Общая циркуляция атмосферы

ветры.
Возникновение и развитие циклонов.
Возникновение и развитие антициклонов.
Циркуляция вышележащих слоев атмосферы.

неравномерному распределению атмосферного давления, а от распределения давления зависит движение

воздушных масс или воздушные течения.
На характер движения воздушных масс относительно земной поверхности влияют отклоняющая сила вращения Земли, в нижних слоях атмосферы – сила трения. Всю систему воздушных течений на Земле называют общей циркуляцией атмосферы. Общую циркуляцию атмосферы усложняют местные ветры, такие как бризы, горно-долинные и т.д. Общая циркуляция атмосферы отличается большой сложностью из-за постоянного возникновения и движения циклонов и антициклонов. Циклоническая деятельность играет большую роль в формировании погоды и климата на земном шаре.

ЭВМ показали, что ежегодно из одного полушария в другое в

результате сезонных изменений перераспределяется 4 триллиона (4х1012) тонн воздуха, главным образом, с муссонными ветрами. Летом атмосфера «тяжелеет» на 1 триллион тонн. Ученые объясняют этот процесс активизацией биохимических процессов, связанных с активизацией свободных газов.
Несмотря на значительную сложность и разнообразие общей циркуляции атмосферы характерны устойчивые особенности, повторяющиеся из года в год. Рассмотрим зональное распределение давления и ветра у земной поверхности.
Низкое давление на экваторе и высокое давление на полюсах обусловлено термическими причинами, т.е. условиями нагревания земной поверхности на экваторе и охлаждения ее на полюсах.

к субполярным широтам и снова растет к полюсам. При этом

меридиональный барический градиент направлен от субтропиков к экватору, от субтропиков же к полярным широтам, и от полюса к субполярным широтам. Направление барического градиента несколько раз меняется.
Причины образования зон высокого давления в субтропиках и зон низкого давления в субполярных широтах заключаются в динамических причинах, особенностях циклонической деятельности.
В умеренных широтах существуют как теплые, так и холодные воздушные массы, образуются циклоны и антициклоны, которые под действием силы Кориолиса отклоняются к 30 и 600 с. и ю.ш.

движении с запада на восток в то же время смещаются

к более низким широтам (к 350 с. и ю.ш.), и там усиливаются. Они образуют в каждом полушарии субтропическую зону высокого давления с осью около 35 параллели.
Циклоны, возникающие также в умеренных широтах, при своем движении к востоку отклоняются к более высоким широтам и сосредотачиваются там, образуя субполярную зону низкого давления с осью около 65 параллели. Такая сепарация циклонов и антициклонов зависит от изменения отклоняющей силы вращения Земли с широтой. В циклонах и антициклонах отклоняющая сила больше в той части вихря, которая ближе к полюсу. В циклонах эта сила направлена от центра и перемещаются они на север, а антициклоны – наоборот.

в тропиках, барический градиент направлен к экватору, что в совокупности

с отклоняющей силой создает восточный перенос, охватывающий всю тропическую зону.
По обращенной к полюсу периферии субтропической зоны в средних широтах создается западный перенос. Он простирается до оси субполярной зоны низкого давления, т.е. до 60 – 65 широты. Таким образом, в средних широтах наблюдается западный перенос, наиболее четко он выражен над океанами (особенно в южном полушарии).
Наиболее низкое давление у земной поверхности и в нижней тропосфере обнаруживается в субполярных широтах, вблизи 60 – 65 широты. Отсюда, по направлению к полюсу, давление растет. Следовательно, барический градиент направлен от полюса к субполярным широтам, что создает в полярном районе также восточный перенос.

общей циркуляции.
Тропические широты. Пассаты – это устойчивые восточные ветры умеренной

скорости, дующие в каждом полушарии из области субтропического высокого давления к экватору (средняя скорость 5 – 8 м/сек). Субтропические зоны высокого давления распадаются на отдельные антициклоны. Субтропические антициклоны вытянуты по широте. Поэтому на обращенной к экватору периферии изобары проходят параллельно широтам, и следовательно, пассаты должны иметь восточное направление. Однако в слоях, близких к земной поверхности, где действует трение, ветер отклоняется от изобар на некоторый угол в сторону низкого давления. Это значит, что на южной периферии субтропического антициклона в северном полушарии у земной поверхности образуются юго-восточные ветры. Пассаты северного полушария часто называют северо-восточными, а пассаты южного полушария – юго-восточными.

