Какие бывают воздушные течения в атмосфере. "Общая циркуляция атмосферы"

Объектами изучения общей циркуляции атмосферы являются перемещающиеся циклоны и антициклоны умеренных широт с их быстроизменяющейся метеорологической обстановкой: пассаты, муссоны, тропические циклоны и т. п. Типичные черты общей циркуляции атмосферы, устойчивые во времени или повторяющиеся чаще других, выявляются при осреднении метеорологических элементов за длительные многолетние периоды наблюдений,

На рис. 8, 9 приведено среднее многолетнее распределение ветра у земной поверхности в январе и июле. В январе, т. е. зимой, в Северном полушарии отчетливо видны гигантские антициклонические вихри над Северной Америкой и особенно интенсивный вихрь - над Центральной Азией. Летом антициклонические вихри над сушей разрушаются в связи с прогревом материка, а над океанами такие вихри значительно усиливаются и распространяются к северу.

В связи с тем, что в тропосфере воздух в экваториальных и тропических широтах прогрет значительно интенсивнее, чем в полярных областях, температура воздуха и давление постепенно понижаются в направлении от экватора к полюсам.
Как говорят метеорологи, планетарный градиент температуры и давления направлены в средней тропосфере от экватора к полюсам. (В метеорологии градиент температуры и давления берется в обратном направлении, по сравнению с физикой.)
Воздух является легкоподвижной средой. Если бы Земля не вращалась вокруг своей оси, то в нижних слоях атмосферы воздух перетекал бы от экватора к полюсам, а в верхних слоях возвращался бы обратно к экватору. Но Земля вращается с угловой скоростью 2п/86400 радиан в секунду. Частицы воздуха, переходя от низких широт в высокие, сохраняют большие линейные скорости относительно земной поверхности, приобретенные в низких широтах, и поэтому отклоняются при своем движении к востоку. Образуется западно-восточный перенос воздуха в тропосфере, который отражен на рис. 10. Однако такой правильный режим течений наблюдается только на картах средних значений. «Моментальные снимки» воздушных течений дают очень разнообразные, каждый раз новые не повторяющиеся положения циклонов, антициклонов, воздушных потоков, зон встреч теплого и холодного воздуха, т. е. атмосферных фронтов. Атмосферные фронты играют большую роль в общей циркуляции атмосферы, поскольку в них происходят значительные преобразования энергии воздушных масс из одного вида в другой.
На рис. 10 схематически представлено положение основных фронтальных разделов в средней тропосфере и у земной поверхности. С атмосферными фронтами и фронтальными зонами связаны многочисленные явления погоды. Здесь зарождаются циклонические и антициклонические вихри, происходит образование мощной облачности и зон осадков, усиление ветра. При прохождении атмосферного фронта через данный пункт обычно отчетливо наблюдается заметное похолодание или потепление, резко изменяется весь характер погоды. Интересные особенности обнаруживаются в структуре стратосферы.

Если в тропосфере у экватора располагаются теплы; воздушные массы, а у полюсов - холодные, то в стратосфере, особенно в теплую половину года, дело обстоит как раз наоборот, у полюсов здесь воздух относительно более теплый, а у экватора - холодный. Градиент температуры и давления направлены в обратную по отношению к тропосфере сторону. Влияние отклоняющей силы вращения Земли, которое приводило в тропосфера к образованию западно-восточного переноса, создает в стратосфере зону восточно-западных ветров.

Наибольшие скорости ветра, а следовательно, и наибольшая кинетическая энергия воздуха наблюдаются в струйных течениях. Образно говоря, струйные течения - это воздушные реки в атмосфере, реки-, текущие у верхней границы тропосферы, в слоях, отделяющих тропосферу от стратосферы, т. е. в слоях, близких к тропопаузе (рис. 11 и 12). Скорость ветра в струйных течениях достигает 250 - 300 км/ч - зимой; и 100 - 140 км/ч - летом. Таким образом, тихоходный самолет, попадая в такое струйное течение, может лететь «вспять».

