Общая циркуляция атмосферы
.pdfОБЩАЯ ЦИРКУЛЯЦИЯ АТМОСФЕРЫ
Общая циркуляция атмосферы. Автор-составитель Ю.Л.Мельчаков. Екатеринбург, 2010.
- 10с.
Рассмотрен один из важнейших климатообразующих процессов. Показана планетарная циркуляция в верхней и нижней тропосфере, их неразрывная взаимосвязь. Дана традиционная трактовка звеньев циркуляции атмосферы и новые воззрения по данному вопросу. Подробно охарактеризованы муссоны.
Учебное пособие предназначено прежде всего для студентов, изучающих общее землеведение, а также - учителей географии и всех интересующихся этой наукой. Пособие окажет реальную помощь и абитуриентам при подготовке экзамена по географии.
КРАТКОЕ ВВЕДЕНИЕ
Английский ученый Хэдли 1 (другое произношение его фамилии - Гадлей 2) в 1735 г. заметил: « Никому из писавших на тему пассатов не удалось полностью объяснить причины возникновения пассатов». В 1957 г. один из авторитетов в области общей циркуляции атмосферы (ниже - ОЦА) американец Лоренц сделал вывод: «Эти слова точно характеризуют состояние наших знаний в этой области и в настоящее время. Исчерпывающего объяснения ОЦА не найдено».
Подчеркивая огромную роль ОЦА как одного из климатообразующих процессов, главного «режиссера», управляющего таинством становления погоды в любом месте планеты, приведем такой пример. В начале, октября 1999 г. погода значительной части российской территории была необычно теплой. Так, в г. Екатеринбурге метеорологи 6 октября зафиксировали дневную температуру +20,0 град., а 7 октября среднесуточную температуру 14,9 град., что превысило соответствующие показатели за весь период наблюдений 3. Возможно, был «побит» рекорд и 12 октября: в 24-00 температура воздуха составила 16 град. Причина такого необычного тепла - нахождение Урала на западной периферии обширного антициклона, где основной поток воздуха с юга, из сильно прогретых районов. В качестве второго примера предлагаю вспомнить л ю б о е резкое изменение погоды за короткий промежуток времени. И, согласитесь, всегда была «виновата» ОЦА.
1. Определение ОЦА. Причины. ОЦА принято называть систему крупномасштабных воздушных течений над земным шаром, т.е. таких течений, которые по своим размерам соизмеримы с большими частями материков. От ОЦА отличают местные циркуляции, такие, как бризы на побережьях морей и крупных озер, ледниковые ветры, горно-долинные ветры, фены и
др.
К ОЦА относятся: пассаты, муссоны, воздушные течения, связанные с циклонами и антициклонами, а также наблюдающиеся в верхней тропосфере и нижней стратосфере струйные течения.
ОЦА слагают: горизонтальные течения (ветры) и вертикальные, связанные между собой.
Главная причина основных движений воздуха в атмосфере заключается в неравномерном распределении тепла на земной поверхности и прежде всего в его зональности, которая обусловливает постоянное существование разности температур между экватором и полярными областями.
В местах с неодинаковым нагревом (экватор - полюс) вертикальный столб воздуха с одной и той же массой над более нагретым участком расширяется более и оказывается выше, чем над менее нагретым. Все слои атмосферного воздуха с одинаковыми массами оказываются здесь более толстыми, а их верхние границы приподнятыми и опускающимися от более теплой атмосферы к более холодной.
Если представить в атмосфере поверхности равного давления (т.н. изобарические поверхности), то они тоже будут наклонены от экватора к полюсам. Так, изобарическая поверхность 300 гПа проходит зимой над экватором на высоте около 9700 м, а над северным полюсом на высоте около 8400 м. Если же в этих условиях мы выберем какой-нибудь определенный уровень в атмосфере, то вдоль такого уровня атмосферное давление будет уменьшаться от акватора к полюсам. При неизменности начального давления у поверхности земли теплой атмосфере наверху соответствует высокое давление, а холодной - низкое.
1ХЭДЛИ (Hadley) Джон (1682-1744), английский механик и астроном, член Лондонского королевского общества (1717), его вице-президент (1728). Изобрел (1730) отражательный секстант, позволяющий в качку на море измерять углы с точностью до 1°. Создал большие отражательные телескопы.
