34. Циркуляция внетропических широт. Циклоны и антициклоны, их возникновение, эволюция, перемещение. Погода в циклонах и антициклонах.

Основную площадь внетропических широт занимают умеренные пояса. Именно в них протекают атмосферные процессы, играющие ведущую роль в циркуляции атмосферы, формировании погоды и климата этих и сопредельных широт. Умеренные широты характеризуются западным переносом воздуха во всей толще атмосферы, обусловленным термическими и динамическими причинами. Исключение составляют восточные окраины материков, где развит муссонный перенос воздушных масс.

В нижней тропосфере основу западного переноса составляют западные ветры внешних полярных периферий субтропических океанических барических максимумов. Последние являются как бы «ветроразделами» Земли, от которых ветры оттекают и к экватору (пассаты), и к умеренным широтам. Западные ветры лучше выражены и наиболее устойчивы в южном полушарии. Там, южнее субтропического пояса высокого давления, ярко выраженного зимой, но сохраняющегося в виде почти непрерывной полосы даже летом, находится постоянный пояс пониженного давления вокруг Антарктиды. В северном полушарии существенная неоднородность подстилающей поверхности (материки и океаны), значительные сезонные контрасты всех метеорологических характеристик и быстрая их изменчивость в

меридиональном направлении приводят к большой неустойчивости атмосферных процессов. Поэтому западные ветры здесь в чистом виде присущи океанам и западным половинам материков и выявляются лишь из статистического анализа многолетних данных.

Циклоны и антициклоны. Характерной особенностью умеренных широт является разнообразие воздушных масс: арктических (антарктических), полярных (они господствующие), тропических, как морских, так и континентальных, смещающихся с запада на восток и трансформирующихся при этом. Между различными воздушными массами постоянно возникают и также меняют свое положение атмосферные фронты, на которых образуются неустойчивые волны, дающие начало циклонам и антициклонам умеренных широт – крупномасштабным атмосферным вихрям с разными системами ветров, осложняющими западный перенос воздуха. Их постоянное возникновение, развитие, перемещение в восточном направлении и разрушение – основная особенность атмосферной циркуляции умеренных и сопредельных широт, которую называют циклонической деятельностью.

Циклоны умеренных широт – огромные плоские восходящие воздушные вихри с системой ветров, дующих в северном полушарии против часовой стрелки, а в южном – по часовой стрелке и сходящихся к их центру. У земной поверхности они характеризуются пониженным давлением.

Атмосфера является чрезвычайно подвижной средой, где постоянно формируются и разрушаются вихри различных размеров. Самые мелкие из них со скоростями ветра 100-200 м/с – торнадо (в Европе их называют тромбами), обладающие большой разрушительной силой, способные поднимать в воздух автомобили, вырывать из Земли с корнем вековые деревья, стирать с лица Земли поселения, имеют диаметр от 20 м до 1-2 км. Время их существования – от нескольких минут до нескольких часов. Наиболее крупные атмосферные вихри – внетропические циклоны и антициклоны, имеющие различные размеры и достигающие в диаметре нескольких тысяч километров

Цикло́н — атмосферный вихрь огромного (от сотен до нескольких тысяч километров) диаметра с пониженным давлением воздуха в центре.

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.

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 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.

Антицикло́н — область повышенного атмосферного давления с замкнутыми концентрическими изобарами на уровне моря и с соответствующим распределением ветра. В низком антициклоне — холодном, изобары остаются замкнутыми только в самых нижних слоях тропосферы (до 1,5 км), а в средней тропосфере повышенное давление вообще не обнаруживается; возможно также наличие над таким антициклоном высотного циклона.

Высокий антициклон — теплый и сохраняет замкнутые изобары с антициклонической циркуляцией даже и в верхней тропосфере. Иногда антициклон бывает многоцентровым. Воздух в антициклоне в северном полушарии движется, огибая центр по часовой стрелке (то есть отклоняясь от барического градиента вправо), в южном полушарии — против часовой стрелки. Для антициклона характерно преобладание ясной или малооблачной погоды. Вследствие охлаждения воздуха от земной поверхности в холодное время года и ночью в антициклоне возможно образование приземных инверсий и низких слоистых облаков (St) и туманов. Летом над сушей возможна умеренная дневная конвекция с образованием кучевых облаков. Конвекция с образованием кучевых облаков наблюдается и в пассатах на обращенной к экватору периферии субтропических антициклонов. При стабилизации антициклона в низких широтах возникают мощные, высокие и теплые субтропические антициклоны. Стабилизация антициклонов происходит также в средних и в полярных широтах. Высокие малоподвижные антициклоны, нарушающие общий западный перенос средних широт, называются блокирующими.

Синонимы: область высокого давления, область повышенного давления, барический максимум.

Антициклоны достигают размера несколько тысяч километров в поперечнике. В центре антициклона давление обычно 1020—1030 мбар, но может достигать 1070—1080 мбар. Как и циклоны, антициклоны перемещаются в направлении общего переноса воздуха в тропосфере, то есть с запада на восток, отклоняясь при этом к низким широтам. Средняя скорость перемещения антициклона составляет около 30 км/ч в Северном полушарии и около 40 км/ч в Южном, но нередко антициклон надолго принимает малоподвижное состояние.

Признаки антициклона:

Ясная или малооблачная погода

Отсутствие ветра

Отсутствие осадков

Устойчивый характер погоды (заметно не меняется во времени, пока существует антициклон)

В летний период антициклон приносит жаркую малооблачную погоду. В зимний период антициклон приносит сильные морозы, иногда также возможен морозный туман.

