Циклон и антициклон: что это такое? Что такое циклон? Тропический циклон в Южном полушарии. Циклоны и антициклоны - характеристики и названия Что такое циклон
Кратковременные процессы ветрообразования
К формированию ветров приводят также и кратковременные процессы, которые, в отличие от преобладающих ветров, не являются регулярными, а происходят хаотически, часто в течение определенного сезона. Такими процессами является образование циклонов , антициклонов и подобных им явлений меньшего масштаба, в частности гроз.
Циклон Катарина в Южной Атлантике. 26 марта 2004 года
Циклонами и антициклонами называют области низкого или, соответственно, высокого атмосферного давления, обычно такие, которые возникают на пространстве размером свыше нескольких километров. На Земле они образуются над большей частью поверхности и характеризуются типичной для них циркуляционной структурой. Из-за влияния силы Кориолиса, в Северном полушарии движение воздуха вокруг циклона вращается против часовой стрелки, а вокруг антициклона — по часовой стрелке. В Южном полушарии направление движения обратное. При наличии трения о поверхность, появляется компонента движения к центру или от центра, в результате воздух движется по спирали к области низкого или от области высокого давления.
Циклон
Цикло́н (от др.-греч. κυκλῶν — «вращающийся») — атмосферный вихрь огромного (от сотен до нескольких тысяч километров) диаметра с пониженным давлением воздуха в центре.
Движение воздуха (пунктирные стрелки) и изобары (непрерывные линии) в циклоне в северном полушарии
Воздух в циклонах циркулирует против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой стрелке в южном. Кроме того, в воздушных слоях на высоте от земной поверхности до нескольких сот метров, ветер имеет слагаемое, направленное к центру циклона, по барическому градиенту (в сторону убывания давления). Величина слагаемого уменьшается с высотой.
Схематическое изображение процесса образования циклонов (чёрные стрелки) из-за вращения Земли (синие стрелки)
Циклон — не просто противоположность антициклону, у них различается механизм возникновения. Циклоны постоянно и естественным образом появляются из-за вращения Земли, благодаря силе Кориолиса. Следствием теоремы Брауэра о неподвижной точке является наличие в атмосфере как минимум одного циклона или антициклона.
Различают два основных вида циклонов — внетропические и тропические . Первые образуются в умеренных или полярных широтах и имеют диаметр от тысячи километров в начале развития, и до нескольких тысяч в случае так называемого центрального циклона. Среди внетропических циклонов выделяют южные циклоны, образующиеся на южной границе умеренных широт (средиземноморские, балканские, черноморские, южнокаспийские и т. д.) и смещающиеся на север и северо-восток. Южные циклоны обладают колоссальными запасами энергии; именно с южными циклонами в средней полосе России и СНГ связаны наиболее сильные осадки, ветры, грозы, шквалы и другие явления погоды.
Тропические циклоны образуются в тропических широтах и имеют меньшие размеры (сотни, редко — более тысячи километров), но бо́льшие барические градиенты и скорости ветра, доходящие до штормовых. Для таких циклонов характерен также т. н. «глаз бури» — центральная область диаметром 20—30 км с относительно ясной и безветренной погодой. Тропические циклоны могут в процессе своего развития превращаться во внетропические. Ниже 8—10° северной и южной широты циклоны возникают очень редко, а в непосредственной близости от экватора — не возникают вовсе.
Циклоны в атмосфере Сатурна. Фотография зонда Кассини
Циклоны возникают не только в атмосфере Земли, но и в атмосферах других планет. Например, в атмосфере Юпитера уже многие годы наблюдается так называемое Большое красное пятно, которое является, по всей видимости, долгоживущим антициклоном. Однако циклоны в атмосферах других планет изучены недостаточно.
Большое Красное Пятно в атмосфере Юпитера (снимок «Вояджера-1»)
Большое Красное Пятно представляет собой гигантский ураган-антициклон, размерами 24—40 тыс. км в длину и 12—14 тыс. км в ширину (существенно больше Земли). Размеры пятна постоянно меняются, общая тенденция — к уменьшению; 100 лет назад БКП было примерно в 2 раза больше и значительно ярче. Тем не менее, это самый большой атмосферный вихрь в Солнечной системе.
Цветная анимация передвижения БКП
Большое тёмное пятно в атмосфере Нептуна
Тёмное, эллипсовидное пятно (13000 км × 6600 км) по размерам напоминало Землю. Вокруг пятна скорость ветра достигала 2400 км/ч, что являлось наибольшим показателем во всей Солнечной системе. Полагают, что пятно представляло собой дыру в метановых облаках Нептуна. Большое тёмное пятно постоянно меняет свою форму и размер.
Большое Темное Пятно
Внетропический циклон
Циклоны, которые формируются за пределами тропического пояса, известны как внетропические. Из двух типов крупномасштабных циклонов, они больше по размеру (классифицируются как синоптические циклоны), наиболее распространены и встречаются на большей части земной поверхности. Именно этот класс циклонов в наибольшей степени отвечает за изменения погоды день за днём, а их предсказание является главной целью современных прогнозов погоды.
Согласно классической (или норвежской) модели Бергенской школы, внетропические циклоны формируются преимущественно вблизи полярного фронта в зонах особенно сильного высотного струйного течения и получают энергию за счет значительного температурного градиента в этом районе. В процессе формирования циклона стационарный атмосферный фронт разрывается на участки теплого и холодного фронтов, движущихся друг к другу с формированием фронта окклюзии и закручиванием циклона. Подобная картина возникает и по более поздней модели Шапиро-Кейзера, основанной на наблюдении океанских циклонов, за исключением длительного движения теплого фронта перпендикулярно к холодному без образования фронта окклюзии.
Норвежская модель и модель Шапиро-Кейзера формирования внетропического циклона
После формирования, циклон обычно существует несколько дней. За это время он успевает продвинуться на расстояние от нескольких сотен до нескольких тысяч километров, вызывая резкие смены ветров и осадков в некоторых районах своей структуры.
Хотя большие внетропические циклоны обычно ассоциированы с фронтами, меньшие по размеру циклоны могут образовываться в пределах сравнительно однородной воздушной массы. Типичным примером являются циклоны, которые формируются в потоках полярного воздуха в начале формирования фронтального циклона. Эти небольшие циклоны имеют название полярных и часто возникают над приполярными районами океанов. Другие небольшие циклоны возникают на подветренной стороне гор под действием западных ветров умеренных широт.
Внетропический циклон — циклон, формирующийся в течение года во внетропических широтах каждого полушария. За 12 месяцев их может быть множество сотен. Размеры внетропических циклонов весьма значительны. Хорошо развитый циклон может иметь в поперечнике 2-3 тыс. км. Это значит, что он может одновременно покрывать несколько областей России или провинций Канады и определять режим погоды на этой огромной территории.
Распространение внетропического циклона
Вертикальное распространение (вертикальная мощность) циклона меняется по мере его развития. В первое время циклон заметно выражен лишь в нижней части тропосферы. Распределение температуры в первой стадии жизни циклона, как правило, асимметрично относительно центра. В передней части циклона, с притоком воздуха из низких широт, температуры повышены; в тыловой, с притоком воздуха из высоких широт, напротив, понижены. Поэтому с высотой изобары циклона размыкаются: над тёплой передней частью на высотах обнаруживается гребень повышенного давления, а над холодной тыловой — ложбина пониженного давления. С высотой это волнообразование, искривление изобар или изогипс всё более сглаживается.
Видео, показывающее развитие внетропического циклона
Но при последующем развитии циклон становится высоким, то есть замкнутые изобары обнаруживаются в нём и в верхней половине тропосферы. При этом температура воздуха в циклоне в общем понижается, а температурный контраст между передней и тыловой частью более или менее сглаживается: высокий циклон является в общем холодной областью тропосферы. Возможно и проникновение циклона в стратосферу.