2 В XVIII в. было принято называть англичан по латинскому прочтению. Вспомните у М.В.Ломоносова: «и быстрых разумом Невтонов Российская земля рождать» (I. Newton - И. Ньютон).
3 Екатеринбург является вторым в России пунктом по времени начала регулярных инструментальных метеорологических наблюдений (с января 1836 г.) Первые инструментальные наблюдения начаты в январе 1734 г. маркшейдером А.Татищевым.
3
Однако не надо забывать, что рассмотренное распределение давления есть среднее многолетнее, распределение давления в конкретные сроки наблюдения может быть весьма разнообразным.
Существование ОЦА кроме отмеченной зональности тепла обусловлено также физическими свойствами земной поверхности и отклоняющим влиянием вращения Земли на воздушные потоки.
2. Планетарная циркуляция в верхней тропосфере. Итак, барические градиенты в верхней тропосфере направлены вдоль меридианов в сторону полюсов. Движущиеся воздушные массы, отклоненные эффектом Кориолиса, приобретают западное направление. Над всем земным шаром, за исключением экваториального пояса, в верхней тропосфере воздушные потоки направлены вдоль параллелей с запада на восток.
Таким образом, в верхней тропосфере мы может наблюдать западный перенос воздуха вокруг полюса, где давление наиболее низкое. Это своего рода планетарный циклонический вихрь над каждым полушарием: против часовой стрелки над северным и по часовой стрелке над южным полушарием.
Исключением являются самые низкие широты. Почему? - Самое высокое давление в верхней тропосфере обнаружено не над экватором, а несколько севернее и южнее него. Субтропические зоны высокого давления смещаются с высотой в направлении к экватору, однако их оси в верхней тропосфере все-таки располагаются на некотором расстоянии от экватора. Следовательно, в сравнительно узкой зоне вблизи экватора, барический градиент в верхней тропосфере направлен к экватору. Поэтому ветры, отклоненные вращением Земли, приобретают восточную составляющую. Ширина этого пояса восточных ветров непостоянна, она испытывает сезонные и межгодовые изменения. Иногда пояс вообще исчезает - соответственно, над всей планетой в верхней тропосфере устанавливается перенос воздуха с запада на восток. Природа и климатологическое значение этого явления еще недостаточно выяснены.
3. Планетарная циркуляция в нижней тропосфере. Планетарная циркуляция воздуха имеет в целом зональный характер. Однако она чрезвычайно осложнена влиянием подстилающей поверхности. Главное здесь - чередование материков и океанов.
Отток воздуха в верхней тропосфере от приэкваториальных широт к северу и к югу обусловливает существование в приземной тропосфере у экватора зоны пониженного давления
- экваториальной барической депрессии (ложбины). Это зона схождения тропических ветров - пассатов (или пассатов с экваториальными западными ветрами) имеет и другое название -
внутритропическая зона конвергенции 1(ВЗК). На самом деле здесь две зоны конвергенции: по обе стороны от термического экватора Зоны конвергенции расположены под высотными барическими гребнями. В верхней тропосфере в этих гребнях происходит дивергенция (расходимость), следовательно, убыль воздуха, уменьшение его массы в вертикальном столбе атмосферы и, соответственно, давления на земную поверхность. Это и создает барическую ложбину в нижней тропосфере в приэкваториальных широтах, обусловливает конвергенцию и развитие восходящих движений.
Отмеченные две зоны конвергенции, не всегда хорошо выраженные, отделены неширокой (несколько сотен километров) и несплошной полосой неустойчивых западных ветров и штилей в экваториальном воздухе (хотя здесь нередко проносятся и шквалы!)
1ВНУТРИТРОПИЧЕСКАЯ ЗОНА КОНВЕРГЕНЦИИ (сходимости), в атмосфере тропиков близ экватора, между' пассатами Северного и Южного полушарий. Ширина несколько сотен км. От пассатов отличается ослаблением скоростей ветра и интенсивным развитием конвективных облаков, из которых выпадают обильные осадки.
