big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Циркуляция атмосферы

Сущность общей циркуляции атмосферы. Общей циркуляцией атмосферы называют совокупность воздушных течений большого масштаба, соизмеримых с большими частями материков и океанов. Она представляет собой сложную и постоянно меняющуюся систему воздушных течений. Разнообразие проявлений общей циркуляции атмосферы зависит главным образом от постоянно возникающих в ней огромных волн и вихрей, по-разному развивающихся и перемещающихся. Однако в общей циркуляции атмосферы можно подметить устойчивые особенности, повторяющиеся из года в год. Такие особенности хорошо выявляются за большой промежуток времени, при котором ежедневные возмущения циркуляции сглаживаются.

Течения общей циркуляции в большей части тропосферы направлены почти по изобарам. Только в слое трения и вблизи экватора, где сила Кориолиса близка к нулю, направление ветра сильно отклоняется от изобар в сторону низкого давления.

Зональность в распределении давления обусловливает и зональность воздушных течений (рис. 26). Однако циклоническая деятельность и неравномерное нагревание суши и моря существенно нарушают зональность. Последняя проявляется только в преобладании широтных составляющих ветра над меридиональными.

Зональность общей циркуляции атмосферы возрастает с высотой, так как с высотой ослабевает сила трения, циклоническая деятельность

Зональное распределение переносов воздуха в нижней тропосфере

и тепловые различия между сушей и морем.

Отклонения от строгой зональности играют в общей циркуляции исключительно важную роль. Как бы ни были невелики меридиональные составляющие в общей циркуляции, но именно за их счет происходит обмен воздуха и тепла между высокими и низкими широтами Земли.

Тропическая циркуляция. Следствием тропической циркуляции атмосферы является система сравнительно постоянных ветров у земной поверхности — пассатов, тропических муссонов и тропических циклонов.

Пассаты — это устойчивые в общем восточные ветры умеренной скорости (5—8 м/сек), дующие на обращенной к экватору стороне субтропической зоны высокого давления в каждом полушарии (рис. 27).

Схема переносов воздуха в зоне пассатов

В слоях у земной поверхности, где действует трение, ветер отклоняется от изобар на некоторый угол в сторону низкого давления. Поэтому в таких случаях вместо восточных ветров получаются северо-восточные или юго-восточные в зависимости от полушария.

Вертикальная мощность пассатов растет от нуля вблизи центров субтропических антициклонов до всей толщи тропосферы вблизи экватора.

Муссоны — это устойчивые воздушные течения с сезонной сменой направления ветра. Устойчивость муссонов связана с устойчивым распределением атмосферного давления в течение сезона, а их смена — с изменением в распределении давления от сезона к сезону (рис. 28).

Основной причиной возникновения тропических муссонов является различное нагревание полушарий в течение года. Если по обе стороны от экватора находится океан, то сезонные смещения невелики, и муссоны не получают особого развития, как, например, над Тихим океаном. Но над материками (например, над Африкой) распределение давления меняется от января к июлю очень сильно, что и приводит к тропическим муссонам. Особенно мощные тропические муссоны в бассейне Индийского океана объясняются тем, что сезонные изменения температуры полушарий здесь усилены влиянием огромного материка Азии к северу от экватора, прогретым летом и охлажденным зимой.

Преобладание переноса воздуха зимой с материка на океан и летом с океана на материк приводит к важным особенностям погоды и климата тропических муссонов. Дождливый сезон совпадает с летним муссоном, а сухой сезон — с зимним муссоном.

В некоторых случаях возникают сильные тропические возмущения, сопровождающиеся ураганными ветрами. Такие возмущения называются тропическими циклонами (рис. 29). Районы их возникновения лежат между 20 и 5° широты в каждом полушарии. У экватора тропические циклоны наблюдаются редко, так как отклоняющая сила вращения Земли здесь слишком мала или равна нулю. Тропические циклоны возникают только над морем; если возникший циклон попадает на сушу, он быстро затухает в связи с увеличенным трением и соответствующим увеличением втока воздуха внутрь циклона в нижних слоях.

Развитие циклона связано с мощным подъемом нагретого и влажного воздуха над большой площадью океана. Воздух в циклоне втягивается внутрь и поднимается вверх, а в высоких слоях вытекает из циклона, что поддерживает в нем дефицит влажности.

Возникший циклон перемещается в общем с востока на запад, т. е. в направлении общего переноса воздуха в приэкваториальной зоне. При этом он отклоняется к высоким широтам (например, в северном полушарии движется к северо-западу) (рис. 30).

Давление в центре циклона падает до 885 мб, диаметр его несколько сотен километров, скорость ветра в нем достигает 20— 50 м/сек, а отдельные порывы до 100 м/сек. В тропическом циклоне образуется почти сплошное гигантское грозовое облако; выпадают сильные ливневые осадки.

Распределение муссонных областей по поверхности Земли

Тайфун и внетропический циклон

Основные пути и районы распространения тропических циклонов

Тропические циклоны вызывают сильное волнение в море, угрожающее катастрофой. Плоские берега, вблизи которых проходит циклон, иногда затапливаются гигантскими волнами, что приводит к огромным разрушениям и человеческим жертвам.

Внетропическая циркуляция. Особенностью атмосферной циркуляции во внетропических широтах является постоянное возникновение, развитие и перемещение крупномасштабных атмосферных возмущений с пониженным и повышенным давлением — циклонов и антициклонов. Преобладающий западный перенос представляет результат совокупного действия возникающих здесь атмосферных возмущений. Муссонная циркуляция имеет подчиненное значение.

Схема развития фронтального циклона

В течение года во внетропических широтах каждого полушария возникают многие сотни циклонов. Хорошо развитый циклон может иметь в поперечнике две — три тысячи километров (см. рис. 29). Вертикальная мощность циклона увеличивается по мере его развития. В глубоких циклонах давление понижается до 950 мб, а минимальное наблюдавшееся — до 923 мб. Ветры иногда достигают штормовых скоростей на больших территориях, особенно в южном полушарии. Отдельные порывы ветра могут достигать 60 м/сек.

Жизнь циклона продолжается несколько суток. В первой половине существования циклон углубляется, во второй — заполняется и затухает, так как холодный фронт постепенно нагоняет теплый фронт и смыкается с ним (рис. 31). В некоторых случаях циклон существует долго, особенно если он объединяется с другими циклонами, образуя одну общую глубокую, обширную и малоподвижную область низкого давления, так называемый центральный циклон (рис 32).

Циклоны обычно перемещаются в направлении общего переноса воздуха в средней и верхней тропосфере, т. е. с запада на восток. Но в их движении имеется составляющая, направленная к высоким широтам. Поэтому наиболее глубокие циклоны наблюдаются в субполярных широтах: в северном полушарии — на севере Атлантического и Тихого океанов (исландская и алеутская депрессии центральных циклонов), в южном полушарии — вблизи Антарктиды. Скорость перемещения циклона 30—40 км/час, в отдельных случаях 80 км/час и более.

Циклонические области характеризуются увеличенной облачностью и осадками. В передней части циклона осадки обложные, в тыловой части — ливневые.

Центральный циклон и субтропический антициклон

Между циклонами возникают и развиваются подвижные антициклоны. Их размеры и скорости движения примерно такие же, как в циклонах, но в поздней стадии развития антициклоны чаще', чем циклоны, принимают малоподвижное состояние и могут сохраняться в нем по многу дней. В перемещении антициклонов имеется составляющая, направленная к низким широтам. Поэтому происходит накопление антициклонов в субтропических зонах высокого давления (см. рис. 32). Зимой также происходит развитие, накопление и усиление антициклонов над охлажденными материками умеренных широт, особенно над Азией.

По мере развития антициклона мощные слои в нем медленно «оседают», что приводит к их нагреванию. В связи с этим воздух удаляется от насыщения и преобладает малооблачная и сухая погода. При ясной погоде зимой в антициклоне земная поверхность будет сильно выхолаживаться излучением, а от нее будут выхолаживаться и прилегающие слои воздуха. Барические градиенты и ветры во внутренних частях антициклонов обычно слабые; у поверхности земли нередки штили.

В тылу каждого циклона серии холодный полярный воздух проникает всё дальше в низкие широты. Тропический воздух продвигается в передних частях развивающихся циклонов в высокие широты. Таким образом, при посредстве циклонов и антициклонов происходит обмен воздухом между низкими и высокими широтами Земли.

Между субполярными областями скопления циклонов и субтропическими областями скопления антициклонов в пределах верхней тропосферы и нижней стратосферы может образовываться зона резких изменений температуры и давления высотная фронтальная зона. Здесь возникают воздушные потоки очень большой скорости (порядка 50-100 м/с), которые называются струйными течениями. Их протяжённость тысячи километров, ширина сотни километров.

Там, где распределение давления в течение сезона обладает достаточной устойчивостью и где оно резко меняется от сезона к сезону, возникают внетропические муссоны.

Они особенно хорошо выражены на востоке СССР и северо-востоке Китая и над прилегающими морями (см. рис. 28).

Местные ветры. Местными называют ветры, характерные для определённых географических районов. В одних случаях они возникают в результате местных обострений общей циркуляции атмосферы, в других связаны с влияние рельефа на общую циркуляцию, иногда являются проявлением местной циркуляции.

К первой категории относятся сильные ветры разной природы. Например, при прохождении средиземноморских циклонов над северной Африкой могут возникать сильные жаркие ветры. Их появление связано с сильным прогреванием нижнего слоя воздуха над пустыней и увеличением градиента в связи с этим. Обычно это сухие, пыльные шквалистые ветры, но иногда сопровождаются грозами. В разных районах они отражают местные особенности синоптической ситуации и имеют местные названия: сирокко в Алжире, самум в Аравии, хамсин в Египте.

Ко второй категории относятся порывистые ветры, возникающие в тех случаях, когда воздушные течения общей циркуляции атмосферы пересекают горные хребты. Примером такого ветра является фен. Температура воздуха при фене сильно повышается; относительная влажность резко падает. Продолжительность фена от нескольких часов до нескольких суток, скорость до 20 м/сек. Фен может возникнуть в том случае, если воздушное течение общей циркуляции пересекает хребет достаточной высоты. С подветренной стороны воздух оттекает от хребта; создаётся разряжение, вследствие которого воздух выше лежащих слоёв засасывается вниз в виде нисходящего ветра. Воздух, опускающийся по склонам гор, нагревается по сухоадиабатическому закону, т. е. на один градус на каждые 100 м спуска, так как он удаляется от точки насыщения. Поэтому он придет к подножью склона, имея более высокую температуру, чем температура воздуха, ранее занимавшего подножье.

Фены наблюдаются в Альпах, на Западном Кавказе (Теберда, Кутаиси), на южном берегу Крыма и в других местах.

К третьей категории относятся ветры с суточной сменой направления и небольшой скоростью: бризы и горнодолинные.

Бризы дуют днем с моря на сушу, ночью с суши на море. Они распространяются в глубь суши или моря на десятки километров и захватывают слой в несколько сотен метров и даже до 2 км. Бризы связаны с суточным ходом температуры поверхности суши и моря. Днем суша нагрета больше, чем море. Поэтому изобарические поверхности над сушей приподнимаются сравнительно с морем и на высоте создается горизонтальный барический градиент, направленный в сторону моря. Происходит отток воздуха по направлению градиента. Так как движение развивается в течение короткого времени, то отклоняющая сила вращения Земли не может уравновесить барический градиент: движение направлено с большой составляющей, поэтому внизу устанавливается барический градиент, направленный с моря на сушу, а с ним и соответствующий перенос воздуха в нижнем слое. Обратные условия будут ночью, когда суша охлаждается и становится холоднее моря. Перенос воздуха внизу будет с берега на море.

Горно-долинные ветры днем дуют вверх по долине и по склонам гор, ночью в обратном направлении. Вертикальная мощность их измеряется километрами. Днем склоны гор нагреты сильнее воздуха. Поэтому воздух в непосредственной близости к склону нагревается сильнее, чем воздух, расположенный дальше от склона, и в атмосфере устанавливается горизонтальный градиент температуры, направленный от склона в свободную атмосферу. Более теплый воздух у склона начинает подниматься по склону вверх. Подъем воздуха приводит к усиленному образованию облаков на склонах. Ночью при охлаждении склонов условия меняются на обратные, и воздух стекает по склонам вниз.

 

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

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.