Протяженность струйных течений достигает нескольких тысяч километров. Ниже струйных течений в тропосфере наблюдаются более широкие и менее быстрые воздушные «реки» - планетарные высотные фронтальные зоны, также играющие большую роль в общей циркуляции атмосферы. Возникновение больших скоростей ветра в струйных течениях и в планетарных высотных фронтальных зонах происходит из-за наличия здесь большой разницы температур воздуха между соседними воздушными массами. Наличие разницы в температуре воздуха, или, как говорят, «температурного контраста», приводит к увеличению ветра с высотой. Теория показывает, что такое увеличение пропорционально горизонтальному градиенту температуры рассматриваемого слоя воздуха. В стратосфере в связи с обращением меридионального градиента температуры воздуха на обратный, интенсивность струйных течений идет на убыль, и они исчезают. Несмотря на большую протяженность планетарных высотных фронтальных зон и струйных течений, они, как правило, не опоясывают весь земной шар, а оканчиваются там, где горизонтальные контрасты температуры между воздушными массами ослабевают. Наиболее часто и резко контрасты температуры проявляются в полярном фронте, отделяющем воздух умеренных широт от тропического воздуха.

Планетарные высотные фронтальные зоны и струйные течения часто возникают в системе полярного фронта. Хотя в среднем планетарные высотные фронтальные зоны имеют направление с запада на восток, в конкретных случаях направление их осей весьма разнообразно. Чаще всего в умеренных широтах они имеют волнообразный характер. На рис. 13, 14 представлены положения осей высотных фронтальных зон в случаях устойчивого западно-восточного переноса и в случаях развитого меридионального обмена воздушных масс. Существенная особенность воздушных течений в стратосфере и мезосфере над экваториальной и тропической областями заключается в существовании там нескольких слоев воздуха с почти противоположным направлением сильных ветров. Возникновение и развитие этой многослойной структуры поля ветра здесь меняется через определенные, но не вполне точно совпадающие промежутки времени, что также может служить некоторым прогностическим признаком. Если добавить к этому, что явление резкого потепления в полярной стратосфере, регулярно происходящее зимой, некоторым образом связано с процессами в стратосфере, происходящими в тропических широтах, и с тропосферными процессами умеренных и высоких широт, то станет ясно, как сложно и прихотливо развиваются те атмосферные процессы, которые непосредственно влияют на режим погоды в умеренных широтах.

Огромное значение для формирования атмосферных процессов большого масштаба имеет состояние подстилающей поверхности, особенно состояние верхнего деятельного слоя воды Мирового океана. Поверхность Мирового океана составляет почти 3/4 всей поверхности Земли (рис. 15).