2 ТЕРМИЧЕСКИЙ ЭКВАТОР, широтная полоса с наиболее высокими средними многолетними температурами воздуха у земной поверхности (26-27 °С). В январе примерно совпадает с географическим экватором, в июле смещается к 20-25 °северной широты. Среднегодовое положение термического экватора на 10 °северной широты (смещение к северу обусловлено значительным развитием суши в тропиках Северного полушария, прогревающейся сильней, чем океанические воды).
Как ранее отмечалось, между отдельными географическими типами воздушных масс находятся климатологические фронты, в рассматриваемом случае - это тропические фронты. С тропическими фронтами связаны активные атмосферные возмущения, нарушающие нормальное состояние в основных потоках. Однако надо заметить, что это представление не общепринятое, т.к. сходящиеся воздушные массы, в отличие от зон конвергенции во внетропических широтах, мало различаются по температурным признакам (обе массы - и экваториальная, и тропическая - сильно прогреты). Исключением являются окраины материков и океанов, где сходятся более разнородные воздушные массы. Поэтому, согласно более новым воззрениям, вместо понятия «тропический фронт» понятие «внутритропическая зона конвергенции» относят лишь к активным участкам пояса экваториальной депрессии.
Пассаты, сходящиеся в экваториальной ложбине, приносят сюда много влаги из тропических широт океанов, которая при восходящих движениях воздуха и его адиабатическом охлаждении задерживается здесь, обеспечивает высокую влажность всей толщи тропосферы, выпадение обильных осадков и переход большого количества скрытого тепла в явную форму. В таких условиях происходит формирование экваториального воздуха, характеризующегося прогретостью до больших высот и максимальным влагосодержанием, придающим ему вертикальную неустойчивость: влажноадиабатические градиенты в нем обычно существенно меньше вертикальных температурных градиентов, а это является необходимым условием для развития конвекции.
В полярных областях над холодными поверхностями происходит охлаждение и уплотнение нижних слоев воздуха, ведущее к оседанию толщи тропосферы. Оседание поддерживает конвергенцию в верхней тропосфере, существующую в соответствии с направлением барических градиентов, обусловливающую увеличение массы вертикального стоба воздуха. Образуются области повышенного давления в нижней тропосфере. Барические градиенты направлены в сторону умеренных широт. Ветры от полюсов расходятся вдоль меридианов и, отклоняемые вращением Земли, приобретают восточную составляющую.
Поэтому в полярных областях преобладают восточные ветры В толще тропосферы развиты нисходящие движения воздуха и температурные инверсии. Инверсии обусловлены адиабатическим нагреванием опускающегося воздуха и охлаждением его приземных слоев в результате излучения.
На полярных окраинах умеренных широт и в субполярных широтах в нижней тропосфере находятся пояса пониженного давления 1. Сразу сделаем оговорку: пояс пониженного давления
сплошной только в южном полушарии, т.к. в нем в этих широтах |
однородная |
водная |
поверхность. В северном полушарии, как известно, чередуются океаны |
и материки, |
которые |
имеют большие сезонные различия в тепловом режиме. Поэтому пояс пониженного давления разорван и представлен областями барических минимумов - Исландского и Алеутского с ложбинами, вытянутыми далеко на восток.
Причина существования поясов пониженного давления в рассматриваемых широтах - в отклонении силой Кориолиса циклонов из умеренных широт (несколько ниже мы сделаем необходимые пояснения).
Антициклоны, возникающие в полярных и умеренных широтах, этой же силой отклоняются к субтропикам, где они стационируют. Антициклонами и конвергенцией в верхней тропосфере обусловливается существование обширных поясов повышенного давления тропиков и субтропиков, горизонтальная ось которых в приземных слоях в среднем приходится на 30 - е параллели.
В южном полушарии этот пояс выражен круглый год почти без разрывов с центрами антициклонов над океанами. В северном полушарии в летние месяцы в нижней тропосфере он разрывается над континентами и выражен в виде обширных Северо-Тихоокеанского и СевероАтлантического максимумов. Но в средней и верхней тропосфере антициклональный режим циркуляции сохраняется над континентами и летом с характерными для него нисходящими движениями воздуха и температурной инверсией. При этом осложняет циркуляцию влияние подстилающей поверхности, в частности - высокие горы Азии.
