Поиск

Общая циркуляция атмосферы
16.06.2015

Общая циркуляция атмосферы — сложная система воздушных течений, охватывающая всю атмосферу. Наиболее важными по их влиянию на процессы, происходящие у земной поверхности, и вместе с тем наиболее изученными являются воздушные течения тропосферы.
Общую циркуляцию атмосферы необходимо изучать для того, чтобы понять причины изменения погоды и условия формирования климата.
Предположим, что Земля имеет однородную поверхность, освещается солнечными лучами со всех сторон и не испытывает отклоняющего действия осевого вращения. При этих условиях схема общей циркуляции атмосферы окажется очень простой. Над экватором вследствие сильного нагревания воздух будет подниматься, и это приведет к возникновению наверху области высокого давления. Над полюсами (наверху) появляется область пониженного давления (результат охлаждения воздуха от поверхности). Изобарические поверхности в тропосфере получат наклон в сторону полюсов. В этом направлении возникает движение воздуха. Отток воздуха наверху от экватора приведет к образованию у поверхности экваториальной депрессии. Приток добавочного количества воздуха наверху вызовет у полюсов возникновение приземной области повышенного давления. В соответствии с распределением давления в нижнем слое тропосферы воздух начнет двигаться от полюсов к экватору, т. е. возникнет его меридиональный перенос.
Если, сохранив предположение об однородности земной поверхности, учесть отклоняющее действие вращения Земли, общая картина циркуляции усложнится. Поднимающийся над экватором воздух, направляясь к полюсам, с увеличением широты под влиянием отклоняющего действия вращения Земли будет все больше отклоняться от направления меридианов вправо в северном полушарии и влево в южном. Около 30° широты движение воздуха приобретает направление вдоль параллелей с запада на восток. Продолжающий поступать к этим широтам от экватора воздух, накапливаясь, должен создать в нижнем слое тропосферы высокое давление (субтропический пояс). От субтропического пояса высокого давления у поверхности Земли воздух начнет растекаться в сторону экваториальной депрессии и к умеренным широтам. Между экватором и широтами 30° образуется замкнутое кольцо — тропическая циркуляция.