Благодаря большой теплоемкости и способности легко перемешиваться, океанические воды надолго запасают тепло во время встреч с теплым воздухом в умеренных широтах и в течение всего года в южных широтах. Запасенное тепло с морскими течениями выносится далеко к северу и отепляет близлежащие районы.
Теплоемкость воды в несколько раз больше, чем теплоемкость почвы и горных пород, составляющих сушу. Нагретая водная масса служит как бы аккумулятором тепла, которым она снабжает атмосферу. Следует отметить при этом, что суша отражает солнечные лучи значительно лучше, чем поверхность океана. Особенно хорошо отражает солнечные лучи поверхность снега и льда; 80-85% всей солнечной радиации, падающей на снег, отражается от него. Поверхность моря, наоборот, поглощает почти всю радиацию, которая на нее падает (55-97%). В результате всех этих процессов атмосфера непосредственно от Солнца получает только 1/3 всей приходящей энергии. Остальные 2/3 энергии она получает от нагретой Солнцем подстилающей поверхности, прежде всего от водной поверхности.
Передача тепла от подстилающей поверхности в атмосферу происходит несколькими путями. Во-первых, большое количество солнечного тепла затрачивается на испарение влаги с поверхности океана в атмосферу. При конденсации этой влаги освобождается тепло, которое нагревает окружающие слои воздуха. Во-вторых, подстилающая поверхность отдает тепло в атмосферу путем турбулентного (т. е. вихревого, неупорядоченного) теплообмена. В-третьих, тепло передается путем теплового электромагнитного излучения.
В результате взаимодействия океана с атмосферой в последней происходят важные изменения. Слой атмосферы, в который проникает тепло и влага океана, в случаях вторжения холодного воздуха на теплую океаническую поверхность достигает 5 км и более. В тех случаях, когда на холодную водную поверхность океана вторгается теплый воздух, высота, на которую распространяется влияние океана, не превышает 0,5 км. В случаях вторжения холодного воздуха толщина его слоя, на которую распространяется влияние океана, зависит прежде всего от величины разности температуры вода - воздух. Если вода теплее воздуха, то развивается мощная конвекция, т. е. неупорядоченные восходящие движения воздуха, которые и приводят к проникновению тепла и влаги в высокие слои атмосферы. Наоборот, если воздух теплее воды, то конвекция не возникает и воздух изменяет свои свойства только в самых нижних слоях. Над теплым течением Гольфстрим в Атлантическом океане при вторжении очень холодного воздуха теплоотдача океана может доходить до 2000 кал/см2 в сутки и распространяется на всю тропосферу. Теплый воздух может потерять над холодной океанической поверхностью 20-100 кал/см2 в сутки.
Изменение свойств воздуха, попадающего на теплую или холодную океаническую поверхность, происходит довольно быстро - такие изменения можно заметить на уровне 3 или 5 км уже через сутки после начала вторжения. Какие же приращения температуры воздуха могут быть в результате его трансформации (изменения) над водной подстилающей поверхностью? Оказывается, в холодное полугодие атмосфера над Атлантикой в среднем прогревается на 6°, а иногда может прогреться и на 20° в сутки. Охладиться атмосфера может на 2-10° в сутки. Подсчитано, что на севере Атлантического океана, т. е. там, где происходит наиболее интенсивная передача тепла от океана в атмосферу, океан отдает в 10-30 раз тепла больше, чем получает его от атмосферы. Естественно при этом, что запасы тепла в океане восполняются притоком теплых океанических вод из тропических широт. Потоки воздуха распространяют полученное от океана тепло на тысячи километров. Отепляющее’ влияние океанов в зимнее время приводит к тому, что разница температуры воздуха между северо-восточными частями океанов и континентов составляет на широтах 45-60° у земной поверхности 15-20°, в средней тропосфере 4-5°. Хорошо изучено, например, отепляющее влияние океана на климат Северной Европы.
Северо-западная часть Тихого океана зимой находится под влиянием холодного воздуха Азиатского континента, так называемого зимнего муссона, распространяющегося на 1-2 тыс. км в глубь океана в приводном слое и на 3-4 тыс. км в средней тропосфере (рис. 16).

Летом над океаном холоднее, чем над материками, поэтому воздух, поступающий с Атлантического океана, охлаждает Европу, а воздух Азиатского континента утепляет Тихий океан. Однако описанная выше картина характерна для средних условий циркуляции. Междусуточные изменения в величине и в направлении потоков тепла от подстилающей поверхности в атмосферу и обратно очень разнообразны и оказывают большое влияние на изменение самих атмосферных процессов. Существуют гипотезы, согласно которым особенности развития теплообмена между различными участками подстилающей поверхности и атмосферой обусловливают устойчивый характер атмосферных процессов в течение длительных промежутков времени.
Если над аномально (свыше нормы) теплой водной поверхностью той или иной части Мирового океана в умеренных широтах Северного полушария воздух прогревается, то в средней тропосфере образуется область повышенного давления (барический гребень), по восточной периферии которого начинается перенос холодных масс воздуха из Арктики, а по западной его части - перенос теплого воздуха из тропических широт к северу. Такая ситуация может привести к сохранению у земной поверхности в определенных районах длительной аномалии погоды - сухой и жаркой или дождливой и прохладной летом, морозной и сухой или теплой и снежной зимой.
Весьма значительную роль в формировании атмосферных процессов путем регулирования поступления солнечного тепла к земной поверхности играет облачность. Облачный покров значительно увеличивает долю отраженной радиации и этим уменьшает нагрев земной поверхности, что, в свою очередь, влияет на характер синоптических процессов. Получается некоторое подобие обратной связи: характер циркуляции атмосферы влияет на создание облачных систем, а облачные системы, в свою очередь, влияют на изменение циркуляции. Мы перечислили только главнейшие из изучаемых «земных» факторов, влияющих на формирование погоды и циркуляции воздуха.
Особую роль в исследовании причин изменения общей ЦИРКУЛЯЦИИ атмосферы играет деятельность Солнца. Здесь следует различать изменения циркуляции воздуха на Земле в связи с изменениями общего потока тепла, приходящего от Солнца на Землю в результате колебаний величины так называемой солнечной постоянной. Однако, как показывают последние исследования, в действительности она не является строго постоянной величиной.
Энергия циркуляции атмосферы непрерывно пополняется за счет энергии, посылаемой Солнцем. Поэтому, если суммарная энергия, посылаемая Солнцем, колеблется в значительных размерах, то это может сказаться на изменении циркуляции и погоды на Земле. Этот вопрос еще недостаточно изучен.
Что касается изменения солнечной активности, то хорошо известно, что на поверхности Солнца возникают различные возмущения, солнечные пятна, факелы, флокулы, протуберанцы и т. п. Эти возмущения вызывают временные изменения состава солнечной радиации, увеличивается ультрафиолетовая составляющая и корпускулярное (т. е. состоящее из заряженных частиц, главным образом протонов) излучение Солнца.
Некоторые метеорологи считают, что изменение солнечной активности связано с тропосферными процессами в атмосфере Земли, т. е. с погодой.
Последнее утверждение нуждается в дополнительных исследованиях, главным образом вследствие того факта, что хорошо проявляющийся 11-летний цикл солнечной активности не четко выявляется в погодных условиях на Земле. Однако считать влияние изменения солнечной активности на тропосферные процессы полностью невозможным из-за сложности вопроса и неясности механизма такого влияния, очевидно, было бы неправильно. Известно, что существуют целые школы метеорологов-прогнозистов, довольно удачно предсказывающих погоду в связи с изменениями солнечной активности.