Тропопауза над хорошо развитым циклоном прогнута вниз в виде воронки; сначала это понижение тропопаузы наблюдается над холодной тыловой (западной) частью циклона, а потом, когда циклон становится холодным во всей своей области, снижение тропопаузы наблюдается над всем циклоном. Температура нижней стратосферы над циклоном при этом повышена. Таким образом, в хорошо развитом высоком циклоне наблюдается над холодной тропосферой низко начинающаяся тёплая стратосфера.
Температурные контрасты в области циклона объясняются тем, что циклон возникает и развивается на главном фронте (полярном и арктическом) между воздушными массами разной температуры. В циклоническую циркуляцию втягиваются обе эти массы.
В дальнейшем развитии циклона тёплый воздух оттесняется в верхнюю часть тропосферы, над холодным воздухом, и сам подвергается там радиационному выхолаживанию. Горизонтальное распределение температуры в циклоне становится более равномерным, и циклон начинает затухать.
Давление в центре циклона (глубина циклона) в начале его развития ненамного отличается от среднего: это может быть, например, 1000—1010 мб. Многие циклоны не углубляются более чем до 1000—990 мб. Сравнительно редко глубина циклона достигает 970 мб. Однако в особенно глубоких циклонах давление понижается до 960—950 мб, а в отдельных случаях наблюдалось и 930—940 мб (на уровне моря) с минимумом 925 мб в северном полушарии и 923 мб в южном полушарии. Наиболее глубокие циклоны наблюдаются в высоких широтах. Над Беринговым морем, например, в одной трети всех случаев глубина циклонов зимой от 961 до 980 мб.
Вместе с углублением циклона растут скорости ветра в нём. Ветры иногда достигают штормовых скоростей на больших территориях. В циклонах южного полушария это бывает особенно часто. Отдельные порывы ветра в циклонах могут достигать 60 м/сек, как это было 12 декабря 1957 г. на Курильских островах.
Жизнь циклона продолжается несколько суток. В первой половине своего существования циклон углубляется, во второй — заполняется и, наконец, исчезает вовсе (затухает). В некоторых случаях существование циклона оказывается длительным, особенно если он объединяется с другими циклонами, образуя одну общую глубокую, обширную и малоподвижную область низкого давления, так называемый центральный циклон . Они в северном полушарии чаще всего образуются в северных частях Атлантического и Тихого океанов. На климатологических картах в этих районах отмечаются известные центры действия — исландская и алеутская депрессии.
Уже заполнившись в нижних слоях, циклон может ещё некоторое время сохраняться в холодном воздухе верхних слоёв тропосферы в виде высотного циклона .
Тропический циклон
Схема тропического циклона
Циклоны, которые образуются в тропическом поясе, несколько меньше внетропических (они классифицируются как мезоциклоны ) и имеют другой механизм происхождения. Эти циклоны питаются энергией, получаемой за счет подъема вверх теплого влажного воздуха и могут существовать исключительно над теплыми районами океанов, из-за которых имеют название циклонов с теплым ядром (в отличие от внетропических циклонов с холодным ядром). Тропические циклоны характеризуются очень сильным ветром и значительным количеством осадков. Они развиваются и набирают силу над поверхностью воды, но быстро теряют её над сушей, из-за чего их разрушительный эффект обычно проявляется лишь на побережье (до 40 км вглубь суши).
Для образования тропического циклона необходим участок очень теплой водной поверхности, нагрев воздуха над которой приводит к снижению атмосферного давления минимум на 2,5 мм рт. ст. Влажный теплый воздух поднимается вверх, но из-за его адиабатического охлаждения значительное количество удерживаемой влаги конденсируется на больших высотах и выпадает в виде дождя. Более сухой и таким образом более плотный воздух, что только что освободился от влаги, опускается вниз, формируя зоны высшего давления вокруг ядра циклона. Этот процесс имеет положительную обратную связь, вследствие чего, пока циклон находится над довольно теплой водной поверхностью, что поддерживает конвекцию, он продолжает усиливаться. Хотя чаще всего тропические циклоны образуются в тропиках, иногда признаки тропического циклона приобретают циклоны другого типа на поздних этапах существования, как это случается с субтропическими циклонами.
Тропический циклон — тип циклона, или погодной системы низкого давления, что возникает над теплой морской поверхностью и сопровождается мощными грозами, выпадением ливневых осадков и ветрами штормовой силы. Тропические циклоны получают энергию от поднятия влажного воздуха вверх, конденсации водяных паров в виде дождей и опускания более сухого воздуха, что получается в этом процессе, вниз. Этот механизм принципиально отличается от механизма внетропических и полярных циклонов, в отличие от которых тропические циклоны классифицируются как «циклоны с теплым ядром».
Термин «тропический» означает как географический район, где в подавляющем большинстве случаев возникают подобные циклоны, то есть тропические широты, так и формирование этих циклонов в тропических воздушных массах.
На Дальнем Востоке и в Юго-Восточной Азии тропические циклоны называются тайфунами , а в Северной и Южной Америке — ураганами (исп. huracán , англ. hurricane ), по имени майянского бога ветра Хуракана. Принято считать, согласно шкале Бофорта, что шторм переходит в ураган при скорости ветра более 117 км/ч.
Тропические циклоны способны вызвать не только чрезвычайной силы ливни, но и большие волны на поверхности моря, штормовые приливы и смерчи. Тропические циклоны могут возникать и поддерживать свою силу только над поверхностью крупных водоемов, тогда как над сушей они быстро теряют силу. Именно поэтому прибрежные районы и острова в наибольшей степени страдают от вызванных ими разрушений, тогда как районы в глубине материков находятся в относительной безопасности. Однако вызванные тропическими циклонами ливневые дожди могут вызвать наводнения значительных масштабов несколько дальше от побережья, на расстоянии до 40 км. Хотя эффект тропических циклонов на человека часто бывает очень негативным, значительные количества воды могут прекращать засухи. Тропические циклоны переносят большое количество энергии от тропических широт в направлении умеренных, что делает их важной составляющей глобальных процессов циркуляции атмосферы. Благодаря им разница в температуре на различных участках поверхности Земли уменьшается, что позволяет существование более умеренного климата на всей поверхности планеты.
Много тропических циклонов образуются при благоприятных условиях из слабых атмосферных волнений, на возникновение которых влияют такие эффекты, как осцилляция Маддена-Джулиана, Эль-Ниньо и североатлантическая осцилляция.
Осцилляция Маддена-Джулиана — колебания свойств циркуляции тропической атмосферы с периодом 30-60 дней, что является главным фактором межсезонной изменчивости в атмосфере на этой временной шкале. Эти колебания имеют вид волны, что движется на восток со скоростью от 4 до 8 м/с над теплыми районами Индийского и Тихого океанов.
Диаграмма излучения на длинных волнах, демонстрирующая осцилляцию Маддена-Джулиана
Движение волны можно увидеть по различным проявлениям, наиболее чётко — по изменениям в количестве осадков. Сначала изменения проявляются на западе Индийского океана, постепенно сдвигаются к центральной части Тихого океана, а затем затухают по мере продвижения к холодным восточным районам этого океана, но иногда вновь возникают с уменьшенной амплитудой над тропическими районами Атлантического океана. При этом вначале идет фаза увеличения конвекции и количества осадков, за которой следует фаза уменьшения количества осадков.
Явление было обнаружено Рональдом Мадденом и Полем Джулианом в 1994 году.
