Циркуляция атмосферы. Воздушные потоки в атмосфере

Взаимодействие океана и атмосферы.

27. Циркуляция воздушных масс.

Перемещение воздушных масс в атмосфере определяется тепловым режимом и изменением давления воздуха. Совокупность основных воздушных течений над планетой называется общей циркуляцией атмосферы . Основные крупномасштабные атмосферные движения, слагающие общую циркуляцию атмосферы: воздушные течения, струйные течения, воздушные потоки в циклонах и антициклонах, пассаты и муссоны.

Движение воздуха относительно земной поверхности – ветер – появляется потому, что атмосферное давление в различных местах воздушной массы неодинаково. Принято считать, что ветер – это горизонтальное движение воздуха. На самом деле воздух движется обычно не параллельно поверхности Земли, а под небольшим углом, т.к. атмосферное давление меняется и в горизонтальном и в вертикальном направлениях. Направление ветра (северный, южный и т.д.) означает, откуда ветер дует. Под силой ветра подразумевается его скорость. Чем она выше, тем ветер сильней. Скорость ветра измеряют на метеорологических станциях на высоте 10 метров над Землёй, в метрах в секунду. На практике силу ветра оценивают в баллах. Каждый балл соответствует двум-трём метрам в секунду. При силе ветра в 9 баллов его уже считают штормовым, а при 12 баллах – ураганом. Распространённый термин «буря» означает любой очень сильный ветер, независимо от количества баллов. Скорость сильного ветра, например, при тропическом урагане, достигает огромных значений – до 115 м/с и более. Ветер возрастает в среднем с высотой. У поверхности Земли его скорость снижается трением. Зимой скорость ветра в целом выше, чем в летнее время. Наибольшие скорости ветра наблюдаются в умеренных и полярных широтах в тропосфере и нижней стратосфере.

Не совсем ясна закономерность изменения скорости ветра над материками на небольших высотах (100–200 м). здесь скорости ветра достигают самых больших значений после полудня, а самых малых – в ночное время. Это наблюдается лучше всего летом.

Очень сильные ветры, до штормовых, бывают днём в пустынях Центральной Азии, а ночью наступает полный штиль. Но уже на высоте 150–200 м наблюдается прямо противоположная картина: максимум скорости ночью и минимум днём. Такая же картина наблюдается и летом, и зимой в умеренных широтах.

Много неприятностей может принести порывистый ветер пилотам самолётов и вертолётов. Струи воздуха, движущиеся в различных направлениях, толчками, порывами, то ослабевая, то усиливаясь, создают большое препятствие для движения воздушных судов – появляется болтанка – опасное нарушение нормального полёта.

Ветры, дующие с горных хребтов выхоложенного материка в направлении тёплого моря, называются борой . Это – сильный, холодный, порывистый ветер, дующий обычно в холодное время года.

Многим известна бора в районе Новороссийска, на Черном море. Здесь созданы такие природные условия, что скорость боры может достигать 40 и даже 60 м/с, а температура воздуха понижается при этом до минус 20°С. Бора возникает чаще всего в период с сентября по март, в среднем 45 дней в году. Иногда последствия её были такими: замерзала гавань, лёд покрывал корабли, строения, набережную, с домов срывались крыши, опрокидывались вагоны, суда сбрасывались на берег. Бора наблюдается и в других районах России – на Байкале, на Новой Земле. Известна бора на Средиземном побережье Франции (там она называется мистраль) и в Мексиканском заливе.

Иногда в атмосфере возникают вертикальные вихри с быстрым спиралеобразным движением воздуха. Эти вихри называются смерчами (в Америке их называют торнадо). Смерчи бывают диаметром в несколько десятков метров, иногда до 100–150 м. измерить скорость воздуха внутри смерча чрезвычайно трудно. По характеру производимых смерчем разрушений оценочными величинами скорости вполне могут быть 50–100 м/с, а в особенно сильных вихрях – до 200–250 м/с с большой вертикальной составляющей скорости. Давление в центре поднимающегося вверх столба смерча падает на несколько десятков миллибар. Миллибары для определения давления обычно используют в синоптической практике (наряду с миллиметрами ртутного столба). Для перевода баров (миллибаров) в мм. ртутного столба существуют специальные таблицы. В системе СИ атмосферное давление измеряется в гектопаскалях. 1гПа=10 2 Па=1мб=10 -3 бар.

Смерчи существуют недолго – от нескольких минут до нескольких часов. Но и за это небольшое время они успевают натворить много бед. При подходе смерча (над сушей смерчи иногда называют тромбами) к зданиям разница между давлением внутри здания и в центре тромба приводит к тому, что здания как бы взрываются изнутри – разрушаются стены, вылетают стекла и рамы, срываются крыши, иногда не обходится и без человеческих жертв. Бывают случаи, когда людей, животных, а также различные предметы смерч поднимает в воздух и переносит на десятки, а то и сотни метров. В своём движении смерчи продвигаются на несколько десятков километров над морем и ещё больше – над сушей. Разрушительная сила смерчей над морем меньше, чем над сушей. В Европе тромбы редки, чаще они возникают в азиатской части России. Но особенно часты и разрушительны торнадо в США. О смерчах и торнадо читайте дополнительно на нашем сайте в разделе .

Атмосферное давление очень изменчиво. Оно зависит от высоты столба воздуха, его плотности и ускорения силы тяжести, которое изменяется в зависимости от географической широты и высоты над уровнем моря. Плотностью воздуха называется масса единицы его объёма. Плотность влажного и сухого воздуха заметно отличается только при высокой температуре и большой влажности. При понижении температуры плотность увеличивается, с высотой плотность воздуха уменьшается медленнее, чем давление. Плотность воздуха обычно непосредственно не измеряют, а вычисляют по уравнениям на основе измеренных величин температуры и давления. Косвенно плотность воздуха измеряют по торможению искусственных спутников Земли, а также из наблюдений за расплыванием искусственных облаков из паров натрия, создаваемых метеорологическими ракетами.

В Европе плотность воздуха у поверхности Земли равна 1,258 кг/м 3 , на высоте 5 км – 0,735, на высоте 20 км – 0,087, а на высоте 40 км – 0,004 кг/м 3 .

Чем короче столб воздуха, т.е. чем выше место, тем давление меньше. Но уменьшение плотности воздуха с высотой усложняет эту зависимость. Уравнение, выражающее закон изменения давления с высотой в покоящейся атмосфере, называется основным уравнением статики. Из него следует, что с увеличением высоты изменение давления отрицательное, и при подъёме на одну и ту же высоту падение давления тем больше, чем больше плотность воздуха и ускорение силы тяжести. Основная роль здесь принадлежит изменениям плотности воздуха. Из основного уравнения статики можно вычислить значение вертикального градиента давления, показывающего изменение давления при перемещении на единицу высоты, т.е. убывание давления на единицу расстояния по вертикали (мб/100 м). Градиент давления – это и есть сила, приводящая в движение воздух. Кроме силы градиента давления в атмосфере действуют силы инерции (сила Кориолиса и центробежная), а также сила трения. Все воздушные течения рассматриваются относительно Земли, которая вращается вокруг своей оси.

Пространственное распределение атмосферного давления называется барическим полем. Это система поверхностей равного давления, или изобарических поверхностей.

Вертикальный разрез изобарических поверхностей над циклоном (Н) и антициклоном (В).
Поверхности проведены через равные интервалы давления p.

Изобарические поверхности не могут быть параллельны друг другу и земной поверхности, т.к. температура и давление постоянно изменяются в горизонтальном направлении. Поэтому изобарические поверхности имеют разнообразный вид – от прогнутых вниз неглубоких «котловин» до выгнутых вверх растянутых «холмов».

При пересечении горизонтальной плоскостью изобарических поверхностей получаются кривые – изобары, т.е. линии, соединяющие пункты с одинаковыми значениями давления.

Карты изобар, которые строятся по результатам наблюдений в определённый момент времени, называются синоптическими картами. Карты изобар, составленные по средним многолетним данным за месяц, сезон, год, называются климатологическими.

Многолетние средние карты абсолютной топографии изобарической поверхности 500 мб за декабрь - февраль.
Высоты в геопотенциальных декаметрах.

На синоптических картах между изобарами принят интервал, равный 5 гектопаскалям (гПа).

На картах ограниченного района изобары могут обрываться, но на карте всего Земного шара каждая изобара, естественно, замкнута.

Но и на ограниченной карте часто бывают замкнутые изобары, ограничивающие участки низкого или высокого давления. Области с пониженным давлением в центре – это циклоны , а области с относительно повышенным давлением – это антициклоны .

Под циклоном понимают огромный вихрь в нижнем слое атмосферы, имеющий в центре пониженное атмосферное давление и восходящее движение воздушных масс. В циклоне давление возрастает от центра к периферии, а воздух движется против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой стрелке – в Южном полушарии. Восходящее движение воздуха приводит к образованию облачности и к осадкам. Из космоса циклоны выглядят в виде закручивающихся облачных спиралей в умеренных широтах.

Антициклон – это область высокого давления. Он возникает одновременно с развитием циклона и представляет собой вихрь с замкнутыми изобарами и самым высоким давлением в центре. Ветры в антициклоне дуют по часовой стрелке в Северном полушарии и против часовой стрелки – в Южном. В антициклоне всегда существует нисходящее движение воздуха, что препятствует возникновению мощной облачности и продолжительных осадков.

