Общая циркуляция атмосферы
Циркуляция – это система движения воздушных масс.
Циркуляция может быть общей в масштабах всей планеты и местной циркуляцией, которая происходит над отдельными территориями и акваториями. К местной циркуляции относятся дневные и ночные бризы, возникающие на побережьях морей, горно-долинные ветры, ледниковые ветры и др. Местная циркуляция в определенное время и в определенных местах может налагаться на течения общей циркуляции. При общей циркуляции атмосферы в ней возникают огромные волны и вихри, которые по-разному развиваются и перемещаются. Такими атмосферными возмущениями являются циклоны и антициклоны, являющиеся характерными чертами общей циркуляции атмосферы.
В результате движения воздушных масс, которое происходит под действием центров атмосферного давления, территории обеспечиваются влагой. В результате того, что в атмосфере одновременно существуют движения воздуха разных масштабов, накладывающихся друг на друга, атмосферная циркуляция является очень сложным процессом.
Движение воздушных масс в планетарном масштабе складывается под влиянием 3-х главных факторов:
- Зональное распределение солнечной радиации;
- Осевое вращение Земли и, как следствие, отклонение воздушных потоков от градиентного направления;
- Неоднородность поверхности Земли.
Данные факторы усложняют общую циркуляцию атмосферы.
Если бы Земля была однородна и не вращалась вокруг своей оси – тогда температура и давление у поверхности земли отвечало бы термическим условиям и носило широтный характер. Это значит, что уменьшение температуры происходило бы от экватора к полюсам. При таком распределении теплый воздух на экваторе поднимается вверх, а на полюсах холодный воздух опускается вниз. В результате на экваторе в верхней части тропосферы происходило бы его скопление, и давление было бы высоким, а на полюсах – пониженным. На высоте при этом воздух оттекал бы в том же направлении и приводил к уменьшению давления над экватором и его росту над полюсами. Отток воздуха вблизи земной поверхности происходил бы от полюсов, где давление высокое к экватору в меридиональном направлении. Получается, что термическая причина является первой причиной циркуляции атмосферы – разная температура приводит к разному давлению на разных широтах. В реальной действительности над экватором давление низкое, а у полюсов – высокое.
На однородной вращающейся Земле в верхней тропосфере и нижней части стратосферы ветры при их оттоке к полюсам, в северном полушарии должны отклоняться вправо, в южном полушарии – влево и при этом становиться западными. В нижней тропосфере ветры, оттекая от полюсов в сторону экватора и отклоняясь, стали бы в северном полушарии восточными, а в южном – юго-восточными. Хорошо просматривается вторая причина циркуляции атмосферы – динамическая. Зональная слагающая общей циркуляции атмосферы обусловлена вращением Земли. Существенное влияние на общую циркуляцию атмосферы оказывает подстилающая поверхность с неравномерным распределением суши и воды.
Циклоны
Для нижнего слоя тропосферы характерными являются вихри, которые появляются, развиваются и исчезают. Одни вихри очень маленькие и остаются незамеченными, другие же оказывают большое влияние на климат планеты. Прежде всего, это относится к циклонам и антициклонам.
Циклон – это огромный атмосферный вихрь с низким давлением в центре.
В Северном полушарии воздух в циклоне движется против хода часовой стрелки, в Южном полушарии – по часовой стрелке. Циклоническая деятельность в средних широтах является особенностью атмосферной циркуляции. Циклоны возникают благодаря вращению Земли и отклоняющей силе Кориолиса, и в своем развитии проходят стадии от зарождения до заполнения. Как правило, возникновение циклонов происходит на атмосферных фронтах.
Две противоположные по температуре воздушные массы, разделенные фронтом, вовлекаются в циклон. Теплый воздух на поверхности раздела внедряется в область холодного воздуха и отклоняется в высокие широты. Равновесие нарушается, и холодный воздух в тыловой части вынужден внедряться в низкие широты. Возникает циклонический изгиб фронта, который представляет собой огромную волну, двигающуюся с запада на восток. Стадия волны – это первая стадия развития циклона.
Теплый воздух поднимается и скользит по фронтальной поверхности в передней части волны. Возникшие волны длиной $1000$ км и более в пространстве неустойчивы и продолжают свое развитие. Циклон при этом со скоростью $100$ км в сутки смещается на восток, давление продолжает падать, а ветер становится сильнее, амплитуда волны увеличивается. Это вторая стадия – стадия молодого циклона. На специальных картах молодой циклон оконтуривается несколькими изобарами.
С продвижением теплого воздуха в высокие широты образуется теплый фронт, а продвижение холодного воздуха в тропические широты образует холодный фронт. Оба фронта являются частями единого целого. Теплый фронт движется медленнее холодного фронта.
Если холодный фронт догоняет теплый и смыкается с ним – образуется фронт окклюзии. Теплый воздух поднимается вверх и закручивается в виде спирали. Это третья стадия развития циклона – стадия окклюдирования.
Четвертая стадия – его заполнение – является заключительной. Происходит окончательное оттеснение теплого воздуха вверх и его охлаждение, температурные контрасты исчезают, по всей своей площади циклон становится холодным, замедляет движение и окончательно заполняется. От зарождения до заполнения жизнь циклона продолжается от $5$ до $7$ дней.
Циклоны несут пасмурную, прохладную и дождливую погоду летом и оттепели зимой. Летние циклоны движутся со скоростью $400$-$800$ км в сутки, зимние – до $1000$ км в сутки.
Антициклоны
Циклоническая деятельность связана с возникновением и развитием фронтальных антициклонов.
Антициклон – это огромный атмосферный вихрь с высоким давлением в центре.
Образуются антициклоны в тылу холодного фронта молодого циклона в холодном воздухе и имеют свои стадии развития.
В развитии антициклона выделяется только три стадии:
- Стадия молодого антициклона, который представляет собой низкое подвижное барическое образование. Он, как правило, перемещается со скорость циклона, находящегося впереди него. В центре антициклона давление постепенно растет. Преобладает ясная, безветренная, малооблачная погода;
- На второй стадии происходит максимальное развитие антициклона. Это уже высокое барическое образование с наибольшим давлением в центре. Максимально развитый антициклон может иметь размеры до нескольких тысяч километров в диаметре. В его центре формируются приземная и высотная инверсии. Погода ясная и тихая, но при высокой влажности возникает туман, дымка, слоистая облачность. По сравнению с молодым антициклоном максимально развитый антициклон перемещается значительно медленнее;
- Третья стадия связана с разрушением антициклона. Это высокое, теплое и малоподвижное барическое образование Стадия характеризуется постепенным падением давления воздуха и развитием облачности. Разрушение антициклона может происходить на протяжении нескольких недель, а иногда и месяцев.