Важной особенностью антициклонов является образование их на определённых участках. В частности, над ледовыми полями формируются антициклоны. И чем мощнее ледовый покров, тем сильнее выражен антициклон; именно поэтому антициклон над Антарктидой очень мощный, а над Гренландией маломощный, над Арктикой — средний по выраженности. Мощные антициклоны также развиваются в тропическом поясе.

Интересным примером резких изменений в формировании различных воздушных масс служит Евразия. В летнее время над её центральными районами формируется область низкого давления, куда засасывается воздух с соседних океанов. Особенно сильно это проявляется в Южной и Восточной Азии: бесконечная вереница циклонов несет влажный тёплый воздух вглубь материка. Зимой ситуация резко меняется: над центром Евразии формируется область высокого давления — Азиатский максимум, холодные и сухие ветры из центра которого (Монголия, Тыва, Юг Сибири), расходящиеся по часовой стрелке, разносят холод вплоть до восточных окраин материка и вызывают ясную, морозную, практически бесснежную погоду на Дальнем Востоке, в Северном Китае. В западном направлении антициклоны влияют менее интенсивно. Резкие снижения температуры возможны только, если центр антициклона переместится к западу от точки наблюдения, потому что ветер меняет направление с южного на северный. Подобные процессы часто наблюдаются на Восточно-Европейской равнине.

Крупнейший антициклон в Солнечной системе — Большое красное пятно на Юпитере.

Вся система воздушных течений над земным шаром называется общей циркуляцией атмосферы. Причиной движения воздуха в атмосфере является разница давления над земной поверхностью, что обусловлено неравномерностью распределения солнечной радиации и неоднородностью подстилающей поверхности.

На земле действуют постоянные ветры, дующие всегда в одном направлении — от поясов высокого давления к поясам низкого давления.

Низкое давление над экватором объясняется тем, что здесь сильно нагретый легкое воздух постоянно поднимается вверх. В верхних слоях тропосферы оно растекается в направлении полюсов, охлаждается и примерно над ЗО "с с.ш. и ю.ш. начинает опускаться. Здесь возникают тропические пояса высокого давления. Формируются постоянные ветры, дующие от 30 ° с. Ш до экватора (северная-восток ни пассаты) и от 30 ю.ш. к экватору (юго-восточные пассаты.

В умеренных широтах дуют преимущественно западные ветры, их образования объясняется тем, что от тропических поясов высокого давления ветра направлены не только к экватору, но и к полюсам, поскольку около 65 с. ш. и юж. ш. находятся пояса низкого давления. Вследствие вращения Земли эти ветры отклоняются от своего меридионального направления вправо (в Северном полушарии) и влево (в Южном полушарии). Так образуется мощное западное переноски.

Над обоими полюсами Земли воздух холодный и тяжелый. Здесь формируются пояса высокого давления. Отсюда ветры направлены в 65 с. ш. и 65 ° ю. ш. Под влиянием вращения Земли они превращаются в северо-восточные (в Северном полушарии) и в юго-восточные (в Южном полушарии) ветры,

Общая схема движения воздушных масс усложняется и муссонной циркуляцией, лучше всего выраженной на востоке Евразии. На общую циркуляцию атмосферы всего влияют циклоны и антициклоны. Они могут достигать в диаметре нескольких тысяч километров.

На Земле существует и местная циркуляция. Она охватывает небольшие территории. Среди местных ветров наиболее известны бризы, возникающие на побережье морей. Дневной бриз дует с моря на суше, ночной — наоборот.

Циклоны и антициклоны являются замкнутыми областями соответственно низкого и высокого давления — своеобразными атмосферными вихрями восходящего и нисходящего потоков воздуха.

Циклон — крупномасштабный атмосферный вихрь с пониженным давлением в центре и восходящими потоками воздуха. В Северном полушарии циклон имеет общее вращение против часовой стрелки. Циклон умеренных широт достигает в диаметре 1000—3000 км. С циклоном связаны большие области облаков и осадков. Зимой с приходом циклона наступает потепление, летом — снижение температуры воздуха.

Антициклон — область повышенного атмосферного давления с максимальным давлением в центре и нисходящим потоками воздуха. Растекаясь у поверхности земли, воздуха предоставляет антициклона в Северном полушарии вращение по часовой стрелке. Антициклоны достигают в диаметре тысяч километров. Для антициклона характерны ясные погоды, отсутствие облачности и осадков. В центре антициклона — штиль. Зимой с антициклоном в умеренных широтах связано резкое понижение температуры (вследствие ночного вихолоджування земной поверхности). Летом, наоборот, с антициклоном связано повышение температур (благодаря поступлению прямой солнечной радиации в течение долгого дня).

Атмосферный фронт — переходная зона между двумя воздушными массами с различными физическими свойствами. Атмосферный фронт называется теплым, если теплый воздух наступает на холодное, вытесняя его. С теплым фронтом обычно связано потепление, восходящее скольжение теплого воздуха по отступающим холодном, образование слоисто-дождевых облаков с обложнимы осадками.

Холодный атмосферный фронт возникает в случае, если холодный воздух вытесняет теплый. С холодным фронтом обычно связано похолодание, усиление ветра, увеличение прозрачности воздуха. В результате подъема теплого воздуха по клину холодного возникают кучево-дождевые облака и осадки — летом ливневого характера, с грозами, градом.