Атмосферной циркуляцией называют обще-планетную систему воздушных течений над поверхностью земли. К ней можно отнести , муссоны, движения воздуха в циклонах и антициклонах, и многое другое. Именно атмосферной циркуляцией объясняется режим и скорость ветра, тепловой режим и влажность в конкретной местности. Она является главной климатообразующей причиной, так как переносит тепловую энергию и влагу из одних мест в другие. Причиной атмосферной циркуляции является поглощение солнечной энергии как атмосферой, так и самой поверхностью Земли . Все воздушные течения существуют благодаря тому, что наша планета нагревается неодинаково, в каких-то местах она чуть горячее, в каких-то чуть холоднее. Неравномерность нагрева приводит и к неравномерности распределения атмосферного давления над поверхностью Земли, а ведь именно от распределения атмосферного давления зависит наличие любых воздушных течений. Дополнительный вклад в атмосферную циркуляцию вносит и тот факт, что наша планета постоянно вращается вокруг своей оси, что приводит, в частности, к образованию крупных вихрей - циклонов и антициклонов. Перемещаться могут как теплые, так и холодные воздушные массы. Перенос их происходит под действием вихрей в атмосфере - циклонов и антициклонов.

Если две воздушные массы соприкасаются друг с другом, то на их границе образуется атмосферный фронт. В нем, как правило, происходят очень быстрые изменения в погодных условиях - перепады температуры и давления, изменение направления и силы ветра, выпадение дождя или снега. Поэтому-то мы и наблюдаем постоянное изменение погоды - воздушные массы, двигаясь из одного места Земли в другое, приносят с собой новую температуру, облачность и влажность. В результате атмосферной циркуляции могут возникать смерчи, ураганы, тайфуны, и множество других, очень неприятных для человека природных явлений. Каждые несколько лет, или, даже, каждый год на Земле появляется ураган такой силы, что ему дается особое имя. Все помнят ужасный ураган Катрина, обрушившийся в 2005 году на южную часть Соединенных Штатов Америки. Атмосферная циркуляция бывает не только глобальной. Выделяют и местную циркуляцию атмосферы. Например, ветры в долинах или смерчи можно отнести именно к такому типу.
Так как характер атмосферной циркуляции зависит, прежде всего, от степени поглощения солнечной энергии, то даже малое изменение поглощения Солнечного света будет оказывать очень большое воздействие как на саму атмосферную циркуляцию, так и на климат нашей планеты. Именно поэтому сейчас идет столько разговоров о парниковом эффекте и о его влиянии на температурный режим . Под действием парникового эффекта повышаются температуры нижних слоев атмосферы по сравнению со средним значением их температуры. Но, хотя сам парниковый эффект и его последствия это, пока еще, тема для больших и бурных дискуссий, но метеорологам уже давно стало понятно, что атмосферную циркуляцию можно и нужно изучать. Чтобы исследовать атмосферную циркуляцию и составить ее математическую модель ученые наблюдают за параметрами земной атмосферы. Чаще всего наблюдают за скоростью ветра, атмосферным давлением и температурой воздуха. Исторически, первыми данные характеристики атмосферы измеряли на земле, но сейчас чаще всего для этих целей используют радиозонды, которые могут подниматься до высоты в 30 км. После запуска первых искусственных спутников, атмосферную циркуляцию стали наблюдать и из космоса. Как правило, на метеорологических спутниках находится сложное оборудование, которое может записывать не только давление и температуру, но и излучение атмосферы, а также излучение Солнца, рассеянное атмосферой. Применение спутников расширило границы наблюдений почти вдвое. Именно с помощью спутников ученые в настоящее время могут исследовать атмосферную циркуляцию сразу по всему земному шару.
Хотя создание полной модели атмосферы пока не выглядит реальной задачей, какие-то шаги в этом направлении уже сделаны. Уже сейчас самолеты при производстве продуваются в аэродинамических трубах. Это можно считать неким "копированием атмосферы в миниатюре". Однако полностью отказаться от аэродинамических труб, и посчитать все на компьютере пока невозможно, хотя уравнения для этой проблемы были разработаны Навье и Стоксом уже достаточно давно. Ученые лишь научились делить изучаемую атмосферу на маленькие ячейки трехмерной пространственной сетки, и считать скорость, температуру и давление в каждом узле этой сетки отдельно. Это очень сложная и крайне неэффективная работа. Вот почему фирма Боинг обещала премию в 1 миллион долларов тому, кто найдет точное решение уравнения Навье-Стокса.