Таким образом, крупномасштабная циркуляция атмосферы в умеренных широтах постоянно сводится к образованию, развитию, движению, а затем к затуханию и исчезновению циклонов и антициклонов. Циклоны, возникающие на фронте, разделяющем тёплую и холодную воздушные массы, движутся в сторону полюсов, т.е. переносят тёплый воздух в полярные широты. Наоборот, антициклоны, возникающие в тылу циклонов в холодной воздушной массе, движутся в субтропические широты, перенося туда холодный воздух.

Над европейской территорией России в год возникают в среднем 75 циклонов. Диаметр циклона достигает 1000 км и более. В Европе за год бывает в среднем 36 антициклонов, часть из которых имеет давление в центре более 1050 гПа. Среднее давление в Северном полушарии на уровне моря равно 1013,7 гПа, а в Южном полушарии – 1011,7 гПа.

В январе в северных частях Атлантики и Тихого океана наблюдаются области низкого давления, названные Исландской и Алеутской депрессиями . Депрессии , или барические минимумы , характеризуются минимальными значениями давления – в среднем около 995 гПа.

В такой же период года над Канадой и Азией возникают области высокого давления, названные Канадским и Сибирским антициклонами. Самое высокое давление (1075–1085 гПа) регистрируется в Якутии и Красноярском крае, а минимальное – в тайфунах над Тихим океаном (880–875 гПа).

Депрессии наблюдаются в районах, где часто возникают циклоны, которые по мере продвижения на восток и северо-восток постепенно заполняются и уступают место антициклонам. Азиатский и Канадский антициклоны возникают благодаря наличию на этих широтах обширных континентов Евразии и Северной Америки. В этих районах зимой антициклоны преобладают над циклонами.

Летом над этими материками схема барического поля и циркуляции коренным образом меняется, и зона образования циклонов в Северном полушарии смещается в более высокие широты.

В умеренных широтах Южного полушария циклоны, возникающие над однородной поверхностью океанов, двигаясь на юго-восток, встречают льды Антарктиды и здесь застаиваются, имея в своих центрах низкое давление воздуха. Зимой и летом Антарктида окружена поясом низкого давления (985–990 гПа).

В субтропических широтах циркуляция атмосферы различна над океанами и в районах соприкосновения материков и океанов. Над Атлантическим и Тихим океанами в субтропиках обоих полушарий имеются области высокого давления: это Азорский и Южноатлантический субтропические антициклоны (или барические минимумы) в Атлантике и Гавайский и Южнотихоокеанский субтропические антициклоны в Тихом океане.

Наибольшее количество солнечного тепла постоянно получает экваториальная область. Поэтому в экваториальных широтах (до 10° северной и южной широты вдоль экватора) в течение круглого года удерживается пониженное атмосферное давление, а в тропических широтах, в полосе 30–40° с. и ю.ш. – повышенное, вследствие чего образуются постоянные потоки воздуха, направленные от тропиков к экватору. Эти воздушные потоки называются пассатами . Пассатные ветры дуют в течение всего года, меняя лишь в незначительных пределах свою интенсивность. Это самые устойчивые ветры на Земном шаре. Сила горизонтального барического градиента направляет потоки воздуха из областей повышенного давления в область пониженного давления в меридиональном направлении, т.е. на юг и на север. Примечание: горизонтальный барический градиент – это разность давлений, приходящаяся на единицу расстояния по нормали к изобаре.

Но меридиональное направление пассатов изменяется под действием двух сил инерции – отклоняющей силы вращения Земли (силы Кориолиса) и центробежной силы, а также под действием силы трения воздуха о земную поверхность. Сила Кориолиса воздействует на каждое тело, движущееся вдоль меридиана. Пусть 1 кг воздуха в Северном полушарии расположен на широте µ и начинает двигаться со скоростью V вдоль меридиана на север. Этот килограмм воздуха, как и любое тело на Земле, имеет линейную скорость вращения U=ωr , где ω – угловая скорость вращения Земли, а r – расстояние до оси вращения. По закону инерции этот килограмм воздуха будет сохранять линейную скорость U , которую он имел на широте µ . Продвигаясь на север, он окажется на более высоких широтах, где радиус вращения меньше и линейная скорость вращения Земли меньше. Таким образом это тело опередит неподвижные тела, расположенные на том же меридиане, но в более высоких широтах.

Для наблюдателя это будет выглядеть как отклонение этого тела вправо под действием какой-то силы. Эта сила и есть сила Кориолиса. По этой же логике килограмм воздуха в Южном полушарии отклонится влево от направления движения. Горизонтальная составляющая силы Кориолиса, действующая на 1 кг воздуха, равна СК=2wVsinY. Она и отклоняет воздух, действуя под прямым углом к вектору скорости V. В Северном полушарии она отклоняет этот вектор вправо, а в Южном полушарии – влево. Из формулы следует, что сила Кориолиса не возникает, если тело покоится, т.е. она действует только тогда, когда воздух движется. В атмосфере Земли величины горизонтального барического градиента и силы Кориолиса имеют один порядок, поэтому иногда они почти уравновешивают друг друга. В таких случаях движение воздуха почти прямолинейно, и он движется не вдоль градиента давления, а вдоль изобары или близко к ней.

Воздушные течения в атмосфере обычно имеют вихревой характер, поэтому в таком движении на каждую единицу массы воздуха действует центробежная сила P=V/R , где V - скорость ветра, а R – радиус кривизны траектории движения. В атмосфере эта сила всегда меньше силы барического градиента и поэтому остаётся, так сказать, силой «местного значения».

Что касается силы трения, возникающей между движущимся воздухом и поверхностью Земли, то она в определённой мере замедляет скорость ветра. Происходит это так: нижние объёмы воздуха, снизившие свою горизонтальную скорость из-за неровностей земной поверхности, переносятся с нижних уровней вверх. Таким образом трение о земную поверхность передаётся вверх, постепенно ослабевая. Замедление скорости ветра заметно в так называемом планетарном пограничном слое , составляющем 1,0 – 1,5 км. выше 1,5 км влияние трения незначительно, поэтому более высокие слои воздуха называют свободной атмосферой .

В экваториальной зоне линейная скорость вращения Земли наибольшая, соответственно здесь и сила Кориолиса наибольшая. Поэтому в тропическом поясе Северного полушария пассаты дуют почти всегда с северо-востока, а в Южном полушарии – с юго-востока.

Низкое давление в экваториальной зоне наблюдается постоянно, зимой и летом. Полоса низкого давления, охватывающая по экватору весь Земной шар, называется экваториальной ложбиной .

Набрав силу над океанами обоих полушарий, два пассатных потока, двигаясь навстречу друг другу, устремляются к центру экваториальной ложбины. На линии низкого давления они сталкиваются, образуя так называемую внутритропическую зону конвергенции (конвергенция означает «сходимость»). В результате этой «сходимости» происходит восходящее движение воздуха и его отток выше пассатов к субтропикам. Этот процесс и создаёт условия для существования зоны конвергенции постоянно, в течение года. Иначе сходящиеся воздушные потоки пассатов быстро заполнили бы ложбину.

Восходящие движения влажного тропического воздуха приводят к образованию мощного слоя кучево-дождевых облаков протяженностью 100–200 км, из которых обрушиваются тропические ливни. Таким образом получается, что внутритропическая зона конвергенции становится местом, где дожди выливаются из пара, собранного пассатами над океанами.

Так упрощенно, схематично выглядит картина циркуляции атмосферы в экваториальной зоне Земли.

Ветры, изменяющие своё направление по сезонам, называют муссонами . Арабское слово «маусин», означающее «время года», дало название этим устойчивым воздушным течениям.

Муссоны, в отличие от струйных течений, возникают в определённых районах Земли, где дважды в год преобладающие ветры движутся в противоположных направлениях, образуя летний и зимний муссоны. Летний муссон – это поток воздуха с океана на материк, зимний – с материка на океан. Известны тропические и внетропические муссоны. В Северо-Восточной Индии и Африке зимние тропические муссоны складываются с пассатами, а летние юго-западные полностью разрушают пассаты. Самые мощные тропические муссоны наблюдаются в северной части Индийского океана и в Южной Азии. Внетропические муссоны зарождаются в возникающих над континентом мощных устойчивых областях повышенного давления в зимнее время и пониженного – в летнее время.

Типичными в этом отношении являются районы русского Дальнего Востока, Китая, Японии. Например, Владивосток, лежащий на широте Сочи из-за действия внетропического муссона зимой холоднее Архангельска, а летом здесь часто бывают туманы, осадки, с моря поступает влажный и прохладный воздух.

Многие тропические страны Южной Азии получают влагу, приносимую в виде проливных дождей летним тропическим муссоном.

Любые ветры являются результатом взаимодействия различных физических факторов, возникающих в атмосфере над определенными географическими районами. К местным ветрам относятся бризы . Они появляются вблизи береговой черты морей и океанов и имеют суточную смену направления: днём они дуют с моря на сушу, а ночью с суши на море. Объясняется это явление разницей температур над морем и сушей в разное время суток. Теплоёмкость суши и моря разная. Днём в тёплую погоду солнечные лучи нагревают сушу быстрее, чем море, и давление над сушей уменьшается. Воздух начинает двигаться в сторону меньшего давления – дует морской бриз . Вечером всё происходит наоборот. Суша и воздух над ней излучают тепло быстрее, чем море, давление становится выше, чем над морем, и воздушные массы устремляются в сторону моря – дует береговой бриз . Бризы особенно отчётливы при тихой солнечной погоде, когда им ничего не мешает, т.е. не накладываются другие потоки воздуха, которые легко заглушают бризы. Скорость бриза редко бывает выше 5 м/с, но в тропиках, где разность температур поверхностей моря и суши значительна, бризы дуют иногда со скоростью 10 м/с. В умеренных широтах бризы проникают в глубь территории на 25–30 км.