При объяснении поясов пониженного давления мы отмечали отклонение циклонов из умеренных широт, а при объяснении поясов повышенного давления - отклонение антициклонов. Сформулируем вопрос применительно к северному полушарию: «Почему циклоны умеренных широт отклоняются влево, а антициклоны - вправо? Это связано с тем,1
1Обратите внимание: в школьной практике обычно упрощают этот материал и указывают
в целом умеренные широты, зато без субполярных.
что на стороне, обращенной к полюсу, отклоняющая сила вращения Земли больше, чем на стороне, обращенной к экватору (вспомним материал о движении Земли вокруг оси). Причина изменения силы Кориолиса в том, что линейные скорости с увеличением широты медленно уменьшаются в низких широтах и быстро - в высоких.
Пояса повышенного давления в субтропиках и барические ложбины у экватора и в субполярных широтах обусловливают направления барических градиентов в тропических поясах в сторону экватора, в умеренных —в сторону полярных областей. Этим при участии силы Кориолиса обусловлены зональные ветры - пассаты - в тропиках (преимущественно восточные ветры), и западные ветры в умеренных поясах, не отличающиеся постоянством вследствие большого развития здесь подвижных циклонов и антициклонов.
Итак, в нижней тропосфере каждого полушария существуют два пояса восточных ветров - тропический и полярный - и пояс западных ветров в умеренных широтах. А в экваториальной зоне имеется несплошной пояс западных ветров, формирующихся в условиях очень малых барических градиентов и небольшой силы Кориолиса, поэтому неустойчивых.
4. Основные звенья ОЦA, Циркуляция нижней и верхней тропосферы образует единую систему горизонтальных и вертикальных движений воздуха.
Рассмотрим звенья циркуляции, играющие важнейшую роль в климатообразовании на планете.
В тропических широтах в вертикальном разрезе показаны циркуляционные кольца - пассатные кольца (ячейки Хэдли). Экваториальные части ячеек Хэдли соответствуют экваториальной барической ложбине. Важнейшую роль в развитии восходящих движений воздуха в ней, образующих приэкваториальные вертикальные звенья ячеек, играет конвекция во влажнонеустойчивой тропосфере. Она приобретает большую интенсивность до значительных высот при конвергенции воздушных потоков в приземных слоях и дивергенции их в верхней тропосфере. Основное восхождение воздуха происходит по краям экваториальной ложбины в зонах конвергенции потоков тропического и экваториального воздуха, где оно охватывает всю толщу тропосферы до высот 15 - 16 км.
Существенным элементом в вертикальном звене ячейки Хэдли являются циклонические вихри диаметром до нескольких сотен километров. Некоторые из них превращаются в
тропические циклоны.
В субтропическом звене ячейки Хэдли, где она соприкасается с циркуляционной системой умеренных широт, обозначаемой схематически таюке в виде вертикальных колец - ячеек Феррела 1, происходит опускание воздуха в антициклонах и растекание его в сторону экватора и в сторону умеренных широт. Оба потока отклоняются силой Кориолиса. Первый из них принимает участие в формировании пассатов, второй - западных ветров умеренных широт. Подчеркнем, что опускание воздуха происходит во всем тропическом поясе, занятом пассатами, что обусловливает существование в нем устойчивых температурных инверсий на высотах 1 - 3 км. Опускание воздуха и следствие этого - инверсии - являются препятствием для развития восходящих движений воздуха, необходимых для образования облаков и осадков, и в этом их исключительно большая климатообразующая роль в тропическом и субтропическом поясах.
Пассаты относятся к наиболее устойчивым ветрам. Устойчивость пассатов связана с однородностью воздушных масс в тропиках, не создающих условий для формирования активных фронтов. Пассаты охватывают тропосферу преимущественно до высот 6 - 10 км. Имея антициклональное происхождение, они даже над океанами являются сухими, конвекция не идет дальше образования кучевых или слоисто-кучевых облаков, не дающих осадков.
На всех схемах ячейка Хэдли показана замкнутой. В действительности картина сложнее. В частности, надо иметь в виду, что вертикальные движения в тропосфере в сотни - тысячи раз слабее горизонтальных. Так, скорости опускания или подъема воздуха обычно выражаются в мм/с, реже - в см/с, а скорости ветра - в м/с. Следовательно, горизонтальные и вертикальные звенья ячейки неравнозначны. Пассаты питаются опускающимся воздухом лишь частично, примерно на 10 - 15 %. Основное их питание происходит за счет горизонтального переноса воздуха в процессе вихревой циркуляции. Пассаты - ветры па экваториальной стороне субтропических антициклонов.