Сущность общей циркуляции атмосферы. Общей цирку ляцией 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

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 циркуляцииатмосферы 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).

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.

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.

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.

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.

— важный фактор формирования климата. Она выражена перемещением различных типов воздушных масс.

Воздушные массы — это подвижные части тропосферы, отличающиеся друг от друга температурой и влажностью. Воздушные массы бывают морскими и континентальными.

Морские воздушные массы формируются над Мировым океаном. Они более влажные по сравнению с континентальными, образующимися над сушей.

В различных климатических поясах Земли формируются свои воздушные массы: экваториальные, тропические, умеренные, арктические и антарктические.

Перемещаясь, воздушные массы долго сохраняют свои свойства и поэтому определяют погоду тех мест, куда они приходят.

Арктические воздушные массы формируются над Северным Ледовитым океаном (зимой — и над севером материков Евразия и Северная Америка). Они отличаются низкой температурой, невысокой влажностью и повышенной прозрачностью воздуха. Вторжения арктических воздушных масс в умеренные широты вызывают резкое похолодание. При этом устанавливается преимущественно ясная и малооблачная погода. При продвижении в глубь материка на юг арктические воздушные массы трансформируются в сухой континентальный воздух умеренных широт.

Континентальные арктические воздушные массы формируются над ледяной Арктикой (в центральной и восточной ее частях) и над северным побережьем материков (зимой). Их особенностями являются очень низкие температуры воздуха и низкое содержание влаги. Вторжение континентальных арктических воздушных масс на материк приводит к сильному похолоданию при ясной погоде.

Морские арктические воздушные массы формируются в более теплых условиях: над свободной от льда акваторией с более высокой температурой воздуха и большим влагосодержанием — это европейская Арктика. Вторжения таких воздушных масс на материк зимой даже вызывают потепление.

Аналогом арктического воздуха Северного полушария в Южном полушарии являются антарктические воздушные массы. Их влияние распространяется в большей степени на прилегающие морские поверхности и редко на южную окраину материка Южная Америка.

Умеренный (полярный) воздух — это воздух умеренных широт. Умеренные воздушные массы проникают в полярные, а также субтропические и тропические широты.

Континентальные умеренные воздушные массы зимой обычно приносят ясную погоду с крепкими морозами, а летом — достаточно теплую, но облачную, нередко дождливую, с грозами.

Морские умеренные воздушные массы на материки переносятся западными ветрами. Их отличают высокая влажность и умеренные температуры. Зимой морские умеренные воздушные массы приносят пасмурную погоду, обильные осадки и оттепели, а летом — большую облачность, дожди и понижение температуры.

Тропические воздушные массы формируются в тропических и субтропических широтах, а летом — и в континентальных районах на юге умеренных широт. Тропический воздух проникает в умеренные и экваториальные широты. Высокая температура — общая черта тропического воздуха.

