big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Муссонная циркуляция

В системе общей циркуляции атмосферы существенной является и муссонная циркуляция. Со времени Гадлея муссонами занимались многие исследователи. Однако в вопросе об определении муссонов до настоящего времени нет единства взглядов.

А. И. Воейков главным фактором возникновения муссонов считал неравномерное нагревание суши и моря. Однако к муссонным районам Воейков относил те районы, где осуществляется определенный погодный комплекс, связанный с муссонной деятельностью.

П. И. Колосков также видит природу муссонов в термической неоднородности подстилающей поверхности. Но, связывая муссоны с низкими холодными антициклонами, он не считает обязательным наличие погодного комплекса, так как, согласно наблюдениям, летний муссон в ряде районов не сопровождается выпадением осадков в связи с сухостью океанического воздуха в системе антициклонов.

Б. П. Алисов выделяет на земном шаре несколько зон муссонной деятельности. При этом летние осадки он связывает с муссонами, но справедливо считает, что в их выпадении большую роль играют возникающие циклоны.

С. П. Хромов рассматривает муссоны как сезонную смену ветра, а суть муссонной циркуляции в любой области земли объясняет циклонической деятельностью. Аналогичное мнение высказывает и Г. Флон.

Не останавливаясь на высказываниях других авторов, отметим, что до настоящего времени нет общепринятого объяснения всего комплекса явлений, связанных с муссонной циркуляцией. Однако в соответствии с объяснением природы муссонов, одни исследователи рассматривают муссоны как циркуляцию, возникшую между материками и океанами вследствие сезонных разностей температуры между ними. Другие считают, что суть муссонной циркуляции в любой части земли составляет циклоническая деятельность.

Особенности муссонной циркуляции с неослабевающим интересом изучаются как в Советском Союзе, так и за рубежом.

В работах В. В. Шулейкина, А. А. Дмитриева, Л. Н. Гутмана и А. С. Монина, О. А. Дроздова, А. С. Зверева, А. М. Мхитаряна и др. муссонная циркуляция рассматривается на основе термического различия поверхностей материков и океанов. К этому очень много оснований, до сих пор не опровергнутых. Хотя очевидно, что действительно муссонную циркуляцию можно рассматривать как незамкнутую циркуляцию между материками и океанами.

В отличие от предшественников, в нелинейной теории муссонов А. М. Мхитарян рассматривает муссонную циркуляцию как нестационарное движение, возникающее в атмосфере вследствие различия в нагревании суши и моря на вращающейся земле с учетом западно-восточного переноса.

Однако, несмотря на очевидные успехи ввиду сложности теоретического решения, задача о муссонной циркуляции еще решается с ограничениями. Предстоит еще обобщить существующие теории для получения возможности расчета муссонной циркуляции в реальных условиях, т. е. с учетом существующих материков и океанов, как и орографии. При этом обязательно, чтобы муссонная циркуляция рассматривалась в связи с особенностями общей циркуляции атмосферы.

Определение муссонов как сезонной смены ветров в связи с преобладанием циклонов над антициклонами и, наоборот, антициклонов над циклонами не полностью вскрывает физику процесса.

Очевидно, что для выяснения природы муссонов вообще, и в частности тропических муссонов, нельзя ограничиваться только средними характеристиками полей давления и ветра, так как детальный анализ карт погоды позволил бы установить, что и в низких широтах внутритропическая зона конвергенции не является единой и нередко раздваивается. Высказанная мысль, что раздвоение этой зоны обусловлено термическими причинами, близка к истине. Но, если небольшие изменения температуры могут привести к раздвоению зоны конвергенции, то, очевидно, что сезонные перемещения внутритропической зоны 'конвергенции тем более зависят от термических условий подстилающей 'поверхности и находятся в тесной связи с муссонной деятельностью.

Определение муссонной циркуляции как следствия изменений характера циклонической деятельности над материками и океанами в различные сезоны лишь в известной мере вскрывает физическую природу явления. Совершенно справедливо, что муссон в нижнем слое тропосферы обусловлен градиентом давления и, следовательно, направлен из области высокого давления в сторону низкого давления. Однако циклоны и антициклоны возникают вследствие различных причин. Так, например, в возникновении и эволюции движущихся внетропических циклонов и антициклонов главную роль играет нестационарность движения (динамический фактор). Происхождение тропических циклонов связано с влажной неустойчивостью тропического воздуха. Слабо выраженные большие и малые области низкого и высокого давлений образуются вследствие действия термического фактора — прогревания и охлаждения подстилающей поверхности воздуха. Следовательно, при определении муссонов через цикло- и антициклоническую деятельность вскрываются лишь непосредственные причины преобладающего направления ветра.

Западно-восточный перенос и свойственная внетропическим широтам цикло- и антициклоническая деятельность определяется в первую очередь постоянным существованием на вращающемся земном шаре нагревателя и холодильников, создающих значительные контрасты температуры между экватором и полюсами.

Однако существуют разности температуры, которые носят сезонный характер и связаны с неодинаковым нагреванием и охлаждением материков и океанов в течение зимы и лета. Зимой материки, особенно в средних широтах, быстро охлаждаются и служат источником холода. В то же время океаны, накопившие в течение лета тепло, охлаждаются медленно и служат источником тепла. Летом, наоборот, материки нагреваются быстрее и служат источником тепла, а океаны — холода. Вследствие этого между материком и океаном должна осуществляться циркуляция, носящая сезонный характер. Однако она в значительной мере поглощается более мощной циркуляцией на высотах, создаваемой тепловыми различиями между экватором и полюсами.

Циркуляция же между материками и океанами проявляется в сезонной смене воздушных течений вблизи поверхности земли.

Такая сезонная смена ветров отчетливо выражена в самом нижнем слое атмосферы в тех частях земного шара, где непериодические процессы цикло- и антициклогенеза мало влияют на воздухообмен между материками и океанами, как например, в низких широтах.

Поскольку муссонная циркуляция в широком понимании есть взаимодействие между материками и океанами вследствие теплового различия их, то она имеет место не только в тропиках, но и в любой части земного шара, где создаются разности температуры между сушей и морем, не исключая и высокие широты.

Во внетропических областях атмосферные процессы носят преимущественно непериодический характер с частым чередованием цикло- и антициклонической деятельности. Частота возникновения и интенсивность развития барических образований находятся в зависимости от сезонных изменений горизонтальных градиентов температуры и давления в тропосфере между экватором и полюсами, в известной мере обусловленных расположением материков и океанов и динамическими факторами.

В низких широтах иное положение. Здесь в обоих полушариях величины горизонтальных градиентов температуры и давления в тропосфере малы и отчетливо выражена циркуляция, обусловленная сезонными радиационными условиями. Об этом свидетельствуют сезонные перемещения внутритропической зоны конвергенции и пассатов. В этих же широтах наиболее сильно выражена и муссонная циркуляция.

Рассмотрим условия возникновения муссонной циркуляции.

Если исключить общепланетарное зональное распределение температуры на земном шаре, то единственными «нагревателями» и «холодильниками» останутся материки и океаны, между ними, несомненно, возникнут горизонтальные градиенты температуры и давления. Величина и направление возникших градиентов, естественно, должны находиться в зависимости от мощности нагревателей и холодильников в различные сезоны. Вследствие разности давления между сушей и морем на вращающейся земле (при действии отклоняющей силы вращения земли) вместо замкнутого обмена масс воздуха между нагревателем и холодильником осуществлялась бы циркуляция между сушей и морем, направленная вне слоя трения по изобарам так, как это имеет место между экватором и полюсами.

В действительности этого не наблюдается и лишь в некоторых районах, преимущественно в низких широтах и только у поверхности земли, имеет место более или мерее ярко выраженная сезонная смена ветра между сушей и морем. Совершенно очевидно, что на фоне действующего мощного западно-восточного переноса в тропосфере, обусловленного значительными разностями температуры и давления между экватором и полюсами, теряют самостоятельное выражение сравнительно малые градиенты температуры и давления, обязанные распределению материков и океанов. Однако материки и океаны северного полушария вызывают возмущение западно-восточного переноса и создают меридиональную составляющую этого переноса, которая еще более усиливается циклонической деятельностью.

Хорошей иллюстрацией того, что муссонная деятельность не ограничивается только тропиками и субтропиками, служат карты среднего месячного приземного давления. Рассматривая эти карты за январь и июль (см. рис. 35 и 36), легко обнаружить существенное отличие в структуре поля давления между зимой и летом в северном и южном полушариях. В южном полушарии, где материки занимают скромное место, изобары возмущены незначительно, хотя все же они в какой-то мере оконтуривают находящиеся здесь материки. Последнее очень наглядно обнаруживается в северном полушарии, где располагаются наиболее крупные материки с их разнообразными формами. Как летом,, так и зимой изобары стремятся оконтуривать материки, в связи с чем летом градиенты давления у поверхности земли направлены с океанов на материки, а зимой, наоборот, с материков, на океаны. Очевидно, что при отсутствии материков изобары у поверхности земли, а тем более на высотах опоясывали бы земной шар правильными кругами. Близкая к этому картина наблюдается в южном полушарии.

Таким образом, муссонная циркуляция как результат теплообмена между материками и океанами, в значительной степени поглощенная действием западно-восточного переноса в тропосфере, обнаруживается лишь у поверхности земли в виде сезонной смены ветра. При этом в низких широтах, где контрасты температуры в тропосфере незначительны, а циклоны и антициклоны слабо развиты, муссонные потоки выражены наиболее отчетливо. Наоборот, в умеренных широтах, особенно зимой, когда контрасты температуры значительны и имеет место интенсивная цикло- и антициклоническая деятельность, муссонные потоки не отличаются устойчивостью, однако они создают соответствующий фон приземного давления, а тем самым обнаруживаются на картах среднего приземного давления сезона.

В частности, в работе, посвященной изучению физических условий формирования сибирского климатологического антициклона, Н.М.Калмыкова получила для условий Сибири обратную связь между давлением и температурой. В результате физического анализа действия термического и динамического факторов на формирование поля приземного давления в течение осеннего переходного сезона было установлено, что в сентябре в районе оз. Байкал приземное давление на 4,6 мб выше той величины, которая обусловливается приземной температурой. Этот излишек автор относит к действию динамического фактора. Исследования показали, что в октябре антициклон обусловлен в одинаковой мере термическим и динамическим факторами, а в ноябре — главным образом термикой, но от динамического фактора зависят сроки формирования антициклона в начале осени. Иначе говоря, сезонному температурному фону соответствует определенный фон давления, а время формирования и интенсивность сибирского антициклона зависят от влияния динамического фактора, который в переходные сезоны действует наравне с термическим.

Очевидно не может вызвать сомнение, что разность приземного давления между январем и июлем в большей степени определяется муссонной деятельностью.

В. В. Шулейкиным и др. была построена карта изаллобар показывающая разность атмосферного давления между январем и июлем. При составлении этой карты авторы ее пользовались величинами давления, не приведенными к уровню моря. Этим были получены истинные разности атмосферного давления. Карта, представленная на рис. 97, показывает, что в январе на материках Азии, Европы и Африки имеется избыток воздуха, а на океанах — недостаток. При этом основные области избытка воздуха на материках располагаются в низинных частях их. Через торные же районы проходит ложбина, указывающая на малые разности приземного давления на высотах между январем и июлем. Это свидетельствует, что вертикальная мощность муссонов ограничивается нижними слоями тропосферы. Это же подтверждается картами топографии изобарических поверхностей, которые показывают, что система циркуляции даже такого устойчивого барического образования, как летняя южноазиатская термическая депрессия, обнаруживается до высоты 2—3 км. Выше этого уровня циклоническая система циркуляции постепенно переходит в западно-восточный перенос, обусловленный разностью температуры экватор — полюс. При этом над центральной частью приземной депрессии располагаются наиболее высокие значения температуры во всей тропосфере (см. рис. 8 и 9).

Муссоны ярко выражены у поверхности земли в тех частях земного шара, где междуширотные градиенты температуры и давления в тропосфере незначительны. В таких районах барические градиенты между материками и океанами от зимы к лету претерпевают существенные изменения, вплоть до перехода на противоположные. В зависимости от положения изобар в новом сезоне направление ветра испытывает соответствующее изменение При резко выраженной муссонности, проявляющейся преимущественно в низких широтах от зимы к лету и, наоборот от лета к зиме, ветры принимают почти противоположное направление. Однако этот поворот может быть и меньше, если на формирование приземного барического поля сезона значительное влияние оказывает цикло- и антициклоническая деятельность.

На рис 98 приведена карта географического распространения муссонов составленная С. П. Хромовым. Карта построена на основании разности преобладающих направлении

Сезонное перераспределение масс воздуха. Январь - июль

Повторяемость преобладающих направлений ветра

ветра в январе и июле в муссонных областях. Здесь имелись в виду области, в которых угол между преобладающими направлениями ветра для января и июля составлял не менее 120°. Различной штриховкой изображена повторяемость преобладающих направлений ветра обоих месяцев в различных градациях.

Нельзя не обратить внимание на расположение зон муссонов и «муссонной тенденции». Они хорошо оконтуриеают окраинные районы огромного евразийского массива суши с севера, востока и юга, отдельные районы на севере Африки, североамериканском материке и другие районы, где происходит изменение направления горизонтального градиента температуры между сушей и морем.

Муссоны зонально располагаются вдоль тех частей экваториальной зоны, где также происходят наиболее заметные междусезонные изменения приземной температуры и давления между сушей и прилегающими океанами. Зональное расположение муссонов в низких широтах определяется сезонными смещениями внутритропической зоны конвергенции, обусловленными сезонным положением максимального притока солнечной радиации. Не случайно, что зона внутритропической конвергенции, сместившись летом к северу, над южной Азией располагается не да 10—15° с. ш., как над океанами, а значительно севернее, т. е. над севером Африки, Аравией, севером Индии и югом Китая, где прогревание воздуха летом происходит особенно интенсивно. Этим прогревом обусловлена и южноазиатская летняя депрессия, столь отчетливо выраженная на материке Азии, с ложбиной, направленной в сторону Северной Африки. Здесь нет даже следа субтропических антициклонов, столь хорошо выраженных над океанами как на средних картах, так и на ежедневных.

Поскольку перемещение зоны внутритропической конвергенции, а соответственно .и пассатов, также связано с сезонными различиями притока тепла в низких широтах, то принципиальное различие между пассатами и муссонами стирается. В частности, внутритропическая зона конвергенции, располагающаяся зимой над Индийским океаном на 5—10° ю. ш., к лету перемещается на север Индии. Конвергирующие ветры северного и южного полушарий в холодное полугодие носят название пассатов. Начиная с февраля эта зона постепенно перемещается к северу, в мае она оказывается на материке Азии, а возникающие в связи с этим ветры носят название муссонов. То же происходит над экваториальной и Северной Африкой. Перемещение внутритропической зоны конвергенции легко проследить по месячным картам повторяемости и направления ветра, помещенным во второй части «Морского атласа», а также по ежедневным приземным картам погоды.

Если муссонные потоки у поверхности земли выражаются в виде сезонной смены ветров, то, естественно, они должны были бы найти соответствующее выражение .и на высотах. Однако вследствие наличия мощного западно-восточного переноса выделение муссон ной составляющей ветра на высотах представляет значительные трудности. Очевидно, например, что мощное втекание воздуха, происходящее в нижних слоях тропосферы в системе южноазиатской депрессии, должно компенсироваться вытеканием масс воздуха в средних и верхних слоях тропосферы. Но необходимо заметить, что та же стационарная южноазиатская летняя депрессия почти непрерывно подвергается воздействию циркуляции умеренных широт. Вследствие этого центр депрессии меняет свое положение, глазным образом вдоль широты, а величина давления в центре подвергается изменениям. Возникают дополнительные центры над Аравией, Ираном, Индией, Южным Китаем. Это происходит при значительных меридиональных преобразованиях деформационных полей тропосферы, сопровождающихся адвекций холодных масс воздуха с севера на юг и увеличением горизонтальных градиентов температуры и давления вблизи северной части центра этой термической депрессии. Вследствие усиления нестационарности, вызванной адвективно-динамическими причинами (усилением адвекции холода и дивергенции к северу от центра южноазиатской депрессии), происходит изменение атмосферного давления в центральной части депрессии, сопровождающееся перемещением центра ее. Очевидно, что интенсивности летнего муссона вообще и, в частности муссона Индии и восточной Азии, содействует циклоническая деятельность, развивающаяся на фоне относительно низкого давления на материках.

