ПОНЯТИЕ ОБ ОБЩЕЙ ЦИРКУЛЯЦИИ АТМОСФЕРЫ
Воздушна оболочка Земли - атмосфера - находится в постоянном движении. Силы, вызывающиедвижениевоздуха, возникаютвсвязиснеодинаковым нагреваниемСолнцем земной поверхности и воздуха в различных географических районах, а их действие направленокустановлениюравновесияватмосфере, устранениюнеравномерностейсостояния воздуханадполюсамииэкватором, надокеаномисушей, надгорамииравнинамиит.д.
Однако в действительности равновесия в атмосфере не бывает. Воздух постоянно перемещаетсяизоднихрайоновЗемливдругие, создаетцелую системуциркуляционных областей, опоясывающих весьземной шар. В каждойтакой циркуляционной области преобладаютсвоиветрыисвоераспределениедавления.Извсего разнообразиявоздушных теченийватмосфереможновыделитьглавные, наиболеезначительныепосвоиммасштабам инаиболееустойчивые. Такаясовокупность крупномасштабных, охватывающих большие географические районы, и относительно устойчивых (т.е. постоянно существующих) воздушных течений, называется общей циркуляцией атмосферы (ОЦА). ОЦА определяется многими факторами, наиболее важнымиизкоторыхявляются: лучистаяэнергияСолнца, вращениеЗемливокругсвоейоси, неоднородностьподстилающейповерхности, трениевоздухаоземнуюповерхность.
ЛучистаяэнергияСолнцаявляетсяосновнымисточникоматмосфернойциркуляции, а
неравномерное ее распределение на разных широтах и в разное время года - главной причиной глобальной циркуляции. Первоначальной причиной движения воздуха в горизонтальном направлении является неодинаковое распределение температуры, что приводиткнеравномерномураспределениюдавления.
ВращениеЗемлиидействиеприэтоминерционныхсилнаиболеесущественновлияет надвижениевоздухаватмосфереввысокихисреднихширотах. Наэкватореэтовлияние приближаетсякнулю. Еслибы Земляневращаласьиееповерхностьбылабыоднородна, схемаОЦАбылабыоченьпроста. Наиболеетеплымиоказалисьбынижниеслоиатмосферы в районе экватора, а наиболее холодными - в районе полюсов.
При этом у земной поверхностивоздухперемещалсябыотполюсакэкватору, авверхнихслоях - вобратном направлении. В этом случаевлюбойточкеСеверногополушарияуземнойповерхности наблюдалисьбысеверныеветры, ихарактерпогодыбылбыдовольнооднообразным.ВлияниеподстилающейповерхностинаОЦАнеограничиваетсятолькоприземным
слоем, араспространяетсянавсю тропосферуврезультатетурбулентногоперемешивания. Неоднородностьподстилающейповерхностизначительноусложняетциркуляциюатмосферы. Так, вследствиенеодинакового соотношения между площадями континентов и океанов в Северном и Южном полушариях (материки: Северное полушарие - 39,3%, Южное полушарие - 19,1%), циркуляцияатмосферывСеверномполушариизначительносложнее, чемвЮжном.
Трениевоздухаоземнуюповерхностьвсегдауменьшаетскоростьвоздушныхтеченийи изменяетихнаправление. Этопроисходитвпограничном слоеатмосферы, ограниченном высотой 1,0...1,5 км.
ОЦА тесно связана с распределением атмосферного давления возле земной поверхности и на высотах. Распределениедавления на уровне моря имеетзональный характер. Новкаждойзонеможноувидетьотдельныеобластивысокогоинизкогодавления, выраженные замкнутыми изобарами. Такие области называются центрами действия атмосферыиихчетковиднонаклиматическихкартахраспределенияатмосферногодавления вянвареивиюле (рис. 3.16 и 3.17). Центрыдействияатмосферы, которыеопределяютсяна климатических картахвсехмесяцевгода, называются перманентными. Другиецентры обнаруживаютсятольконалетнихилизимнихкартахиназываются сезонными.
В экваториальной зоне наблюдается низкое давление. В январе этот пояс располагается несколько южнее, а в июле - севернее экватора.