Общая циркуляция атмосферы

Приземный поток воздуха в этом кольце, направляясь к экватору, отклонится от направления барического градиента в северном полушарии вправо и образует северо-восточный ветер — пассат (2). В южном полушарии пассат соответственно имеет юго-восточное направление. Предполагаемый верхний поток воздуха в тропическом кольце, противоположный пассатам, получил название антипассатов. Граница между пассатами и антипассатами проводилась на высоте 10 км над экватором и 2—5 км над тропическими широтами.
Приток воздуха наверху к полюсам должен привести, с одной стороны, к повышению давления у поверхности Земли в высоких широтах, с другой — к понижению давления в соседних, умеренных широтах (вследствие оттока воздуха). В результате у поверхности воздух будет перемещаться от полюсов к умеренным широтам (4), а наверху (от 4 до 10км), наоборот, от умеренных широт к полюсам (5).
В зону пониженного давления в умеренных широтах устремится также воздух из субтропической зоны высокого давления (3). Ho под влиянием вращения Земли он отклонится к востоку, создавая западно-восточный перенос между этими широтами. Встречаясь в умеренных широтах с воздухом, идущим от полюсов (4), и этот воздух поднимется и вместе с воздушным течением от умеренных широт (5) направится к полюсам.
Рассмотренная схема циркуляции воздуха в тропосфере с учетом усложнений, вносимых влиянием неоднородной подстилающей поверхности, долгое время была общепринятой. Она хорошо объясняет схему распространения атмосферного давления на поверхность Земли и господствующие в нижних слоях тропосферы ветры. Исследования атмосферы, проводившиеся в последние десятилетия с помощью новейших методов и техники, внесли существенные изменения в представления о ее циркуляции.
Постепенное падение давления от экватора к полюсам в среднем для длительного периода времени действительно обнаруживается в слоях атмосферы выше 10 км над экватором и выше 2—4 км на пространстве между тропиками и полюсами. Такое распределение давления, выражающееся в совпадении направления изобар с параллелями, вызывает движение воздуха вдоль изобар с запада на восток — западный (широтный) перенос воздуха в тропосфере, охватывающий всю Землю.
Отклонение воздушных потоков от направления изобар приводит к образованию воздушных волн и к формированию приземных и высотных циклонов и антициклонов. В этом процессе большую роль играет меридиональный перенос тепла я холода в соответствующих частях волн. Гребни высокого давления, очерчиваемые изобарами и обтекаемые воздушным потоком, обращены к полюсам (к низкому давлению), ложбины— к экватору (к высокому давлению). Поток воздуха, двигаясь волнообразно, приносит к оси гребня тепло из более низких широт, а к оси ложбины — холод из более высоких широт. Приток тепла к гребню способствует его развитию и образованию высотного теплого антициклона. Приток холода к ложбине способствует формированию высотного холодного циклона. В то же время приземные циклоны, под областью расходимости потока воздуха, пришедшего со стороны экватора (к западу от оси гребня), оказываются теплыми, приземные антициклоны, под областью сходимости потоков воздуха, идущего от полюсов (к западу от оси ложбины), — холодными. Перемещаясь в общем западном переносе на восток, высотные циклоны и антициклоны смыкаются с приземными циклонами и антициклонами, и атмосфера оказывается разделенной на ряд огромных мощных вихрей, в одних местах постепенно исчезающих, в других — снова формирующихся.
Перемещаясь на восток, циклоны отклоняются к полюсам, антициклоны — к экватору. Причина такого отклонения — действие осевого вращения Земли, возрастающее с увеличением широты. И в циклонах и в антициклонах отклоняющая сила больше в той части вихря, которая ближе к полюсу. Hо так как при этом в циклонах она направлена от центра (противоположна барическому градиенту), циклоны одновременно с перемещением на восток постепенно смещаются к северу. Около 65° широты в северном и южном полушариях циклоны задерживаются под влиянием повышенного давления в полярных районах и образуют зону пониженного давления.
В антициклонах, при направлении барического градиента от центра, отклоняющая сила вращения Земли направлена, наоборот, к центру, и поэтому антициклоны смещаются к экватору. В результате ослабления отклоняющей силы в низких широтах (около 25—30°) северного и южного полушария антициклоны скапливаются, создавая почти непрерывные зоны высокого давления. Они особенно концентрируются над Океаном, образуя так называемые субтропические максимумы, сильно вытянутые по широте.
Между областью скопления высотных холодных циклонов близ полярного круга и областью скопления высотных теплых антициклонов около субтропиков в умеренных широтах образуется зона резких изменений температуры и давления — высотная фронтальная зона. Скорости ветра в этой зоне очень велики, здесь возникают струйные течения, формируются атмосферные фронты. Под фронтальной зоной Образуется большинство приземных циклонов и антициклонов.
Роль циклонов и антициклонов в общей циркуляции атмосферы очень велика. Отклоняющая сила вращения Земли, препятствуя меридиональному переносу, превращает меридиональные воздушные потоки в широтные. Перенос воздуха, обмен теплом между низкими и высокими широтами осуществляют прежде всего циклоны и антициклоны. В общей циркуляции тропосферы преобладает западный перенос (рис. 64). Однако в нижнем ее слое вследствие существования зональных областей высокого и низкого давления возникают зоны господствующих ветров, направление которых не совпадает с западным переносом. Западные ветры у поверхности преобладают лишь в умеренных (средних) широтах (между 65 и 25—30°). В полярных (высоких) широтах (выше 65°) господствуют ветры с восточной составляющей (В, СВ). В тропических широтах (от 25—30° до экватора) устойчивые северо-восточные (в северном полушарии) и юго-восточные (в южном полушарии) ветры умеренной скорости — пассаты. Пассаты — самое сильное нарушение западного переноса в тропосфере. На направление пассатов влияют субтропические максимумы, вызывая их отклонения (рис. 47 и 48). Так как пассаты, перемещаясь к экватору, двигаются над Океаном с менее нагретой на более нагретую поверхность, в них возникает сильная конвекция, развивающаяся лишь в нижнем слое. На высоте 1200—2000 м в пассатах лежит слой инверсии толщиной несколько сотен метров. Причина пассатной инверсии — оседание воздуха, характерное для антициклонов. Инверсия мешает развитию конвекции, и поэтому в области пассатов осадков мало (или совсем нет). Пассаты противоположных полушарий, направляясь навстречу друг другу, встречаются у экватора. В области сходимости пассатов возникают сильные восходящие токи воздуха, образуются мощные кучевые и кучево-дождевые облака, выпадают обильные ливневые осадки.
Общая циркуляция атмосферы