Бризы, собственно говоря, те же муссоны, только в меньшем масштабе – они имеют суточный цикл и изменение направления зависит от смены ночи и дня, муссоны же имеют годовой цикл и меняют направление в зависимости от времени года.

Океанские течения, встречая на своём пути берега материков, разделяются на две ветви, направленные вдоль побережий материков к северу и югу. В Атлантическом океане южная ветвь образует Бразильское течение, омывающее берега Южной Америки, а северная ветвь – тёплый Гольфстрим, переходящая в Североатлантическое течение, и под названием Нордкапского течения достигающая Кольского полуострова.

Тихом океане северная ветвь экваториального течения переходит в Куро-Сиво.

Ранее мы уже упоминали о сезонном тёплом течении у берегов Эквадора, Перу и Северного Чили. Оно возникает обычно в декабре (не каждый год) и вызывает резкое снижение улова рыбы у берегов этих стран из-за того, что в тёплой воде очень мало планктона – основного пищевого ресурса для рыбы. Резкое повышение температуры прибрежных вод вызывает развитие кучево-дождевых облаков, из которых проливаются сильные дожди.

Рыбаки иронически назвали это тёплое течение Эль-Ниньо, что означает «рождественский подарок» (от исп. el ninjo – младенец, мальчик). Но мы хотим подчеркнуть не эмоциональное восприятие чилийскими и перуанскими рыбаками этого явления, а его физическую причину. Дело в том, что повышение температуры воды у берегов Южной Америки вызывается не только тёплым течением. Изменения в общую обстановку в системе «океан-атмосфера» на огромных просторах Тихого океана вносит и атмосферный процесс, названный «Южным колебанием ». Этот процесс, взаимодействуя с течениями, определяет все физические явления, происходящие в тропиках. Всё это подтверждает, что циркуляция воздушных масс в атмосфере, особенно над поверхностью Мирового океана, представляет собой сложный, многомерный процесс. Но при всей сложности, подвижности и изменчивости воздушных течений всё же существуют определённые закономерности, в силу которых в тех или иных районах Земли из года в год повторяются основные крупномасштабные, а также местные процессы циркуляции атмосферы.

В заключение главы приведём некоторые примеры использования энергии ветра. Энергию ветра люди используют с незапамятных времён, с тех пор, как они научились ходить в море под парусом. Потом появились ветряные мельницы, а позднее – ветровые двигатели – источники электроэнергии. Ветер – вечный источник энергии, запасы которой неисчислимы. К сожалению, использование ветра в качестве источника электроэнергии представляет большую сложность из-за изменчивости его скорости и направления. Однако с помощью ветряных электродвигателей стало возможным достаточно эффективное использование энергии ветра. Лопасти ветряка заставляют его почти всегда «держать нос» по ветру. Когда ветер имеет достаточную силу, ток идёт непосредственно к потребителям: на освещение, к холодильным установкам, приборам различного назначения и на зарядку аккумуляторов. Когда ветер стихает, аккумуляторы отдают в сеть накопленную электроэнергию.

На научных станциях в Арктике и Антарктике электроэнергия ветровых двигателей даёт свет и тепло, обеспечивает работу радиостанций и других потребителей электроэнергии. Конечно, на каждой научной станции имеются дизель-генераторы, для которых нужно иметь постоянный запас топлива.

Самые первые мореплаватели использовали силу ветра стихийно, без учёта системы ветров и океанских течений. Они просто ничего не знали о существовании такой системы. Знания о ветрах и течениях накапливались столетиями и даже тысячелетиями.

Один из современников китайский мореплаватель Чжэн Хэ в течение 1405-1433 гг. возглавил несколько экспедиций, которые проходили так называемым Великим муссонным путём от устья реки Янцзы к Индии и восточным берегам Африки. Сохранились сведения о масштабах первой из этих экспедиций. Она состояла из 62 кораблей с 27800 участниками. Для плавания экспедиций китайцы использовали свои знания закономерностей муссонных ветров. Из Китая они уходили в море в конце ноября – начале декабря, когда дует северо-восточный зимний муссон. Попутный ветер помогал им достигать Индии и Восточной Африки. Возвращались они в Китай в мае – июне, когда устанавливался летний юго-западный муссон, который в Южно-Китайском море становился южным.

Возьмём пример из более близкого к нам времени. Речь пойдёт о путешествиях знаменитого норвежского учёного Тура Хейердала. С помощью ветра, а точнее, с помощью пассатов Хейердал смог доказать научную ценность двух своих гипотез. Первая гипотеза заключалась в том, что острова Полинезии в Тихом океане могли быть, по мнению Хейердала, заселены когда-то в прошлом выходцами из Южной Америки, которые пересекли значительную часть Тихого океана на своих примитивных плавсредствах. Эти плавсредства представляли собой плоты из бальсового дерева, которое примечательно тем, что после длительного пребывания в воде оно не меняет свою плотность, а потому не тонет.

Жители Перу пользовались такими плотами в течение тысячелетий, ещё до империи инков. Тур Хейердал в 1947 г. связал плот из больших бальсовых брёвен и назвал его «Кон-Тики», что означает Солнце-Тики – божество предков полинезийцев. Взяв «на борт» своего плота пятерых любителей приключений, он отправился в путь под парусом из Кальяо (Перу) в Полинезию. В начале плавания плот несло Перуанское течение и юго-восточный пассат, а затем за работу принялся восточный пассат Тихого океана, который почти три месяца без перерыва дул исправно на запад, и через 101 сутки Кон-Тики благополучно прибыл на один из островов архипелага Туамоту (ныне Французская Полинезия).

Вторая гипотеза Хейердала состояла в том, что он считал вполне возможным, что культура ольмеков, ацтеков, майя и других племён Центральной Америки была перенесена из Древнего Египта. Это было возможным, по мнению учёного, потому, что когда-то в древности люди плавали через Атлантический океан на папирусных лодках. Доказать состоятельность этой гипотезы Хейердалу помогли также пассаты.

Вместе с группой спутников-единомышленников он совершил два плавания на папирусных лодках «Ра-1» и «Ра-2». Первая лодка («Ра-1») развалилась, не дойдя до американского берега нескольких десятков километров. Экипаж подвергся серьёзной опасности, но всё обошлось благополучно. Лодку для второго плавания («Ра-2») вязали «специалисты высшего класса» – индейцы из Центральных Анд. Выйдя из порта Сафи (Марокко), папирусная лодка «Ра-2» через 56 суток пересекла Атлантический океан и достигла острова Барбадос (примерно в 300–350 км от побережья Венесуэлы), преодолев 6100 км пути. Сначала лодку подгонял северо-восточный пассат, а начиная с середины океана – восточный пассат.

Научность второй гипотезы Хейердала была доказана. Но было доказано и другое: несмотря на благополучный исход плавания, лодка, связанная из пучков папируса, камыша, тростника или другого водного растения, для плавания в океане не годится. Подобный «кораблестроительный материал» не должен использоваться, т.к. он быстро намокает и погружается в воду. Ну, а если найдутся ещё любители, одержимые желанием переплыть океан на каких-нибудь экзотических плавсредствах, то пусть они имеют в виду, что плот из бальсового дерева надёжнее, чем папирусная лодка, а также то, что такое путешествие всегда и в любом случае опасно .

Перемещение воздушных масс должно приводить прежде всего к сглаживанию барических и температурных градиентов. Однако на нашей вращающейся планете с различными теплоемкостными свойствами земной поверхности, разным теплозапасом суши, морей и океанов, наличием теплых и холодных океанических течений, полярных и континентальных льдов процессы весьма сложны и зачастую контрасты теплосодержания различных воздушных масс не только не сглаживаются, но и, наоборот, возрастают.[ ...]

Перемещения воздушных масс над поверхностью Земли определяются многими причинами, в числе которых вращение планеты, неравномерность нагрева ее поверхности Солнцем, образование зон пониженного (циклоны) и повышенного (антициклоны) давления, равнинный или горный рельеф и многое другое. К тому же на разных высотах скорость, устойчивость и направление воздушных потоков сильно отличаются. Поэтому перенос загрязнений, попадающих в разные слои атмосферы, идет с иными скоростями и подчас в других направлениях, чем в приземном слое. При очень сильных выбросах, связанных с высокими энергиями, загрязнения, попадающие в высокие, до 10-20 км, слои атмосферы, могут в течение нескольких суток или даже часов переместиться на тысячи километров. Так, вулканический пепел, выброшенный взрывом вулкана Кракатау в Индонезии в 1883 году, наблюдался в виде своеобразных облаков над Европой. Радиоактивные осадки разной интенсивности после испытаний особенно мощных водородных бомб выпадали практически на всей поверхности Земли.[ ...]