На юг и на север от экватора вдоль широт 30...35° располагаются зоны высокого давления. Онираспадаютсянаотдельныеобласти, которыеназываютсясубтропическими антициклонами. Центры этих антициклонов располагаются в субтропических широтах океанов. В Северном полушарии это Азорскрй антрцрклон, который образуется в субтропическихширотахАзорскихостровов, и Гавайскрй(Гонолульскрй) - вТихомокеане возлеГавайскихостровов.
ВЮжномполушариисубтропическиеантициклоныобразуютсяв южнойчастиАтлантическогоокеана - южноатлантрческрй, вюжнойчастиТихогоокеана - южнотрхоокеанскрйивюжнойчастиИндийскогоокеана - южнорндрйскрй.Над 60.65° Северного р Южного полушаррй наблюдается низкое давление. ВСеверномполушариизимойобластинизкогодавлениярасполагаютсяврайонеИсландиив АтлантическомокеанеиюжнееАляскивТихомокеане (ИсландскийиАлеутскийминимумы). Летом область низкого давлениявозлеИсландии выраженаслабо, аюжнееАляски не наблюдаетсясовсем.
Надполярнымррайонамркак Северного, таки Южногополушаррйрасполагаются зонывысокогодавления.
-72 -
Рис. 3.16. Распределение среджго атмосферного давления на уровне моря в январе (гПа)
-Ί3
Рис. 3.17. Распределен® среднего атмосферного давления на уровне моря в июле (гПа)
ВмеханизмеОЦАможновыделитьпятьширотныхциркуляционныхзон(рис. 3.18).
Рис. 3 .18. Упрощеннаясхемаобщейциркуляции
І.Низкоширотнсія зона в экваториальных и тропических широтах, лежащая в пределах 30° пообестороны экватора. Этопояснизкогодавления (зоназатишья). Здесьвоздух совершаетвосходящеедвижениеиввысокихслояхатмосферы оттекаеткполюсам. При этом воздушная массаотклоняетсяпод действием силы Кориолисавправо в Северном полушарии и влево - в Южном. Таким образом, первоначальные южные течения сначала становятсяюго-юго-западными, затемюго-западнымиинашироте 30°, гдеотклонениеот меридианадостигает 90°, этитеченияпринимаютзападноенаправление, чтозатрудняетв верхних слоях дальнейшее перемещение к северу экваториальных воздушных масс. Вследствиеэтого, атакжепотому, чтопространствомеждумеридианамипошироте 30° значительно меньше, чем на экваторе, над районами около 30° широты происходит накоплениевоздушныхмасс, что вызываетвэтихрайонахобразованиепоясавысокого давления.
В результатеэтого на широте 30° в нижних слоях тропосферы возникают барическиеградиенты, направленныеотэтогопоясанаюг(Северноеполушарие) инасевер (Южноеполушарие). Поддействием силы горизонтальногобарическогоградиентавоздух начинаетдвигатьсяотсубтропическихшироткэкватору. БлагодарясилеКориолисаэти воздушныетеченияотклоняютсявправо (Северноеполушарие) ивлево (Южноеполушарие). Врезультатеэтогообразуютсяпостоянныесеверо-восточныеветрыСеверногополушарияи юго-восточные - Южного. Эти ветры называются пассатами. Верхние юго-западные (северо-западные) потоки от экватора к субтропическим широтам называются антипассатами.Внизкоширотнойзонеусловияпогодыопределяются:
- процессами конвекции, вызывающими тропические ливни и грозы;
- летними (дождливый период) и зимними (засушливый период) муссонами;
- пассатной циркуляцией (северо-восточные пассаты Северного полушария и юго- восточныепассатыЮжного);
- тропическими циклонами, которые возникаютв концелета и осенью над океанами. Ежегодно в низкоширотной зоне возникает в среднем 100. .120 тропических циклонов, из них 75% приходитсянаСеверноеполушариеи 25% - наЮжное.