Континентальные тропические воздушные массы отличаются сухостью и запыленностью, а морские тропические воздушные массы — высокой влажностью.

Экваториальный воздух, возникающий в области Экваториальной депрессии, очень теплый и влажный. Летом в Северном полушарии экваториальный воздух, смещаясь на север, вовлекается в циркуляционную систему тропических муссонов.

Экваториальные воздушные массы формируются в экваториальной зоне. Их отличают высокие температуры и влажность в течение всего года, причем это касается воздушных масс, формирующихся как над сушей, гак и над океаном. Поэтому на морские и континентальные подтипы экваториальный воздух не подразделяется.

Вся система воздушных течений в атмосфере называется общей циркуляцией атмосферы.

Атмосферный фронт

Воздушные массы постоянно движутся, изменяют свои свойства (трансформируются), но между ними остаются довольно резкие границы — переходные зоны шириной в несколько десятков километров. Эти пограничные зоны называются атмосферными фронтами и характеризуются неустойчивым состоянием температуры, влажности воздуха, .

Пересечение такого фронта с земной поверхностью называется линией атмосферного фронта.

При прохождении атмосферного фронта через какую-либо местность над ней меняются воздушные массы и, как следствие, погода.

Для умеренных широт характерны фронтальные осадки. В зоне атмосферных фронтов возникают обширные облачные образования протяженностью в тысячи километров и выпадают осадки. Как они возникают? Атмосферный фронт можно рассматривать как границу двух воздушных масс, которая наклонена к земной поверхности под очень малым углом. Холодный воздух находится рядом с теплым и над ним в виде пологого клина. При этом теплый воздух поднимается вверх по клину холодного воздуха и охлаждается, приближаясь к состоянию насыщения. Возникают облака, из которых выпадают осадки.

Если фронт перемещается в сторону отступающего холодного воздуха, наступает потепление; такой фронт называется теплым. Холодный фронт, наоборот, надвигается на территорию, занятую теплым воздухом (рис. 1).

Рис. 1. Типы атмосферных фронтов: а — теплый фронт; б — холодный фронт

В стратосфере происходят преимущественно зональные переносы (что обуславливает существование широтной зональности) .

Движение воздуха происходит из областей высокого давления , создаваемого более плотным холодным воздухом, в более тёплые области с низким атмосферным давлением. Температура различается в связи с тем, что на разных широтах поверхность Земли по-разному прогревается солнцем и земная поверхность имеет различные физические свойства, особенно из-за её разделения на сушу и море. Кроме того на движение воздуха влияет вращение Земли вокруг своей оси и неоднородность её поверхности, что вызывает трение воздуха о почву и его увлечение . Первоначальным источником энергии всех циркуляционных процессов в атмосфере Земли является лучистая энергия Солнца. Энергия циркуляции атмосферы постоянно расходуется на трение, но непрерывно пополняется за счёт солнечного излучения .

