big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Распределение температуры над центральной Арктикой и Антарктикой и характерные черты атмосферной циркуляции в Антарктике зимой

Рассмотрим кривые средней месячной температуры с высотой зимой и летом по наблюдениям станций СП-4 и СП-5, дрейфовавших в 1955/56 г. вблизи северного полюса (рис. 91 а) и

Распределение средней температуры в тропосфере и нижней стратосфере зимой и летом

аналогичные данные ст. Амундсен-Скотт, находящейся на южном полюсе (рис. 91 б). Согласно рис. 91 а, разность ее между зимой 1055/56 г. и летом 1956 г. в Арктике на уровне 100 мб составляла 31—32°, а на уровне 50 мб 40°. При этом летом тропопауза имеет инверсионный тип и лежит приблизительно на уровне поверхности 300 мб, а у поверхности льда характерна изотермия или слабое падение температуры с высотой. В связи с общим понижением температуры с высотой зимой тропопауза выражена нечетко. В большинстве случаев, как и летом, тропопауза находилась вблизи уровня 300 мб, хотя иногда она обнаруживалась значительно выше него. Над поверхностью льда, в нижнем слое 2 км, зимой типична инверсия температуры порядка 10° и более. В противоположность средним широтам зимой условно определяемая тропопауза здесь нередко лежит несколько выше, чем летом.

Аналогично сезонное распределение температуры над Антарктидой (рис. 91 б). Однако в связи с различным расположением материков и океанов в северном и южном полушариях и обусловленными ими особенностями атмосферной циркуляции в Арктике и Антарктике температура воздуха во все сезоны на крайнем юге заметно ниже, чем на крайнем севере (табл. 24). Вследствие охлаждения воздуха над ледяным плато Антарктиды наибольшие разности температуры, порядка 18—13°, приходятся на слои, близкие к поверхности льда (650—600 мб).

Разности температуры на высотах между зимними и летними месяцами как над северным, так и над южным полюсами (табл. 25) в тропосфере с высотой уменьшаются, а выше вновь возрастают. Однако над южным полюсом в слое 500—400 мб происходит более значительное уменьшение величин разностей и быстрое возрастание их в нижней стратосфере, чем над северным полюсом. Уже на уровне 100 мб эта разность над северным полюсом составляет 31°,4, а над южным 42°,7.

Кривые распределения температуры в зимние и летние месяцы над Арктикой, Антарктикой и Якутском приведены на рис. 92.

Из сравнения рис. 92 а и б также следует, что над ст. СП-7 температура воздуха почти на всех высотах заметно выше, чем над станциями Антарктиды. Наиболее низкая температура наблюдается над южным полюсом.

На ст. Берд температура вблизи поверхности льда заметно выше, чем над ст. Амундсен-Скотт, и сравнительно близка к данным ст. СП-7, дрейфовавшей в январе 1958 г. около 85°,8 с. ш. и 158—166° в. д.

Условия формирования температуры в центральной Антарктике зимой близки к условиям Якутска, расположенного на 62°30' с. ш. Величины распределения температуры в тропосфере в обеих районах зимой почти одинаковы и являются наиболее низкими на земном шаре (рис. 92 а). Летом они различны. Вследствие интенсивного прогревания материка Азии и усиленного турбулентного переноса величины температуры в тропосфере над Якутском в слое 3—6 км на 25—30° выше, чем над южным полюсом. Распределение температуры в стратосфере над Якутском характерно для станций, расположенных в средних широтах. Хотя приведенные здесь данные наблюдений

ограничены отдельными месяцами 1956—1958 гг., все же они достаточно характеризуют распределение температуры вблизи обоих полюсов земли. Тот факт, что над южным полюсом температура воздуха, значительно ниже, чем на соответствующих высотах в районе северного полюса, очевидно, нельзя объяснить техническими недостатками приборов и радиационными условиями.

Выше было показано, что в северном полушарии междуширотный

Распределение средней температуры на высотах в Арктике и Антарктике

перенос происходит с большей интенсивностью, чем в южном, из-за различия в расположении материков и океанов, над которыми нагревание тропосферного воздуха происходит различно. Этим и определяется сезонная структура термического и барического полей на высотах. В соответствии с вытянутыми вдоль меридианов чередующихся материков и океанов междуширотный обмен в северном полушарии происходит в больших масштабах, чем в южном полушарий, где преобладает однородная подстилающая поверхность.

