big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Циркуляция воздуха во внетропических широтах

Основной вид циркуляции нижних слоев атмосферы на вращающейся Земле определяется существованием на земном шаре «нагревателя» и «холодильников», создающих разности температур между экватором и полюсами. Работой такой гигантской тепловой машины первого рода (по В. В. Шулейкину) с нагревателем, расположенным в экваториальной зоне (и вообще в низких широтах), и «холодильниками», расположенными в высоких широтах северного и южного полушарий, обеспечивается указанный вид циркуляции атмосферы в нижнем (15—20 км) слое во все сезоны года.

Конечно, эта тепловая машина имеет несколько условный характер, поскольку источники тепла и холода в атмосфере не строго расположены между экватором и полюсами. В результате меридионального обмена вдоль одного и того же меридиана нередко располагаются перемежающиеся очаги холода и тепла, поэтому термодинамические процессы в атмосфере происходят значительно сложнее, чем в машинах, используемых в технике.

Междуширотный обмен масс воздуха поддерживает почти постоянное распределение температуры, которое значительно отличается от создаваемого радиационным равновесием. Этому способствуют также альбедо и разнообразие видов атмосферного движения, от небольших турбулентных вихрей до таких крупных циркуляционных систем, как циклоны и антициклоны. При этом в холодном полушарии (в северном — зимой и в южном — летом) энергия, расходующаяся на движение воздуха, всегда больше, чем в теплом (в северном — летом и в южном — зимой), поскольку в том полушарии, где имеет место зима, горизонтальные градиенты температуры и давление во всей тропосфере значительно возрастают. Кроме того, существуют и разности температур, возникающие вследствие неодинакового нагревания и охлаждения материков и океанов. Действительно, в холодное полугодие, особенно в средних и низких широтах, материки быстро охлаждаются и являются источниками холода, в то время как океаны вследствие особенностей теплообмена в них и большой теплоемкости воды, накапливая летом тепловую энергию, зимой являются источниками тепла. В летнее полугодие, наоборот, материки, нагреваясь быстрее, служат источниками тепла, а океаны — холода. Вследствие этого между материками и океанами осуществляется циркуляция, имеющая сезонный характер. Хотя такая циркуляция в значительной мере и поглощается более мощной циркуляцией, создаваемой тепловыми различиями между экватором и полюсами, однако она все же проявляется в сезонной смене воздушных течений у поверхности земли между материками и океанами. Этот процесс действующего в атмосфере теплообмена вследствие температурного различия между материками и океанами в известной мере можно рассматривать как работу тепловой машины второго рода (по В. В. Шулейкину).

Постоянное возникновение, перемещение и разрушение многочисленных циклонов и антициклонов сильно усложняют атмосферную циркуляцию. Поэтому в районах наиболее активной циклонической и антициклональной деятельности невозможно наблюдать работу тепловых машин в сколько-нибудь явном виде. В связи с этим же лишь в отдельных районах земного шара более отчетливо выражены муссонные течения.

Внетропические циклоны и антициклоны являются как бы механизмами так называемого макротурбулентного обмена воздуха между низкими и высокими широтами. В результате макротурбулентного обмена понижается температура воздуха в экваториальной зоне и повышается в высоких широтах (см. табл. 12 и 13). Другим фактором междуширотного переноса тепла являются, конечно, морские течения. Один лишь Гольфстрим выносит в Северную Атлантику на 1 см2 площади в год тепло в количестве 80 — 100 ккал, почти равное количеству тепла, получаемому на ту же площадь океаном в виде суммарной радиации. В зоне холодных течений, наоборот, океан теряет много тепла. В частности, у Калифорнийского побережья океан теряет на 1 см2 в год 60 ккал, а получает в виде приходящей суммарной радиации лишь 100 ккал/см2 год.

Нередко зимой над Арктикой не только в тропосфере, но и в стратосфере обнаруживается область тепла, а над средними широтами северного полушария — область холода. Объясняется это мощными процессами междуширотного воздухообмена, когда в результате продолжительной и интенсивной деятельности циклонов холодные массы воздуха вторгаются с севера на юг на несколько тысяч километров, а теплые массы воздуха выносятся в обратном направлении.

Междуширотный обмен стремится уничтожить тепловые различия между низкими и высокими широтами. Благодаря междуширотному обмену происходит встреча качественно различных воздушных масс и образование фронтальных зон с большими горизонтальными градиентами температуры, влажности, давления и скоростями ветра (см. главу пятую).

При осуществлении макротурбулентного обмена высотное поле давления и ветра резко отличается от средних сезонных. На рисунке 65 приведен один из случаев обычного меридионального преобразования поля давления у поверхности земли и на AT 300 мб, наблюдавшийся 10 января 1964 г. В этот день над Западной Сибирью у поверхности земли находился исключительно глубокий циклон с давлением в центре ниже 980 мб, а над Европой — мощный антициклон с давлением более 1040 мб (рис. 65, а). В соответствии с меридиональным преобразованием поля давления

Поле давления 10 января 1964 г. в 15 часов

на высоте около 9 км (рис. 65, б) севернее Флориды и Ньюфаундленда четко прослеживается струйное течение с максимальными скоростями на поверхности 300 мб, равными 50 м/сек. Несколько меньшие по скорости струйные течения наблюдались на юге Восточной Сибири (40—50 м/сек). Над Европой, наоборот, были лишь слабые ветры. При сравнении приземной карты и AT 300 за 10 января 1964 г. с соответствующими средними картами, изображенными на рисунках 32 и 35, нетрудно убедиться в существенном различии между ними.

Таким образом, во внетропических широтах атмосферные процессы носят преимущественно непериодический характер, обусловленный интенсивной циклонической и антициклональной деятельностью. Частота возникновения и интенсивность развития барических образований определяются здесь общими сезонными изменениями горизонтальных градиентов температуры и давления в тропосфере между экватором и полюсами с существенными коррективами, вносимыми подстилающей поверхностью.

В низких широтах циркуляция атмосферы происходит несравненно менее интенсивно, так как величины междуширотных градиентов температуры в тропосфере небольшие. Циклоническая и антициклональная деятельность здесь происходит весьма слабо. Исключение составляют изредка возникающие тропические циклоны. Поэтому сезонные явления, определяющиеся термическими условиями, здесь выражаются более отчетливо, чем во внетропических широтах.

 

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

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.