big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

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

Распределение температуры на высотах над обоими полюсами летом несколько отлично от зимы. В тропосфере, как и зимой над южным полюсом, температура значительно ниже, чем над северным полюсом, а в стратосфере почти одинакова. Из рис. 92 б и табл. 28 видно, что разность температуры в тропосфере между южными и северными станциями на уровне 700 мб превышает 15°. С высотой разности температуры постепенно уменьшаются и в слое тропопаузы вблизи уровня 300 мб достигают лишь 6—9°. Выше тропопаузы происходит быстрое сближение кривых и на уровне 200 мб, разность температуры в центре Арктики и Антарктики приближается к практической точности наблюдений. Иначе говоря, летом выше уровня 200 мб разность температур между этими противоположными пунктами близка к нулю.

Из табл. 29 следует, что разности между максимумом и минимумом температуры в тропосфере в течение рассмотренных месяцев несколько больше в Арктике, чем в Антарктике. С высотой они уменьшаются и на уровне 100 мб становятся почти одинаковыми по величине. О возможности большого диапазона колебаний температуры воздуха тропосферы в Арктике указывают и скорости ветра.

Как на крайнем севере, так и на юге земного шара скорости ветра летом выше тропопаузы быстро уменьшаются и на уровнях 100 и 50 мб приближаются к штилевым. Так, например, по данным ст. Амундсен-Скотт, наибольшие скорости ветра наблюдаются вблизи уровня 300 мб, а на уровне 150 и 50 мб они, как правило, не превышают 10—20 км/час при самых различных направлениях (табл. 30). Такой же режим ветра в январе 1958 г. на станциях Восток и Берд, расположенных вблизи 80° ю. ш. Аналогичен режим ветра на высотах летом и над Северным полюсом, что является косвенным показателем одинаково слабой адвекции тепла над обоими полюсами земли. Значительно меньшие скорости ветра летом и над ст. Мирный. Как и зимой, над всеми рассматриваемыми пунктами направление ветра на высотах различно. Лишь на ст. Мирный до высот 3—4 км преобладала восточная составляющая ветра. На уровне 500 мб направления уже разнообразны. В верхней тропосфере преобладали западные составляющие ветра, а на уровне 20 мб — восточные. По данным наблюдений, произведенных на остальных станциях Антарктиды, трудно судить о преобладающем направлении ветра не только на высотах, но и у поверхности льда.

Таким образом и летом не был обнаружен так называемый антарктический антициклон. Разнообразие направления и скорости

ветра указывает на неустойчивость структуры барического поля в Антарктике. Можно согласиться с идеей, высказанной в статье, что большая высота восточного направления ветра летом на периферии Антарктиды связана с тем, что циклоны в это время года движутся несколько севернее, чем зимой. Последнее в свою очередь обусловлено более северным положением зоны наибольших контрастов температуры (высотной фронтальной зоны) летом в сравнении с зимой (см. рис. 31 — 33).

Во внутренних районах материка процессы тесно связаны с преобразованиями термобарического поля, происходящими над остальной территорией южного полушария.

Миграция высотной фронтальной зоны от зимы к лету к северу объясняется междуширотным распределением притока тепла. Зимой, при большом охлаждении воздуха в Антарктике, высотная фронтальная зона несколько смещается к югу, а контрасты температуры возрастают. Летом прогревание воздуха в зоне южного полярного круга происходит более интенсивно, чем над средними широтами. В соответствии с этим зона наибольших контрастов температуры, как и зона большой повторяемости циклонов, несколько смещается к северу.

Две серии высотных карт погоды могут характеризовать летнюю циркуляцию над средними широтами южного полушария и Антарктикой. Одна серия представлена картами AT на различных уровнях (рис. 94). Данные для Антарктиды предоставили 13 аэрологических станций, а для средних широт южного полушария лишь 4—5 станций, которые в совокупности позволили определить особенности атмосферной циркуляции 5 января 1958 г. В этот день в средних широтах ив западном секторе вблизи Антарктиды происходила циклоническая деятельность. Уже на уровне 500 мб над Антарктидой, особенно над ее центральной частью, ветры были слабые. Сильные они были почти повсюду в средних широтах. Слабые ветры над Антарктидой сохранялись и в стратосфере.

В соответствии с цикло- и антициклонической деятельностью над австралийским сектором Антарктики произошло меридиональное преобразование барического поля, которое охватило значительную часть Антарктиды. В связи с распределением адвекции на побережье Земли Виктории и Адели температура на уровне 500 мб повысилась до —18, —22°, в то время как над остальными частями побережья она не превышала —31, —36° (рис. 94 а). Выше слоя выравнивания температуры (рис. 94 б) и перемены знака горизонтального градиента температуры (200—250 мб) на уровне 100 мб (рис. 94 в) между полюсом и средними широтами градиенты давления уменьшаются, ветры ослабевают. Особенно сильно уменьшение горизонтальных градиентов давления на уровне 50 мб (рис. 94 г). В исследуемом случае резко выраженное поле AT

на поверхности 500 мб отчетливо сохранилось и. на уровне 50 мб. Между тем летом обычно на уровне 18—20 км западные составляющие ветра на побережье Антарктиды сменяются на преобладающие восточные.