II-III. Умеренные зоны Северного и Южного полушарий, лежащие между полярнымикругами (60°) и 30° широтысоответствующегополушария. Здесьнаходится субтропический пояс высокого давления (35° Северного полушарияи 30° Южного полушария). Этот пояс характеризуется неустойчивыми и исключительно слабыми ветрами. ВСеверномполушарии, впределахэтогопояса, имеютсядвеобластивысокого давления(АзорскийантициклоннадАтлантическимокеаномиГонолульскийантициклон надвосточнойчастью Тихогоокеана). Субтропическийпоясвысокогодавленияделает климатв этих районах оченьсухим, всвязи счем образуютсяпустыни Колорадо в СевернойАмерике, СахаравСевернойАфрике, АравийскаяиИранскаяпустынивАзии. Такой же пояс пустынь прослеживается вдоль широты 30° Южного полушария (Атакама - вЮжнойАмерике, Калахари - вЮжнойАфрике, Виктория- вАвстралии). ЗимойнадсильновыхоложеннымиконтинентамиАзиииСевернойАмерикивозникают обширныеантициклоны.
Горизонтальный барический градиент направлен от субтропической области повышенногодавлениявдольмеридианакполюсам. Атаккакградиентныйветернаправлен перпендикулярно к силе горизонтального барического градиента вправо в Северном полушарииивлево - вЮжномполушарии, товтропосфере, вышеслоятрения, наблюдается западныйпереносвоздуха.
Вумеренныхзонахусловияпогодыопределяются:
-прохождением циклонови антициклонов, которыеприносятссобойбольшиеобъемы
воздуха с различным влагосодержанием, различными температурой и термодинами- ческимисвойствами. Втечениегодаздесьчастонаблюдаютсягрозы, шквалы, пыльные бури. Ветрыдуюткруглыйгод, приэтомскоростьихзимойбольше, чемлетом. ВЮжном полушариизону, гденаблюдаютсяэтиветры, называют “ревущимисороковыми”;
-большими сезонными колебаниями температуры. Над континентами формируются устойчивые и значительные по площади области высокого давления(Сибирский и Канадскийзимниеантициклоны), анадокеанами - областинизкогодавления(Исландский иАлеутскийминимумы). Втеплоевремягода, наоборот, антициклоны разрушаютсянад континентами, анадокеанаминаблюдаетсяростдавления(Азорскийантициклон, гребень тихоокеанскогоантициклона).
IV-V. Полярныезоны - арктическаяв Северном полушарии и антарктическая- в Южном, - расположенные над географическими полюсами в высоких широтах за полярнымкругом. Здесьрасположенпояснизкогодавления(60.70° вкаждомполушарии), которыйназываетсясубполярнымминимумом. ВЮжномполушарииэтотпояссплошнойи расположен надповерхностью океанов. В Северном полушарии онлучшевыраженнад Тихим океаном - междуАляской и Сибирью, анад Атлантическим океаном - между Гренландией и Норвегией. В этом поясеуповерхностиземли наблюдаетсясходимость северо-восточных и юго-западных ветров. Теплые воздушные массы встречаются с холоднымивоздушнымимассамиарктическогопроисхождения. Приэтом теплыйвоздух вытесняетсявверх, чтоприводиткинтенсивнойциклонической деятельности. Накартах распределениядавленияонавыражаетсяИсландским иАлеутским циклонами, авлетнее время- Сибирским (Азиатским) циклоном. Такимобразом, циркуляциявоздухавполярных зонахосуществляетсямеждупоясомпониженногодавленияиполюсами, гдерасположены зоны повышенногодавления. Ветры вэтойзоневосточные. В полярныхзонахусловия погодыопределяются:
-низкимитемпературами. Особеннохолодно вюжной полярнойобласти, гдепогодав разгарлетааналогичназимнимусловиямвумереннойзоне;
-прохождениемциклоновиантициклонов;
-слабымисуточнымиизменениямитемпературы;
-значительнымигодовымиколебаниямитемпературы.
Одной из особенностей погоды полярных областей является полное отсутствие конвективных процесов и связанных сними характерныхкучевообразныхоблаков и ливневыхосадков.
Расмотренная схема дает лишь приближенное представление об ОЦА. В действительности, ввысокихи умеренныхширотах постоянновозникаютциклоны и антициклоны, которыеприводяткусложнениюэтойсистемы.