Общую циркуляцию тропосферы можно представить как несколько взаимосвязанных зональных звеньев:
Высокоширотное звено (полярное), ограниченное широтой 65°. До высоты 2—3 км преобладают восточные ветры, выше — западный перенос с некоторым (непостоянным) отклонением в сторону низкого давления над полюсом.
Среднеширотное звено (умеренное), расположенное между 65 и 25— 30° широты. Отличается западным переносом, усиливающимся с высотой. Межширотный перенос тепла и холода в этом поясе осуществляют циклоны и антициклоны.
Низкоширотное (тропическое) звено, находящееся между 25—30° и экватором. Здесь господствуют пассаты. Общее направление движения воздуха до высоты 1—2 км у тропиков и до верхней границы тропосферы у экватора — с востока на запад. Особого, противоположного пассатам — антипассатного — воздушного течения выше границы пассатов не обнаружено. Над пассатами дуют западные ветры, такие же, как и в более высоких широтах; меридиональные составляющие в них очень невелики и различны по направлению. Некоторый отток воздуха от экватора эти ветры все же обеспечивают.
Все звенья общей циркуляции тропосферы тесно взаимосвязаны и вместе охватывают всю тропосферу. В стратосфере температура над экватором ниже, чем над полюсом, соответственно распределяется и давление: оно падает от полюсов к экватору. Западный перенос, господствующий в тропосфере, постепенно сменяется восточным.
Общая циркуляция атмосферы

До сих пор мы рассматривали схему общей циркуляции атмосферы без учета влияния подстилающей поверхности. Значительное усложнение в циркуляцию атмосферы вносит распределение материков и океанов. Летом материки теплее, чем океаны. Перемещающийся над ними с запада на восток поток воздуха постепенно нагревается, расширяется, давление наверху повышается, и изобары изгибаются к полюсам, очерчивая над восточной частью материка гребни высокого давления. Внизу, под зоной расходимости (к западу от оси гребня), возникают циклоны. Переходя на Океан, воздух начинает охлаждаться, сжимается, давление наверху понижается, изобары очерчивают ложбины над восточной частью Океана, а внизу, под зоной сходимости (к западу от оси ложбины), формируется антициклон.
Зимой картина обратная. Гребни высокого давления и зоны расходимости возникают наверху над теплым Океаном в его восточной части, создавая условия для образования приземных циклонов. Над материками формируются глубокие ложбины и зоны сходимости, что приводит к появлению приземных антициклонов (рис. 67).
Общая циркуляция атмосферы

