big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Контрасты температуры в тропосфере. Планетарные высотные фронтальные зоны

Средние карты относительной топографии показывают, что зоны наибольших горизонтальных градиентов температуры окаймляют средние широты северного и южного полушарий. В северном полушарии благодаря распределению материков и океанов и соответствующей трансформации масс воздуха, движущихся с запада на восток, зона наибольших градиентов как бы расчленяется на две части, образуя две крупные фронтальные зоны тропосферы. Наиболее ярко это расчленение обнаруживается как на средних месячных картах относительной топографии, так и на приземных картах изотерм в зимнее полугодие. Благодаря трансформации движущихся над северными частями материков масс воздуха арктическая область тропосферного холода распространяется зимой в глубь материков Азии и Америки и вызывает здесь увеличение горизонтальных градиентов температуры. Одна из этих зон захватывает восток Азии и прилегающую часть Тихого океана, вторая — восточную половину Северной Америки и прилегающую часть Атлантики. К западу от районов наибольших контрастов температуры изотермы средней температуры слоя нижней половины тропосферы сходятся, а к востоку — расходятся.

В соответствии со структурой термического и барического полей в тропосфере северного полушария намечаются две главные фронтальные зоны, границы которых определяются положением гребней высокого давления. Характерное для тропосферных фронтальных зон распределение контрастов температуры в рассматриваемом случае обязано не только сходимости изотерм на материках и расходимости на океанах. Оно зависит и от общерадиационных условий, определяющих существующую разность температуры между материками и океанами на одних и тех же широтах. Эта разность в средних широтах значительно больше, чем в низких.

Хотя структура среднего высотного барического поля в основных чертах повторяет структуру поля средней температуры соответствующего слоя тропосферы, однако они полностью не совпадают вследствие того, что давление на уровне моря не является постоянной величиной. Именно по этой причине в тропосфере осуществляется перенос холодных и теплых масс воздуха, т. е. адвекция.

Если наложить среднюю месячную карту абсолютной топографии поверхности 500 мб (АТ500) на среднюю карту относительной топографии 500 над 1000 мб за январь, то можно выделить районы с интенсивной адвекцией холода и тепла в тропосфере. Следует особо отметить, что над западными частями океанов адвекция холода ослабевает с севера на юг вследствие уменьшения разности температуры между сушей и морем. Это является основной причиной сезонной смены условий фронтогенеза в термобарическом поле тропосферы в этих районах.

На средних месячных картах обычно находят отражение лишь те явления, которые обусловлены более или менее постоянными причинами, а потому являются преобладающими. В частности, сезонная высотная планетарная фронтальная зона отражает преобладающее положение индивидуальных тропосферных фронтов и основные процессы, развивающиеся в различных географических районах, в различные сезоны. Основные климатологические фронты, обнаруженные во внетропических широтах, по С. П. Хромову, в основном совладают с высотными фронтальными зонами соответствующих сезонов, что указывает на их реальность.

Те процессы фронтогенеза, которые в различных географических районах носят спорадический характер, на среднем термобарическом поле отражены плохо. Такой имеющий спорадический характер процесс фронтогенеза, проявляющийся лишь при развитии меридионального переноса холодных масс воздуха с севера на юг, имеет место, например, в районе Средиземного моря. Этот процесс хотя и не отражен на распределении адвекции температуры в среднем термобарическом поле тропосферы, тем не менее реальность его подтверждается увеличенными здесь горизонтальными градиентами температуры.

Следует отметить, что в некоторых районах наблюдаются малые градиенты температуры и давления, как например, на севере Европы и Азии зимой или над Восточной Европой и Западной Сибирью летом. Малые величины горизонтальных градиентов температуры в этих районах указывают не на малую интенсивность происходящих здесь синоптических процессов, а на многообразие их видов. При этом вследствие резкого различия процессов градиенты температуры и давления имеют разные направления. Так как в таких случаях нельзя определить преобладающее положение тропосферного фронтогенеза, то нельзя определить и среднее сезонное положение атмосферных фронтов.

Тропосферные фронты являются переходными зонами между массами воздуха, обладающими различными свойствами. Наиболее важное значение имеет температура. Поэтому распределение контрастов температуры на единицу расстояния в сезонных термобарических полях тропосферы может служить основанием для определения географического положения фронтальных зон и соответствующих им тропосферных фронтов в климатологическом аспекте. При этом, имея в виду тропосферные фронты внетропических широт, подразумевают фронты, обусловливающие резкие изменения погоды. Так как преобладающее географическое положение множества фронтов в сезоне, разбросанных по территории, целесообразно представлять не линией фронта, а некоторой зоной, то можно назвать ее климатологической фронтальной зоной.