Перемещение воздушных масс - ветер, возникающий в результате разности температур и давлений в разных регионах планеты, влияет не только на физико-химические свойства самого воздуха, но и на интенсивность теплообмена, изменение влажности, давления, химического состава воздуха, сннжая или увеличивая при этом количество загрязнений.[ ...]

Движение воздушных масс может быть в виде их пассивного перемещения конвективной природы или в виде ветра - вследствие циклонической деятельности атмосферы Земли. В первом случае обеспечивается расселение спор, пыльцы, семян, микроорганизмов и мелких животных, которые имеют специальные для этого приспособления - анемохоры: очень мелкие размеры, парашютовидные придатки, и др. (рис. 2.8). Всю эту массу организмов называют аэропланктоном. Во втором случае ветер также переносит аэропланктон, но на значительно большие расстояния, при этом может перенести и загрязняющие вещества в новые зоны, и т. п.[ ...]

Движение воздушных масс (ветер). Как известно, причиной образования ветровых потоков и перемещения воздушных масс является неравномерный нагрев разных участков земной поверхности, связанный с перепадами давления. Ветровой поток направлен в сторону меньшего давления, но и вращение Земли также влияет на циркуляцию воздушных масс в глобальном масштабе. В приземном слое воздуха движение воздушных масс оказывает влияние на все метеорологические факторы окружающей среды, т. е. на климат, включая режимы температуры, влажности, испарения с поверхности суши и моря, а также транспирацию растений.[ ...]

АНОМАЛЬНОЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ЦИКЛОНА. Перемещение циклона в направлении, резко расходящемся с обычным, т. е. от восточной половины горизонта к западной или вдоль меридиана. А. П. Ц. связано с аномальным направлением ведущего потока, что в свою очередь обусловлено необычным распределением теплых и холодных воздушных масс в тропосфере.[ ...]

ТРАНСФОРМАЦИЯ ВОЗДУШНОЙ МАССЫ. 1. Постепенное изменение свойств воздушной массы при ее перемещении вследствие изменения условий подстилающей поверхности (относительная трансформация).[ ...]

Третья причина перемещения воздушных масс - динамическая, которая способствует образованию областей высокого давления. Вследствие того что в экваториальную зону приходит больше всего тепла, здесь происходит подъем воздушных масс до 18 км. Поэтому наблюдаются интенсивная конденсация и выпадение осадков в виде тропических ливней. В так называемых «конских» широтах (около 30° с.ш. и 30° ю.ш.) холодные сухие воздушные массы, опускаясь и адиабатически нагреваясь, интенсивно поглощают влагу. Поэтому в этих широтах закономерно образуются основные пустыни планеты. В основном они сформировались в западных частях континентов. Западные ветры, идущие с океана, не содержат достаточно влаги, которую они могли бы передать опускающемуся сухому воздуху. Поэтому здесь выпадает очень мало осадков.[ ...]

Формирование и перемещение воздушных масс, расположение и траектории движения циклонов и антициклонов имеют большое значение для составления прогнозов погоды. Наглядное представление о состоянии погоды в данный момент на обширной территории дает синоптическая карта.[ ...]

ПЕРЕНОС ПОГОДЫ. Перемещение тех или иных условий погоды вместе с их «носителями» - воздушными массами, фронтами, циклонами и антициклонами.[ ...]

В узкой пограничной полосе, разделяющей воздушные массы, возникают фронтальные зоны (фронты), характеризующиеся неустойчивым состоянием метеорологических элементов: температуры, давления, влажности, направления и скорости ветра. Здесь с исключительной наглядностью проявляется важнейший в физической географии принцип контрастности сред, выражающийся в резкой активизации обмена веществом и энергией в зоне соприкосновения (контакта) различных по своим свойствам природных комплексов и их компонентов (Ф. Н. Мильков, 1968). Активный обмен веществом и энергией между воздушными массами во фронтальных зонах проявляется в том, что именно здесь происходят зарождение, перемещение с одновременным наращиванием мощности и, наконец, угасание циклонов.[ ...]

Солнечная энергия вызывает планетарные перемещения воздушных масс в результате их неравномерного нагревания. Возникают грандиозные процессы атмосферной циркуляции, которые носят ритмический характер.[ ...]

Если в свободной атмосфере при турбулентных перемещениях воздушных масс данное явление не играет заметной роли, то в неподвижном или малоподвижном воздухе помещений указанная разница должна быть принята во внимание. В непосредственной близости к поверхности различных тел мы будем иметь слой с некоторым избытком отрицательных аэроионов, в то время как окружающий воздух будет обогащен положительными аэроионами.[ ...]

Непериодические изменения погоды обусловлены перемещением воздушных масс из одной географической области в другую в общей системе циркуляции атмосферы.[ ...]

Благодаря тому что на больших высотах скорости перемещения воздушных масс достигают 100 м/сек, ионы, движущиеся в магнитном поле, могут смещаться, хотя эти смещения несущественны по сравнению с переносом в потоке. Для нас важно то обстоятельство, что в полярных зонах, где силовые линии магнитного поля Земли замыкаются на ее поверхности, искажения ионосферы весьма значительны. Количество ионов, в том числе и ионизированного кислорода, в верхних слоях атмосферы полярных зон снижено. Но главная причина низкого содержания озона в области полюсов - малая интенсивность солнечного облучения, падающего даже во время полярного дня под малыми углами к горизонту, а во время полярной ночи отсутствующего вовсе. Сама по себе экранирующая роль озонового слоя в полярных областях не так уж и важна именно вследствие низкого положения Солнца над горизонтом, что исключает высокую интенсивность УФ-облучения поверхности. Однако площадь полярных «дыр» в озоновом слое - надежный показатель изменений общего содержания озона в атмосфере.[ ...]

Поступательные горизонтальные движения водных масс, связанные с перемещением значительных объемов воды на большие расстояния, называют течениями. Течения возникают под действием различных факторов, таких, как ветер (т. е. трение и давление движущихся воздушных масс на водную поверхность), изменений в распределении атмосферного давления, неравномерность в распределении плотности морской воды (т. е. горизонтальный градиент давления вод различной плотности на одинаковых глубинах), приливообразующие силы Луны и Солнца. На характер движения масс воды существенное влияние оказывают также вторичные силы, которые сами не вызывают его, а проявляются лишь при наличии движения. К этим силам относятся сила, возникающая благодаря вращению Земли - сила Кориолиса, центробежные силы, трение вод о дно и берега материков, внутреннее трение. Большое влияние на морские течения оказывают распределение суши и моря, рельеф дна и очертания берегов. Классифицируют течения главным образом по происхождению. В зависимости от сил, их возбуждающих, течения объединяют в четыре группы: 1) фрикционные (ветровые и дрейфовые), 2) градиентно-гравитационные, 3) приливные, 4) инерционные.[ ...]

Ветряные двигатели и парусные суда движутся силон перемещения масс воздуха благодаря нагреванию его солнцем и созданию воздушных течений или ветров. 1.[ ...]

УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ. Формулировка того факта, что перемещение воздушных масс и тропосферных возмущений в основном происходит в направлении изобар (изогипс) и, следовательно, воздушных течений верхней тропосферы и нижней стратосферы.[ ...]

Это, в свою очередь, может повлечь за собой нарушение перемещения воздушных масс вблизи расположенных рядом с таким парком промышленных районов и усиление загрязнения воздушного бассейна.[ ...]

Большинство явлений погоды зависит от того, являются ли воздушные массы устойчивыми или неустойчивыми. При устойчивом воздухе вертикальные перемещения в нем затруднены, при неустойчивом, наоборот, легко развиваются. Критерием устойчивости является наблюдаемый температурный градиент.[ ...]

Гидродинамический, закрытого типа с регулируемым давлением воздушной подушки, с гасителем пульсаций. Конструктивно состоит из корпуса с нижней губой, коллектора с механизмом откидывания, турбулизатора, верхней губы с механизмом вертикального и горизонтального перемещения, механизмами точной регулировки профиля выпускной щели с возможностью автоматического управления поперечным профилем бумажного полотна. Поверхности деталей ящика, соприкасающиеся с массой, подвергаются тщательной полировке и электрополировке.[ ...]

Потенциальная температура, в отличие от молекулярной температуры Т, при сухоадиабатических перемещениях одной и той же воздушной частицы остается постоянной. Если в процессе перемещения воздушной массы ее потенциальная температура изменилась, то наблюдается приток или отток тепла. Сухая адиабата является линией равного значения потенциальной температуры.[ ...]

Наиболее типичным случаем рассеивания является движение газовой струи в подвижной среде, т. е. при горизонтальном перемещении воздушных масс атмосферы.[ ...]

Основной причиной короткопериодных колебаний ОС, согласно концепции, выдвинутой в 1964 г. автором работы , является горизонтальное перемещение оси СТ, непосредственно связанное с передвижением длинных волн в атмосфере. Причем направление ветра в стратосфере над местом наблюдения не играет существенной роли . Иначе говоря, короткопериодные колебания ОС вызываются сменой воздушных масс в стратосфере над местом наблюдений, поскольку эти массы разделяют СТ.[ ...]

