big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Влияние притока тепла от подстилающей поверхности на формирование сезонного поля температуры в тропосфере

Для приближенной оценки влияния тепловой трансформации на структуру термического поля тропосферы было принято, что средние месячные карты относительной барической топографии с января сто декабрь дают последовательно сезонное изменение полей температуры, а средняя карта каждого месяца характеризует соответствующее поле примерно в середине данного месяца. Следовательно, изменение поля температуры за одни сутки будет составлять 1/30 того изменения, которое происходит между полями, характеризующимися средними картами двух смежных месяцев.

Поскольку изменение средних полей метеорологических элементов между соседними месяцами невелико даже в переходные сезоны года, то, естественно, что изменения, отнесенные к одним суткам, будут столь малыми, что ими можно пренебречь. Эти изменения не имеют практического значения и в том случае, если взять более продолжительный период времени, например, 50 или 100 часов.

При этом предположении можно принять, что локальное изменение сезонных полей температуры за 50 или 100 часов практически равно нулю. Тогда из формулы получим, что величина неадвективного изменения температуры будет равна и противоположна по знаку величине адвективного изменения, т. е.

Таким образом, для определения величины неадвективных изменений температуры, характеризующих с допустимым для поставленной задачи приближением тепловую трансформацию воздушных масс, следует вычислить величину адвективных изменений температуры за данный промежуток времени. Для их определения был применен графический способ, при использовании которого адвекция температуры связывалась с длиной пути переноса. Для учета скорости переноса были использованы средние месячные карты абсолютной топографии АТ500, по которым производился перенос значений относительного геопотенциала соответствующих месяцев.

При этом скорость переноса бралась равной 2/3 градиентной скорости на поверхности 500 -мб. Полученные величины, взятые с обратным знаком, согласно формуле приняты за величины неадвективных изменений средней температуры слоя между изобарическими поверхностями 500 и 1000 мб за соответствующий промежуток времени.

Так были получены величины неадвективных изменений температуры для всего северного полушария для января и июля за промежутки времени 50 и 100 часов. Поскольку по конфигурации и величинам распределение неадвективных изменений температуры за эти промежутки близки между собой, для сравнимости с интенсивностью их в июле приведем карту изменений температуры за 50 часов (рис. 28).

Зимой, как это видно из рис. 28 а, особенно резко выражены две области положительных изменений температуры: одна над северной Атлантикой, другая на северо-западе Тихого океана. Над материками находятся менее интенсивные очаги отрицательных изменений. Здесь необходимо отметить следующую существенную особенность: над Северной Америкой находится одна область отрицательных изменений температуры, тогда как над Евразией при общем отрицательном поле, ясно обозначены две таких области. Одна из них расположена над Европой, другая — над Восточной Сибирью. Между ними находится область с небольшими отрицательными значениями неадвективного изменения температуры.

Положительные и отрицательные области неадвективных изменений температуры резко отличаются друг от друга по интенсивности. Положительные области над океанами по величине имеют почти вдвое большие значения. Объясняется это тем, что именно в северо-западных частях Атлантического и Тихого океанов и прилегающей к ним части суши имеют место наибольшие адвективные изменения температуры, т. е. интенсивный приток холодного воздуха.

Сама по себе величина неадвективных изменений температуры определяется формулой, из которой следует, что, эти изменения пропорциональны притоку тепла от подстилающей поверхности (έ1), а также зависят от ряда других факторов.

Неадвективные изменения температуры в слое 500 над 1000 мб за 50 часов в январе и в июле

При грубо качественном описании процесса его можно представить в вышеописанной форме, откуда непосредственно следует, что приток тепла от подстилающей поверхности пропорционален разности температур воздух — вода.

Следовательно, неадвективные изменения температуры, пропорциональные έ1 также должны находиться в прямой зависимости от разности температур «воздуха и воды. Однако распространение тепла от подстилающей поверхности вверх: требует известного времени. Поэтому в движущемся воздухе очаги наибольшего неадвективного прогревания должны быть смещены в направлении движения по отношению к очагам наибольшей разности температур воздух — вода. Как видно из рис. 26, последние располагаются вблизи материков, а очаги неадвективных изменений температуры — ближе к средней части океана. Путем расчета величин неадвективных изменений температуры за 50 и 100 часов приближенно был определен промежуток времени, в течение которого происходит почти максимальная трансформация воздуха в слое между поверхностями 500 и 1000 мб. Оказалось, что экстремальные величины неадвективных изменений температуры растут не пропорционально взятому промежутку времени, а значительно медленнее. Это положение более четко определилось на океанах, где экстремальные значения неадвективных изменений температуры за 50 часов в январе составило 6—7°, а за 100 часов — около 8° (рис 20). Над материками они составили соответственно 2—3 и 4—5°. Это объясняется тем, что. прогревание воздуха в большом слое происходит быстрее, чем охлаждение. Что касается положения очагов, то они не испытывают заметных изменений. Отсюда можно сделать вывод, что тепловая трансформация воздушных масс зимой над океанами в рассматриваемом слое в основном завершается в течение первых 3—4 суток; над материками несколько дольше. Следует обратить внимание, что в низких широтах величины неадвективных изменений температуры малы вследствие отсутствия

Неадвективные изменения температуры в слое 500 над 1000 мб за 100 часов в январе

существенной разности температур между океанами и материками вдоль широт.