Во избежание субъективизма в установлении географического положения климатологических фронтальных зон во внетропических широтах, нужно исходить из условия, что климатологические фронтальные зоны представляют собой совокупность индивидуальных тропосферных фронтов, связанных с тропосферными фронтальными зонами, а соответственно — с зонами увеличенных контрастов температуры в тропосфере. На основе принятого условия обратимся к картам средних контрастов температуры северного полушария, составленных для различных сезонов (рис. 31—34).

Карты контрастов температуры получены путем определения величины разностей температуры по средним месячным картам ОТ5001000 на расстоянии 1000 км. Изолинии на этих картах характеризуют распределение числовых величин контрастов температуры на земном шаре.

С воной наибольших контрастов температуры в нижней тропосфере связана активная цикло- и антициклоническая деятельность. Вполне понятна связь между зоной наибольшего контраста температуры и циклонической деятельностью, влекущей резкие изменения атмосферных процессов и погоды, так как контрасты температуры являются выражением запасов энергии циркуляции атмосферы. Однако контрасты температуры между экватором и полюсами как в северном, так и в южном полушарии распределяются неравномерно. Относительно узкая зона наибольших средних сезонных контрастов наблюдается на широтах около 40°, претерпевая сезонные смещения вдоль меридианов. Последние обусловлены сезонным распределением притока тепла. Как видно из рис. 31—34, значительная часть общих контрастов температуры экватор — полюса в обоих полушариях заключена в этой сравнительно узкой зоне — планетарной фронтальной зоне тропосферы. Зоны наибольших контрастов температуры (планетарные фронтальные зоны) совпадают с зонами наибольших скоростей ветра.

По конфигурации планетарные фронтальные зоны в северном полушарии резко отличаются от таковых в южном полушарии. В северном полушарии зимой (рис. 31) планетарная фронтальная зона не является непрерывной, а делится на две части у западных берегов Европы и Северной Америки.

Первая зона располагается над Средней и Восточной Азией, и прилегающей частью Тихого океана, вторая — над Северной Америкой и прилегающей частью Атлантики. Максимальные контрасты температуры в планетарных высотных фронтальных зонах на обоих материках достигают 11 —12° на расстоянии 1000 км. Заметим, что такие значительные контрасты температуры в остальных частях умеренных и высоких широт северного полушария наблюдаются нечасто. Наличие на средней месячной карте значительных контрастов температуры указывает на то, что в этих районах наиболее часто происходит, интенсивный тропосферный фронтогенез и чаще наблюдаются резко выраженные фронты. Действительно, как показывают исследования, районы максимальных контрастов температуры у восточных берегов Азии и восточных берегов Северной Америки являются районами максимальной частоты возникновения не только резко выраженных, но почти одинаково ориентированных тропосферных фронтов. Убывание контрастов температуры в северо-восточном направлении от этих районов указывает на уменьшение

Контрасты температур. Декабрь - февраль

повторяемости фронтов и на возрастание территориальной разбросанности их. При этом планетарные высотные фронтальные зоны с относительно большими контрастами средней температуры слоя в январе охватывают все северное полушарие.

Приблизительно в тех районах, где находятся наибольшие контрасты температуры, на картах АТ300 наблюдаются и наибольшие скорости ветра. Карты абсолютной топографии более высоких уровней показывают, что полоса наибольших скоростей ветра в северном полушарии более отчетливо выражена на высотах 8—12 км под тропопаузой.

В южном полушарии планетарная высотная фронтальная зона в течение всех сезонов вытянута вдоль широт. Наибольшие значения контрастов температуры в них не превышают 8—9°„ наблюдавшихся в декабре — феврале между 40 и 50° ю. ш.

На картах контрастов температуры (рис. 31—34) изображены величины 3°,0 и более. Изолиния величин контрастов температуры на январской карте проходит в обоих полушариях приблизительно вдоль широты 20°. В низких широтах контрасты в преобладающем числе случаев не превышают 0,5—1°,0 на принятую единицу расстояния (1000 км). Это указывает на малую интенсивность процессов, обусловливающих изменение поля давления.

Относительно малые величины контрастов температуры наблюдаются и в высоких широтах северного полушария.

Весной (рис. 32) планетарные фронтальные зоны, сохраняя общую конфигурацию изогипс зимы (рис. 31) в северном полушарии и лета в южном полушарии, несколько меняют свою интенсивность. В связи с наступлением равноденствия и нагревом материков в низких широтах планетарная высотная фронтальная зона на материках северного полушария перемещается на 800—1000 км к северу. Величина контрастов здесь не превышает 8°. В южном полушарии переход к осени сопровождается понижением температуры в Антарктике, что приводит к возрастанию величины контрастов до 9—10° и к небольшому смещению планетарной высотной фронтальной зоны также к северу. Полоса малых величин контрастов температуры к северу и югу от экватора в среднем ограничивается широтами 20°.