На состояние свободной поверхности водохранилищ вследствие большой площади их зеркала сильное влияние оказывает ветер. Кинетическая энергия воздушного потока посредством сил трения на поверхности раздела двух сред передается массам воды. Одна часть переданной энергии расходуется на образование волн, а другая - идет на создание дрейфового течения, т.е. прогрессивного движения поверхностных слоев воды в направлении действия ветра. В водоемах ограниченных размеров перемещение водных масс дрейфовым течением приводит к перекосу свободной поверхности. У наветренного берега уровень воды понижается - возникает ветровой сгон, у подветренного берега уровень повышается - возникает ветровой нагон. На Цимлянском и Рыбинском водохранилищах у подветренного и наветренного берегов зарегистрированы разности уровней 1 м и более. При длительном ветре перекос становится стабильным. Массы воды, которые подводятся к подветренному берегу дрейфовым течением, отводятся в обратную сторону придонным градиентным течением.[ ...]

Полученные результаты основаны на решении задачи для стационарных условий. Однако рассматриваемые масштабы местности сравнительно малы и время перемещения воздушной массы ¿ = л:/и невелико, что позволяет ограничиться параметрическим учетом характеристик набегающего потока воздуха.[ ...]

Но оледенелая Арктика порождает осложнения в се ском хозяйстве не только вследствие холодных и затяжн зим. Холодные, а потому обезвоженные арктичес: воздушные массы при весенне-летнем перемещении на прогреваются. Чем выше температура воздуха, тем бол! влаги нужно для его насыщения. И. П. Герасимов и К. К. М ков отмечали, что «в настоящее время простое увеличе ледовитости Арктического бассейна вызывает. . . зас; на Украине и в Поволжье» 2.[ ...]

В 1889 г. с берегов Северной Африки через Красное море в Аравию перелетела гигантская туча саранчи. Движение насекомых длилось целый день, а их масса составила 44 млн. т. Этот факт В.И.Вернадский расценивал как свидетельство огромной силы живого вещества, выражение давления жизни, стремящейся к захвату всей Земли. Одновременно он видел в этом биогеохимичесикй процесс - миграцию элементов, входящих в биомассу саранчи, миграцию совершенно особую - по воздуху, на большие расстояния, не согласующуюся с обычным режимом перемещения воздушных масс в атмосфере.[ ...]

Таким образом, основным фактором, определяющим скорость стоковых ветров, являются разность температуры ледяного покрова и атмосферы 0 и угол наклона поверхности льда. Перемещение охлажденной воздушной массы вниз по склону ледникового купола Антарктиды усиливается эффектами падения воздушной массы с высоты ледникового купола и влиянием барических градиентов в Антарктическом антициклоне. Горизонтальные барические градиенты, являясь элементом формирования стоковых ветров в Антарктиде, способствуют усилению оттока воздуха к периферии континента, обусловленного в первую очередь его переохлаждением у поверхности ледникового щита и уклонами ледяного купола в сторону моря.[ ...]

Анализ синоптических карт состоит в следующем. По сведениям, нанесенным на карту, устанавливают фактическое состояние атмосферы в момент наблюдений: распределение и характер воздушных масс и фронтов, расположение и свойства атмосферных возмущений, расположение и характер облачности и осадков, распределение температуры и т.д. для данных условий атмосферной циркуляции. Составляя карты для разных сроков можно следить по ним за изменениями состояния атмосферы, в частности за перемещением и эволюцией атмосферных возмущений, перемещением, трансформацией и взаимодействием воздушных масс и пр. Представление атмосферных условий на синоптических картах дает удобную возможность для информации о состоянии погоды.[ ...]

Атмосферные макромасштабные процессы, изучаемые с помощью синоптических карт и являющиеся причиной режима погоды на больших географических пространствах. Это - возникновение, перемещение и изменение свойств воздушных масс и атмосферных фронтов; возникновение, развитие и перемещение атмосферных возмущений - циклонов и антициклонов, эволюция систем конденсации, внутримассовых и фронтальных, в связи с вышеперечисленными процессами и пр.[ ...]

Пока полностью не исключена авиахимическая обработка, необходимо внесение улучшений в ее применение путем наиболее тщательного подбора объектов, уменьшения вероятности «сносов» - перемещений воздушных масс распиливания, контролируемой дозировки и др. Для первичных уходов на вырубках путем применения гербицидов целесообразно в большей степени использовать типологическую диагностику вырубок. Химия - мощное средство ухода за лесом. Но важно, чтобы химический уход не превращался в отравление леса, его обитателей и посетителей.[ ...]

В окружающей нас природе вода находится в постоянном движении - и это лишь один из многих естественных круговоротов веществ в природе. Говоря «движение» мы имеемввиду не только движение воды как физического тела (течение), не только перемещение ее в пространстве, но, прежде всего, - переход воды из одного физического состояние в другое. На рисунке 1 вы можете видеть как происходит круговорот воды. На поверхности озер, рек и морей вода под влиянием энергии солнечных лучей превращается в водяной пар - этот процесс называется испарением. Таким же образом вода испаряется с поверхности снежного и ледового покрова, с листьев растений и с тел животных и человека. Водяной пар с более теплыми потоками воздуха поднимается в верхние слои атмосферы, где постепенно охлаждается и вновь превращается в жидкость или переходит в твердое состояние - этот процесс носит название конденсации. Одновременно вода перемещается с движением воздушных масс в атмосфере (ветрами). Из образовавшихся капель воды и ледяных кристаллов ф ормируются облака, из которых, в конце концов, на землю выпадает дождь или снег. Вернувшаяся на землю в виде атмосферных осадков вода стекает по склонам и собирается в ручьях и реках, которые текут в озера, моря и океаны. Часть воды просачивается через почву и горные породы, достигает подземных и грунтовых вод, которые тоже, как правило, имеют сток в реки и другие водоемы. Таким образом, круг замыкается и может повторяться в природе бесконечно.[ ...]

СИНОПТИЧЕСКАЯ МЕТЕОРОЛОГИЯ. Метеорологическая дисциплина, оформившаяся во второй половине XIX в. и особенно в XX в.; учение об атмосферных макромасштабных процессах и о предсказании погоды на основе их исследования. Такими процессами являются возникновение, эволюция и перемещение циклонов и антициклонов, находящиеся в тесной связи с возникновением, перемещением и эволюцией воздушных масс и фронтов между ними. Исследование этих синоптических процессов осуществляется с помощью систематического анализа синоптических карт, вертикальных разрезов атмосферы, аэрологических диаграмм и других вспомогательных средств. Переход от синоптического анализа циркуляционных условий над большими участками земной поверхности к их прогнозу и к прогнозу связанных с ними условий погоды до сих пор в большой степени сводится к экстраполяции и качественным заключениям из положений динамической метеорологии. Однако в последние 25 лет все шире применяется и численный (гидродинамический) прогноз метеорологических полей путем численного решения уравнений атмосферной термодинамики на электронно-вычислительных машинах. См. еще служба погоды, прогноз погоды и ряд других терминов. Употребительный синоним: синоптика.[ ...]

Разобранный нами случай распространения струи не является типичным, так как безветренных периодов почти в любой местности бывает очень мало. Поэтому наиболее типичным случаем рассеяния является движение газовой струи в подвижной среде, т. е. при наличии горизонтального перемещения воздушных масс атмосферы.[ ...]

Очевидно, что просто температура воздуха Т не является консервативной характеристикой теплосодержания воздуха. Так, при неизменном теплосодержании индивидуального объема воздуха (турбулентного моля) его температура может меняться в зависимости от давления (1.1). Атмосферное давление, как мы знаем, убывает с высотой. Вследствие этого перемещения воздуха по вертикали ведут к изменениям его удельного объема. При этом реализуется работа расширения, что приводит к изменениям температуры воздушных частиц даже в том случае, когда процессы изэнтропические (адиабатические), т.е. нет теплообмена индивидуального элемента массы с окружающим его пространством. Изменения температуры воздуха, перемещающегося при этом по вертикали, будут соответствовать суходиабатическим или влажнодиабатическим градиентам в зависисмости от характера термодинамического процесса.

С самого детства меня завораживали невидимые движения вокруг нас: слабый ветерок, кружащий осенние листья в тесном дворике или мощный зимний циклон. Оказывается, эти процессы имеют вполне понятные физические законы.

Какие силы заставляют воздушные массы двигаться

Теплый воздух легче, чем холодный – этот простой принцип способен объяснить движение воздуха на планете. Начинается всё на экваторе. Здесь солнечные лучи падают на поверхность Земли под прямым углом, и маленькой частичке экваториального воздух достается чуть больше тепла, чем соседним. Эта теплая частица становится легче, чем соседние, а значит, начинает всплывать вверх до тех пор, пока не растеряет всё тепло и не начнет снова опускаться. Но движение вниз уже происходит в тридцатых широтах Северного или Южного полушария.

Если бы не существовало дополнительных сил, так бы воздух и двигался от экватора к полюсам. Но существуют не одна, а сразу несколько сил, которые заставляют воздушные массы перемещаться:

Сила плавучести. Когда теплый воздух всплывает, а холодный остается внизу.
Сила Кориолиса. О ней расскажу чуть ниже.
Рельеф планеты. Сочетания морей и океанов, гор и равнин.

Отклоняющая сила вращения Земли

Метеорологам было бы легче, если бы наша планета не вращалась. Но она вращается! Это порождает отклоняющую силу вращения Земли или силу Кориолиса. Из-за движения планеты та самая «легкая» частица воздуха не только вытесняется, скажем, на север, но и смещается вправо. Либо она вытесняется на юг и отклоняется влево.

Так зарождаются постоянные ветра западных или восточных направлений. Возможно, вы слышали о течении Западных Ветров или о Ревущих сороковых? Эти постоянные движения воздуха возникли именно благодаря силе Кориолиса.