Эль-Ни́ньо (исп. El Niño — малыш, мальчик) или Южная осцилляция — колебание температуры поверхностного слоя воды в экваториальной части Тихого океана, имеющее заметное влияние на климат. В более узком смысле Эль-Ниньо — фаза Южной осцилляции, в которой область нагретых приповерхностных вод смещается к востоку. При этом ослабевают или вообще прекращаются пассаты, замедляется апвеллинг в восточной части Тихого океана, у берегов Перу. Противоположная фаза осцилляции называется Ла-Нинья (исп. La Niña — малышка, девочка). Характерное время осцилляции — от 3 до 8 лет, однако сила и продолжительность Эль-Ниньо в реальности сильно варьирует. Так, в 1790—1793, 1828, 1876—1878, 1891, 1925—1926, 1982—1983 и 1997—1998 годах были зафиксированы мощные фазы Эль-Ниньо, тогда как, например, в 1991—1992, 1993, 1994 это явление, часто повторяясь, было слабо выраженным. Эль-Ниньо 1997—1998 гг. было настолько сильным, что привлекло внимание мировой общественности и прессы. Тогда же распространились теории о связи Южной осцилляции с глобальными изменениями климата. С начала 1980-х Эль-Ниньо возникало также в 1986—1987 и 2002—2003 годах.
Эль-Ниньо 1997 года (TOPEX)
Нормальные условия вдоль западного побережья Перу определяются холодным Перуанским течением, несущим воду с юга. Там, где течение поворачивает на запад, вдоль экватора, из глубоких впадин происходит подъем холодных и богатых планктоном вод, что способствует активному развитию жизни в океане. Само же холодное течение определяет засушливость климата в этой части Перу, формируя пустыни. Пассаты отгоняют прогретый поверхностный слой воды в западную зону тропической части Тихого океана, где формируется так называемый тропический теплый бассейн (ТТБ). В нём вода прогрета до глубин в 100—200 м. Атмосферная циркуляция Уолкера, проявляющаяся в виде пассатов, вкупе с пониженным давлением над районом Индонезии, приводит к тому, что в этом месте уровень Тихого океана на 60 см выше, чем в восточной его части. А температура воды здесь достигает 29—30°C против 22—24°C у берегов Перу. Однако, всё меняется с наступлением Эль-Ниньо. Пассаты ослабевают, ТТБ растекается, и на огромной площади Тихого океана происходит повышение температуры воды. В районе Перу холодное течение сменяется движущейся с запада к берегу Перу теплой водной массой, апвеллинг ослабевает, гибнет без питания рыба, а западные ветры приносят в пустыни влажные воздушные массы, ливни, вызывающие даже наводнения. Наступление Эль-Ниньо снижает активность атлантических тропических циклонов.
Североатлантическая осцилляция — непостоянство климата на севере Атлантического океана, что проявляется прежде всего в изменении температуры морской поверхности. Явление было впервые описано в 2001 году Голденбергом и сотрудниками. Хотя существуют исторические свидетельства существования этого колебания в течение длительного времени, точных исторических данных о его амплитуде и связи с температурами поверхности в тропических районах океана не хватает.
Временная зависимость колебания в период 1856—2013 годов
Другие циклоны, в частности субтропические, способны обретать характеристики тропических циклонов по мере развития. После момента образования, тропические циклоны движутся под действием преобладающих ветров; если условия остаются благоприятными, циклон набирает силу и образует характерную вихревую структуру с глазом в центре. Если же условия неблагоприятны или если циклон смещается на сушу, он довольно быстро рассеивается.
Структура
Тропические циклоны — относительно компактные штормы довольно правильной формы, обычно около 320 км в диаметре, с ветрами, дующими по спирали, сходящимися вокруг центральной области очень низкого атмосферного давления. За счет силы Кориолиса, ветры отклоняются от направления барического градиента и закручиваются против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой стрелке в Южном.
Структура тропического циклона
По структуре тропический циклон может быть поделен на три концентрические части. Внешняя часть имеет внутренний радиус 30-50 км, в этой зоне скорость ветров равномерно увеличивается по мере приближения к центру циклона. Средняя часть, которая имеет название стены глаза , характеризуется большими скоростями ветра. Центральная часть диаметром 30-60 км имеет название глаза, здесь скорость ветра уменьшается, движение воздуха имеет преимущественно нисходящий характер, а небо часто остается ясным.
Глаз
Центральная часть циклона, в которой воздух опускается вниз, имеет название глаза . Если циклон достаточно сильный, глаз большой и характеризуется спокойной погодой и ясным небом, хотя волны на море могут быть исключительно большими. Глаз тропического циклона обычно правильной круглой формы, а его размер может быть от 3 до 370 км в диаметре, однако чаще всего диаметр составляет примерно 30-60 км. Глаз у крупных зрелых тропических циклонов иногда заметно расширяется вверху, это явление получило название «эффекта стадиона»: если наблюдать изнутри глаза, его стена напоминает по форме трибуны стадиона.
Ураган Изабель 2003 года, фотография с МКС — можно четко увидеть характерные для тропических циклонов глаз, стену глаза и окружающие дождевые полосы
Глаз тропических циклонов характеризуется очень низким атмосферным давлением, именно здесь было зарегистрировано самое низкое значение атмосферного давления на уровне земной поверхности (870 гПа в тайфуне Тип). Кроме того, в отличие от циклонов других типов, воздух глаза тропических циклонов очень теплый, всегда теплее, чем на той же высоте за пределами циклона.
Глаз слабого тропического циклона может быть частично или полностью покрыт тучами, которые имеют название центрального плотного облачного покрова. Эта зона, в отличие от глаза сильных циклонов, характеризуется значительной грозовой активностью.
Глаз бури , або офо , бычий глаз — область прояснения и относительно тихой погоды в центре тропического циклона.
Типичный глаз бури имеет диаметр от 20 до 30 км, в редких случаях — до 60 км. В этом пространстве воздух имеет бо́льшую температуру и меньшую влажность, нежели в окружающей его области ветра и дождевых облаков. В результате возникает устойчивая температурная стратификация.
Стена ветра и ливня служит изолятором для очень сухого и более тёплого воздуха, опускающегося в центр циклона из верхних слоёв. По периферии глаза бури часть этого воздуха смешивается с воздухом из облаков и благодаря испарению капель охлаждается, тем самым образуя мощный нисходящий вдоль внутренней стороны облаков каскад относительно холодного воздуха.
Глаз тайфуна Одесса (1985)
В это же время в облаках воздух стремительно поднимается. Это построение и образует кинематическую и термодинамическую основу тропического циклона.
Кроме того, вблизи оси вращения уменьшается горизонтальная линейная скорость ветра, что для наблюдателя, при попадании в центр циклона, производит впечатление прекратившейся бури, по контрасту с окружающим пространством.
Стена глаза
Стеной глаза называют кольцо плотных грозовых облаков, что окружает глаз. Здесь облака достигают наибольшей высоты в пределах циклона (до 15 км над уровнем моря), а осадки и ветры у поверхности сильнейшие. Однако максимальная скорость ветров достигается на несколько большей высоте, обычно около 300 м. Именно во время прохождения стены глаза над определенным районом циклон наносит наибольшие разрушения.
Самые сильные циклоны (обычно категории 3 или больше) характеризуются несколькими циклами замены стены глаза в течение своей жизни. При этом старая стена глаза сужается до 10-25 км, а ей на замену приходит новая, большего диаметра, что постепенно заменяет собой старую. Во время каждого цикла замены стены глаза циклон слабеет (то есть ветры в пределах стены глаза слабеют, а температура глаза уменьшается), но с образованием новой стены глаза он быстро набирает силу до прежних значений.
Внешняя зона
Внешняя часть тропического циклона организована в дождевые полосы — полосы плотных грозовых туч, которые медленно движутся к центру циклона и сливаются со стеной глаза. При этом в дождевых полосах, как и в стене глаза, воздух поднимается вверх, а в пространстве между ними, свободном от низких облаков, воздух опускается. Однако, сформированные на периферии циркуляционные ячейки менее глубокие, чем центральная, и достигают меньшей высоты.
