big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Развитие исследований планетарной атмосферной циркуляции

Под общей циркуляцией атмосферы обычно понимают совокупность течений воздуха крупных масштабов, благодаря которым осуществляется обмен его по горизонтали и вертикали. Основными крупномасштабными атмосферными движениями являются преобладающие воздушные течения, обусловленные разностью температур между различными широтами вблизи поверхности земли и на высотах. К ним относятся также воздушные течения в системе циклонов и антициклонов, тропосферные и стратосферные струйные течения, пассаты и муссоны. Именно эти виды воздушных течений играют важную роль в формировании погоды и климате Земли. Более мелкие по своим масштабам движения, такие, как шквалы, смерчи, бризы, горно-долинные ветры и др., имеют местное значение и хотя характерны для определенных географических районов, однако не могут оказать существенного влияния на режим общей циркуляции атмосферы. Обычно эти мелкие по масштабам движения (бризы, горно-долинные ветры) нарушаются под влиянием крупномасштабной циркуляции или, наоборот, зарождаются под ее влиянием (смерчи, шквалы и др.).

Исследования общей циркуляции атмосферы начались с попыток объяснения пассатной циркуляции в XVIIXVIII веках. В середине XIX века Мори уже дал схему циркуляции атмосферы на всем земном шаре.

В конце XIX и начале XX века основой для изучения общей циркуляции атмосферы служили карты среднего распределения метеорологических элементов, главным образом давления, ветра, температуры у поверхности земли, осадков. С помощью средних карт были установлены сезонные характеристики ветра, давления, температуры и общие черты климата в различных географических районах земного шара.

На основе этих климатологических, притом только приземных данных, естественно, не могло быть учтено многообразие непериодических процессов, которое и образует общую циркуляцию атмосферы. Это особенно относится к тем районам земного шара, где непериодические процессы являются доминирующими. В таких районах, например над Европой, среднее распределение метеорологических элементов у поверхности земли почти не отражает индивидуальных процессов, происходящих во всей тропосфере и выше.

Отсутствие данных о распределении метеорологических элементов на высотах увеличивало трудности изучения общей циркуляции атмосферы.

Попытки восполнить этот пробел построением карт давления для различных уровней на основании вычисления давления по данным наземных наблюдений не дали желаемых результатов, поскольку такие карты отражали лишь самые общие черты полей давления на высотах.

Стало очевидным, что для объяснения многих особенностей атмосферных процессов необходимо изучить индивидуальные процессы, из которых получается среднее, в известной степени неточное отображение действительности. В результате, например, переоценки роли средних карт приземного давления и ветра долгое время главенствовало неправильное представление о малой изменчивости характера атмосферных процессов в низких широтах, об устойчивости субтропических антициклонов, зимнего сибирского антициклона и т. п.

С развитием синоптической метеорологии циркуляция атмосферы, особенно в средних широтах, стала изучаться с помощью ежедневных карт погоды. Появилась возможность изучать непериодические процессы, хотя из-за отсутствия достаточных данных аэрологических наблюдений исследование циркуляции атмосферы в значительной мере тормозилось. С введением анализа атмосферных фронтов и воздушных масс в целом было сделано много попыток создать схемы общей циркуляции атмосферы, включающие горизонтальную и вертикальную составляющие основных течений воздуха. При этом принималось во внимание, что наземном шаре существуют районы и даже широтные зоны большего и меньшего увлажнения. С зонами большого увлажнения совпадали области пониженного давления на средних месячных картах приземного давления, а с зонами засушливыми — области повышенного давления.

На такой основе были созданы схемы общей циркуляции атмосферы, в которых циркуляция воздуха между экватором и полюсом представлялась колесами циркуляции: колесо тропического воздуха в пассатной циркуляции, колесо тропического воздуха, оттекающего в нижних слоях из субтропической зоны в умеренные широты, колесо полярного воздуха (В. Бьеркнес, 1921).

Последующие усложнения схемы В. Бьеркнеса в 20-х и 30-х годах не внесли принципиально нового, но все же способствовали пониманию сложности общей циркуляции атмосферы.

Во всех этих схемах большое значение в междуширотном обмене придавалось вертикальной циркуляции, представляемой посредством замкнутых и незамкнутых «колес». При изображении междуширотного обмена между экватором и тропиками всеми исследователями принималось классическое представление о пассатной циркуляции, основу которой дали Галлей (1686) и Гадлей (1735).

Как показали высотные карты погоды, составляемые в настоящее время для различных поверхностей до 25—35 км, междуширотный обмен осуществляется путем горизонтального переноса, в котором главную роль играют струйные течения. При меридиональных преобразованиях высотных деформационных полей потоки холодных масс воздуха нередко проникают из арктической области в низкие широты и, наоборот, теплые массы воздуха перебрасываются в высокие широты. В перемещающемся воздухе развиваются вертикальные движения, наибольшие величины которых наблюдаются в районах активной циклонической и антициклонической циркуляции.

Поскольку в одной и той же широтной зоне в одних районах резко преобладает циклоническая, в других антициклоническая, циркуляция, то вертикальные слагающие циркуляции даже в одном и том же сезоне на одних и тех же широтах, но на разных географических меридианах будут иметь разные знаки. Поэтому, очевидно, невозможно построить одну схему общей циркуляции атмосферы, которая полностью отображала бы многообразие характера ее над материками и океанами, да еще в различные сезоны года.

Говоря об общей или планетарной циркуляции, обычно подразумевается вся совокупность крупномасштабных воздушных течений в атмосфере Земли, совершающихся не только вблизи поверхности земли или даже в тропосфере, но имеется в виду три первые сферы: тропосфера, стратосфера и мезосфера. Именно в этих сферах атмосферные процессы в большей степени взаимосвязаны и здесь действуют законы гидродинамики. Между тем, из-за технических ограничений, в наше время при изучении общей циркуляции атмосферы главное внимание сосредоточивают обычно на тропосфере и нижней стратосфере, особенно на первой, где формируются погодообразующие процессы.

Верхние разреженные слои атмосферы (термосфера и экзосфера) по характеру физических и химических процессов существенно отличаются от тропосферы—мезосферы, и пока нет основания для рассмотрения циркуляции в верхних слоях в совокупности с циркуляцией нижних сфер. Это справедливо и потому, что при решении проблемы общей циркуляции атмосферы и проблемы долгосрочных прогнозов погоды по существу применяются одни и те же уравнения гидродинамики.

 

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.