выворачиваются с корнями. Значительные разрушения строений | 88,0–100,8 | Сильный шторм |
| 11 | На суше бывает очень редко. Сопровождается разрушениями на большом пространстве | 102,4–115,2 | Жестокий шторм |
| 12 | Сильные разрушения (Баллы 13–17 были добавлены Бюро погоды США в 1955 и применяются в шкалах США и Великобритании) | 116,8–131,2 | Ураган |
| 13 | 132,8–147,2 | ||
| 14 | 148,8–164,8 | ||
| 15 | 166,4–182,4 | ||
| 16 | 184,0–200,0 | ||
| 17 | 201,6–217,6 | ||
Направление ветра.
Под направлением ветра подразумевают направление, откуда он дует. Указать это направление можно, назвав либо точку горизонта, откуда дует ветер, либо угол, образуемый направлением ветра с меридианом места, т.е. его азимут. В первом случае различают 8 основных румбов горизонта: север, северо-восток, восток, юго-восток, юг, юго-запад, запад, северо-запад. И 8 промежуточных румбов между ними: север-северо-восток, восток-северо-восток, восток-юго-восток, юг-юго-восток, юг-юго-запад, запад-юго-запад, запад-северо-запад, север-северо-запад. Шестнадцать румбов, указывающих направление, откуда дует ветер, имеют сокращенные обозначения:
| Таблица 3. | |||||||
| С | N | В | E | Ю | S | 3 | W |
| CCB | NNE | ВЮВ | ESE | ЮЮЗ | SSW | ЗСЗ | WNW |
| CB | NE | ЮВ | SE | ЮЗ | SW | СЗ | NW |
| BCB | ENE | ЮЮВ | SSE | ЗЮЗ | WSW | ССЗ | NNW |
| N – норд, E – ост, S – зюйд, W – вест | |||||||
Эдвард Кононович
Литература:
Eris Chaisson, Steve McMillan
Astronomy today. Prentice-Hall, Inc. Upper Saddle River, 2002
Интернет-ресурсы: http://ciencia.nasa.gov/
http://spaceweather.com
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.
Приветствую Вас дорогие читатели! В данной статье хотелось бы поговорить о том, как на нашей планете происходят воздушные течения.
Циркуляция атмосферы - система проявляющихся в масштабах всего земного шара либо полушарий, замкнутых течений воздушных масс.
Основной источник движения воздуха – это лучистая энергия Солнца. Эта энергия распределяется по всему земному шару неравномерно. Причина возникновения ветра именно в этом.
Солнечной радиации поступает больше в тропическую и экваториальную , а в высокие и умеренные – меньше, поэтому воздух сильнее нагревается в низких широтах, чем в полярных областях и умеренной зоне. Разница атмосферного давления и температуры возникает между холодной и теплой массой воздуха. Это и порождает ветер.
Бриз – это простой пример возникновения ветра. Он возникает через разницу температур воздуха над сушей и морем. Днем над сушей воздух нагревается больше, чем над морем. Нагретый воздух поднимается, и его заменяет воздух из моря.
Оборотное явление происходит ночью: море остается теплым, а суша охлаждается. Тогда, над морем поднимается воздух, а на его место занимает воздух из суши. Более могущественные ветра возникают приблизительно так же. Они дуют из области высокого давления в область низкого.
Пока существует разница давления, происходит этот процесс. Исключение – узкая зона вблизи экватора, там, на силу и направление ветра еще влияют и другие силы. Одна из этих сил – отклоняющая сила вращения , которая названа силой Кориолиса.
Ветер, находящийся выше шара трения, то есть на высоте около 1 км, под влиянием этой силы дует вдоль градиента, а от него отклоняется на 90°. В приземном шаре воздуха еще действует и сила трения с земной поверхностью, которая уменьшает скорость ветра и отклоняет его влево.
Скорость ветра растет, а горизонтальные градиенты температуры, давление и влажность увеличиваются, при сближении холодного и теплого воздуха.
Фронтальными или переходными, называют зоны, в которых теплая и холодная масса воздуха сближаются. Ежедневно возникают и рушатся в воздушном океане над полярными и умеренными областями обеих полушарий такие неспокойные зоны. Невелика ширина фронтальных зон – преимущественно 1- 2 тыс. км.
Антициклоны и циклоны – самые большие атмосферные вихри, они возникают на фронтах, где концентрируются большие запасы кинетической энергии, из-за разницы давления и температур. В диаметре они достигают 1 – 3 тыс. км. Охватывают нижние слои стратосферы и всю тропосферу, и развиваясь по вертикали, достигают десятков километров.
Не удивительно, что в таких грандиозных вихрях теплая масса воздуха переносится из тропиков и экваториальной зоны в высокие и умеренные широты, а холодные массы – в тропики и экваториальную зону. В результате – в высоких широтах температура относительно повышается, а в низких – .
и с погода обычно связана с циклонами, а малооблачная и ясная – с антициклонами. В антициклоне преобладают нисходящие движения воздуха, при которых степень насыщенности влагой уменьшается, а в циклоне – восходящие движения воздуха, которые способствуют конденсации влаги.