Когда циклон достигает суши, вместо дождевых полос в пределах стены глаза в большей степени концентрируются потоки воздуха, из-за увеличения трения о поверхность. При этом значительно увеличивается количество осадков, что может достигать 250 мм за сутки.
Тропические циклоны также образуют облачный покров на очень больших высотах (возле тропопаузы) за счет центробежного движения воздуха на этой высоте. Этот покров состоит из высоких перистых облаков, которые движутся от центра циклона и постепенно испаряются и исчезают. Эти облака могут быть достаточно тонкими, чтобы через них можно было видеть солнце и могут быть одним из первых признаков приближения тропического циклона.
Размеры
Одним из наиболее распространенных определений размера циклона, которое применяется в различных базах данных, является расстояние от центра циркуляции до наиболее внешней замкнутой изобары, это расстояние имеет название радиуса внешней замкнутой изобары . Если радиус меньше двух градусов широты, или 222 км, циклон классифицируется как «очень маленький» или «карликовый». Радиус от 3 до 6 градусов широты, или от 333 до 667 км, характеризует циклон «средних размеров». «Очень большие» тропические циклоны имеют радиус свыше 8 градусов широты, или 888 км. Согласно такой системе мер, на северо-западе Тихого океана возникают самые большие на Земле тропические циклоны, примерно вдвое больше тропических циклонов Атлантического океана.
Другими методами определения размеров тропических циклонов являются радиус, на котором существуют ветры силы тропического шторма (примерно 17,2 м/с), и радиус, на котором относительный ротор скорости ветра составляет 1×10 −5 с −1 .
Сравнительные размеры тайфуна Тип, циклона Трейси с территорией США
Механизм
Главным источником энергии тропического циклона служит энергия испарения, которая освобождается при конденсации водяных паров. В свою очередь, испарение океанской воды протекает под действием солнечной радиации. Таким образом, тропический циклон можно представить как большую тепловую машину, для работы которой необходимы также вращение и притяжение Земли. В метеорологии, тропический циклон описывается как тип конвекционной системы на мезошкале, развивающийся при наличии мощного источника тепла и влаги.
Направления конвекционных потоков в тропическом циклоне
Теплый влажный воздух поднимается вверх преимущественно в пределах стены глаза циклона, а также в пределах других дождевых полос. Этот воздух расширяется и охлаждается по мере поднятия, его относительная влажность, высокая уже у поверхности, увеличивается ещё больше, вследствие чего большая часть накопленной влаги конденсируется и выпадает в виде дождя. Воздух продолжает охлаждаться и терять влагу с поднятием до тропопаузы, где он теряет практически всю влагу и перестаёт охлаждаться с высотой. Охлажденный воздух опускается вниз до океанской поверхности, где снова увлажняется и снова поднимается. При благоприятных условиях, задействованная энергия превышает расходы на поддержание этого процесса, избыточная энергия тратится на увеличение объёмов восходящих потоков, увеличение скорости ветров и ускорение процесса конденсации, то есть ведёт к образованию положительной обратной связи. Для того, чтобы условия оставались благоприятными, тропический циклон должен находиться над теплой океанской поверхностью, которая даёт необходимую влагу; когда же циклон проходит участок суши, он не имеет доступа к этому источнику и его сила быстро падает. Вращение Земли добавляет конвекционному процессу закручивание в результате эффекта Кориолиса — отклонения направления ветра от вектора барического градиента.
Падение температуры океанской поверхности в Мексиканском заливе с прохождением ураганов Катрина и Рита
Механизм тропических циклонов существенно отличается от механизма других атмосферных процессов тем, что требует глубокой конвекции, то есть такой, что захватывает большой диапазон высот. При этом, восходящие потоки захватывают почти всё расстояние от поверхности океана до тропопаузы, с горизонтальными ветрами, ограниченными преимущественно в приповерхностном слое толщиной до 1 км, тогда как большая часть остальной 15-километровой толщи тропосферы в тропических районах используется для конвекции. Однако тропосфера более тонка на более высоких широтах, а количество солнечного тепла там меньше, что ограничивает зону благоприятных условий для тропических циклонов тропическим поясом. В отличие от тропических циклонов, внетропические циклоны получают энергию преимущественно от горизонтальных градиентов температуры воздуха, что существовали до них.
Прохождение тропического циклона над участком океана приводит к существенному охлаждению приповерхностного слоя, как из-за потери тепла на испарение, так из-за активного перемешивания теплых приповерхностных и холодных глубоких слоев и получения холодной дождевой воды. Также на охлаждение влияет плотный облачный покров, закрывающий океанскую поверхность от солнечного света. Вследствие этих эффектов, за несколько дней, за которые циклон проходит определенный участок океана, приповерхностная температура на нём существенно падает. Этот эффект приводит к возникновению отрицательной обратной связи, что может привести к потере силы тропического циклона, особенно если его движение медленное.
Общее количество энергии, которая выделяется в тропическом циклоне среднего размера, составляет около 50-200 эксаджоулей (10 18 Дж) в день или 1 ПВт (10 15 Вт). Это примерно в 70 раз больше потребления всех видов энергии человечеством, в 200 раз больше мирового производства электроэнергии и соответствует энергии, что высвобождалась бы от взрыва 10-мегатонной водородной бомбы каждые 20 минут.
Жизненный цикл
Формирование
Карта пути всех тропических циклонов за период 1985—2005 годов
Во всех районах мира, где существует активность тропических циклонов, она достигает максимума в конце лета, когда разница температуры между океанской поверхностью и глубинными слоями океана наибольшая. Однако, сезонные картины несколько отличаются в зависимости от бассейна. В мировом масштабе, май является наименее активным месяцем, сентябрь наиболее активным, а ноябрь является единственным месяцем, когда одновременно активны все бассейны.
Важные факторы
Процесс формирования тропических циклонов все ещё не до конца понятен и является предметом интенсивных исследований. Обычно можно выделить шесть факторов, необходимых для образования тропических циклонов, хотя в отдельных случаях циклон может образоваться и без некоторых из них.
Образование зон конвергенции пассатов, что приводит к нестабильности атмосферы и способствует образованию тропических циклонов
В большинстве случаев, для формирования тропического циклона нужна температура приповерхностного слоя океанской воды не менее 26,5°C на глубине не менее чем 50 м; такая температура воды является минимально достаточной, чтобы вызвать нестабильность в атмосфере над ней и поддержать существование грозовой системы.
Другим необходимым фактором является быстрое охлаждение воздуха с высотой, что делает возможным высвобождение энергии конденсации, главного источника энергии тропического циклона.
Также для образования тропического циклона необходима высокая влажность воздуха в нижних и средних слоях тропосферы; при условии большого количества влаги в воздухе создаются более благоприятные условия для образования нестабильности.
Ещё одной характеристикой благоприятных условий является низкий вертикальный градиент ветра, поскольку большой градиент ветра приводит к разрыву циркуляционной картины циклона.
Тропические циклоны обычно возникают на расстоянии не менее 550 км или 5 градусов широты от экватора — только там сила Кориолиса бывает достаточно сильной для отклонения ветра и закручивания вихря.
И наконец, для образования тропического циклона обычно нужна уже существующая зона низкого давления или волнений погоды, хотя и без циркуляционного поведения, характерного для зрелого тропического циклона. Такие условия могут быть созданы низкоуровневыми и низкоширотными вспышками, которые ассоциируются с осцилляцией Маддена-Джулиана.
Районы формирования
Большинство тропических циклонов в мире формируются в пределах экваториального пояса (межтропического фронта) или его продолжения под действием муссонов — муссонной зоны низкого давления. Районы, благоприятные для формирования тропических циклонов, также возникают в пределах тропических волн, где возникает около 85% интенсивных циклонов Атлантического океана и большинство тропических циклонов на востоке Тихого океана.
