big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

О тепловой трансформации воздушных масс

Распределение температуры воздуха на земле зависит не только от неодинакового притока лучистой энергии солнца на различных широтах и в разные сезоны, но и от ряда других факторов. Среди последних особенно важное значение имеет различие свойств подстилающей поверхности, способствующей трансформации воздуха и тем самым обусловливающей изменение циркуляции атмосферы.

Современное развитие метеорологии уже позволяет изучать процессы поступления тепла в атмосферу и находить температуру воздуха, отправляясь от таких физических констант, как солнечная постоянная, коэффициент поглощения атмосферы, турбулентное перемешивание и т. п. Однако вследствие сложности проблемы до сих пор имеются только лишь некоторые попытки применения теории поглощения и рассеяния лучистой энергии в атмосфере для исследования общей циркуляции атмосферы.

Меридиональный воздухообмен происходит посредством цикло- и антициклонической деятельности. Здесь дело не только в вихревом характере движения, при котором в передней его части происходит адвекция тепла с юга на север, а в тыловой — адвекция холода с севера на юг. При антициклоне осуществляется обратный перенос. Не менее важно, что в северном полушарии подвижные циклоны имеют в среднем составляющую движения к северу, а антициклоны — к югу. При этом движение циклонов сопровождается адвекцией тепла к северу, а движение антициклонов — адвекцией холода к югу.

Движение барических образований в южном полушарии аналогично движению их в северном полушарии и также сопровождается выносом теплого воздуха в высокие широты и холодного — в умеренные и низкие широты, хотя в соответствии с характером подстилающей поверхности процесс меридионального воздухообмена здесь происходит в сравнительно меньших масштабах.

Меридиональные перемещения воздушных масс сопровождаются изменением их термических и других свойств, т. е. процессом трансформации. Значительные меридиональные перемещения воздушных масс, хотя и являются существеннейшей чертой общей циркуляции, однако обычно рассматриваются как нарушение регулярно действующего зонального переноса.

На циркуляцию атмосферы большое влияние оказывает трансформация масс воздуха не только при междуширотном, но и при западно-восточном переносе их над подстилающей поверхностью с резко различными свойствами, т. е. над материками и океанами. Трансформация этого рода весьма существенно влияет на формирование среднего температурного поля тропосферы, а соответственно и высотного барического поля. Поэтому основные черты реальной сезонной циркуляции в зависимости от трансформации зонально движущихся масс воздуха обусловливаются распределением материков и океанов.

Следует отметить, что под трансформацией масс воздуха нужно подразумевать происходящее под влиянием различных факторов полное или частичное изменение свойств воздуха (прежде всего температуры и влагосодержания) как у поверхности земли, так и на различных высотах, а следовательно, изменение вертикального градиента этих элементов, а также изменение первоначального распределения характера и величин вертикальных потоков воздуха и т. п. Иначе говоря, при трансформации масс воздуха происходит изменение всех тех наиболее важных физических свойств воздуха, которые обусловливают изменение характера погоды.

Изучению процесса трансформации воздушных масс в СССР и за рубежом посвящено много работ. Хотя этот вопрос еще далек от окончательного решения, все же полученные к настоящему времени результаты позволяют вести дальнейшую разработку теории трансформации воздуха, а качественные выводы и ряд количественных характеристик — использовать при изучении динамики и термодинамики атмосферных процессов и в прогнозе погоды.

Трансформация масс воздуха может иметь место в любом районе земного шара. При этом интенсивность трансформаций определяется не только разностью температуры между подстилающей поверхностью и перемещающейся над ней массой воздуха, но и длительностью срока, в течение которого масса находилась над данной подстилающей поверхностью, а следовательно, и скоростью ее перемещения.

Поэтому наиболее значительная трансформация масс воздуха может иметь место при движении их над данной физически более или менее однородной подстилающей поверхностью, занимающей большое пространство. Такими большими пространствами являются материки и океаны.

Небольшие морские бассейны также изменяют температуру проходящих над ними воздушных масс, но это изменение ограничивается самым нижним слоем. Даже такие морские бассейны, как Черное или Каспийское моря, влияют на температуру лишь самых нижних слоев проходящих над ними воздушных масс.

В результате изменения температурных свойств масс воздуха существенно изменяются высоты изобарических поверхностей, а. соответственно и структура поля течений на высотах. Это отражается на динамике атмосферных процессов.

Интенсивность трансформации особенно значительна при меридиональных перемещениях воздушных масс или при резких переходах с одной подстилающей поверхности на другую, например, с теплого океана на холодный материк. Как показали расчеты, величина охлаждения или прогревания воздуха у поверхности земли за сутки может достигать 10° и более.

При изучении динамики атмосферных процессов в связи с трансформацией масс воздуха еще в начале 40-х годов были вычислены величины изменения высот изобарических поверхностей вследствие трансформационного охлаждения или прогревания и определено влияние этого фактора на создание особенностей циркуляции атмосферы.

Основные черты возмущающего трансформационного влияния неоднородной подстилающей поверхности на поле температуры, тропосферы, а следовательно, и на высотное барическое поле, можно рассмотреть по схеме, приведенной на рис. 25 а.

Допустим, что имеется симметричное расположение материков на плоскости в виде полос, вытянутых по меридиану. Если поверхность материков имеет на одинаковых широтах некоторую температуру Т1 а океаны на тех же широтах более высокую температуру Т2, что соответствует зимним условиям, то при наличии стационарного однородного зонального течения с запада на восток температура массы воздуха будет изменяться вследствие трансформации. При этом в соответствии с действительностью предполагается, что разность температур 1Т2) убывает от полюса к экватору. В соответствие с этими условиями, если выделить единичный объем воздуха, то он, проходя над материком вплоть до восточного берега, будет охлаждаться. Охлаждение будет происходить тем медленнее, чем больше воздух будет удаляться от западного берега. Вступая же на океан, воздух, наоборот, сначала быстро, а затем все медленнее нагревается на всем пути до западного берега следующего материка. В результате этого поле изогипс примет волнообразный вид, что характерно для условий реальной атмосферы.

На рис. 25 б приведена карта средней относительной топографии поверхности 500 над 1000 мб северного полушария для января. Общий характер поля изотерм сходен на обоих рисунках. Летом влияние материков и океанов противоположно тому, которое наблюдается зимой, вследствие чего получается обратная картина в расположении изотерм.

Теоретически вычисленная величина трансформации воздушных масс, движущихся в зональном потоке, и соответствующий

Схема распределения изотерм вследствие прогревания и охлаждения масс воздуха при западно-восточном переносе зимой. Изогипсы относительной топографии над внетропическими широтами зимой

сдвиг фаз температурной волны в средней тропосфере по отношению к заданной температурной волне у поверхности земли согласуется с предлагаемым выводом.

 

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

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.