Моря и океаны, горы и равнины

Окончательную неразбериху вносит рельеф. Распределение суши и океана изменяет классическую циркуляцию. Так, в Южном полушарии суши намного меньше, чем в Северном, и ничто не мешает воздуху двигаться над водной гладью в нужном ему направлении, нет ни гор, ни крупных городов, тогда как Гималаи в корне меняют циркуляцию воздуха в своем районе.

Атмосфера неоднородна. В ее составе, особенно вблизи земной поверхности, можно выделить воздушные массы.

Воздушные массы - отдельные крупные объемы воздуха, обладающие определенными общими свойствами (температурой, влажностью, прозрачностью и т.д.) и движущиеся как одно целое. Однако внутри этого объема ветры могут быть разные. Свойства воздушной массы определяются районом ее формирования. Она приобретает их в процессе соприкосновения с подстилающей поверхностью, над которой она формируется или задерживается. Воздушные массы имеют разные свойства. Например, воздух Арктики имеет низкие, а воздух тропиков высокие температуры во все сезоны года, воздух северной Атлантики существенно отличается от воздуха материка Евразии. Горизонтальные размеры воздушных масс огромны, они соизмеримы с материками и океанами или их крупными частями. Выделяют главные (зональные) типы воздушных масс, формирующихся в поясах с разным атмосферным давлением: арктические (антарктические), умеренные (полярные), тропические и экваториальные. Зональные воздушные массы подразделяются на морские и континентальные - в зависимости от характера подстилающей поверхности в районе их формирования.

Арктический воздух формируется над Северным Ледовитым океаном, а зимой еще и над севером Евразии и Северной Америки. Воздух характеризуется низкой температурой, малым влагосодержанием, хорошей видимостью и устойчивостью. Его вторжения в умеренные широты вызывают значительные и резкие похолодания и обусловливают преимущественно ясную и малооблачную погоду. Арктический воздух подразделяется на следующие разновидности.

Морской арктический воздух (мАв) - формируется в более теплой Европейской Арктике, свободной от льда, с более высокой температурой и большим влагосодержанием. Его вторжения на материк зимой вызывают потепление.

Континентальный арктический воздух (кАв) - формируется над Центральной и Восточной ледяной Арктикой и северным побережьем материков (зимой). Воздух имеет очень низкие температуры, низкое влагосодержание. Вторжение кАв на материк обусловливает сильное похолодание при ясной погоде и хорошей видимости.

Аналогом арктического воздуха в Южном полушарии является антарктический воздух, но влияние его распространяется преимущественно на прилегающие морские поверхности, реже - на южную оконечность Южной Америки.

Умеренный (полярный) воздух. Это воздух умеренных широт. В нем также различают два подтипа. Континентальный умеренный воздух (кУв), который формируется над обширными поверхностями материков. Зимой он очень охлажден и устойчив, погода обычно ясная с крепкими морозами. Летом он сильно прогревается, в нем возникают восходящие токи, образуются облака, нередко выпадают дожди, наблюдаются грозы. Морской умеренный воздух (мУв) формируется в средних широтах над океанами, западными ветрами и циклонами переносится на материки. Он характеризуется высокой влажностью и умеренными температурами. Зимой мУв приносит пасмурную погоду, обильные осадки и повышение температуры (оттепели). Летом он также приносит большую облачность, дожди; температура при его вторжении понижается.

Умеренный воздух проникает в полярные, а также субтропические и тропические широты.

Тропический воздух формируется в тропических и субтропических широтах, а летом - и в континентальных районах на юге умеренных широт. Различают два подтипа тропического воздуха. Континентальный тропический воздух (кТв) образуется над сушей, характеризуется высокими температурами, сухостью и запыленностью. Морской тропический воздух (мТв) формируется над тропическими акваториями (тропическими зонами океана), отличается высокой температурой и влажностью.

Тропический воздух проникает в умеренные и экваториальные широты.

Экваториальный воздух формируется в экваториальной зоне из тропического воздуха, приносимого пассатами. Он характеризуется высокими температурами и большой влажностью в течении всего года. Кроме того, эти качества сохраняются и над сушей, и над морем, поэтому на морские и континентальные подтипы экваториальный воздух не подразделяется.

Воздушные массы находятся в непрерывном движении. При этом если воздушные массы движутся в более высокие широты или на более холодную поверхность, их называют теплыми, так как они приносят потепление. Воздушные массы, перемещающиеся в более низкие широты или на более теплую поверхность, называются холодными. Они приносят похолодание.

Перемещаясь в другие географические районы, воздушные массы постепенно меняют свои свойства, прежде всего температуру и влажность, т.е. переходят в воздушные массы другого типа. Процесс превращения воздушных масс из одного типа в другой под влиянием местных условий называется трансформацией. Например, тропический воздух, проникая к экватору и в умеренные широты, трансформируется соответственно в экваториальный и умеренный воздух. Морской умеренный воздух, оказавшись в глубине континентов, зимой охлаждается, а летом нагревается и всегда иссушается, превращаясь в континентальный умеренный воздух.

Все воздушные массы связаны между собой в процессе постоянного их перемещения, в процессе общей циркуляции тропосферы.

Схема циркуляции атмосферы

Воздух в атмосфере находится в постоянном движении. Он перемещается как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении.

Первопричиной перемещения воздуха в атмосфере является неравномерное распределение солнечной радиации и неоднородность подстилающей поверхности. Они обусловливают неодинаковую температуру воздуха и, соответственно, атмосферное давление над земной поверхностью.

Разность давления порождает движение воздуха, которое перемещается из областей высокого к областям низкого давления. В процессе перемещения воздушные массы отклоняются под действием силы вращения Земли.

(Вспомните, как отклоняются тела, движущиеся в Северном и Южном полушариях.)

Вы, конечно, заметили, как в жаркий летний день над асфальтом образуется легкое марево. Это нагретый, легкий воздух поднимается вверх. Подобную, но значительно более масштабную картину можно наблюдать на экваторе. Очень нагретый воздух постоянно поднимается вверх, образуя восходящие потоки.

Поэтому здесь у поверхности формируется постоянный пояс низкого давления.
Воздух, поднявшийся над экватором, в верхних слоях тропосферы (10-12 км) растекается к полюсам. Постепенно оно охлаждается и примерно над 30 t° северной и южной широты начинает опускаться.

Так образуется избыток воздуха, который способствует формированию в приземном слое атмосферы тропического пояса высокого давления.

В приполярных областях воздух холодный, тяжелый и опускается, вызывая нисходящие движения. Вследствие этого в приповерхностных слоях полярного пояса образуется высокое давление.

Между тропическим и полярным поясами высокого давления в умеренных широтах формируются активные атмосферные фронты. Массивнее холодный воздух вытесняет вверх теплый, вызывая восходящие потоки.

Вследствие этого в умеренных широтах формируется приземный пояс низкого давления.

Карта климатических поясов Земли

Если бы земная поверхность была однородной, пояса атмосферного давления распространялись бы сплошными полосами. Однако поверхность планеты представляет собой чередование воды и суши, которые имеют разные свойства. Сушу быстро нагревается и охлаждается.

Океан, наоборот, нагревается и отдает свое тепло медленно. Вот почему пояса атмосферного давления разрываются на отдельные участки - области высокого и низкого давления. Одни из них существуют на протяжении всего года, другие - в определенный сезон.

На Земле закономерно чередуются пояса высокого и низкого давления. Высокое давление - на полюсах и у тропиков, низкий - у экватора и в умеренных широтах.

Типы циркуляции атмосферы

В атмосфере Земли есть несколько мощных звеньев циркуляции воздушных масс. Все они действующие и присущие определенным широтным зонам. Поэтому их называют зональными типами циркуляции атмосферы.

У поверхности Земли потоки воздуха движутся от тропического пояса высокого давления к экватору. Под действием силы, возникающей вследствие вращения Земли, они отклоняются вправо в Северном полушарии и влево - в Южном.

Так образуются постоянные мощные ветры - пассаты. В Северном полушарии пассаты дуют в направлении с северо-востока, а в Южной - с юго-востока. Итак, первый зональный тип циркуляции атмосферы - пассатный .

От тропиков воздух перемещается и в умеренные широты. Отклоняясь под действием силы вращения Земли, они начинают постепенно двигаться с запада на восток. Именно такой поток с Атлантики охватывает умеренные широты всей Европы, в том числе и Украины. Западный перенос воздуха в умеренных широтах - это второй зональный тип планетарной циркуляции атмосферы.

Закономерно также движение воздуха из приполярных поясов высокого давления в умеренные широты, где давление низкое.

Под действием отклоняющей силы вращения Земли это воздух движется с северо-востока в Северном полушарии и с юго-востока - в Южной. Восточный приполярный поток воздушных масс образует третий зональный тип циркуляции атмосферы.

На карте атласа найдите широтные пояса, где господствуют различные типы зональной циркуляции воздуха.

В связи с неравномерным нагревом суши и океана зональная схема перемещения воздушных масс нарушается. Например, на востоке Евразии в умеренных широтах западный перенос воздуха действует только полгода – зимой. Летом, когда материк нагревается, воздушные массы с прохладой океана перемещаются на сушу.