Однако, как показывают данные наблюдений, эти частные нарушения, вызванные адвективно-динамическими причинами, мало отражаются на среднем поле давления, создаваемом летом на материке Азии термическими условиями.

Даже в районах частой цикло- и антициклонической деятельности, несмотря на частые нарушения муссонной циркуляции, все же не везде трудно определить среднюю сезонную составляющую ветра.

Вертикальная протяженность муссонов различна в разных географических районах. О. Г. Сарочан считает, что летом над восточной Азией муссонный воздухообмен происходит в слое 0—5 км. Очевидно, при различных синоптических ситуациях вертикальная протяженность муссона может колебаться в широких пределах.

Когда летом над материком располагается высокий глубокий циклон, основной поток во всей тропосфере бывает направлен с океанического антициклона на материк. Но вряд ли этот поток можно назвать муссонным, так как независимо от тепловых условий подстилающей поверхности здесь происходит циркуляция между двумя мощными барическими образованиями со сравнительно кратковременным существованием. В этих случаях сравнительно малую по величине муссонную составляющую в нижнем слое тропосферы трудно обнаружить. Ведь в то же лето аналогичный циклон может располагаться и над океаном, а антициклон на суше, т. е. обратно сезонному направлению муссона. В таких случаях также происходит нарушение муссонной циркуляции.

Поэтому муссоны легко обнаружить при отсутствии активной циклонической деятельности над сушей и водной поверхностью. При существующих разностях температуры отсутствие активной циклонической деятельности является одной из главных причин, по которой в южной, юго-восточной Азии и вообще в низких широтах муссоны отчетливее выражены, чем в средних, широтах, хотя природа возникновения их одна и та же.

Таким образом, ряд ученых с муссонами связывают особенности погоды и, в частности, выпадение осадков. Однако муссонную циркуляцию нельзя непосредственно связывать с выпадением осадков, так как наличие или отсутствие осадков при летнем муссоне не может полностью зависеть от влагосодержания морского воздуха. В сложном процессе облакообразования и выпадения осадков, помимо влагосодержания, участвует и такой немаловажный фактор, как восходящее движение воздуха. Поэтому в тех частях земли, где влажные воздушные течения, направленные с водной поверхности на сушу, вовлекаются в систему циклонической циркуляции или воздушные массы, прогреваясь на суше, становятся неустойчиво стратифицированными, особенно при встрече с горными препятствиями, муссоны обычно сопровождаются выпадением обильных осадков. Но и здесь в периоды уменьшения вертикальных составляющих движения воздуха ослабевают и прекращаются осадки, хотя муссон бывает направлен с моря на сушу.

Такой взгляд высказан китайским метеорологом Чу Кочин, который установил, что устойчивые юго-западные морские ветры обычно сопровождаются засухой, ибо для выпадения осадков необходима конденсация огромных запасов водяного пара, содержащегося во влажном морском воздухе. Лишь при интенсивной адвекции холода с севера происходит формирование над Китаем высотной фронтальной зоны и связанная с нею циклоническая деятельность.

Так как последняя зависит от макроциркуляционных условий, то выпадение осадков происходит временами. С возникновением циклонов происходит усиление воздушного потока с моря и большие массы влажного воздуха вовлекаются в систему циклонической циркуляции.

Таким образом, очевидно, что муссонная циркуляция сопровождается выпадением осадков лишь в те периоды времени, когда существуют условия для конденсации влаги. Если эти условия отсутствуют, то при влажном потоке с моря наблюдается засуха. Можно сказать, что леший муссон лишь содействует выпадению осадков, но не обусловливает его всецело. Поэтому при исследовании муссонной циркуляции. Главная задача должна состоять в определении места ее в системе общей циркуляции атмосферы.

 

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

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.