Выше говорилось, что основными факторами, определяющими движение в атмосфере, являются: лучистая энергия Солнца, вращение Земли вокруг своей оси, неоднородность земной поверхности прежде всего, материки и океаны, трение о поверхность земли. Этими же факторами определяется и общая циркуляция атмосферы.
Лучистая энергия Солнца. От нагретой солнечными лучами земной поверхности путем турбулентного теплообмена нагреваются нижние слои атмосферы. Увеличение турбулентного обмена по вертикали, производя перемешивание масс воздуха, вызывает понижение температуры вблизи поверхности земли и уменьшает величину вертикального градиента температуры.
Атмосфера использует не всю поступающую солнечную энергию а незначительную ее часть. Расчеты показывают, что лишь около 2% поступающей энергии превращается в кинетическую энергию движения воздуха.
Вращение Земли. При решении теоретических задач общей циркуляции атмосферы скорость вращения Земли обычно принимается постоянной. Однако установлено, что скорость вращения Земли подвергается сезонным и внутрисезонным изменениям. В частности, амплитуда сезонных изменений скорости вращения Земли равна 65 милли/сек, а скачкообразные изменения могут достигать 10 мк/сек. Как видим, изменения скорости вращения Земли составляют весьма малую величину, но ряд ученых считает, что эти малые изменения могут привести к экстремальным деформациям различных параметров эллипсоида вращения. Вопрос этот очень важен, но требует еще уточнения.
Влияние подстилающей поверхности в создании сезонных особенностей общей циркуляции атмосферы велико. Мы уже видели, в главе третьей, как неравномерно распределяется поверхность суши в обоих полушариях (см. табл. 14). В дополнение к этому следует сказать, что в целом по северному полушарию на долю материков приходится 39,3% всей поверхности, а в южном полушарии всего 19,1%. При этом, как следует из таблицы 14, только в экваториальной зоне обоих полушарий материки занимают приблизительно одинаковую площадь. Наоборот, в высоких и средних широтах различие значительное. Особенно существенно, что в южном полушарии благодаря Антарктиде между 80 и 90° ю. ш. суша занимает всю площадь, а между широтами 60 и 40° ю. ш. — только 0—4%. В северном же полушарии между 80 и 90° с. ш. суша занимает 20—0% площади, а между 60 и 30° с. ш. — 61 — 43,5%.
Влияние материков и океанов на температуру воздуха не ограничивается лишь приземным ее слоем, а распространяется на всю тропосферу, поскольку путем турбулентного перемешивания тепло переносится до верхних слоев тропосферы. Еще в начале 40-х годов были вычислены величины изменения высот изобарических поверхностей вследствие трансформационного охлаждения или прогревания воздуха в тропосфере и определено влияние этого фактора на создание характера атмосферной циркуляции (X. П. Погосян, Н. Л. Таборовский). Основные черты возмущающего трансформационного влияния неоднородной подстилающей поверхности на поле температуры тропосферы, а следовательно, и на высотное барическое поле можно увидеть на схеме автора, приведенной на рисунке 64.
Допустим, что имеется симметричное расположение материков и океанов на плоскости, вытянутых по меридиану. При этом на одинаковых широтах материки имеют температуру Т1 а океаны — более высокую температуру Т2, т. е. Т2>Т1 что соответствует зимним условиям в средних широтах северного полушария. В соответствии с заданными условиями, если выделить единичный объем воздуха, то он, проходя над материком вплоть до восточного берега, будет охлаждаться. Охлаждение будет происходить тем медленнее, чем больше будет удаляться выделенный объем воздуха от западного берега. Вступая же на океан, воздух, наоборот, сначала быстро, а затем все медленнее будет нагреваться на всем пути до западного берега следующего материка. В результате этого изотермы примут волнообразный вид (рис. 64, а). Это же происходит и в реальной атмосфере при движении воздуха с запада над материками и океанами.
На рисунке 64, б приведены три изогипсы из средней карты ОТ 300/1000 северного полушария января. Как видно, между ходом изолиний (температуры) на схемах а и б много общего.
Летом влияние материков и океанов противоположно тому, которое наблюдается зимой, вследствие чего получается обратная картина в расположении изотерм.
Если обратиться к картам относительной топографии ОТ 300/1000 января и июля (рис. 22 и 23), то легко видеть, что изогипсы ОТ, эквивалентные изотермам первого 9-километрового слоя, над материками, где воздух при преобладающем западном переносе зимой охлаждается, образуют ложбины, а над океанами, где воздух прогревается, — гребни. Летом это различие несколько сглажено, но все же наличие небольших гребней над материками указывает, что здесь воздух прогревается больше, чем над океанами.
В южном полушарии изогипсы (изотермы) следуют вдоль широт, так как здесь в средних широтах нет чередующихся материков и океанов, а Антарктида, расположенная в районе Южного полюса, способствует формированию температур, которые по величине значительно ниже, чем в Арктике. Это можно определить путем сравнения величин относительного геопотенциала в одни и те же сезоны в Арктике и Антарктике.
Трение воздуха о земную поверхность всегда уменьшает скорость ветра и, как мы видели выше (в главе четвертой), несколько изменяет его направление.
В теоретических исследованиях атмосферных процессов важны также размеры атмосферы. По современным данным, условная верхняя граница атмосферы лежит выше 2000 км, хотя в тропосфере и стратосфере сосредоточена почти вся масса атмосферы. У верхней границы стратосферы (50—55 км) давление воздуха меньше 0,6 мб. Иначе говоря, давление воздуха вблизи уровня 55 км составляет менее 0,0006 давления всей атмосферы. Так как в погодообразовании главную роль играют процессы, развивающиеся в тропосфере, то это позволяет в теоретических исследованиях рассматривать атмосферу как тонкую пленку воздуха вблизи поверхности земли.
—Источник—
Погосян, Х.П. Атмосфера Земли/ Х.П. Погосян [и д.р.]. – М.: Просвещение, 1970.- 318 с.
Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава
