Циркуляция воздуха во внетропических широтах

Основной вид циркуляции нижних слоев атмосферы на вращающейся Земле определяется существованием на земном шаре «нагревателя» и «холодильников», создающих разности температур между экватором и полюсами. Работой такой гигантской тепловой машины первого рода (по В. В. Шулейкину) с нагревателем, расположенным в экваториальной зоне (и вообще в низких широтах), и «холодильниками», расположенными в высоких широтах северного и южного полушарий, обеспечивается указанный вид циркуляции атмосферы в нижнем (15—20 км) слое во все сезоны года.

Конечно, эта тепловая машина имеет несколько условный характер, поскольку источники тепла и холода в атмосфере не строго расположены между экватором и полюсами. В результате меридионального обмена вдоль одного и того же меридиана нередко располагаются перемежающиеся очаги холода и тепла, поэтому термодинамические процессы в атмосфере происходят значительно сложнее, чем в машинах, используемых в технике.

Междуширотный обмен масс воздуха поддерживает почти постоянное распределение температуры, которое значительно отличается от создаваемого радиационным равновесием. Этому способствуют также альбедо и разнообразие видов атмосферного движения, от небольших турбулентных вихрей до таких крупных циркуляционных систем, как циклоны и антициклоны. При этом в холодном полушарии (в северном — зимой и в южном — летом) энергия, расходующаяся на движение воздуха, всегда больше, чем в теплом (в северном — летом и в южном — зимой), поскольку в том полушарии, где имеет место зима, горизонтальные градиенты температуры и давление во всей тропосфере значительно возрастают. Кроме того, существуют и разности температур, возникающие вследствие неодинакового нагревания и охлаждения материков и океанов. Действительно, в холодное полугодие, особенно в средних и низких широтах, материки быстро охлаждаются и являются источниками холода, в то время как океаны вследствие особенностей теплообмена в них и большой теплоемкости воды, накапливая летом тепловую энергию, зимой являются источниками тепла. В летнее полугодие, наоборот, материки, нагреваясь быстрее, служат источниками тепла, а океаны — холода. Вследствие этого между материками и океанами осуществляется циркуляция, имеющая сезонный характер. Хотя такая циркуляция в значительной мере и поглощается более мощной циркуляцией, создаваемой тепловыми различиями между экватором и полюсами, однако она все же проявляется в сезонной смене воздушных течений у поверхности земли между материками и океанами. Этот процесс действующего в атмосфере теплообмена вследствие температурного различия между материками и океанами в известной мере можно рассматривать как работу тепловой машины второго рода (по В. В. Шулейкину).

Постоянное возникновение, перемещение и разрушение многочисленных циклонов и антициклонов сильно усложняют атмосферную циркуляцию. Поэтому в районах наиболее активной циклонической и антициклональной деятельности невозможно наблюдать работу тепловых машин в сколько-нибудь явном виде. В связи с этим же лишь в отдельных районах земного шара более отчетливо выражены муссонные течения.

Внетропические циклоны и антициклоны являются как бы механизмами так называемого макротурбулентного обмена воздуха между низкими и высокими широтами. В результате макротурбулентного обмена понижается температура воздуха в экваториальной зоне и повышается в высоких широтах (см. табл. 12 и 13). Другим фактором междуширотного переноса тепла являются, конечно, морские течения. Один лишь Гольфстрим выносит в Северную Атлантику на 1 см2 площади в год тепло в количестве 80 — 100 ккал, почти равное количеству тепла, получаемому на ту же площадь океаном в виде суммарной радиации. В зоне холодных течений, наоборот, океан теряет много тепла. В частности, у Калифорнийского побережья океан теряет на 1 см2 в год 60 ккал, а получает в виде приходящей суммарной радиации лишь 100 ккал/см2 год.

Нередко зимой над Арктикой не только в тропосфере, но и в стратосфере обнаруживается область тепла, а над средними широтами северного полушария — область холода. Объясняется это мощными процессами междуширотного воздухообмена, когда в результате продолжительной и интенсивной деятельности циклонов холодные массы воздуха вторгаются с севера на юг на несколько тысяч километров, а теплые массы воздуха выносятся в обратном направлении.

Междуширотный обмен стремится уничтожить тепловые различия между низкими и высокими широтами. Благодаря междуширотному обмену происходит встреча качественно различных воздушных масс и образование фронтальных зон с большими горизонтальными градиентами температуры, влажности, давления и скоростями ветра (см. главу пятую).

При осуществлении макротурбулентного обмена высотное поле давления и ветра резко отличается от средних сезонных. На рисунке 65 приведен один из случаев обычного меридионального преобразования поля давления у поверхности земли и на AT 300 мб, наблюдавшийся 10 января 1964 г. В этот день над Западной Сибирью у поверхности земли находился исключительно глубокий циклон с давлением в центре ниже 980 мб, а над Европой — мощный антициклон с давлением более 1040 мб (рис. 65, а). В соответствии с меридиональным преобразованием поля давления

Поле давления 10 января 1964 г. в 15 часов

на высоте около 9 км (рис. 65, б) севернее Флориды и Ньюфаундленда четко прослеживается струйное течение с максимальными скоростями на поверхности 300 мб, равными 50 м/сек. Несколько меньшие по скорости струйные течения наблюдались на юге Восточной Сибири (40—50 м/сек). Над Европой, наоборот, были лишь слабые ветры. При сравнении приземной карты и AT 300 за 10 января 1964 г. с соответствующими средними картами, изображенными на рисунках 32 и 35, нетрудно убедиться в существенном различии между ними.

Таким образом, во внетропических широтах атмосферные процессы носят преимущественно непериодический характер, обусловленный интенсивной циклонической и антициклональной деятельностью. Частота возникновения и интенсивность развития барических образований определяются здесь общими сезонными изменениями горизонтальных градиентов температуры и давления в тропосфере между экватором и полюсами с существенными коррективами, вносимыми подстилающей поверхностью.

В низких широтах циркуляция атмосферы происходит несравненно менее интенсивно, так как величины междуширотных градиентов температуры в тропосфере небольшие. Циклоническая и антициклональная деятельность здесь происходит весьма слабо. Исключение составляют изредка возникающие тропические циклоны. Поэтому сезонные явления, определяющиеся термическими условиями, здесь выражаются более отчетливо, чем во внетропических широтах.

 

Источник—

Погосян, Х.П. Атмосфера Земли/ Х.П. Погосян [и д.р.]. – М.: Просвещение, 1970.-  318 с.

 

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

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Adblock
detector