Эти атмосферные вихри, во внетропических широтах наблюдаются везде, но есть районы, в которых одни из них возникают реже, а другие чаще.
Зимой в Северном полушарии, чаще всего циклоны образуются на севере Тихого и Атлантического океанов, а антициклоны – на материках Северной Америки и . Летом на часто возникают циклоны, но они менее интенсивны. Летом они интенсивны над .
В Южном полушарии между летом (декабрь – февраль) и зимой (июнь – август) отличия невелики. Антициклоны чаще всего встречаются в северной части умеренной зоны и в субтропиках, при этом их центры размещаются над океанами, а циклоны чаще всего встречаются вокруг Антарктиды.
Преимущественные ветра зависят от атмосферного давления. Пассаты особенно характерны для низких широт. Эти ветра, постоянно направленны в сторону экваториальной зоны из областей высокого давления. В Южном полушарии они юго-восточного направления, в Северном полушарии – северо-восточного.
Муссоны, в отличие от пассатов, сезонные ветра. Они связаны с разницей температуры воздуха над океанами и материками. Летом эти ветры дуют из прохладных океанов на нагретые материки, а зимой — от прохладных материков к теплым океанам.
Для низких широт типичны муссоны, особенно для юго-востока и юга Азии. В умеренной зоне они также появляются, на Дальнем Востоке, в частности. И муссоны, и пассаты – это ветра приземного слоя . Совсем другая картина наблюдается на высотах. Выше 2 – 3 км, в умеренной зоне, преобладают западные ветра.
На высоте 12 км, их средняя скорость достигает больших значений: наибольшие средние скорости зонального ветра в январе над Аравией – 44 м/с, над юго-востоком Северной Америки – 40 м/с, над Японскими островами больше 60 м/с.
Небольшие средние скорости ветра в высоких широтах и на севере умеренной зоны: преимущественно не более 10 – 12 м/с. Но при интенсивном развитии антициклонов и циклонов, в отдельные дни, на высоте 9 – 12 км, скорость движения может превышать 60 – 80 м/с. Скорости воздушных течений летом везде ослабевают и даже на высоте не превышают 30 – 40 м/с.
Таким образом, — это ветра (воздушные массы), которые зависят от высоты, и места их формирования, которые как бы вращаются по замкнутому кругу.
Общая циркуляция атмосферы - круговоротные движения воздушных масс, простирающиеся по всей планете. Они являются переносчиками различных элементов и энергии по всей атмосфере.
Прерывистое и сезонное размещение тепловой энергии вызывает воздушные течения. Это приводит к разному прогреванию почвы и воздуха на всевозможных территориях.
Именно поэтому солнечное влияние является основоположником движения воздушных масс и циркуляции атмосферы. Воздушные движения на нашей планете бывают абсолютно разные - достигающие нескольких метров или десятков километров.
Самая простая и понятная схема циркуляции атмосферы бала создана еще много лет назад и используется в наши дни. Движение воздушных масс неизменно и безостановочно, они движутся по нашей планете, создавая замкнутый круг. Быстрота передвижения этих масс напрямую связана с солнечной радиацией, взаимодействия с океаном и взаимодействия атмосферы с почвой.
Атмосферные движения вызываются нестабильностью распределения солнечного тепла по всей планете. Чередование противоположных воздушных масс - теплых и холодных, - их постоянное скачкообразное перемещение вверх и вниз, образует различные циркуляционные системы.
Получение тепла атмосферой происходит тремя путями - использованием солнечной радиации, с помощью конденсации пара и теплообмена с земным покровом.
Влажный воздух также важен для насыщения атмосферы теплом. Огромную роль в этом процессе играет тропическая зона Тихого океана.
Воздушные потоки в атмосфере
(Потоки воздуха в атмосфере Земли )
Воздушные массы различаются по своему составу, зависящему от места зарождения. Воздушные потоки подразделяются на 2 основных критерия - континентальные и морские. Континентальные формируются над почвенным покровом, поэтому они мало увлажнены. Морские, наоборот, очень влажные.
Основными воздушными потоками Земли являются пассаты, циклоны и антициклоны.
Пассаты образуются в тропиках. Их движение направлено в сторону экваториальных территорий. Это связано с перепадами давления - на экваторе оно низкое, а в тропиках - высокое.
(Красным на схеме отображены пассаты (trade winds) )
Образование циклонов происходит над поверхностью теплых вод. Воздушные массы передвигаются от центра к краям. Их влияние характеризуется обильными осадками и сильными ветрами.
Тропические циклоны действуют над океанами на приэкваториальных территориях. Они формируются в любое время года, вызывая ураганы и штормы.
Антициклоны образуются над материками, где понижена влажность, но есть достаточное количество солнечной энергии. Воздушные массы в этих потоках движутся от краев к центральной части, в которой они нагреваются и постепенно снижаются. Именно поэтому циклоны приносят ясную и безветренную погоду.
Муссоны являются переменными ветрами, направление которых меняется посезонно.
Также выделяются вторичные воздушные массы, такие как тайфун и торнадо, цунами.
Загрузка...