Так возникает муссонный перенос воздуха. Смена направлений движения воздуха дважды в год - характерная особенность муссонной циркуляции. Зимний муссон - поток сравнительно холодного и сухого воздуха с материка на океан.

Летний муссон - движение влажного и теплого воздуха в обратном направлении.

Зональные типы циркуляции атмосферы

Есть три главных зональных типа циркуляции атмосферы : пассатный, западный перенос воздуха и восточный приполярный поток воздушных масс. Муссонный перенос воздуха нарушает общую схему циркуляции атмосферы и является азональным типом циркуляции.

Общая циркуляция атмосферы (стр. 1 из 2)

Министерство науки и образования Республики Казахстан

Академия экономики и права имени У.А. Джолдасбекова

Факультет «Гуманитарно-экономическая академия»

По дисциплине: Экология

На тему: «Общая циркуляция атмосферы»

Выполнила: Царская Маргарита

Группа 102 А

Проверил: Омаров Б.Б.

Талдыкорган 2011г.

Введение

1. Общие сведения о циркуляции атмосферы

2. Факторы, определяющие общую циркуляцию атмосферы

3. Циклоны и антициклоны.

4. Ветра, влияющие на общую циркуляцию атмосферы

5. Эффект фена

6. Схема общей циркуляции «Машина планеты»

Заключение

Список использованной литературы

Введение

На страницах научной литературы в последнее время часто встречается понятие общая циркуляция атмосферы, смысл которого каждый специалист понимает по-своему. Систематически используют этот термин специалисты, занимающиеся географией, экологией, верхней части атмосферы.

Все больший интерес к общей циркуляции атмосферы проявляют метеорологи и климатологи, биологи и медики, гидрологи и океанологи, ботаники и зоологи, и конечно же экологи.

Нет единого мнения, является ли указанное научное направление возникшим недавно или исследования здесь продолжаются уже столетия.

Ниже предложены определения общей циркуляции атмосферы, как совокупности наук и перечислены влияющие на нее факторы.

Приведен некоторый перечень достижений: гипотез, разработок и открытий, которые отмечают известные вехи в истории этой совокупности наук и дают определенное представление о круге рассматриваемых ею проблем и задач.

Описаны отличительные особенности общей циркуляции атмосферы, а также представлена простейшая схема общей циркуляции под названием «машина планеты».

1. Общие сведения о циркуляции атмосферы

Общая циркуляция атмосферы (лат. Circulatio - вращение, греч. atmos - пар и sphaira - шар) – это совокупность воздушных течений крупного масштаба в тропо- и стратосферах. В результате происходит обмен воздушными массами в пространстве, что способствует перераспределению тепла и влаги.

Общей циркуляцией атмосферы называют круговорот воздуха на земном шаре, приводящий к переносу его из низких широт в высокие и обратно.

Общая циркуляция атмосферы определяется зонами высокого атмосферного давления в приполярных областях и тропических широтах и зонами низкого давления в умеренных и экваториальных широтах.

Перемещение воздушных масс происходит как в широтном, так и в меридиональном направлениях. В тропосфере к циркуляции атмосферы относятся пассаты, западные воздушные течения умеренных широт, муссоны, циклоны и антициклоны.

Причина перемещения воздушных масс состоит в неодинаковом распределении атмосферного давления и нагревании Солнцем поверхности суши, океанов, льда на разных широтах, а также в отклоняющем воздействии на воздушное потоки вращения Земли.

Главные закономерности циркуляции атмосферы постоянны.

В нижней стратосфере струйные течения воздуха в умеренных и субтропических широтах преимущественно западные, а в тропических - восточные, и идут они со скоростью до 150 м/с (540 км/час) относительно земной поверхности.

В нижней тропосфере преобладающие направления переноса воздуха различаются по географическим поясам.

В полярных широтах восточные ветры; в умеренных - западные с частым нарушением циклонами и антициклонами, наиболее устойчивы пассаты и муссоны в тропических широтах.

В связи с разнообразием подстилающей поверхности на форме общей циркуляции атмосферы возникают районные отклонения - местные ветры.

2. Факторы, определяющие общую циркуляцию атмосферы

– Неравномерное распределение солнечной энергии по земной поверхности и как следствие, неравномерное распределение температуры и атмосферного давления.

– Силы Кориолиса и трения, под влиянием которых воздушные потоки приобретают широтное направление.

– Влияние подстилающей поверхности: наличие материков и океанов, неоднородность рельефа и др.

Распределение воздушных течений в земной поверхности имеет зональный характер. В экваториальных широтах – затишье или наблюдаются слабые переменных ветры. В тропической зоне господствуют пассаты.

Пассаты – постоянные ветры, дующие от 30-х широт к экватору, имеющие в северном полушарии северо-восточное, в южном – юго-восточное направления. В 30-35? с. и ю.ш. – зона затишья, т.наз. «конские широты».

В умеренных широтах преобладают западные ветры (в северном полушарии юго-западные, в южном – северо-западные). В полярных широтах дуют восточные (в северном полушарии северо-восточные, в южном – юго-восточные) ветры.

В действительности система ветров над земной поверхностью гораздо сложнее. В субтропическом поясе во многих районах пассатный перенос нарушается летними муссонами.

В умеренных и субполярных широтах огромное влияние на характер воздушных течений оказывают циклоны и антициклоны, а на восточных и северных побережьях – муссоны.

Кроме этого, во многих районах образуются местные ветры, обусловленные особенностями территории.

3. Циклоны и антициклоны.

Для атмосферы характерны вихревые движения, крупнейшими из которых являются циклоны и антициклоны.

Циклон – это восходящий атмосферный вихрь с пониженным давлением в центре и системой ветров от периферии к центру, направленных в северном полушарии против, в южном – по часовой стрелке. Циклоны делят на тропические и внетропические. Рассмотрим внетропические циклоны.

Диаметр внетропических циклонов в среднем около 1000 км, но бывают и более 3000 км. Глубина (давление в центре) – 1000-970 гПа и менее. В циклоне дуют сильные ветры, обычно до 10-15 м/сек, но могут достигать 30 м/сек и более.

Средняя скорость перемещения циклона – 30-50 км/час. Чаще всего циклоны перемещаются с запада на восток, но иногда идут с севера, юга и даже востока. Зона наибольшей повторяемости циклонов – 80-е широты северного полушария.

Циклоны приносят пасмурную, дождливую, ветреную погоду, летом – похолодание, зимой – потепление.

Тропические циклоны (ураганы, тайфуны) образуются в тропических широтах, это одно из наиболее грозных и опасных явлений природы. Их диаметр несколько сотен километров (300-800 км, редко более 1000 км), но характерна большая разница в давлении между центром и периферией, что вызывает сильные ураганные ветры, тропические ливни, сильные грозы.

Антициклон – это нисходящий атмосферный вихрь с повышенным давлением в центре и системой ветров от центра к периферии, направленных в северном полушарии по часовой стрелке, в южном – против. Размеры антициклонов такие же, как у циклонов, но в поздней стадии развития могут достигать до 4000 км в диаметре.

Атмосферное давление в центре антициклонов обычно 1020-1030 гПа, но может достигать и более 1070 гПа. Наибольшая повторяемость антициклонов – над субтропическими зонами океанов. Для антициклонов характерна малооблачная, без осадков погода, со слабыми ветрами в центре, зимой – сильные морозы, летом – жара.

4. Ветра, влияющие на общую циркуляцию атмосферы

Муссоны. Муссоны – сезонные ветры, изменяющие направление два раза в год. Летом они дуют с океана на сушу, зимой – с суши на океан. Причина образования – неодинаковое нагревание по сезонам года суши и воды. В зависимости от зоны образования муссоны делят на тропические и внетропические.

Внетропические муссоны особенно выражены на восточной окраине Евразии. Летний муссон приносит с океана влагу и прохладу, зимний дует с материка, понижая температуру и влажность.

Тропические муссоны наиболее выражены в бассейне Индийского океана. Летний муссон дует от экватора, он противоположен пассату и приносит облачность, осадки, смягчает летнюю жару, зимний – совпадает с пассатом, усиливает его, принося сухость.

Местные ветры. Местные ветры имеют локальное распространение, их образование связано с особенностями данной территории – близостью водоемов, характером рельефа. Наиболее распространены бризы, бора, фён, горно-долинные и стоковые ветры.

Бризы (легкий ветер-фр) – ветры по берегам морей, крупных озер и рек, дважды в сутки меняющие направление на противоположное: дневной бриз дует с водоема на берег, ночной бриз – с берега на водоем. Бризы обусловлены суточным ходом температуры и соответственно давления над сушей и водой. Они захватывают слой воздуха 1-2 км.

Скорость их невелика – 3-5 м/с. Очень сильный дневной морской бриз наблюдается на западных пустынных побережьях материков в тропических широтах, омываемых холодными течениями и холодной водой, поднимающейся у берега в зоне апвеллинга.

Там он вторгается вглубь суши на десятки километров и производит сильный климатический эффект: снижает температуру, особенно летом на 5-70 С, а в западной Африке до 100С, увеличивает относительную влажность воздуха до 85%, способствует образованию туманов и рос.

Явления, подобные дневным морским бризам можно наблюдать по окраинам больших городов, где отмечается циркуляция более холодного воздуха из пригородов к центру, т.к над городами существуют «тепловые пятна» в течение всего года.