Подавляющее большинство тропических циклонов формируется между 10 и 30 градусами широты обоих полушарий, причем 87% всех тропических циклонов — не далее 20 градусов широты от экватора. Из-за отсутствия силы Кориолиса в экваториальной зоне, тропические циклоны очень редко формируются ближе 5 градусов от экватора, однако это все же случается, например с тропическим штормом Вамэй 2001 года и циклоном Агни 2004 года.
Тропический шторм Вамэй перед выходом на сушу
Тропический шторм Вамэй, иногда известный как тайфун Вамэй — тропический циклон, известный тем, что сформировался ближе к экватору, чем любой другой тропический циклон за всю историю наблюдений. Вамэй сформировался 26 декабря как последний тропический циклон тихоокеанского сезона тайфунов 2001 года на 1,4° северной широты в Южно-Китайском море. Он быстро усилился и вышел на сушу на юго-западе Малайзии. Он практически рассеялся над островом Суматра 28 декабря, а его остатки позже вновь реорганизовались над Индийским океаном. Хотя официально этот тропический циклон обозначается как тропический шторм, его интенсивность спорная, а некоторые агентства классифицируют его как тайфун, основываясь на скорости ветра в 39 м/с и наличии глаза. Этот шторм вызвал наводнения и оползни в восточной Малайзии, причинив ущерб на 3,6 млн. долларов США (по ценам 2001 года ) и пять жертв.
Движение
Взаимодействие с пассатами
Движение тропических циклонов вдоль поверхности Земли зависит прежде всего от преобладающих ветров, возникающих вследствие глобальных циркуляционных процессов ; тропические циклоны увлекаются этими ветрами и движутся вместе с ними. В зоне возникновения тропических циклонов, то есть между 20 параллелями обоих полушарий, они движутся на запад под действием восточных ветров — пассатов.
Схема глобальной циркуляции атмосферы
В тропических районах северной части Атлантического океана и на северо-востоке Тихого океана пассаты образуют тропические волны, начинающиеся от африканского побережья и проходящие через Карибское море, Северную Америку и затухающие в центральных районах Тихого океана. Эти волны являются местом возникновения большой части тропических циклонов этих регионов.
Эффект Кориолиса
Вследствие эффекта Кориолиса вращение Земли не только вызывает закручивание тропических циклонов, но и влияет на отклонение их движения. Из-за этого эффекта тропический циклон, что движется на запад под действием пассатов при отсутствии других сильных воздушных потоков, отклоняется к полюсам.
Инфракрасное изображение циклона Моника, что демонстрирует закручивание и вращение циклона
Поскольку восточные ветры прилагаются к циклонному движению воздуха на его полярной стороне, сила Кориолиса там сильнее, и в результате тропический циклон оттягивается к полюсу. Когда тропический циклон достигает субтропического хребта, западные ветры умеренного пояса начинают уменьшать скорость движения воздуха на полярной стороне, но разница в расстоянии от экватора между различными частями циклона достаточно большая, чтобы суммарная сила Кориолиса была направлена к полюсу. В результате тропические циклоны Северного полушария отклоняются на север (до поворота на восток), а тропические циклоны Южного полушария — на юг (также до поворота на восток).
Взаимодействие с западными ветрами умеренных широт
Когда тропический циклон пересекает субтропический хребет, который является зоной высокого давления, его путь обычно отклоняется в зону низкого давления с полярной стороны хребта. Попав в зону западных ветров умеренного пояса, тропический циклон имеет тенденцию двигаться с ними на восток, проходя момент изменения курса (англ. recurvature ). Тайфуны, движущиеся через Тихий океан на запад к берегам Азии, часто меняют курс у берегов Японии на север, а затем на северо-восток, захваченные юго-западными ветрами с Китая или Сибири. Много тропических циклонов также отклоняются из-за взаимодействия с внетропическими циклонами, движущимися в этих районах с запада на восток. Примером изменения курса тропическим циклоном служит тайфун Йоке 2006 года , который двигался по описанной траектории.
Путь тайфуна Йоке, что изменил курс у японского побережья в 2006 году
Выход на сушу
Формально считается, что циклон проходит над сушей, если это случается с его центром циркуляции, независимо от состояния периферийных областей. Штормовые условия обычно начинаются над определенным участком суши за несколько часов до выхода на сушу центра циклона. В этот период, то есть до формального выхода тропического циклона на сушу, ветры могут достигнуть своей наибольшей силы — в таком случае говорят о «прямом ударе» тропического циклона о берег. Таким образом, момент выхода циклона на берег фактически означает середину штормового периода для районов, где это случается. Меры безопасности должны приниматься до момента достижения ветрами определенной скорости или до момента достижения определенной интенсивности дождя, а не быть связанными с моментом выхода тропического циклона на сушу.
Взаимодействие циклонов
Когда два циклона приближаются друг к другу, их центры циркуляции начинают вращаться вокруг общего центра. При этом два циклона приближаются друг к другу и в конце концов сливаются. Если циклоны разного размера, больший будет доминировать в этом взаимодействии, а меньший будет вращаться вокруг него. Этот эффект носит название эффекта Фудзивары, в честь японского метеоролога Сакухея Фудзивары.
Это изображение показывает Тайфун Melor и Тропический шторм Парма, и их взаимодействие в юго-восточной Азии. На этом примере видно, как сильный Melor тянет более слабого Парму к себе
Спутники запечатлели танец циклонов-близнецов над Индийским океаном
15 января 2015 года над центром Индийского океана образовались два тропических циклона. Ни один из них не угрожал населенным пунктам ввиду низкой интенсивности и низких шансов выйти на сушу. Метеорологи были уверены, что «Диамондра» и «Юнис» ослабнут и рассеются в последующие дни. Близкое расположение тропических циклонов дало возможность спутникам сделать восхитительные фотографии танца вихревых систем над океаном.
28 января 2015 года геостационарные спутники, принадлежащие EUMETSAT и Японскому метеорологическому агентству, предоставили данные для создания композитного изображения (сверху). Радиометр (VIIRS) на борту спутника Suomi NPP сделал три снимка циклонов-близнецов, в результате объединения которых получилось нижнее изображение.
Две системы находились на расстоянии около 1,5 тысячи километров друг от друга 28 января 2015 года. «Юнис», более сильный из двух циклонов, располагался к востоку от «Диамондры». Максимальная скорость стабильных ветров «Юнис» достигала почти 160 км/ч, тогда как максимум скорости ветров «Диамондры» не превышал 100 км/ч. Оба циклона двигались в юго-восточном направлении.
Как правило, если два тропических циклона приближаются друг к другу, они начинают циклонически вращаться вокруг оси, соединяющей их центры. Метеорологи называют это явление эффектом Фудзивары. Такие двойные циклоны могут даже соединиться в один, если их центры сойдутся достаточно близко.
«Но в случае с „Юнис“ и „Диамондрой“ центры двух вихревых систем оказались слишком далеко друг от друга, — объясняет Брайан Мак-Нолди, метеоролог из университета Майами. — Из опыта, центры циклонов должны находиться на расстоянии по меньшей мере 1350 километров, чтобы начать вращаться вокруг друг друга. Согласно последним прогнозам Совместного центра предупреждения о тайфунах, оба циклона двигаются на юго-восток примерно с одинаковой скоростью, потому они, вероятно, уже не подойдут друг к другу ближе».
(Продолжение следует)
В центре.
Воздух в циклоне циркулирует против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой стрелке в южном . Кроме того, в воздушных слоях на высоте от земной поверхности до нескольких сот метров, ветер имеет слагаемое, направленное к центру циклона, по барическому градиенту (в сторону убывания давления). Величина слагаемого уменьшается с высотой.
Схематическое изображение процесса образования циклонов (чёрные стрелки) из-за вращения Земли (синие стрелки).