В июле (рис. 33) положение заметно меняется. В северном полушарии материки сильно нагреваются, и отрицательные приземные температуры в Арктике почти исчезают. Это приводит к общему уменьшению горизонтальных градиентов температуры над материками. Однако это уменьшение в некоторой степени' происходит и над океанами, поскольку поверхностные воды океанов к лету еще не успевают значительно нагреться, а на севере очаг холода в Арктике становится умеренным. На материках наибольшие контрасты температуры не превышают 6°. При этом вследствие сильного прогревания воздуха на севере Африки на юге Западной Европы образуется .небольшая замкнутая

Контрасты температур. Март - май

Контрасты температур. Июнь - август

область наибольших величин контрастов. Вторая область наибольших контрастов температуры располагается в Азии к северу от 50° с. ш., наконец, третья область — на Тихом океане, между 40 и 50° с. ш.

В южном полушарии в июне — августе контрасты температуры возрастают до 10—11°.

Осенняя карта (рис. 34) представляет черты зимнего, распределения планетарных высотных фронтальных зон в северном полушарии. В них к осени наибольшие величины контрастов температуры возрастают до 7—8° против 6° летом. В южном полушарии, где начинается весна, контрасты температуры несколько ослабевают, достигая лишь 8°. против 10—11° зимой.

Таким образом, планетарная фронтальная зона с наибольшими контрастами температуры в северном полушарии претерпевает сезонное смещение к северу от зимы к лету и к югу от лета к зиме. Конфигурация этой зоны существенно меняется летом в сравнении с другими сезонами. Это объясняется наличием огромных материков, способствующих быстрому прогреванию тропосферного воздуха. По этой же причине величины наибольших контрастов температуры в планетарной фронтальной зоне, окаймляющей земной шар от зимы к лету, уменьшаются почти вдвое.

В южном полушарии благодаря наибольшим размерам материков, притом по существу ограниченных 40° ю. ш. (за исключением остроконечного выступа Южной Америки), они играют малую роль не только в изменении конфигурация планетарной фронтальной зоны, но л в существенном изменении величины контрастов температуры. Именно поэтому разность между наибольшими величинами контрастов температуры в планетарных фронтальных зонах зимой и летом составляет всего лишь около 2—3°.

Планетарная фронтальная зона с наибольшими контрастами температуры в южном полушарии располагается, как правило, над Атлантическим и Индийским океанами. Над Тихим океаном планетарная фронтальная зона расширена, а величины контрастов температуры в ней меньше. Объяснение этому можно найти в расположении холодной Антарктиды, которая более всего выдается в сторону Индийского океана. Соответственно расположению Антарктиды, особенностям орографии и западному холодному океаническому течению граница плавучих льдов в августе — сентябре распространяется далеко за пределы 60° ю. ш., а в районах Тихого океана она не переходит эту широту. Разность распространения льдов к северу достигает в среднем 1000 км. Несколько меньшая разность в распространении плавучих льдов в Индийском и Тихом океанах существует в феврале — марте. Естественно, что распределение температуры поверхностных вод океанов отражается на термическом поле тропосферы и на горизонтальном градиенте температуры

Контрасты температур. Сентябрь - ноябрь

воздуха. В течение всего года градиенты температуры южнее 40° ю. ш. над Тихим океаном меньше, чем над Индийским океаном и Атлантикой.

Благодаря влиянию Антарктиды как вблизи поверхности воды, так и на высотах южнее 40° ю. ш. над Атлантикой и Индийским океаном температура воздуха ниже средней широтной, а над Тихим океаном выше нее (см. рис. 7).

Рассмотренные карты географического расположения планетарных фронтальных зон и контрастов температур, построенные на основании средних месячных карт ОТ5001000 для различных сезонов в северном и южном полушариях характеризуют лишь нижние слои атмосферы, до высоты 5—6 км. Естественно, что выше этого слоя в связи с неодинаковым режимом температуры над различными широтами зоны наибольших контрастов температуры и сильных ветров, а следовательно, и планетарные фронтальные зоны должны претерпевать изменения как по интенсивности, так и по географическому их положению.

В средних широтах распределение величины контрастов в системе высотных фронтальных зон в нижней и верхней тропосфере приблизительно одного порядка. В низких широтах положение иное. Здесь в связи с интенсивным прогревом вторгающихся холодных масс воздуха со средних широт разности температуры у поверхности земли и в слоях до 4—6 км уничтожаются. В то же время в верхней тропосфере до высот 12—16 км эти разности остаются. Поэтому планетарные фронтальные зоны в субтропиках не везде находят четкое отражение на картах контрастов температур. В частности, над Северной Африкой, Аравией и Северной Индией зимой контрасты температуры, как и скорости ветра, на высотах достигают больших величин. На приведенных картах контрастов температур (см. рис. 31—34) они не везде одинаково отобразились. Естественно, что положение планетарных фронтальных зон, как и величин контрастов температуры, в более высоких слоях тропосферы, определенные по картам ОТ3001000 или ОТ2001000, более близко отразят действительную картину.

 

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

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.