big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Аномалии циркуляции

Преобладающий в нижних слоях атмосферы западно-восточный перенос непрерывно чередуется с меридиональной циркуляцией. Однако нередки случаи, когда в течение длительного времени имеет место либо западно-восточный перенос без чередования с междуширотным обменом, либо, наоборот, происходит меридиональная циркуляция, надолго нарушающая западно-восточный перенос. И в первом и во втором случаях поля давления, температуры и других метеорологических элементов на всех уровнях приобретают формы, резко отличающие их от средних полей метеорологических элементов, характерных для данного месяца или сезона. Это в значительной степени отражается и на погодных характеристиках. Обычно со значительными аномалиями циркуляции связано экстремальное распределение метеорологических элементов, поэтому их изучение приобретает большую важность, особенно с точки зрения долгосрочного гидрометеорологического прогноза.

На средней карте топографии любого аномального месяца всегда можно найти в структуре поля общие черты со средней картой, характерной для данного сезона. Это указывает, что элементы сезонного высотного барического поля обладают большой устойчивостью, при которой исключается возможность таких отклонений, которые привели бы на средней месячной высотной карте к замене ложбины гребнем или обратно.

Определим связь между аномалиями приземного толя давления и структурой высотного барического поля за месяц, так как можно быть уверенным, что средние месячные карты действительно отражают преобладающие процессы.

При западно-восточном переносе области динамического роста и падения давления под входом и дельтой фронтальной зоны располагаются в сравнительно северных районах. Если процессы длительно протекают таким образом, что меридиональность фронтальной зоны остается слабой, то в области дельты происходят циклогенетические процессы и возникающие циклоны соответственно переносу распространяются далее в восточном или северо-восточном направлениях. В результате этого у поверхности земли в северных районах оказывается отрицательная аномалия давления. С другой стороны, антициклоны, возникающие в подавляющем большинстве случаев под областью входа, распространяются к юго-востоку и обусловливают здесь положительную аномалию давления (рис. 62. а).

Иное положение представляет фронтальная зона при сильно развитой меридиональности. В этом случае зона больших градиентов температуры и давления распространяется южнее, чем в первом случае. Соответственно более южное положение занимает и наиболее активная часть дельты и связанная с ней зона частого циклогенеза. При такой структуре фронтальной зоны, кроме обычной области входа в тыловой части высотной ложбины, появляется новая область входа, расположенная севернее дельты. Возникновение этой области входа обусловлено активным циклогенезом в области дельты, благодаря которому происходит вынос теплых масс воздуха на север, что и вызывает увеличение градиентов температуры и давления и сходимость изогипс севернее (рис. 62 б). Таким образом, если процессы протекают при сохранении сильной меридиональности фронтальной зоны в течение длительного промежутка времени, то на

Схема высотной фронтальной зоны при западно-восточном переносе и меридиональной циркуляции

средних месячных картах абсолютной и относительной топографии получается отрицательная аномалия приземного давления и температуры на юге и положительная — на севере.

Выше указывалось, что для определения аномалии среднемесячными картами можно пользоваться в том случае, когда они выражают однородный процесс, длившийся в течение большей части месяца. Если же аномальный процесс перемежался с другими процессами такой же длительности, то средняя карта не может отражать преобладающего процесса. Поэтому, если ограничиться рассмотрением только значительной аномалии, обусловившей существенное изменение структуры, термобарического поля тропосферы, в сравнении с многолетними, то по нему можно с уверенностью судить о характере преобладающего процесса в течение данного месяца. Поскольку существует определенная связь между структурой высотного барического поля и аномалией приземного давления, то можно по расположению изаномал приземного поля давления судить об аномалии высотного барического поля.

Аномалии циркуляции, влекущие за собой соответствующие аномалии элементов погоды, нередко распространяются одновременно на континенты Америки, Европы и Азии, имея везде один и тот же знак, либо захватывают один лишь континент или даже часть его. Наиболее часто имеют место аномалии, захватывающие один из континентов, причем на континенте Евразии вследствие его больших размеров такие аномалии в равных местах имеют различные знаки. Из 34 январей и февралей за 1891-1930 гг., характеризовавшихся значительными аномалиями температуры, 20% месяцев оказалось аномально холодных одновременно в Евразии и Америке. Аномально теплых одновременно на обоих континентах—18%. Остальные 62% приходятся на случаи аномалий, распространяющихся на один из континентов.