пассаты обладают большим постоянством направления. Так как пассаты – это

ветры антициклонов, они характеризуются нисходящими движениями воздуха, образованием слоя инверсии, который препятствует образованию конвективных облаков. Облака здесь не получают большого вертикального развития, не достигают уровня оледенения, который в тропиках лежит выше 5 км. Поэтому из облаков или не выпадают осадки, или выпадают незначительные кратковременные и мелкокапельные дожди, обусловленные взаимным слиянием капелек, без участия ледяной фазы.

но иногда и сильными, шквалистыми ветрами. Зона сходимости пассатов называется

внутритропической зоной конвергенции (тропический фронт). В результате сходимости воздушных масс, конвекция в этой зоне резко усилена и развивается до больших высот по сравнению с зонами пассатов. Облака превращаются в мощные кучевые и кучево-дождевые и из них выпадают обильные осадки ливневого характера.
Отмечается сезонное перемещение внутритропической зоны конвергенции и пассатов от января к июлю.

меняют свое направление от зимы к лету и от лета

к зиме на почти противоположное.
Муссоны, получившие развитие в тропических широтах, называются тропическими муссонами. Здесь возникновение их связано с различными температурными условиями и с различным сезонным положением экваториальной депрессии. Экваториальная депрессия смещается в июле в более высокие широты северного полушария, а в январе отодвигается в южное полушарие. Вследствие такого сезонного перемещения в некоторых областях по обе стороны от экватора, происходит сезонное изменение преобладающих барических градиентов и, следовательно, преобладающих ветров. Зимние муссоны совпадают по своему направлению с пассатами, а направление летних муссонов противоположно пассатному. По обе стороны от экватора над океаном сезонные смещения зон давления невелики, и муссоны не получают особого развития. Над материками распределение давления меняется от января к июлю достаточно сильно.

над Южной Африкой располагается область экваториальной депрессии. В июле область

экваториальной депрессии размещается над Сахарой, а над Южной Африкой – антициклон. Смена направления барических градиентов меняется от сезона к сезону, этим и объясняется возникновение над Африкой тропических муссонов.

тем, что сезонные изменения температуры здесь усилены огромным материком Евразия,

прогретым летом и охлажденным зимой. Кроме этого летом сюда смещается экваториальная депрессия, и над Южной Азией происходит резкая сезонная смена низкого давления на высокое и обратно с соответствующей муссонной циркуляцией. Зимний тропический муссон над полуостровом Индостан принято называть северо-восточным, летний – юго-западным. Преобладание в этом районе переноса воздуха зимой с материка на океан и летом с океана на материк приводит к важным особенностям погоды и климата: дождливый сезон совпадает с летним муссоном, а резко выраженный сухой сезон приходится на период зимнего муссона.

исключительно интенсивные по своей силе атмосферные вихри, развивающиеся над океанами

только в тропических широтах.
1.Районы возникновения тропических циклонов располагаются между 5 и 200 с. и ю. широты. Ближе 50 к экватору тропические циклоны не развиваются, т.к. отклоняющая сила вращения Земли здесь мала, чтобы образовать завихрение.
2.Тропические циклоны развиваются только над водной поверхностью
летом и осенью данного полушария, когда зона конвергенции не очень близка к экватору, а поверхность океана особенно разогрета (до 270 и более). Над сушей тропические циклоны не возникают, т.к. велика сила трения, что приводит к увеличению поступления воздуха внутрь циклона в нижних слоях атмосферы и ослаблению его силы.

температурной стратификации, возникают интенсивные восходящие движения.
4.Подъем сильно насыщенного воздуха сопровождается

выделением огромного количества тепла конденсации, которое определяет энергию циклона. Энергия 5 – 7-дневного циклона равна взрыву нескольких водородных бомб.
5.Подъем сильно нагретого влажного воздуха будет в том случае мощным, если в верхней тропосфере над развивающимся циклоном существует хорошо выраженная расходимость токов воздуха, т.е. здесь создается дефицит давления.
6.Предполагается, что очень благоприятные условия для возникновения тропического циклона создаются между тремя антициклонами.

десятка до сотни километров. Давление в тропическом циклоне падает до

960 – 970 мб (885 мм). Скорости ветра в циклоне достигают 30 – 50 м/сек, отдельные порывы достигают 60 – 100 м/сек.
Облачность в тропическом циклоне представляет собой почти сплошное гигантское грозовое облако, вертикальное развитие которого достигает 14 км. Выпадают сильные ливневые осадки, большой интенсивности достигают грозовые явления. В самом центре циклона обычно находится небольшая зона диаметром – десятки км, свободная от мощных облаков, со слабыми ветрами. Это «глаз» бури, циклона, характеризующееся нисходящими движениями воздуха. На спутниках «газ» циклона темного цвета.