Рассотрим кольца Феррела. Преобладающие западные ветры в умеренных широтах в верхней тропосфере обусловлены барическими градиентами, направленными от экватора к полюсам, в нижней - полосой повышенного давления и антициклонами в субтропиках: на их полярных перифериях ветры западные.1
1Названы по имени американского метеоролога XIX в.
6
Западный перенос характеризуется большой термической неоднородностью. Причины этого следующие. 1. Постоянное взаимодействие масс умеренного воздуха с массами тропического и арктического (или антарктического) происхождения. 2. Сами воздушные массы умеренного пояса в зависимости от того, сформировались они над океаном или континентом, в высоких или низких широтах умеренного пояса, сильно различаются по своим *свойствам. Следствием термической неоднородности являются постоянно действующие атмосферные фронты с активными циклонами и связанные с ними антициклоны.
Фронты, циклоны и антициклоны являются основными механизмами, создающими во внетропических широтах крупномасштабные вертикальные движения в тропосфере, связывающими ее нижние и верхние слои. Показанная на схемах учебных пособий вертикальная циркуляция очень упрощена. Так, восхождение воздуха происходит не только в субполярных широтах при взаимодействии потоков из умеренных и полярных широт, а опускание не только в субтропиках. Вертикальные движения развиты во всем умеренном поясе каждого полушария на подвижных фронтах, в циклонах и антициклонах в разнородных воздушных массах.
Циклоны и антициклоны осуществляют также межширотный обмен воздухом, переносят тепло и влагу из низких широт в высокие и холод в обратном направлении. В целом они играют огромную роль в циркуляции атмосферы во внетропических широтах. С ними в первую очередь здесь связаны погода и ее изменения, региональные особенности климата на фоне его глобальных закономерностей.
Третье, полярное кольцо включает опускание воздуха близ полюсов, перенос его в сторону экватора и восходящие движения.
Таким образом, выделяют три циркуляционных кольца в каждом полушарии.
5. Планетарные высотные фронтальные зоны (ПВФЗ) и волновые процессы в верхней тропосфере. Вихревая циркуляция во внетропических широтах имеет тесную связь с ПВФЗ - переходными зонами между основными географическими типами воздушных масс, иногда охватывающими весь земной шар. Для ПВФЗ характерны резкие перепады температуры, что предопределяет в них большие барические градиенты (ранее отмечалось, что в теплом воздухе в верхней тропосфере давление более высокое, чем в холодном, в нем давление с высотой падает медленнее). Повышенные барические градиенты - причина больших скоростей ветра. В связи с этим над высотными фронтальными зонами в верхней тропосфере и в нижней стратосфере развиваются интенсивные потоки воздуха, которые называются струйными течениями, их
преобладающее направление - западное.
История изучения струйных течений довольно интересна и поучительна. В 30-х гг. XX в. с высотных автоматических зондов сообщалось об ураганных ветрах на высотах около 10 км Однако этому не придали значения. И только во время II Мировой войны, когда летчики столкнулись с непонятными явлениями: на высотах 7 - 8 км самолеты, летевшие со скоростью 350 - 400 км/ч, зависали над одним и тем же объектом, а когда ложились на обратный курс, скорость становилась в два раза больше обычной - струйные течения начали всерьез изучать. Японцы пытались использовать струйные течения в военных целях: воздушные шары с грузом взрывчатки нацеливались на территорию США. но из-за низкой эффективности отказались от этой заманчивой идеи.
Учеными разных стран было установлено, что мощность струйных течений по вертикали составляет всего несколько километров, зато ширина - сотни, а протяжение - тысячи километров. Скорости ветра в них достигают 200 - 300, иногда 400 км/ч (по некоторым данным - даже 720 км/ч). Струйные течения, как и ПВФЗ, подвижны и изменчивы. Изменение их положения в пространстве, конвергенция потоков у их начала (входа) и дивергенция у их конца отражаются на распределении давления в толще тропосферы и в ее приземных слоях, движениях воздушных масс. Струйные течения являются важных фактором возникновения и развития циклонов и антициклонов. В 80-х гг. XX в. были открыты два новых обстоятельства: струйные течения пронизывают всю толщу тропосферы, являясь местами максимальной концентрации в ней кинетической энергии, и, второе - над Антарктидой резкие перепады в скорости ветра по вертикали отмечаются уже на высотах 300 - 500 м, что представляет собой большую угрозу самолетам.