В § 15 указывалось, что о масштабах междуширотного обмена в северном и южном полушариях можно судить по траекториям циклонов. Как видно из рис. 61 а, в северном полушарии они пересекают большее число параллелей, чем в южном (рис. 616). Не располагая картами повторяемости движущихся внетропических циклонов в южном полушарии, установим по карте траекторий циклонов распределение повторяемости их в южном полушарии. Из рис. 52 и 54 видно, что повторяемость их в южном полушарии существенно отличается от повторяемости в северном полушарии. В южном полушарии не столь заметно локализованы области наибольшей повторяемости циклонов, они вытянуты вдоль меридианов.

Циклоническая деятельность в южном полушарии нередко происходит очень интенсивно, что подтверждают большие глубины циклонов и скорости их движения. Так, в Европе средние скорости циклонов составляют около 30 км/час, а в южном они равны 42—44 км/час. Естественно, что в системе этих быстро движущихся циклонов происходит интенсивный междуширотный воздухообмен. Но так как сами циклоны при движении с севера на юг обычно пересекают меньшее число параллелей, то междуширотный перенос в южном полушарии ограничивается сравнительно малыми расстояниями. Это не может не сказаться и на интенсивности междуширотного обмена в высоких широтах. Поэтому над Арктикой он происходит в больших масштабах и, по-видимому, чаще, чем над Антарктикой, поскольку, особенно зимой, глубокие циклоны нередко с севера Атлантики проходят в район полюса.

В соответствии с характером циркуляции горизонтальный перенос тепла к северному полюсу происходит в больших масштабах, чем к южному.

На различие интенсивности междуширотного обмена и адвекции тепла в районы северного и южного полюсов указывают также междусуточные колебания, как и максимальные и минимальные значения температуры.

В табл. 26 приведены величины максимума и минимума температуры на высотах над северным и южным полюсами. Они показывают, что зимой на севере наблюдаются большие колебания температуры, чем на юге. В частности, у поверхности земли, по данным станций СП-4 и СП-7, отмечена температура воздуха в январе как —42°,5, так и —5°,4. На уровне 850 мб минимум и максимум температуры составили —36°,2 и —5°,8. С высотой, как правило, разность между ними несколько уменьшается. Так, на уровне 600 мб она была равна —23°,6, а выше на уровне 100 мб на станциях СП-4 и СП-7 оказалась соответственно 13°, 1 и 29°,7. Аналогичны были величины разностей над ст. СП-6 в январе 1958 г.

Иное положение на южном полюсе.

По данным наблюдений на ст. Амундсен-Скотт, в зимние месяцы 1957 г. (июль — август) вблизи поверхности льда на уровне 650 мб минимальная температура составила —58°,5, а максимальная не поднималась выше — 32°,0 (табл. 26). Разность между ними на этой поверхности составила 25°,8 а на уровне 100 мб — всего лишь 9,6. Аналогично распределение этих разностей на ст. Берд.

Так как температура в стратосфере определяется главным образом радиационными условиями, одинаковыми в соответствующее время года на севере и на юге, можно считать, что различие в величинах разностей температуры зимой вызвано неодинаковой интенсивностью адвекции температуры над Арктикой и Антарктикой. Хотя над обоими районами земного шара цикло- и антициклоническая деятельность, а следовательно, и адвекция тепла зимой отличается большей интенсивностью, чем летом, как показывают данные табл. 26, действие адвекции тепла на поле температуры в районе северного полюса сказывается больше, чем в районе южного полюса. Очевидно, этим можно объяснить большие величины колебания температуры на севере, чем на юге.

Согласно картам контрастов температуры (см. рис. 31—34), в связи с расположением материков и океанов междусезонные изменения величин контрастов в южном полушарии происходят меньше, чем в северном. Поэтому интенсивность циклонической деятельности зимой и летом подвержена меньшим колебаниям, чем на севере. В соответствии с этим находится и интенсивность междуширотного воздухообмена, т. е. в южном полушарии она мало изменяется в течение года, в то время как в северном полушарии междуширотный перенос зимой происходит значительно сильнее, чем летом. Так как невозможно сделать непосредственные вычисления величин адвекции в этих, еще недостаточно освещенных районах земного шара, то в дополнение рассмотрим также режим ветра над полюсами.

Зимой в тропосфере и особенно в нижней стратосфере над полярными областями ветер характеризуется большими скоростями, чем летом. Наибольшие скорости ветра в нижней стратосфере связаны с различием в распределении горизонтальных контрастов температуры, обычно они наблюдаются в середине зимы вдоль северного и южного полярного круга, что объясняется охлаждением воздуха над Арктикой и Антарктикой в условиях полярной ночи вследствие излучательной способности озона, а также водяного пара и углекислоты. По этой причине с высотой возрастают контрасты температуры между полярными областями и средними широтами и образуется западное стратосферное струйное течение.