бурно. Проносясь со скоростью более 39 м/сек, он захватывает огромные

пространства.
Тропический циклон сначала перемещается в целом с востока на запад, т.е. в направлении общего переноса в тропической зоне. Сила трения над морем мала, и под действием отклоняющей силы, тропический циклон смещается к высоким широтам. Общее направление движение тропического циклона в северном полушарии – к северо-западу, а в южном – к юго-западу.
Если при перемещении циклон попадает на материк, оставаясь еще в тропиках, он теряет силу, затухает, т.к. увеличивается трение, и как следствие, увеличивается приток воздуха внутрь циклона в нижних слоях. Если же тропический циклон заходит в умеренные широты, то начинает перемещаться в восточном направлении и становится циклоном умеренных широт.

запутанной и сложной. Тропические циклоны, в зависимости от места их

зарождения, называют по-разному: на Тихом океане – тайфун, в Атлантике – ураган, в Индии – циклон, в Австралии – вилли-вилли. Каждый циклон в северном полушарии получает свое собственное имя, чаще женское. Считается, что характер тайфуна также непредсказуем, как и женский. В 1975г. – году женщин, в Австралии решили давать тайфунам и мужские имена.
За последние 20 лет зарегистрировано более 500 циклонов (т.е. более 20 циклонов в год). Но бывают годы, когда прослеживается до 33 циклонов в год – 1967 г. При своем движении тропический циклон вызывает сильное волнение в море. Плоские берега, вблизи которых он проходит, затапливаются гигантскими волнами до 10 – 15 м высотой. В 1970 г., в Бангладеш, в ноябре, волна за несколько минут поглотила 250 тыс. человеческих жизней (плотность населения 460 чел./км2). В Японии в 1959 г., циклон со скоростью ветра до 90 м/сек оставил без крова более 1,5 млн. чел., погибло несколько сотен людей.

географических районов. Происхождение их различно.
Бризы. Бризами называют ветры у береговой

линии морей и больших озер, которые имеют резкую суточную смену направления. Днем морской бриз дует в нижних слоях атмосферы, мощностью от нескольких сот метров до нескольких км в направлении на берег, а ночью береговой бриз дует с берега на море. Бризы связаны с суточным ходом температур на поверхности суши и моря. Днем суша нагрета и температура ее поверхности выше, чем поверхности моря. Начинается подъем воздуха и отток его на высоте. Давление над сушей падает, а над морем растет. Начинается движение воздуха с моря на сушу – морской бриз. Ночью возникают обратные условия.

влажность, особенно резко это выражено в тропиках. В Индии морской

бриз понижает температуру воздуха на побережье на 2 – 30С и повышает относительную влажность на 10 – 20%. В Западной Африке эффект значительно больше: морской бриз приходит на смену нагретому континентальному воздуху и снижает температуру воздуха на 100С и более и повышает относительную влажность на 40% и более.

и вверх по горным склонам – долинные и склоновые ветры,

ночью горный ветер дует вниз по склонам к межгорной долине – горные ветры. Горно-долинные ветры хорошо выражены во многих котловинах и долинах Альп, Кавказа, Памира.
Под действием более интенсивной радиации в верхней части гор, днем над горными гребнями возникает усиленное восходящее движение воздуха. Давление падает, и как следствие этого воздух из прилегающих низменных участков устремляется вверх по склонам. Над склонами и в привершинной зоне существует тенденция к образованию в дневные часы облаков, иногда выпадают ливневые дожди с грозовыми явлениями.
Ночью излучение и охлаждение, а следовательно, и сжатие воздуха, в высокогорных районах выражены сильнее, чем в межгорных котловинах и долинах, и поэтому вниз, в долины ночью приходит с ветром более холодный воздух. Долинные ветры в Гималаях достигают ураганной силы.

не имеет суточной периодичности, т.к. температура поверхности ледника круглые сутки

производят на прилегающий воздух охлаждающее действие. Надо льдом господствует инверсия температур и холодный воздух стекает вниз по склону. Над некоторыми ледниками Кавказа скорость ледниковых ветров достигает 3 – 7 м/сек.
Явление ледниковых ветров в огромных размерах представлено над ледяным плато Антарктиды. Здесь над постоянным ледяным покровом, на периферии материка возникают стоковые ветры, которые представляют собой перенос охлажденного воздуха по наклону местности в сторону океана со скоростью 10 – 15 м/сек.

с высоких гор в долины. Фены известны во многих горах.