Так как области положительных величин неадвективных изменений температуры зимой в основном совмещаются с областями восходящих движений (районы циклогенеза), а области отрицательных значений — с областями нисходящих движений (районы антициклогенеза), то можно считать, что роль чистого притока тепла согласно формуле фактически несколько больше, чем представлено на рис. 28 и 29.

В июле, в противоположность январю, интенсивность очагов неадвективных изменений температур очень мала и сами очаги имеют обратные знаки (рис. 28 6). На океанах находятся отрицательные очаги, что указывает на отдачу тепла воздухом воде. На материках, наоборот, имеет место прогревание, причем над Евразией так же как в январе, имеются две области относительно большего нагревания. Это раздвоение областей нагревания как и охлаждения, легко объяснить, если сопоставить их с картами абсолютной топографии, указывающими направление переноса воздушных масс. Из этого сопоставления ясно следует, что область нагревания на континенте Европы обусловлена притоком сюда относительно холодного воздуха с Атлантики. Вторая же область нагревания находится там, куда притекают холодные массы воздуха из северных морей. В промежутке между указанными областями движется уже прогретый воздух с запада.

Аналогично объясняется существование двух областей охлаждения над Евразией зимой. Область охлаждения воздуха на Тихом океане летом также может быть объяснена направлением переноса.

Наконец следует указать на одну особенность июльской карты неадвективных изменений температуры, а именно: области нагревания на материках в своих западных частях распространяются частично на океан. Эти районы нагревания воздуха над океаном у западных берегов Северной Африки и Северной Америки не могут быть объяснены притоком тепла от подстилающей поверхности так как разность температур воздух — вода у берегов Америки близка к нулю, а у берегов Африки даже положительна.

Рассмотрим, в какой мере материки и океаны воздействуют на формирование среднего поля температуры в тропосфере.

Среднее распределение температуры на земном шаре складывается из планетарного градиента температуры, направленного к полюсам, и из сезонных возмущений, обусловленных материками и океанами. Происхождение этих возмущении уже рассматривалось в общих чертах. Из сущности процесса трансформации видно, что при однородности земной поверхности, например сплошь океанической, среднее термическое поле было бы близко к зональному. Существование материков, нарушающее однородность мирового океана, обусловливает периодические сезонные возмущения, которые весьма значительны в северном полушарии в сравнении с южным. Различие температурного поля обоих полушарий вызвано значительным преобладанием материков в северном полушарии.

Чтобы доказать происхождение возмущенного температурного поля в нижней половине тропосферы, предположим что температурное поле тропосферы является зональным. Если наложить на это поле неадвективные изменения температуры, обусловленные существованием материков и океанов, то воображаемое зональное температурное поле подвергнется возмущению и приобретет вид, близко напоминающий действительное поле средней температуры данного сезона.

Карта приведенная на рис. 30, получена путем наложения на среднее зональное поле относительной топографии величин 100-часовых неадвективных изменений температуры, выраженных в динамических декаметрах и взятых из карты, представленной на рис. 29. Среднее зональное поле относительной топографии

Возмущение зонального температурного поля, обусловленного неадвективными изменениями температуры в январе

получено путем вычисления средних величин относительного геопотенциала для каждого круга широты.

Сравнение возмущенного среднего зонального поля ОТ5001000  (рис. 30) со средней январской картой ОТ5001000  (рис. 8) указывает на большое между ними сходство. Основные поля возмущения обусловлены неадвективными изменениями температуры. Здесь нет полного совладения, однако полученный результат показывает, что действительное поле температуры обязано своим происхождением неадвективным изменениям температуры, которые зависят от притока тепла от подстилающей поверхности.

Именно благодаря тепловому влиянию материков и океанов на январской карте (рис. 8) область холода над Арктикой имеет вытянутую форму в сторону охлажденных материков Азии и Северной Америки.

Летом (см. рис. 9) слабо выраженные ложбины холода направлены не на континенты, а на более холодные области омывающих океанов. Благодаря сильному нагреву в низких широтах северного полушария над северной Африкой, южной Азией и юго-западом Северной Америки появляется полоса наиболее высоких температур.

Карты относительной топографии апреля и октября совмещают в себе черты зимней и летней структуры температурного поля. Полоса высоких температур в соответствия с положением солнца находится над экваториальной зоной. Величины горизонтальных градиентов температур по сравнению с зимой и летом в переходные сезоны имеют промежуточные значения.

Ясное отражение условий подстилающей поверхности на поле температуры имеет место не только в средних, но и в низких широтах. Если обратиться к рис. 22 и 23, на которых представлено распределение разности температуры на высотах приблизительно вдоль меридиана 46° в. д. и 80° з. д., то легко убедиться в одном существенном различии между ними. На 80 з. д. между экватором и 30° с. ш. разность температуры в тропосфере почти не превышает 5°. На разрезе между 10 и 30° с. ш., над Аравией, указанная разность температур до уровня 9—12 км составляет 5—15° (см. рис. 22). Это объясняется различием физико-географических условий, заключающихся в преобладании водной поверхности с малой годовой амплитудой приводной температуры в американской зоне и суши с большой годовой амплитудой приземной температуры в зоне 40—50° в. д. над Аравией. Кроме того, разрезы показывают, что характером подстилающей поверхности определяется распределение температуры не только в нижней половине, но и в верхней тропосфере.

 

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

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.