Несколько отлична структура высотного барического поля 11 декабря 1957 г. В этом случае на уровне 500 Мб циклоны располагались вокруг Антарктиды и частично над ней (рис. 95). В соответствии с распределением температуры зона высокого давления над Антарктидой с высотой расширяется. Однако на уровне поверхности 100 мб при общем ослаблении ветра хорошо сохраняются общие черты поля AT поверхности 500 мб.

Таким образом, в противоположность зиме уже на уровнях поверхностей 100 и 50 мб западные ветры ослабевают и вблизи уровня 50 мб переходят на восточные. Однако зимой в стратосфере на этих уровнях сохраняются те основные черты поля давления, которые вырисовываются в средней тропосфере, т. е. на поверхности 500 мб. Так как выше уровня тропопаузы разность температур между полюсами и полярным кругом зимой возрастает, то ветер с высотой усиливается и формируется западное стратосферное струйное течение. Нижняя часть стратосферного струйного течения обнаруживается на карте АТ100 18 июля над индийским сектором Антарктиды (рис. 93 в). Летом вследствие обратного направления градиента температуры между полюсом и полярным кругом ветер с высотой ослабевает и выше уровня 20 км формируется высотный теплый антарктический антициклон, на периферии которого возникает восточное стратосферное струйное течение.

Нельзя однако считать, что высотный антициклон, формирующийся выше уровня 50 мб в теплую часть года, вследствие прогревания воздуха в условиях радиационного режима южного полярного дня имеет концентрическую систему из о гипс. На структуру его в стратосфере оказывает влияние поле давления в верхней тропосфере.

Следует заметить, что, как в северном, так и южном полушариях, в слое между изобарическими поверхностями 200 и 250 мб различия в величине температуры во всех широтных зонах земного шара заметно уменьшаются. Исключение составляют высокие широты зимой, где температура воздуха с высотой до 25—30 км непрерывно понижается. На рис. 96 приведены кривые распределения температуры с высотой 17 января 1957 г. между экватором и южным полюсом. Из рисунка видно, что независимо от широтной зоны кривые температуры сближаются на уровне 270—280 мб. Аналогично распределение температуры с высотой летом и в северном полушарии. Что касается зимы, то условия, близкие к изотермии, на уровне 250—200 мб в январе являются характерными для полярного круга. В частности, в северном полушарии, севернее полярного круга, в связи с излучением и охлаждением воздуха в условиях полярной

Карты абсолютной топографии

Карты абсолютной топографии

ночи кривая температуры проходит левее всех остальных кривых (рис. 96). В слое 250—200 мб, независимо от меридиональных преобразований поля давления и ветра, адвекция тепла в стратосфере летом, очевидно, является минимальной как над северным, так и над южным полюсами.

Данные наблюдений показывают, что выше уровня 50 мб имеется еще слой относительного выравнивания температуры. Об этом имеются указания и в литературе. Тенденция к этому обнаруживается и на рис. 96.

На основании изложенного можно сформулировать некоторые предварительные выводы.

Распределение температуры в тропосфере и нижней стратосфере над различными широтами северного и южного полушарий между полюсами и экваториальной зоной зимой и летом

1. Разности температуры воздуха в тропосфере между северным и южным полюсами во все сезоны года обусловлены большим охлаждением его в Антарктике в связи с наличием здесь огромного материка, почти симметрично расположенного по отношению к полюсу. В результате интенсивного охлаждения воздуха над ледяными просторами Антарктики, составляющими в радиусе до 2—3 тыс. км вокруг южного полюса, циркуляция атмосферы отличается меньшей меридиональностью и сравнительно малыми величинами адвекции тепла с севера. Расположение материков и океанов в северном полушарии способствует более интенсивному междуширотному воздухообмену и в полярной области, который осуществляется прежде всего через атлантический сектор Арктики. Благодаря междуширотному обмену здесь происходят большие междусуточные колебания температуры почти на всех высотах. При малом расстоянии между полюсом и границей паковых и плавучих льдов охлаждение движущихся с юга масс воздуха происходит в меньших масштабах, чем в Антарктике. Этим обусловлена более интенсивная адвекция тепла, создающая высокий фон температуры на севере в сравнении с южным полюсом.

При исследовании этого вопроса не была учтена роль вертикальных движений в изменении поля температуры, так как можно считать, что над обоими полюсами восходящие и нисходящие движения в среднем взаимно компенсируются и тем самым не оказывают существенного воздействия на средние величины температуры.