География струйных течений. Они наблюдаются почти по всему земному шару. Чаще всего регистрируются над Японией (именно там американские летчики подчас не могли выполнять бомбометания в заданных районах), над Великобританией и Исландией. В СНГ наблюдаются гораздо реже (по причине удаленности от теплых океанов), но все же чаще - над Кавказом и Средней Азией, между Москвой и С.-Петербургом.
В верхних слоях тропосферы умеренных и низких широт существуют волны, причем особого внимания заслуживают планетарные волны - чередование барических гребней и
7
ложбин. В окружности Земли укладывается три - шесть таких волн. Длина их в умеренных широтах - более 5 тыс. км, а в низких - до 10 тыс. км. Природа этих волн еще во многом не ясна, однако известно, что в происхождении их играет роль макроструктура поверхности планеты: существование океанов и материков, крупных горных массивов. Планетарные волны обусловливают меридианальные переносы тепла и холода, этим они способствуют фронтальной и вихревой циркуляции в толще тропосферы, развитию волн меньшего (синоптического) масштаба. Устойчивое стационирование гребней и ложбин над определенными территориями и акваториями может быть причиной долготных различий климата.
Таким образом, ПВФЗ и волновые процессы в верхней тропосфере являются важными составляющими ОЦА и механизма переноса воздуха.
6. Особенности ОЦA, обусловленные различиями подстилающей поверхности. Зоны циркуляции, показываемые на схемах, в действительности не сплошные. Они расчленены на отдельные ячейки вследствие различий термического режима на океанах и континентах, отражающихся на распределении атмосферного давления. Особенно характерно это для северного полушария, где океаны разделяются обширными континентами. Пояса давления и ветров в нижней тропосфере здесь четко выражены лишь над океанами. В южном полушарии, преимущественно океаническом, они расчленены слабее и достаточно четко выражены. В целом зональность циркуляции выражена в южном полушарии лучше. Это первая особенность циркуляции. В умеренных широтах, где суши почти нет, расчленение поясов отсутствует. Вторая особенность циркуляции южного полушария - ее большая интенсивность по сравнению с северным полушарием. Причина: разность температур «экватор - полюс» (главный «двигатель» ОЦА) в южном полушарии намного больше, чем в северном. В нижних слоях тропосферы, даже если учитывать средние температуры Антарктиды, приведенные к уровню моря, эта разность в течение всего года примерно в 1,5 раза больше, чем в северном полушарии. При этом основная величина разности температур приходится на умеренный пояс. Большим разностям температур соответствуют повышенные разности давления и скорости ветра. Средний меридианальный градиент давления в нижней тропосфере южного полушария между субтропиками и поясом пониженного давления в субполярных широтах в 5 (зимой) - 6 (летом) раз больше, чем в северном полушарии. Ветры в умеренных широтах южного полушария, в отличие от северного, не ослабевают и летом. Большим скоростям ветра способствует и малое трение, испытываемое воздушными потоками над однородной океанической поверхностью. Постоянные сильные ветры и активная циклоническая циркуляция дали повод мореплавателям назвать 40-е широты южного полушария «ревущими сороковыми».
7. Сезонные изменения ОЦА. Муссоны тропические и внетропические. Планетарная циркуляция атмосферы сильно изменяется по сезонам вследствие различий в нагревании северного и южного полушария, океанов и континентов. Сезонные изменения в нагревании полушарий сопровождаются перемещениями термического экватора и экваториальной барической ложбины, пассатных зон и субтропических поясов повышенного давления, а также климатологических фронтов. Летом северного полушария все пояса давления, ветров, преобладающих типов воздушных масс смещаются к северу, летом южного полушария - к югу. Особенно большую климатообразующую роль эти перемещения играют в субэкваториальных поясах. В них происходит смена по сезонам направления ветров и типов воздушных масс, характера циркуляции атмосферы и погоды.