Анализ месячных карт аномалий приземного давления и температуры показывает, что отрицательные аномалии температуры в умеренных широтах зимой связаны с положительной аномалией давления в этих же широтах и обратно. Кроме того, обнаруживается, что при положительной аномалии давления в высоких широтах в умеренных .и низких широтах имеет место отрицательная аномалия. Наоборот, при отрицательной аномалии давления в высоких широтах в умеренных и низких широтах имеет место положительная аномалия давления. На Атлантике это приводит к известной связи между колебаниями интенсивности азорского антициклона и исландского циклона. На основе этих колебаний определялась интенсивность циркуляции над Атлантикой. Вполне понятно, что если на район исландского циклона накладывается положительная аномалия давления, а на район азорского антициклона — отрицательная, то градиент приземного давления между этими центрами будет ослаблен, а при противоположном расположении аномалии он будет усилен. Однако интенсивность циркуляции не характеризуется средним приземным барическим нолем, потому что ослабленные барические градиенты над Атлантикой будут означать лишь, что имеет место резкое чередование циклонов и антициклонов как в зоне азорского антициклона, так и в зоне исландского циклона. В результате этого и будет уменьшение барического градиента на средних картах. Наоборот, если положения отдельных циклонов мало отклоняются от района исландской депрессии, а область повышенного давления — от района азорского антициклона, то это указывает на нормальное развитие меридиональностй, и на средних картах в этом случае получатся более значительные градиенты приземного давления. Это будет даже тогда, когда циклоническая деятельность протекает менее интенсивно, чем в первом случае, так как более значительная локализация этой деятельности приведет к тому, что в среднем исландский циклон окажется глубже. То же самое будет справедливо по отношению к азорскому антициклону.

Поскольку при меридиональной циркуляции происходит глубокое проникновение к югу холодных воздушных масс, а также вынос теплых масс в Арктику, то, естественно, что эти процессы должны приводить к большим контрастам температур в районах встречи их, а процессы цикло- и антициклогенеза должны протекать здесь более интенсивно. Различия в интенсивности меридиональной и зональной циркуляции, плохо отражающиеся средними картами, легко обнаруживаются при рассмотрении ежедневных приземных и высотных синоптических карт полушария.

Следует заметить, что оценка степени меридиональностй по наземным картам является трудной задачей, так как наземное барическое поле не дает полной характеристики горизонтального переноса в атмосфере, если не учитываются траектории барических образований. Степень меридиональностй наиболее непосредственно можно определить с помощью карт барической топографии. В последнее время А. Л. Кацом предложен рациональный метод количественной оценки меридиональной и зональной циркуляции.

Циркуляция и погодные условия на континентах зимой непосредственно связаны с наличием сезонных высотных гребней на океанах вблизи западных беретов Америки и Европы, которые можно рассматривать как индексы меридиональностй и аномальности. Естественно, что аномалии, распространяющиеся на" один из континентов, имеют большую повторяемость, так как это связано с изменением состояния лишь одного из таких гребней, тогда как для полной аномалии необходимо синхронное и однозначное изменение состояния обоих гребней.

Вопрос о связях между характером атмосферной циркуляции и аномалиями температуры и давления подробно освещен во многих работах.

При преобладании западно-восточного переноса зимой в средних широтах Евразии наблюдается положительная аномалия температуры, поскольку при западном переносе происходит наиболее интенсивная адвекция тепла с Атлантики на материк. Этот макропроцесс сопровождается циклонической деятельностью и развитием мощной фронтальной облачности, препятствующей радиационному выхолаживанию подстилающей поверхности.

Летом при преобладании западной циркуляции над средней полосой также выпадают обильные осадки.

Ультраполярный тип циркуляции характеризуется нарушением западно-восточного переноса на значительной территории. Наиболее часто он осуществляется над Европейской территорией СССР и Западной Сибирью. Этому способствует расположение теплого океана (Атлантики) и холодных материков Европы и Азии. Ультраполярному процессу предшествует меридиональное преобразование высотного термобарического поля и интенсивная адвекция теплых масс воздуха в высокие широты. В соответствии со структурой высотного термобарического поля циклоны движутся со стороны Норвежского моря в северо-восточном, направлении. Сюда же направляется основная адвекция тепла. Формирующаяся при этом на севере Восточной Европы и Западной Сибири высотная фронтальная зона обычна характеризуется значительными контрастами температуры и сходящейся системой воздушных потоков. При этом теплая часть ее обычно располагается над северными морями, а на севере упомянутых частей Евразии — холодная часть высотной: фронтальной зоны. В южной части ее осуществляется адвекция холода, направленная с северо-востока на юго-запад. С ультраполярным процессом связаны экстремально низкие температуры и высокое давление над Центральной и Западной Европой. Охлаждение воздуха над материком зимой способствует усилению ультраполярной циркуляции.

Этот тип циркуляции летом происходит заметно реже и: менее интенсивно, что обусловлено большим прогреванием масс: воздуха над материками, в сравнении с океанами.

Меридиональный тип циркуляции характеризуется возникновением высотных гребней и ложбин и нарушением западно-восточного переноса в средних широтах. В зависимости от продолжительности расположения развивающихся высотных теплых: гребней, направленных с юга на север (в северном (полушарии) и высотных холодных ложбин, направленных с севера на юг, локализируются аномалии температуры ,и давления.