Энциклопедичный YouTube

1 / 5
Общая циркуляция атмосферы приводит к переносу вещества и энергии в атмосфере как в широтном, так и в меридианном направлениях, из-за чего являются важнейшим климатообразующим процессом, влияя на погоду в любом месте планеты . В тропосфере в ней участвуют пассаты , муссоны , а также переносы воздушных масс, связанные с циклонами и антициклонами (циклоническая деятельность).
Глобальными элементами атмосферной циркуляции в тропосфере являются три (в каждом полушарии) циркуляционные ячейки - ячейка Хэдли , ячейка Феррела , полярная ячейка .
В наиболее прогреваемых местах нагретый воздух имеет меньшую плотность и поднимается вверх, таким образом образуется зона пониженного атмосферного давления. Аналогичным образом образуется зона повышенного давления в более холодных местах. . Движение воздуха происходит из зоны высокого атмосферного давления в зону низкого атмосферного давления. Так как чем ближе к экватору и дальше от полюсов расположена местность, тем лучше она прогревается, в нижних слоях атмосферы существует преобладающее движение воздуха от полюсов к экватору . Однако, Земля также вращается вокруг своей оси, поэтому на движущийся воздух действует сила Кориолиса и отклоняет это движение к западу. В верхних слоях тропосферы образуется обратное движение воздушных масс: от экватора к полюсам. Его кориолисова сила постоянно отклоняет к востоку, и чем дальше, тем больше. И в районах около 30 градусов северной и южной широты движение становится направленным с запада на восток параллельно экватору. В результате попавшему в эти широты воздуху некуда деваться на такой высоте, и он опускается вниз к земле. Здесь образуется область наиболее высокого давления. Так образуются пассаты - постоянные ветры, дующие по направлению к экватору и на запад, и так как заворачивающая сила действует постоянно, при приближении к экватору пассаты дуют почти параллельно ему . Воздушные течения верхних слоёв, направленные от экватора к тропикам , называются антипассатами . Пассаты и антипассаты как бы образуют воздушное колесо, по которому поддерживается непрерывный круговорот воздуха между экватором и тропиками. Между пассатами Северного и Южного полушарий находится внутритропическая зона конвергенции .
В течение года эта зона смещается от экватора в более нагретое летнее полушарие. В результате в некоторых местах, особенно в бассейне Индийского океана, где основное направление переноса воздуха зимой - с запада на восток, летом оно заменяется противоположным. Такие переносы воздуха называются тропическими муссонами. Циклоническая деятельность связывает зону тропической циркуляции с циркуляцией в умеренных широтах и между ними происходит обмен тёплым и холодным воздухом. В результате междуширотного обмена воздухом происходит перенос тепла из низких широт в высокие и холода из высоких широт в низкие, что приводит к сохранению теплового равновесия на Земле .
На самом деле циркуляция атмосферы непрерывно изменяется, как из-за сезонных изменений в распределении тепла на земной поверхности и в атмосфере, так и из-за образования и перемещения в атмосфере циклонов и антициклонов. Циклоны и антициклоны перемещаются в общем по направлению к востоку, при этом циклоны отклоняются в сторону полюсов, а антициклоны - в сторону от полюсов .
Таким образом образуются:

Этому распределению давления соответствуют западный перенос в умеренных широтах и восточный перенос в тропических и высоких широтах. В Южном полушарии, зональность циркуляции атмосферы выражена лучше, чем в Северном, так как там в основном океаны. Ветер в пассатах изменяется слабо и эти изменения мало меняют характер циркуляции. В среднем около 80 раз в год в некоторых районах внутритропической зоны конвергенции, развиваются тропические циклоны , которые резко изменяют установившийся режим ветров и состояние погоды в тропиках, реже за их пределами. Во внетропических широтах циклоны менее интенсивны, чем тропические. Развитие и прохождение циклонов и антициклонов - явление повседневное. Меридиональные составляющие циркуляции атмосферы, связанные с циклонической деятельностью во внетропических широтах, быстро и часто меняются. Однако бывает, что в течение нескольких суток и иногда даже недель обширные и высокие циклоны и антициклоны почти не меняют своё положение. Тогда происходят противоположно направленные длительные меридиональные переносы воздуха, иногда во всей толще тропосферы, которые распространяются над большими площадями и даже над всем полушарием. Поэтому во внетропических широтах различают два основных типа циркуляции над полушарием или большим его сектором: зональный, с преобладанием зонального, чаще всего западного переноса, и меридиональный, со смежными переносами воздуха по направлению к низким и высоким широтам. Меридиональный тип циркуляции осуществляет значительно больший междуширотный перенос тепла, чем зональный .
Циркуляция атмосферы также обеспечивает распределение влаги как между климатическими поясами, так и внутри них. Обилие осадков в экваториальном поясе обеспечивается не только собственным высоким испарением, но и переносом влаги (благодаря общей циркуляции атмосферы) из тропических и субэкваториальных поясов. В субэкваториальном поясе циркуляция атмосферы обеспечивает смену сезонов. Когда муссон дует с моря, идут обильные дожди. Когда муссон дует со стороны засушливой суши, наступает сезон засухи. Тропический пояс суше, чем экваториальный и субэкваториальный, так как общая циркуляция атмосферы переносит влагу к экватору. Кроме того, преобладают ветры с востока на запад, поэтому благодаря влаге, испарённой с поверхности морей и океанов, в восточных частях материков выпадает достаточно много дождей. Дальше на запад дождей не хватает, климат становится аридным. Так образуются целые пояса пустынь, таких как Сахара или пустыни Австралии .

Примечания
1. Атмосферы циркуляция // Энциклопедия «