Циклон - не просто противоположность антициклону , у них различается механизм возникновения. Циклоны постоянно и естественным образом появляются из-за вращения Земли, благодаря силе Кориолиса . Следствием теоремы Брауэра о неподвижной точке является наличие в атмосфере как минимум одного циклона или антициклона.
Различают два основных вида циклонов - внетропические и тропические . Первые образуются в умеренных или полярных широтах и имеют диаметр от тысячи километров в начале развития, и до нескольких тысяч в случае так называемого центрального циклона. Среди внетропических циклонов выделяют южные циклоны, образующиеся на южной границе умеренных широт (средиземноморские, балканские, черноморские, южнокаспийские и т. д.) и смещающиеся на север и северо-восток. Южные циклоны обладают колоссальными запасами энергии; именно с южными циклонами в средней полосе России и СНГ связаны наиболее сильные осадки, ветры, грозы, шквалы и другие явления погоды.
Тропические циклоны образуются в тропических широтах и имеют меньшие размеры (сотни, редко - более тысячи километров), но бо́льшие барические градиенты и скорости ветра, доходящие до штормовых . Для таких циклонов характерен также т. н. «глаз бури » - центральная область диаметром 20-30 км с относительно ясной и безветреной погодой. Тропические циклоны могут в процессе своего развития превращаться во внетропические. Ниже 8-10° северной и южной широты циклоны возникают очень редко, а в непосредственной близости от экватора - не возникают вовсе.
Циклоны возникают не только в атмосфере Земли, но и в атмосферах других планет. Например, в атмосфере Юпитера уже многие годы наблюдается так называемое Большое красное пятно , которое является, по всей видимости, долгоживущим антициклоном. Однако циклоны в атмосферах других планет изучены недостаточно.
Шкала измерений
Ссылки
См. также
Wikimedia Foundation . 2010 .
Синонимы :Антонимы :
Смотреть что такое "Циклон" в других словарях:
циклон - циклон: По ГОСТ Р 22.0.03; Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
- (от греч. kyklos круг). Род урагана, двигающегося, вращаясь, с необычайной быстротой. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ЦИКЛОН [гр. kyklon вращающийся] геогр. область низкого атмосферного давления,… … Словарь иностранных слов русского языка
циклон - Основной элемент вихревого пылеуловителя, представляющий собой пылевую камеру с впускным патрубком с тангенциальной, спиральной или осевой подачей газа, с выпускной трубой, расположенной по оси циклона и с разгрузочным отверстием для удаления… … Справочник технического переводчика
См … Словарь синонимов
циклон - а, м. cyclone, нем. Zyklone <гр. kyklon вращающийся. 1. метео. Вихревое движение отмосферы с уменьшением давления воздуха от периферии к центру вихря. БАС 1. Через Москву проходит влажный циклон. Водопьянов Путь летчика. ЦиклонАльный… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
циклон - атмосферное возмущение с пониженным давлением воздуха в центре и вихревой циркуляцией вокруг центра против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой стрелке в южном. К циклонам относится любой воздушный вихрь с соответствующим вращением… … Морской биографический словарь
В технике устройство для отделения твердых частиц от газа. Очищаемый газ, поступающий в циклон, закручивается в цилиндрической части корпуса, образующей кольцевое пространство, частицы отбрасываются к стенкам и ссыпаются в нижнюю часть циклона,… …
- (Cyclone) перемещающееся по земной поверхности вихревое движение атмосферы с восходящим движением воздуха в центральной части вихря; давление воздуха убывает от периферии к центру. Для Ц. характерны большая облачность и осадки. Самойлов К. И.… … Морской словарь
ЦИКЛОН - устройство для очистки воздуха (газа) от взвешенных твёрдых частиц. Очищаемый воздух (газ) поступает в Ц. через трубу, расположенную в верхней части камеры по касательной. Совершив несколько оборотов в Ц., воздух (газ) уходит через центральную… … Большая политехническая энциклопедия
- (от греч. kyklon кружащийся) область пониженного давления в атмосфере с минимумом в центре. Поперечник циклона несколько тыс. км. Характеризуется системой ветров, дующих против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой в Южном. Погода при … Большой Энциклопедический словарь
Что такое циклон? Практически каждый человек интересуется погодой - смотрит прогнозы, сводки. При этом он нередко слышит про циклоны и антициклоны. Большинству людей известно, что эти атмосферные явления имеют непосредственное отношение к погоде за окном. В данной статье мы постараемся разобраться, что они собой представляют.
Циклон - это зона низкого давления, охваченная системой круговых ветров. Проще говоря, он представляет собой грандиозный плоский атмосферный вихрь. Причем воздух в нем движется по спирали вокруг эпицентра, постепенно приближаясь к нему. Причиной этого явления считается пониженное давление в центральной части. Поэтому теплые влажные несутся вверх, вращаясь вокруг центра циклона (глаза). Это становится причиной накопления туч высокой плотности. В этой зоне свирепствуют сильные ветры, скорость которых может достигать 270 км/час. В вращение воздуха осуществляется против часовой стрелки с некоторым завихрением к центру. В антициклонах, наоборот, воздух закручивается по часовой стрелке. Тропический циклон в Южном полушарии работает практически так же. Однако направления меняются на противоположные. Циклоны могут достигать разных размеров. Диаметр их может быть очень большим - до нескольких тысяч километров. Например, большой циклон способен охватить полностью Европейский континент. Как правило, данные атмосферные явления формируются в определенных географических точках. Например, южный циклон приходит на территорию Европы с Балкан; районов Средиземного, Черного и Каспийского морей.
Механизм образования циклонов - первая фаза
Что такое циклон и как он образуется? На фронтах, то есть в зонах соприкосновения теплых и холодных воздушных масс, возникают и развиваются циклоны. Образуется это природное явление тогда, когда масса холодного полярного воздуха встречает массу теплого влажного. При этом теплые врываются в массив холодных, образуя в них нечто наподобие языка. Это и является началом зарождения циклона. Скользя относительно друг друга, эти потоки с различными температурами и создают волну на фронтальной поверхности, а следовательно, и на самой линии фронта. Получается образование, напоминающее дугу, обращенную вогнутостью в сторону теплых воздушных масс. Её отрезок, расположенный в передней восточной части циклона, является теплым фронтом. Западная же часть, которая находится с тыла атмосферного явления, является холодным фронтом. В промежутке между ними в циклоне нередко встречаются зоны хорошей погоды, которая, обычно, длится всего несколько часов. Такой прогиб линии фронта сопровождается уменьшением давления у вершины волны.
Эволюция циклона: вторая фаза
Атмосферный циклон продолжает эволюционировать дальше. Образованная волна, перемещаясь, как правило, на восток, северо-восток или юго-восток, постепенно деформируется. Язык теплого воздуха проникает дальше на север, образуя хорошо выраженный теплый сектор циклона. В его передней части теплые воздушные массы наплывают на более холодные и плотные. При подъеме происходит конденсация пара и образование мощной кучевой дождевой облачности, что приводит к выпадению осадков (дождя или снега), которые длятся долго. Ширина зоны таких фронтальных осадков бывает в летнее время около 300, а зимой - 400 км. На расстоянии нескольких сотен километров перед теплым фронтом у земной поверхности воздуха достигает высоты 10 км и более, на которой происходит конденсация влаги с образованием ледяных кристаллов. Из них образуются белые Поэтому именно по ним можно прогнозировать приближение теплого фронта циклона.