В результате в умеренных широтах над восточной частью материков формируются зимние барические максимумы (антициклоны), например Азиатский, Канадский, и летние минимумы (циклоны), например Азиатский. Над океанами зимой усиливаются или возникают барические минимумы (циклоны), например Исландский, ослабевающие или сливающиеся в одну зону пониженного давления летом.
Сохранение антициклонального режима над тем или иным районом не означает сохранения в течение всего сезона одного и того же антициклона. Ряд антициклонов, последовательно сменяя друг друга, преобладают над циклонами, появление которых не исключается. То же относится и к областям с циклональным режимом.
Над Арктикой влияние Океана приводит к значительному ослаблению давления, и в результате туда проникают циклоны, особенно летом. Над материком Антарктиды барический максимум резко выражен.
В субтропических широтах, над нагретыми материками, давление всегда несколько ослаблено, и приходящие из более высоких широт антициклоны сосредоточиваются главным образом над океанами (например, Азорский максимум). При этом в летний период давление в субтропических антициклонах увеличивается.
В результате неравномерного нагревания и охлаждения материков и океанов возникают муссоны — устойчивые воздушные течения сезонного характера, меняющие свое направление от зимы к лету и от лета к зиме почти на противоположное. В переходные сезоны — весной и осенью — устойчивость режима ветра нарушается. Муссоны возникают в пограничной зоне между материками и океанами. Зимой над восточной частью материков в умеренных широтах устанавливается высокое давление; над океанами в это время оно более низкое. Ветер (зимний муссон) дует с материка на Океан. Он приносит сухую, малооблачную погоду. Летом давление над материком ниже, чем над соседними частями океанов, и ветер (летний муссон) направляется с Океана на материк. С этим ветром на материке связана влажная, дождливая погода.
Направление муссона, как и всякого ветра, определяется барическим градиентом, отклоняющей силой вращения Земли и трением. Зимой в умеренных широтах направление его в общем западное, летом — восточное.
Муссонное течение охватывает лишь самый нижний слой тропосферы. Воздушного противотечения («антимуссона») над муссонами нет.
Муссоны — проявление циклонической и антициклонической деятельности в атмосфере. Они наблюдаются там, где циклоны и антициклоны обладают устойчивостью и резким сезонным преобладанием одних над другими. Благодаря тому что зимние устойчивые антициклоны и летние циклоны устанавливаются над восточными частями больших участков суши, в умеренных широтах муссоны развиты по восточным окраинам материков. Область распределения муссонов не ограничена умеренными широтами. Они отчетливо выражены и в тропических широтах, особенно там, где сказывается влияние суши, расположенной по соседству, но в более высоких широтах.
Причина возникновения тропических муссонов — сезонное смещение экваториальной депрессии и субтропической области высокого давления (субтропических антициклонов) к северу — в июле и к югу — в январе. В июле экваториальная депрессия и субтропические антициклоны занимают крайнее северное положение. Область распространения пассатов сдвигается к северу. В это время в полосе, примыкающей с юга к депрессии, место пассатов занимают ветры, близкие по направлению к противоположным: воздух направляется от экватора к сместившейся на север экваториальной депрессии. К январю, постепенно смещаясь на юг, экваториальная депрессия и субтропические антициклоны занимают крайнее южное положение (при этом депрессия только местами заметно смещается к югу от экватора). Пассаты в северном полушарии доходят до экватора, сменяя господствовавшие в приэкваториальной полосе в июле противоположные ветры. Таким образом возникает область смены ветров по сезонам на противоположные — области тропических (экваториальных) муссонов. Летний муссон дует от экватора и приносит влажную, с осадками погоду. Зимний муссон — это пассат соответствующего полушария, и погода, связанная с ним, отличается отсутствием (или малым количеством) осадков. Там, где встречаются пассаты и противоположные им ветры, дующие от экватора, располагается тропический фронт, непрерывно перемещающийся то к северу, то к югу (в зависимости от сезона).
Над Океаном, вне влияния суши, сезонные смещения экваториальной депрессии и субтропических областей высокого давления невелики. Изменения давления в течение года над сушей значительно увеличивают масштабы этих смещений, и в результате область распространения тропических муссонов охватывает большие пространства. Классический пример — влияние Евразии и Африки на смещение областей давления в бассейне Индийского океана. Таким образом, распространение тропических муссонов непосредственно связано с распределением материков и океанов и их влиянием на циркуляцию атмосферы.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent
Введите два слова, показанных на изображении: *