В связи с тепловыми условиями подстилающей поверхности зимой наиболее часто высотные гребни возникают над Атлантикой и прилегающей частью Европы, а ложбины над Восточной Европой и частью Западной Сибири. Аналогичное расположение высотных гребней и ложбин имеет место над восточной частью Тихого океана и Северной Америкой.

В связи с иными тепловыми условиями материков и океанов, летом при меридиональном типе циркуляции локализация: гребней и ложбин происходит отлично от зимней. В теплое полугодие гребни высокого давления чаще локализуются на материках, а ложбины на океанах.

Изучению закономерностей преобразования одной формы циркуляции в другую большое внимание уделено в работах Г. Я. Вангенгейма и А. А. Гирса. Ими установлены некоторые черты преемственности между основными типами циркуляции: западной, меридиональной и восточной (ультраполярной). Выявленная вероятность перехода одной преобладающей формы циркуляции в другую позволила им разработать метод прогноза погоды и ледовитости северных морей на месяц и сезон. В частности, установлено, что после зим с восточной циркуляцией в апреле преобладает меридиональная циркуляция с холодными вторжениями с севера на Европейскую территорию СССР. Меридиональная циркуляция в апреле обычно сменяется в мае кратковременно на восточную, а в июне — июле вновь преобладает меридиональная циркуляция. При указанной преемственности преобладающих форм циркуляции над большей частью Европейской территории СССР наблюдается дефицит осадков.

Получены и другие закономерности преемственности форм циркуляции в различные сезоны.

Вопросу преемственности атмосферных процессов уделено большое внимание в исследованиях Э. С. Лир  и Э. А. Исаева. Недавно была опубликована работа В. Б. Згурко, посвященная преемственности процессов, приводящих к сильным: похолоданиям.

Г. Я. Вангенгеймом и А. А. Гирсом большое внимание уделяется и многолетним (эпохальным) преобразованиям форм атмосферной циркуляции. Эти исследования ведутся с целью выявления причин изменения климата в различных районах северного полушария, а также для целей сверхдолгосрочных прогнозов погоды. Согласно приведенным данным, установлено что с 1891 по 1899 г. преобладали западные (W) и меридиональные (С) типы циркуляции, с 1900 по 1928 г. — аномально развиты процессы лишь западной циркуляции (W), затем восточной (Е) и т. д.:

Определение эпохального характера циркуляции над полушарием в известной мере может быть использовано при составлении долгосрочных прогнозов погоды.

В многочисленных исследованиях аномалии общей циркуляции атмосферы было немало попыток объяснить возникновение ее космическими воздействиями, в частности изменением активности солнечной деятельности. В целом ряде работ отыскивалась связь между циркуляционными процессами над Атлантикой и погодой в Европе, режимом температуры в районе Исландии и температурной аномалией в Европе. Исследовалось влияние Атлантики, в частности Гольфстрима, на погоду в Европе. Некоторые авторы ставили себе цель отыскать корреляционные связи между характером циркуляции над Атлантикой, ледовитостью северных морей и погодой в Европе. Особенно большое число работ посвящено типизации циркуляционных процессов над Атлантикой и Европой в целях установления связи с последующими погодными условиями в Европе и т. д. Однако все эти вопросы остаются неясными и подлежат дальнейшему изучению.

В последние годы В. Г. Семенов сделал попытку объяснить меридиональную и зональную циркуляции над Европой распределением аномалии температуры воды в северной части Атлантического океана. Поскольку структура высотного барического поля в значительной степени зависит от тепловых условий подстилающей поверхности, то очень возможно, что аномалия распределения температуры поверхностных вод океанов может оказать влияние на характер циркуляции. Результаты выполненного исследования являются интересными, хотя можно допустить, что территория северных частей Атлантики или Тихого океана не вполне достаточна для коренного воздействия на формирование аномальной структуры высотного термобарического поля. Для решения вопроса о влиянии тепловых условий подстилающей «поверхности на характер атмосферной циркуляции целесообразно ввести в рассмотрение всю ту часть северных районов полушария, над которыми возникает аномальное распределение температуры подстилающей поверхности. Последнее, очевидно, можно объяснить особенностями атмосферной циркуляции предшествующего сезона. Не подлежит сомнению, что в данном случае можно говорить о непосредственном влиянии термических свойств подстилающей поверхности на возникновение аномалии циркуляции.

Вопрос о происхождении аномалии циркуляции многие исследователи связывают с солнечной деятельностью. Однако до сих пор остается невыясненным механизм воздействия интенсивности солнечной деятельности на атмосферные процессы. Этот кардинальный вопрос атмосферной циркуляции еще ждет своего решения. В этом направлении в последние годы выполнены интересные исследования Л. А. Вительсом, М. С. Эйгенсоном и др.

В частности, эпохальное преобразование форм атмосферной циркуляции связывается с солнечной активностью. Так, например, А. А. Гире нашел, что при активизации солнечной деятельности в атмосфере преобладают меридиональные процессы, а при ослаблении солнечной деятельности — западно-восточная циркуляция.

 

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

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.