Третья фаза формирования атмосферного явления
Дальнейшая характеристика циклона. Влажный теплый воздух теплого сектора, проходя над более холодной поверхностью Земли, образует низкую слоистую облачность, туманы, изморось. После прохождения теплого фронта наступает теплая облачная погода с южными ветрами. Признаками этого нередко является появление дымки и легкого тумана. Затем приближается холодный фронт. Холодный воздух, проходя вдоль него, подплывает под теплый и вытесняет его наверх. Это приводит к образованию кучево-дождевых облаков. Они являются причиной ливней, гроз, которые сопровождаются сильным ветром. Ширина зоны осадков холодного фронта составляет около 70 км. Со временем на смену приходит тыльная часть циклона. Она приносит сильные ветра, кучевую облачность и прохладную погоду. Со временем холодный воздух оттесняет теплый на восток. После этого устанавливается ясная погода.
Как формируются циклоны: четвертая фаза
По мере проникновения языка теплого воздуха в массу прохладного, он оказывается все больше окруженным холодными воздушными массами, а сам вытесняется вверх. Это создает в центре циклона зону пониженного давления, куда устремляются окружающие воздушные массы. В Северном полушарии под влиянием вращения Земли они оборачиваются против часовой стрелки. Как уже упоминалось выше, южные циклоны имеют противоположные направления вращения воздушных масс. Именно благодаря тому что Земля оборачивается вокруг своей оси, ветры направлены не к центру атмосферного явления, а идут по касательной к окружности вокруг него. В процессе развития циклона они усиливаются.
Пятая фаза эволюции циклона
Прохладный воздух в атмосферном явлении движется с большей скоростью, чем тёплый. Поэтому холодный фронт циклона постепенно сливается с теплым, образуя так называемый фронт окклюзии. У поверхности Земли уже больше нет теплой зоны. Там остаются лишь холодные воздушные массы.
Теплый воздух поднимается вверх, где постепенно охлаждается и освобождается от запасов влаги, которые выпадают на землю в форме дождя или снега. Разница между температурой холодного и теплого воздуха постепенно нивелируется. При этом циклон начинает угасать. Однако полной однородности в этих воздушных массах нет. Вслед за данным циклоном около фронта на гребне новой волны возникает второй. Эти атмосферные явления всегда идут сериями, причем каждое следующее несколько южнее предыдущего. Высота вихря циклона часто достигает стратосферы, то есть поднимается до высоты 9-12 км. Особенно большие можно обнаружить на высотах 20-25 км.
Скорость циклонов
Циклоны почти всегда в движении. Скорость их перемещения может быть очень разной. Однако она уменьшается по мере старения атмосферного явления. Чаще всего они двигаются со скоростью около 30-40 км/ч, проходя за 24 часа расстояние 1000-1500 км и более. Иногда они двигаются со скоростью 70-80 км в час и даже больше, проходя за сутки 1800-2000 км. При таком темпе циклон, который сегодня неистовствовал в районе Англии, через 24 часа может быть уже в районе Ленинграда или Беларуси, спровоцировав резкое изменение погоды. По мере приближения центра атмосферного явления давление падает. Существуют различные названия циклонов и ураганов. Одним из самых известных является «Катрина», который нанес серьезный ущерб территории США.
Атмосферные фронты
Что такое циклоны, мы уже разобрались. Далее пойдет речь об их структурных составляющих - атмосферных фронтах. Что заставляет огромные массы влажного воздуха в циклоне подниматься высоко вверх? Чтобы получить ответ на данный вопрос, нам нужно сначала разобраться, что собой представляют так называемые атмосферные фронты. Мы уже говорили о том, что теплый тропический воздух движется от экватора к полюсам и на своем пути встречает холодные воздушные массы умеренных широт. Так как свойства теплого и прохладного воздуха резко отличаются, то естественно, что их массивы не могут сразу смешаться. В месте встречи воздушных масс разных температур возникает четко выраженная полоса - переходная зона между фронтами воздуха с различными физическими свойствами, которую в метеорологии называют фронтальной поверхностью. Зона, разделяющая массы воздуха умеренных и тропических широт, называется полярным фронтом. А фронтальная поверхность между умеренными и арктическими широтами называется арктическим. Так как плотность у теплых воздушных масс меньше, чем у холодных, то фронт представляет собой наклонную плоскость, которая всегда склоняется в сторону холодного массива под крайне малым углом к поверхности. Прохладный воздух, как более густой, при встрече с теплым поднимает последний вверх. Представляя себе фронт между воздушными массами, необходимо всегда иметь в виду, что это - мнимая поверхность, наклоненная над землей. Линия которая образуется при пересечении этой поверхности с земной, отмечается на картах погоды.
Тайфун
Интересно, есть ли в природе что-нибудь красивее такого явления, как тайфун? Ясное спокойное небо над колодцем из созданных безумным вихрем, пронизанных зигзагами молний, стенок высотой в два Эвереста? Однако большие неприятности грозят любому, кто окажется на дне этого колодца...
Зарождаясь в экваториальных широтах, тайфуны направляются на запад, а затем (в Северном полушарии) поворачивают на северо-запад, север или же северо-восток. Хотя каждый из них не повторяет в точности путь движения другого, большинство из них движется по кривой, которая имеет форму параболы. Скорость тайфунов увеличивается по мере движения в северном направлении. Если вблизи экватора и в направлении на запад они перемещаются со скоростью всего 17-20 км/ч, то после поворота на северо-восток их скорость может достигать и 100 км/час. Однако бывают случаи, когда, неожиданно обманывая все прогнозы и расчеты, тайфуны то совсем останавливаются, то безумно бросаются вперед.
Глаз урагана
Глаз представляет собой чашу с выпуклыми стенками из облаков, в которой наблюдается относительно слабый ветер или же полный штиль. Небо ясное или частично покрытое облаками. Давление равно 0,9 от обычной величины. Глаз тайфуна может иметь размер от 5 до 200 км в диаметре, в зависимости от стадии его развития. У молодого урагана размер ока составляет 35-55 км, а у развитого он уменьшается до 18-З0 км. В стадии затухания тайфуна глаз снова растет. Чем четче он очерчен, тем мощнее тайфун. В таких ураганах ветры сильнее у центра. Замыкая все потоки вокруг глаза, ветры кружатся со скоростью до 425 км/ч, постепенно замедляясь по мере удаления от центра.
Что этот вопрос лидирует среди вопросов, которые задают синоптикам. Давно собирался написать пост про это.
Помню, в детской повести про 38 попугаев была глава о том, что кто-то испортил погоду, а вот кто - там не объясняется, и четверо друзей-животных спихивают вину друг на друга. Так как же ответить, если ребёнок спрашивает, кто испортил погоду? Своим детям я отвечаю так: "Погоду испортил циклон. А починил - антициклон". Наверное, у многих знания о том, что означают эти слова, на этом и заканиваются. Да я и сам совсем недавно разобрался, почему именно они влияют на погоду именно так. И ещё, почему в атмосфере существуют именно такие образования.
Если сильно не усложнять, то картинка, которая многое объясняет, может выглядеть примерно так:
Обычно при описании циклона упор делают на то, что вращение воздуха в нём происходит против часовой стрелки (если в северном полушарии посмотреть на него сверху). На мой взгляд, гораздо интереснее посмотреть на него сбоку, как изображено на рисунке. В нижнем слое атмосферы воздух в циклон как бы втягивается, затем он поднимается вверх, а наверху - растекается. В этом смысле грозовое облако - это уменьшенная модель циклона, так как движение воздуха в вертикальной плоскости происходит в нём так же. И даже растекание воздуха наверху можно проследить по "наковальне". Антициклон называется так не зря, потому что он действительно является абсолютным антиподом циклона. В нём наверху воздух движется к центру, в центральной части опускается, и потом у земли растекается в стороны.
Так вот, то, что воздух в циклоне поднимается вверх, а в антициклоне опускается вниз - и есть то главное, что делает погоду. Восходящие движения воздуха приводят к тому, что он охлаждается, его влажность увеличивается, и далее образуются облака, и из них начинают выпадать осадки. А нисходящие движения, наоборот, приводят к тому, что воздух прогревается, становится суше, и облака расходятся. Вот такое нехитрое объяснение. Но после него остаётся ещё несколько вопросов.