В стратосфере сезонные радиационные условия можно считать одинаковыми над обоими полюсами. Различие в распределении значений температуры зимой, как и в тропосфере, вызвано более усиленной адвекцией тепла в Арктике и слабой адвекцией в Антарктике.

Летом, когда междуширотный воздухообмен ослабевает, над всем северным полушарием и особенно в Арктике температура воздуха в стратосфере определяется главным образом радиационными условиями. Поэтому характер распределения температуры в стратосфере на северном и южном полюсах аналогичен, а величины температуры на соответствующих высотах близки.

В отдельных случаях, особенно в тропосфере над центральной Антарктикой, очевидно, происходят сравнительно резкие колебания температуры. Однако они имеют место на более низком фоне температуры и при меньших разностях величин, чем в Арктике.

2. Инверсионный тип тропопаузы одинаково характерен для северного и южного полюсов в теплое полугодие. Высота тропопаузы в обоих частях земли равна в среднем 9 км.

Зимой тропопаузу можно определить по изменению вертикального градиента температуры с высотой. Однако нередко высоту тропопаузы установить трудно. В ряде зимних случаев тропопауза находилась на высотах между поверхностями 300 и 200 мб.

3. В соответствии с различием географических условий в северном и южном полушариях, создающих разную интенсивность междуширотного воздухообмена, высотные фронтальные зоны перемещаются в район центральной Арктики чаще, чем в центр Антарктики, к тому же, на севере они обладают большей интенсивностью, чем на юге. Этим объясняется сравнительно частая и более интенсивная (в холодное полугодие) цикло- и антициклоническая деятельность вблизи северного полюса. При этом циклонические вихри в Арктике, не деформируясь, свободно перемещаются в любом направлении, достигая района относительной недоступности.

В зоне южного полярного круга, хотя циклоны наблюдаются часто и являются глубокими, они не проходят свободно через материк, средняя высота которого достигает 3,0 км. Приближающиеся к Антарктиде циклоны заполняются в нижних слоях при соприкосновении с высоким препятствием. Однако над Антарктидой воздушные течения протекают свободно. Движение воздуха здесь происходит в любом направлении, соответственно общециркуляционным условиям в южном полушарии.

Благодаря различию физико-географических условий в Арктике и Антарктике сезонные поля температуры и давления различны. Правда, в обоих полярных районах на высотах формируются области холода, однако в Арктике вследствие неравномерного охлаждения воздуха над прилегающими материками и океанами область холода зимой вытянута между Азией и Северной Америкой, а в Антарктике изотермы почти оконтуривают материк и сезонная область холода имеет более концентрическую форму.

Различно также высотное поле давления. На севере оно приблизительно повторяет поле температуры. На юге часто повторяющиеся циклоны вокруг Антарктиды оставляют заметный след на поле давления у земли и на высотах. Здесь градиент давления бывает направлен с материка на океаны. Область высокого давления над материком обнаруживается на уровнях 700 и 500 мб. Так как над Центральной Антарктидой расположена область холода и градиент температуры направлен от периферии к центру ее, то область повышенного давления над Антарктидой с высотой ослабевает и выше тропопаузы обычно переходит в высотную холодную депрессию. Вместе с тем изменения поля давления над Антарктидой происходят часто, что не согласуется с предположением о существовании стационарного антарктического антициклона.

Вырисовывающаяся на средних картах область сравнительно повышенного давления над Антарктидой более всего обязана частой повторяемости глубоких циклонов вокруг материка. То же имеет место летом, с той лишь разницей, что вследствие нагревания воздуха в слое озона в стратосфере образуется область высокого давления и обусловленный ею восточно-западный перенос.

Следует добавить, что, поскольку Антарктида по отношению к полюсу расположена несколько асимметрично, циклоны, движущиеся вдоль побережья со слагающей к югу, имеют свободный доступ в районы, вдающихся в материк морей Уэделла, Росса и Беллинсгаузена. Обычно здесь они, окклюдируясь, становятся высокими. Поэтому над этими районами на высотах характерна циклоническая система циркуляции.

В холодное время года циклонические образования над указанными морями, как и у побережья Земли Уилкса, на высотах входят в систему высотной антарктической холодной депрессии- Изоляция (блокирование) этих высоких циклопических образований областями высокого давления более часто происходит в теплое полугодие со стороны теплого севера на западе и области относительно повышенного давления над центральной частью Антарктиды.

Изолирующиеся в Антарктике мощные высокие циклоны являются очагами холода, и на их периферии формируются высотные фронтальные зоны и возникают новые барические образования.

При меридиональных преобразованиях термобарического поля атмосферы, сопровождающихся усилением адвекции тепла к юту, в Антарктике усиливаются высотные фронтальные зоны и цикло- и антициклоническая деятельность. С меридиональными преобразованиями связана регенерация циклонов в высоких широтах южного полушария, так как в этих случаях создаются условия для интенсивной адвекции холодного воздуха с материка, без осуществления которого невозможна регенерация циклонов.

 

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

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.