Летом соответствующего полушария над этими поясами располагается экваториальная ложбина, вертикальное восходящее звено ячейки Хэдли. Пояса заполняются экваториальным воздухом, потоки которого имеют преимущественно западную составляющую. Погодные условия соответствуют зоне внутритропической конвергенции: облачно, выпадают обильные осадки. Зимой, когда термический экватор перемещается на юг и вместе с ним перемещаются и пояса циркуляции, субэкваториальный пояс охватывается пассатной циркуляцией с нисходящими движениями воздуха, с инверсией, с восточными ветрами, переносящими относительно сухой тропический воздух. Погода сухая.
Такие изменения характера циркуляции и погоды дали основание называть эти пояса
поясами экваториальных |
(тропических) |
муссонов |
1. Они охватывают весь земной шар. но |
|
1 МУССОН (от арабского |
маусим) - сезон. |
О муссонах жители Ближнего Востока и |
||
Индии знали очень |
давно. |
Еще |
в IV - III |
вв. до н.э. мореплаватели использовали |
закономерности смены ветров при плаваниях в Аравийском море. Древние греки узнали о муссонах во время походов А.Македонского в Индию (IV в. до н.э.). Красочное описание муссонов есть у А.Никитина (XV в.).
ширина их различна: мала над океанами и велика над материками; это связано с амплитудой сезонных перемещений термического экватора и ВЗК.
Сезонные перемещения областей давления - их оси смещаются примерно на 5 град, широты - создают важнейшие особенности климатического режима субтропиков. Летом они находятся под воздействием нисходящего вертикального звена циркуляционной ячейки Хэдли, обусловливающего температурные инверсии и отсутствие дождей. Отсюда начинаются пассаты и господство тропического воздуха. В целом субтропики летом по свойствам воздушных масс, циркуляционным и погодным условиям составляют продолжение тропических поясов.
Зимой, в связи со смещением зон циркуляции в сторону противоположного полушария, субтропики оказываются с полярной стороны пояса повышенного давления и стационарных антициклонов. Поэтому в них, как и в умеренных широтах, преобладает перенос умеренного воздуха с запада на восток, развита циклоническая деятельность и выпадают осадки 1.
Таким образом, сезонная смена характера циркуляции и режима погоды в субтропиках противоположна субэкваториальным поясам. Исключение: восточные окраины материков и омывающие их акватории, которые находятся в циркуляционных условиях муссонного типа.
Муссоны внетропических широт. Причина возникновения этих муссонов - в сезонных различиях нагревания и охлаждения океанов и материков. Между ними образуются барические градиенты, меняющие направление по сезонам, и ветры, которые обычно и называются муссонами. Зимой над сильно охлажденными материками изобарические поверхности в верхней тропосфере располагаются ниже, чем над океанами, барические градиенты направлены в сторону материка. Образуются потоки воздуха в этом же направлении, создающие «избыток» воздуха над материками и повышенное давление в приземных слоях атмосферы. В этих слоях барические градиенты обращены в сторону океанов и в соответствии с этим возникают ветры с материков на океаны. Летом циркуляция приобретает противоположный характер.
География муссонов. Экваториальные муссоны и муссоны внетропических широт выражены над Азией, Африкой, Индийским океаном, западной частью Тихого океана и Северной Австралией.
Особенно важное климатообразующее значение имеет летний муссон над Азией, охватывающий целиком ее южную и восточную части, а также прилегающие акватории с архипелагами островов. Он обусловлен пониженным давлением над нагретым материком с огромными пустынями и смещением под их влиянием ВЗК далеко на север, за линию тропика, до Гималаев и Южного Китая. Подчеркнем, что так далеко на север ВЗК нигде больше не перемещается. В ВЗК вовлекаются воздушные массы с Индийского океана (южный пассат), и тихоокеанские воздушные массы. Они обладают большим влагосодержанием, поэтому вертикально неустойчивы. В ВЗК в этих массах развиваются интенсивные восходящие движения, приводящие к обильным осадкам. Развитие этих атмосферных процессов происходит в условиях влияния сложного рельефа Южной и Восточной Азии, активизирующего их непосредственно: вынужденное поднятие при переваливании через горы или наоборот - вызывающего опускание воздуха. Как следствие - климатообразующий эффект муссонов имеет существенные региональные и местные особенности.