1. Причём здесь атмосферное давление, и почему в циклоне оно понижено, а в антициклоне - повышено?
На этот простой вопрос я долго не мог ответить, но недавно пришёл к выводу, что давление - это просто побочный фактор, следствие вертикальных движений. Включите пылесос и направьте его на стену. Очевидно, поток воздуха будет создать избыточное давление. Точно так же происходит в антициклоне. Воздух движется к земле и давит на неё. А в циклоне - наоборот.
2. Что заставляет воздух двигаться в вертикальной плоскости?
Когда циклон или антициклон существуют уже давно, воздух движется так, потому что на него давит с боков другой воздух, и надо куда-то деваться. Но в момент зарождения циклона пусковым механизмом является то, что воздух внизу оказывается теплее и, следовательно, легче, чем воздух наверху. Точнее, он должен быть теплее не по абсолютным значениям, а температура с высотой должна падать быстрее, чем в неком равновесном (адиабатическом) распределении. Тогда возникает сила, поднимающая воздух вверх, как в воздушном шарике. А дальше на его место приходит воздух сбоку, и процесс пошёл. Самые хорошие условия для возникновения циклона возникают на атмосферных фронтах: там как раз соприкасаются разные по температуре воздушные массы. Стоит одному фрагменту фронта в силу каких-то причин "поехать" в одну сторону, а соседнему - в другую, как образуется "волна", которая потом превращается в молодой циклон.
3. Какую роль тут играет вращение Земли?
Вращение Земли влияет на вращение воздуха в горизонтальной плоскости. Если бы Земля не вращалась, циклоны и антициклоны не смогли бы устойчиво существовать, так как возникшие перепады давления быстро бы выровнялись, и всё. Но, так как Земля вращается, на воздух действует сила Кориолиса, направленная перпендикулярно направлению его движения. Она равна нулю на экваторе, поэтому там циклонов и не бывает. Сила Кориолиса заставляет воздух в циклонах закручиваться, и это поддерживает и его движение в вертикальной плоскости.
4. Почему таких образований только два? Почему не может быть, кроме циклонов и антициклонов, ещё чего-то третьего?
Потому что существуют только два варианта: в вертикальной плоскости либо восходящие движения, либо нисходящие, а в горизонтальной - либо движение по часовой стрелке, либо против часовой. Третьего не дано.
5. Чего на Земле больше: циклонов или антициклонов?
В каждый момент всё по-разному, в среднем циклонов больше, но зато они в среднем меньше по площади.
6. Почему циклоны и антициклоны любят образовываться в одних и тех же местах?
На Земле есть места, особо благоприятные для развития барических образований того или иного типа. Например, северная Атлантика - характернейшее место образования циклонов. Там есть всё для этого: с одной стороны - тёплое течение, а с другой - ледники Гренландии. А в более южных широтах в Атлантике почти всегда находится антициклон: его поддерживают и циклоны на севере, и холодное течение.
7. Почему зимой циклоны приносят тёплую погоду, а антициклоны - холодную, а летом - наоборот?
За ответ на этот вопрос я получил 5+/5+ по географии в школе:) Главный фактор тут - это облачность. Зимой облачность сама по себе ограничивает мороз, не даёт земле остыть за долгую ночь. А летом, наоборот, облачность не даёт солнцу нагреть землю. Плюс к этому, конкретно у нас ещё и воздух в циклонах зимой приходит чаще всего с океана, и он более тёплый.
8. Почему иногда бывает всё наоборот: прекрасная погода в циклоне, и мрак в антициклоне?
Потому что природа устроена гораздо сложнее, чем та схема, которую я нарисовал. Например, зимой в антициклоне может быть инверсия, когда воздух внизу холоднее, чем наверху, и образуется сплошная облачность, из которой могут даже выпадать моросящие осадки. А в каких-то частях циклона, например, за холодным фронтом, воздух может не подниматься, а опускаться. Разные циклоны так же не похожи друг на друга, как разные девушки:) Погода никогда не повторяется, и потому за ней так интересно наблюдать.
Еще совсем недавно, до изобретения спутников, метеорологи не могли и представить, что ежегодно в земной атмосфере возникает около 150 циклонов и порядка 60 антициклонов.
Теперь же ученым известно не только их количество, но и процесс образования, а также влияние на на Земле. Что же это за природные явления? Как они возникают и какую роль играют в земном климате?
Что такое циклон?
В тропосфере (нижнем атмосферном слое) беспрестанно появляются и исчезают атмосферные вихри. Многие из них довольно малы, но некоторые имеют огромный размер и достигают в поперечнике нескольких тысяч километров.
Если такой вихрь движется против часовой стрелки в северном полушарии или по часовой в южном, а внутри наблюдается область пониженного давления, то его называют циклоном. Он имеет колоссальный запас энергии и приводит к негативным погодным явлениям, таким как гроза, сильные ветры, шквалы.
В зависимости от места образования циклоны бывают тропические и внетропические. Первые возникают в тропических широтах и обладают небольшими размерами (несколько сотен километров в диаметре). В их центре обычно находится район диаметром 20–25 км с солнечной погодой, а по краям бушуют бури и ветры.
Внетропические циклоны, образуемые в полярных и умеренных широтах, достигают гигантских размеров и одновременно покрывают большие территории земной поверхности. В разных районах их называют по-разному: в Америке – , в Азии – тайфуном, а в Австралии – вилли-вилли. Каждый мощный циклон получает собственное имя, например Катрина, Сэнди, Нэнси.
Как возникает циклон?
Причина возникновения циклонов кроется во вращении земного шара и связана с силой Кориолиса, согласно которой при движении против часовой стрелки вихри отклоняются в левую сторону, а по часовой уходят вправо. Формирование циклонов происходит в тех случаях, когда теплые экваториальные массы воздуха встречаются с сухими арктическими потоками. При столкновении между ними возникает барьер – атмосферный фронт.
В попытке преодолеть эту границу холодные потоки оттесняют часть теплых слоев, а те, в свою очередь, сталкиваются с идущими за ними холодными массами и начинают вращение по эллипсоидной траектории. Постепенно они захватывают прилагающие воздушные слои, втягивают их в свое движение и перемещаются по поверхности Земли со скоростью до 50 километров в час.
Что такое антициклон?
Антициклоны, как видно из названия, выступают полной противоположностью циклонам и приносят на определенные территории хорошую погоду.
В их внутренней части находится область повышенного давления, а скорость движения варьируется от 30 до 40 километров в час в зависимости от полушария. Нередко антициклоны зависают в неподвижном состоянии, надолго сохраняя в конкретном регионе малую облачность, безветрие и отсутствие осадков.
В летнее время антициклоны приводят к жаре, зимой, напротив, – к сильным морозам. Возникают они в приполярных или субтропических широтах, причем при образовании над мощным ледовым покровом (например, в Антарктиде) становятся более выраженными.
Для антициклонов характерны резкие перепады температур на протяжении суток, что объясняет отсутствие осадков, которые, как правило, оказывают влияние на температуру и делают разницу в градусах не столь заметной. Иногда во время их движения над земной поверхностью появляются туманы или слоистые облака.
Как развиваются антициклоны?
Антициклоны имеют более сложную структуру, нежели циклоны. В северном полушарии в них передвигаются по часовой стрелке, в южном – против. К образованию антициклонов приводит вторжение холодных воздушных потоков в более теплые.
В результате в области столкновения повышается давление и образуется так называемый высотный гребень, под которым начинает формироваться центр вихря. По мере разрастания антициклоны достигают размеров до нескольких тысяч километров в диаметре и передвигаются с запада на восток, отклоняясь к нижним широтам.