В Кутаиси отмечается 14 дней в году с феном, в Инсбруке (Австрия) – 75 дней, на Телецком озере – 150 дней. Фен возникает в любой горной стране, если воздушное течение общей циркуляции атмосферы пересекает хребет достаточной высоты.
Переваливая через хребет, фен опускается и в нем адиабатически повышается температура на каждые 100 м на 10. Относительная влажность в нем в то же время понижается по мере роста температуры. Таким образом, если высота горы 3000 м, на вершине температура –80С, воздух опустившись адиабатически нагрелся до температуры +220С.
Выделяют южный и северный фен. Если переваливают через хребет северные воздушные массы, то фен северный и наоборот.

низких горных хребтов в сторону достаточно теплого моря. Бора известна

с давних пор в районе Новороссийска, на Адриатическом побережье в Югославии. К типу боры относится ветер сарма на Байкале, норд в районе Баку, мистраль на Средиземноморском побережье Франции, нортсер в Мексиканском заливе.
В России бора возникает в районе Новороссийска, когда холодный фронт подходит к прибрежному хребту с северо-востока. Холодный воздух сразу же переваливает невысокий хребет. Низвергаясь вниз по склону под действием силы тяжести, воздух приобретает значительную скорость (более 20 м/сек.). Падая на поверхность воды, этот нисходящий ветер создает сильное волнение. При этом резко понижается температура воздуха. Падая вниз, воздух боры адиабатически нагревается, но т.к. высота невелика, а первоначальная температура воздуха низкая, то и воздух, куда движется бора, тоже понижается (в Новороссийске температура понижается на 250). Новороссийская бора затухает в 3 – 5 км от берега.

предполагали, что циклоны образуются в результате прогрева воздуха над теплой

подстилающей поверхности, а антициклоны – вследствие охлаждения воздуха над холодной подстилающей поверхностью. Но в начале 20 века на основе данных аэрологических наблюдений было установлено, что в среднем температуры в тропосфере в системе циклона ниже, чем в системе антициклонов.
В 20-х годах 20 века появилась фронтологическая гипотеза. По этой гипотезе предполагалось, что циклоны возникают в результате волновых (колебательных) движений, существующих на фронтальных поверхностях между массами воздуха различной плотности. Но эта гипотеза не связывала возникновение циклонов с причинами изменения атмосферного давления, а лишь с температурными условиями.

Н.Л. Таборовским была разработана адвективно-динамическая теория. Эта теория объясняла изменения

давления в данном районе действием двух факторов: изменение давления в результате горизонтального переноса масс (адвективная часть) и изменение давления за счет отклонения действительного ветра от градиентного (динамическая часть). Позже стали учитывать и адиабатические изменения, т.е. изменения которые вызываются вертикальными движениями воздуха. Возникновение циклонов и антициклонов объясняется изменением давления, происходящего за счет отклонения действительного ветра от градиентного и за счет адиабатических процессов. Перемещение циклонов и антициклонов определяется адвективными процессами.

с изменением атмосферного давления. По адвективно-динамической гипотезе большое внимание уделяется

фронтальным зонам, где происходят активные адвективные, динамические и адиабатические процессы.
В дальнейшем было установлено, что по мере углубления циклона в его системе после момента возникновения происходит непрерывное понижение температуры, а в системе антициклона – повышение. Исключением являются нижние слои антициклона над сушей, т.к. над морем повышенная облачность и излучение не такое активное. При ясной погоде в антициклоне земная поверхность будет сильно выхолаживаться излучением, а от нее будут выхолаживаться и прилегающие к ней слои воздуха.

и старения. Продолжительность каждой стадии колеблется от нескольких часов до

2-3 суток.
Циклоны. В течение года во нетропических широтах каждого полушария возникают многие сотни циклонов. Размеры внетропических циклонов значительны. Хорошо развитый циклон может иметь в поперечнике 2-3 тыс. км, т.е. он может одновременно покрыть несколько областей, или даже несколько Западно-Европейских стран и определять режим погоды на огромной территории.
На поверхности главного фронта возникают огромные волны воздуха с длинами порядка 1000 км и более. На одних участках – в гребнях волн – фронт продвигается к низким широтам, на других – в ложбинах фронтальных волн – к высоким широтам. Возникают языки теплого и холодного воздуха. При этом в языках теплого воздуха развивается циклоническое движение (восходящие токи воздуха) и давление падает, формируется циклон.

Распределение температуры в начале жизни циклона, как правило асимметрично относительно

центра. В передней части циклона с притоком воздуха из низких широт температуры повышены, а в тыловой - с притоком воздуха из высоких широт температуры понижены. В передней части циклона (по движению) фронт продвигается к высоким широтам и является теплым фронтом. В тыловой части (по движению) циклона фронт продвигается к низким широтам и является холодным фронтом. В эту стадию циклон заметно выражен лишь в нижней части тропосферы.