Зимой вдоль южного полярного круга так же, как и северного обнаружено возрастание скорости ветра с высотой. Так, например, над ст. Мирный при сравнительно больших скоростях ветра в июле 1957 г. на уровне 100 мб они оказывались большими чем на нижележащих уровнях. Судя по данным отдельных подъемов, достигающих уровня 20 км, скорости ветра, возрастая с высотой, достигали 200 км/час (табл. 27). По данным Н. Г. Леонова, средние скорости западного ветра на ст. Мирный на уровне 18 км составляют 100—150 км/час.

Скорости ветра в тропосфере в глубинных районах Антарктиды уменьшаются. Так, например, в районе южного полюса, по данным наблюдений на станциях Амундсен-Скотт и Берд, в июле 1957 г. скорости ветра более 60—80 км/час выше тропопаузы наблюдались довольно редко (табл. 27). Иначе говоря, в глубоких районах Антарктиды даже зимой ветры являются преимущественно слабыми, что указывает на малоинтенсивный воздухообмен со средними широтами и, следовательно, сравнительно слабую адвекцию тепла в район полюса. Вместе с тем направления ветра и здесь различны. Так, в июле Ю57 г. на ст. Амундсен-Скотт в тропосфере отмечены самые различные направления ветра. В частности, 25—28 июля над ст. Мирный ветры северных румбов наблюдались во всем слое до уровня 100 мб, а возможно и выше. Изменчивость направления ветра отмечена и над ст. Берд. Такое же направление ветра наблюдалось и над южным полюсом.

По показаниям ст. СП-7, в январе 1958 г. на уровне 300 мб наблюдались ветры любых направлений со скоростями от 20 до 100 км/час при преобладании скоростей 40—60 км/час (табл. 27).

На более высоких уровнях преобладало юго-западное направление ветра. Выше уровня 100 мб скорости ветра возрастали и на уровне 20 км в большинстве случаев превышали 100 км/час.

В том же июле 1957 г. при большом разнообразии направления ветра на высотах в Мирном все же в нижних 1,5—2,0 км преобладали восточные ветры, а в верхней тропосфере и нижней стратосфере — западные. Подобное распределение преобладающего направления ветра на уровне поверхностей 850 и 700 мб позволяет попутно заметить, что антициклоническая циркуляция на периферии Антарктиды ограничивается лишь нижними километрами, выше которой зимой преобладает циклоническая система циркуляции.

Однако при общем преобладании западного составляющего ветра на высотах все же ветер над Мирным претерпевает любые изменения. В частности, 20 и 21 июня до высот 8—10 км преобладал восточный ветер, 24—27 июня — северный с большими скоростями и после ослабления 28 июня в последующие дни июля перешел на южное направление во всей тропосфере и до уровня 100 мб со скоростями до 100—200 км/час. Иначе говоря, поле давления в Антарктике на всех высотах подвержено сильным преобразованиям в зависимости от характера циркуляции над южным полушарием. Поэтому представление о существовании над Антарктидой какого-то постоянного антициклона построено на недоразумении.

Над Антарктидой циркуляция атмосферы изменчива, потому что взаимосвязана с циркуляцией, осуществляющейся вне высоких широт южного полушария. Однако характер распределения скоростей ветра над северным и южным полюсами указывает, что на севере более часто наблюдаются относительно интенсивные высотные фронтальные зоны, с которыми связана цикло- и антициклоническая деятельность и междуширотный воздухообмен.

Над южным полюсом эти процессы развиты слабее.

Различие в распределении средней, максимальной и минимальной температуры, скоростей ветра на высотах и циркуляции атмосферы над северным и южным полюсами определяется физико-географическим положением их. Граница плавучих и паковых льдов по отношению к полюсу расположена асимметрично. Северный полюс находится вблизи открытой части северной Атлантики и Баренцева моря, в 1000 км от средней границы плавучих льдов у о. Шпицберген. Здесь при преобладании западно-восточного переноса часта повторяемость циклонов, которые перемещаются в северо-восточном направлении, нередко через район полюса. При их прохождении сюда выносятся теплые массы воздуха со стороны Атлантики. Именно поэтому здесь часты резкие колебания температуры.

Иное положение в Антарктике. Здесь средняя граница плавучих льдов к северу от полюса зимой простирается почти по окружности радиусом в среднем более 2000 км летом и до 3000 км зимой. Такое различие в распространении льдов вокруг северного и южного полюсов, оказывает различное действие на охлаждение воздуха, движущегося со стороны средних широт. В Антарктике должно произойти более значительное понижение температуры, чем в Арктике. Малые масштабы междуширотного обмена в южном полушарии, симметричное расположение зоны льдов и постоянное охлаждение воздушных масс, проникающих из средних широт, должно обусловить возникновение над Антарктидой холодной депрессии с соответствующей системой циркуляции, наподобие арктической депрессии, но с меньшими скоростями ветра над полюсом.