Возмущения, возникающие в муссонных потоках в зонах конвергенции и под влиянием подстилающей поверхности, перемещаются с ними и делают их неоднородными по структуре. С этим связано явление «пульсации муссонов» - чередование участков невозмущенного потока, в которых возможно развитие сравнительно слабой конвекции, с возмущенными вихрями циклонического характера, вызывающими обильные осадки, или с вихрями с нисходящими движениями воздуха, препятствующими образование облаков и осадков. «Пульсация муссонов» характерна для всех муссонов.
Зимой азиатский муссон связан с общим повышенным давлением в приземных слоях атмосферы над материком, формированием на этом фоне устойчивого антициклона и со смещением в это время экваториальной ложбины и ВЗК на Индийский океан и Северную Австралию. Основной отток воздуха, питающего зимний муссон, происходит на восточной периферии антициклона. Массы холодного континентального воздуха, двигаясь к югу, заполняют всю Восточную Азию от нашего Дальнего Востока до п-ва Индокитай. При этом происходит трансформация воздушных масс: нагревание (определяется направлением) и увлажнение над окраинными морями Тихого океана. Трансформированные массы воздуха1
1 Поэтому не следует доверять рекламным агентам, если они расписывают прелести чудесной погоды зимой в Средиземноморье: может быть, с погодой и не повезет. И вообще, если Вы способны заплатить несколько сотен «зеленых», то неужели не найдете возможности заранее «проштудировать» географическую литературу.
9
соединяются с северо-восточными потоками тихоокеанского воздуха (пассатами); так формируется морской тропический воздух. Он устремляется дальше на юг, пересекает экватор, под влиянием силы Кориолиса изменяет направление и в виде северо-западного летнего (для южного полушария) муссона, богатого влагой и влажнонеустойчивого, поступает в Северную Австралию. Там, участвуя в циркуляционных процессах ВЗК, муссон дает обильные осадки. Подчеркнем: в зимнем муссоне - пассате - осадки в Северной Австралии почти не выпадают.
Подчеркивая важность летних муссонов, приведем следующий факт. В тропиках, где солнечного тепла в избытке, ежегодные муссонные дожди необходимы для поддержания жизни более чем двухмиллиардного населения стран Южной, Юго-Восточной Азии и Африки. При этом муссон выступает в роли одновременно и кормильца, и убийцы. Так, отсутствие муссонных дождей приводит к засухам, потери урожая и голоду, а чрезмерная интенсивность муссона - к наводнениям. В обоих случаях - многочисленные жертвы (до сотен тысяч жизней1) Поэтому повышенный интерес метеорологов к муссонам легко объясним. В Индии разработкой прогноза муссонов начали заниматься еще в конце XIX в. Было установлено, что если выпадает около 750 мм осадков и меньше - следует ожидать засуху, если более 950 мм - наводнение. Метеорологи многих стран работают над созданием более совершенных и точных методов долгосрочных прогнозов времени наступления муссона, начала и конца его перебоев (пульсация муссонов), интенсивности и количества осадков.
ЛИТЕРАТУРА
Беттен Л. Погода в нашей жизни. М., 1985 Жаков С.И. Общие климатические закономерности Земли. М., 1984
Зверев А.С. Синоптическая метеорология. Л., 1957 КричакО.Г. Синоптическая метеорология. Л., 1956 Мильков Н.Ф. Общее землеведение, М., 1991 Неклюкова Н.П. Общее землеведение. М., 1976 Погосян Х.П. Атмосфера и человек. М., 1977 Погосян Х.П. Атмосфера, погода, климат. М., 1983 Пфейфер Ф. Погода интересует всех. Л.. 1966
Ратобылъский Н.С., Лярский П.А. Землеведение и краеведение. Минск, 1987 Хромов С П. Синоптическая метеорология. М., 1940 Хромов С.П. Метеорология и климатология. Л., 1968 Шепфер 3. Какая будет погода? Л., 1963 Шубаев Л.П. Общее землеведение. М., 1977
Мельчаков Юрий Леонидович Общая циркуляция атмосферы
Бумага Xerox |
Формат 21 х 27 |
Печать: принтер |
Уел. печ. л. 1,0 |
Уч. - изд. л. 1,0 |
Тираж 50 экз. |