Очевидно, и над центральной Антарктидой в отдельные периоды времени наблюдаются большие скорости ветра. Они появляются преимущественно при усилении меридионального обмена в средних и высоких широтах, в связи с цикло- и антициклонической деятельностью. Однако вследствие различия тепловых условий подстилающей поверхности эти процессы происходят отлично от аналогичных процессов в Арктике.

Судя по сообщениям из Антарктики, в отдельные периоды времени над Антарктидой усиливается циклоническая деятельность, которая сопровождается усилением адвекции тепла даже во внутренние районы. При этом происходят резкие изменения температуры. Так, например, в связи с перемещением циклона к берегам Антарктиды на ст. Пионерская 20 ноября температура повысилась до —19°, на ст. Восток до —22°. 23 ноября

Карты абсолютной топографии

тепло распространилось до Комсомольской, где температура повысилась до —28° (накануне —46°). Тепло было и на побережье. Например, на ст. Оазис отмечено 4° тепла, на ст. Мирный —1°,3. В связи с адвекцией теплого воздуха с севера во внутренних частях материка наблюдались туманы.

Однако нет оснований полагать, что циклоны свободно перемещаются над Антарктидой, как это происходит в Арктике. На пути северных циклонов лежит огромное препятствие — Антарктида со средней высотой до 3,0 км. При приближении к Антарктиде циклоны как атмосферные вихри деформируются у берегов Антарктиды и обычно заполняются, а воздушные потоки, связанные с ними, свободно протекают над ней. Встреча движущихся с севера теплых и влажных масс воздуха с высоким ледяным массивом сопровождается образованием туманов или выпадением осадков в виде снега, являющегося источником пополнения убывающих запасов льда.

В соответствии с режимом циркуляции, который в значительной степени обусловливается распределением турбулентного потока тепла от подстилающей поверхности, над южным полюсом зимой в тропосфере преобладает область низкого давления. Структура его в малые промежутки времени зависит oт

Карты абсолютной топографии поверхности 100 мб АТ100

характера циркуляции в средних широтах южного полушария и в Антарктике. Но распределение притока тепла воздуха в течение того или иного сезона в различных широтах носит постоянный характер, поэтому вследствие малого прогревания воздуха в Антарктике на высотах вырисовывается холодная депрессия. Среднемесячные карты барической топографии за ряд месяцев 1957 г., составленные В. Расторгуевым и X. Альварес, показывают, что формы высотной депрессии в отдельные месяцы, хотя и отличаются между собой, все же имеют общие сезонные черты.

Приводим карты барической топографии одного из характерных зимних случаев циркуляции воздуха над Антарктикой и аэрологически освещенными районами южного полушария 18 июля 1957 г. (рис. 93). На картах АТ500 и АТ200 над Антарктидой отчетливо выражена область низкого давления с ложбинами, каждая из которых связана с отдельными циклонами или системой их на периферии антарктического материка. Над австралийским сектором южного полушария на уровне АТ500 (рис. 93 а) отчетливо видно возмущение зонального потока. По аэрологическим данным, оно распространяется из субтропической зоны до высоких широт. Однако меридиональный обмен в центральной части Антарктиды заметно уменьшается, в то время как на ее периферии по меридиональным составляющим направления воздушных течений и их скоростям меридиональный воздухообмен осуществляется довольно интенсивно.

В общих чертах эта же картина вырисовывается на более высоком уровне — АТ200 (рис. 93 6) — с той лишь разницей, что густота изогипс и скорости ветра здесь больше, чем на АТ500, а наибольшие скорости ветра отмечены в районе ст. Мирный. Сравнение данной карты АТ500 со средней месячной картой АТ500 за июль 1957 г. показало их сходство в преобладании над Антарктидой области низкого давления. Близки и абсолютные значения геопотенциала. Более того, по данным, над полюсом средняя месячная скорость ветра на уровнях 500 и 300 мб порядка 10—30 км/час, т. е. слабая в сравнении с северным полюсом.

Большие скорости ветра в Антарктике характерны для периферии Антарктиды. Правда, еще нет достаточного числа данных о ветре на более высоких уровнях. Однако, согласно распределению температуры на высотах над станциями Амундсен-Скотт, Берд, Восток и Мирный и сезонным радиационным условиям, можно полагать, что непосредственно над южным полюсом скорости ветра в нижней стратосфере, на высотах 20—25 км, значительно слабее, чем на периферии Антарктиды, находящейся в зоне южного полярного круга и, в частности, над ст. Мирный.

 

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

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.