Горно-долинные ветры обладают суточной периодичностью: днем ветер дует вверх по долине и по горным склонам, ночью- наоборот охлажденный воздух спускается вниз. Дневной подъем воздуха приводит к образованию кучевых облаков над склонами гор, ночью при опускании и адиабатическом нагревании воздуха облачность исчезает.

Ледниковые ветры – это холодные ветры, постоянно дующие со стороны горных ледников вниз по склонам и долинам. Они обусловлены выхолаживанием воздуха надо льдом. Их скорость 5-7 м/с, мощность несколько десятков метров. Они интенсивнее ночью, так как усиливаются ветрами склонов.

Общая циркуляция атмосферы

1) Из-за наклона земной оси и шарообразности Земли экваториальные районы получают больше солнечной энергии, чем полярные.

2) На экваторе воздух нагревается → расширяется → поднимается вверх → образуется область низкого давления. 3) На полюсах воздух охлаждается → уплотняется → опускается вниз → образуется область высокого давления.

4) Из-за разницы атмосферного давления воздушные массы начинают двигаться от полюсов к экватору.

На направление и скорость ветров ещё влияют:

свойства воздушных масс (влажность, температура…)
подстилающая поверхность (океаны, горные массивы и т.д.)
вращение земного шара вокруг своей оси (сила Кориолиса)1) общая (глобальная) система воздушных течений над земной поверхностью, горизонтальные размеры которой соизмеримы с материками и океанами, а толщина от нескольких км до десятков км.

Пассаты – это постоянные ветры, дующие от тропиков к экватору.

Причина: на экваторе всегда низкое давление (восходящие потоки), а в тропиках всегда высокое давление (нисходящие потоки).

Из-за действия силы Кориолиса: пассаты Северного полушария имеют северо-восточное направление (отклоняются вправо)

Пассаты Южного полушария – юго-восточное (отклоняются влево)

Северо-восточные ветры (в Северном полушарии) и юго-восточные ветры (в Южном полушарии).
Причина: воздушные потоки двигаются от полюсов к умеренным широтам и под действием силы Кориолиса отклоняются к западу. Западные ветры – ветры, дующие от тропиков в умеренные широты преимущественно с запада на восток.

Причина: в районе тропиков высокое давление, а в умеренных широтах – низкое, поэтому часть воздуха из области В.Д, движется в область Н,Д,. При движении под воздействием силы Кориолиса воздушные потоки отклоняются к востоку.

В Эстонию западные ветры приносят тёплый и влажный воздух, т.к. воздушные массы формируются над водами тёплого Северо-Атлантического течения.

Воздух в циклоне движется от периферии к центру;

В центральной части циклона воздух поднимается и

Охлаждается, поэтому образуются облака и осадки;

При циклонах преобладает пасмурная погода с сильными ветрами:

летом – дождливая и прохладная,
зимой – с оттепелями и снегопадами.

Антициклон – это область повышенного атмосферного давления с максимумом в центре.
воздух в антициклоне движется от центра к периферии; в центральной части антициклона воздух опускается и нагревается, его влажность падает, облака рассеиваются; при антициклонах устанавливается ясная безветренная погода:

летом – жаркая,

зимой – морозная.

Циркуляция атмосферы

Определение 1

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.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

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.

Определение 2

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.

Замечание 1

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.

Определение 3

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.

Общая циркуляция атмосферы

Объектами изучения общей циркуляции атмосферы являются перемещающиеся циклоны и антициклоны умеренных широт с их быстроизменяющейся метеорологической обстановкой: пассаты, муссоны, тропические циклоны и т. п. Типичные черты общей циркуляции атмосферы, устойчивые во времени или повторяющиеся чаще других, выявляются при осреднении метеорологических элементов за длительные многолетние периоды наблюдений,

На рис. 8, 9 приведено среднее многолетнее распределение ветра у земной поверхности в январе и июле. В январе, т. е.

зимой, в Северном полушарии отчетливо видны гигантские антициклонические вихри над Северной Америкой и особенно интенсивный вихрь - над Центральной Азией.

Летом антициклонические вихри над сушей разрушаются в связи с прогревом материка, а над океанами такие вихри значительно усиливаются и распространяются к северу.

Давление у поверхности Земли в миллибарах и преобладающие воздушные течения

В связи с тем, что в тропосфере воздух в экваториальных и тропических широтах прогрет значительно интенсивнее, чем в полярных областях, температура воздуха и давление постепенно понижаются в направлении от экватора к полюсам. Как говорят метеорологи, планетарный градиент температуры и давления направлены в средней тропосфере от экватора к полюсам.

(В метеорологии градиент температуры и давления берется в обратном направлении, по сравнению с физикой.) Воздух является легкоподвижной средой. Если бы Земля не вращалась вокруг своей оси, то в нижних слоях атмосферы воздух перетекал бы от экватора к полюсам, а в верхних слоях возвращался бы обратно к экватору.

Но Земля вращается с угловой скоростью 2п/86400 радиан в секунду. Частицы воздуха, переходя от низких широт в высокие, сохраняют большие линейные скорости относительно земной поверхности, приобретенные в низких широтах, и поэтому отклоняются при своем движении к востоку. Образуется западно-восточный перенос воздуха в тропосфере, который отражен на рис. 10.

Однако такой правильный режим течений наблюдается только на картах средних значений. «Моментальные снимки» воздушных течений дают очень разнообразные, каждый раз новые не повторяющиеся положения циклонов, антициклонов, воздушных потоков, зон встреч теплого и холодного воздуха, т. е. атмосферных фронтов.

Атмосферные фронты играют большую роль в общей циркуляции атмосферы, поскольку в них происходят значительные преобразования энергии воздушных масс из одного вида в другой.

На рис. 10 схематически представлено положение основных фронтальных разделов в средней тропосфере и у земной поверхности. С атмосферными фронтами и фронтальными зонами связаны многочисленные явления погоды.

Здесь зарождаются циклонические и антициклонические вихри, происходит образование мощной облачности и зон осадков, усиление ветра.

При прохождении атмосферного фронта через данный пункт обычно отчетливо наблюдается заметное похолодание или потепление, резко изменяется весь характер погоды. Интересные особенности обнаруживаются в структуре стратосферы.

Планетарная фронтальная зона в средней тропосфере

Если в тропосфере у экватора располагаются теплы; воздушные массы, а у полюсов - холодные, то в стратосфере, особенно в теплую половину года, дело обстоит как раз наоборот, у полюсов здесь воздух относительно более теплый, а у экватора - холодный.

Градиент температуры и давления направлены в обратную по отношению к тропосфере сторону.

Влияние отклоняющей силы вращения Земли, которое приводило в тропосфера к образованию западно-восточного переноса, создает в стратосфере зону восточно-западных ветров.

Среднее расположение осей струйных течений в Северном полушарии зимой

Наибольшие скорости ветра, а следовательно, и наибольшая кинетическая энергия воздуха наблюдаются в струйных течениях.

Образно говоря, струйные течения - это воздушные реки в атмосфере, реки-, текущие у верхней границы тропосферы, в слоях, отделяющих тропосферу от стратосферы, т. е. в слоях, близких к тропопаузе (рис. 11 и 12).

Скорость ветра в струйных течениях достигает 250 - 300 км/ч - зимой; и 100 - 140 км/ч - летом. Таким образом, тихоходный самолет, попадая в такое струйное течение, может лететь «вспять».

Среднее расположение осей струйных течений в Северном полушарии летом

Протяженность струйных течений достигает нескольких тысяч километров. Ниже струйных течений в тропосфере наблюдаются более широкие и менее быстрые воздушные «реки» - планетарные высотные фронтальные зоны, также играющие большую роль в общей циркуляции атмосферы.

Возникновение больших скоростей ветра в струйных течениях и в планетарных высотных фронтальных зонах происходит из-за наличия здесь большой разницы температур воздуха между соседними воздушными массами.

Наличие разницы в температуре воздуха, или, как говорят, «температурного контраста», приводит к увеличению ветра с высотой. Теория показывает, что такое увеличение пропорционально горизонтальному градиенту температуры рассматриваемого слоя воздуха.

В стратосфере в связи с обращением меридионального градиента температуры воздуха на обратный, интенсивность струйных течений идет на убыль, и они исчезают.

Несмотря на большую протяженность планетарных высотных фронтальных зон и струйных течений, они, как правило, не опоясывают весь земной шар, а оканчиваются там, где горизонтальные контрасты температуры между воздушными массами ослабевают. Наиболее часто и резко контрасты температуры проявляются в полярном фронте, отделяющем воздух умеренных широт от тропического воздуха.

Положение оси высотной фронтальной зоны при незначительном меридиональном обмене воздушных масс

Планетарные высотные фронтальные зоны и струйные течения часто возникают в системе полярного фронта. Хотя в среднем планетарные высотные фронтальные зоны имеют направление с запада на восток, в конкретных случаях направление их осей весьма разнообразно. Чаще всего в умеренных широтах они имеют волнообразный характер. На рис.

13, 14 представлены положения осей высотных фронтальных зон в случаях устойчивого западно-восточного переноса и в случаях развитого меридионального обмена воздушных масс.

Существенная особенность воздушных течений в стратосфере и мезосфере над экваториальной и тропической областями заключается в существовании там нескольких слоев воздуха с почти противоположным направлением сильных ветров.

Возникновение и развитие этой многослойной структуры поля ветра здесь меняется через определенные, но не вполне точно совпадающие промежутки времени, что также может служить некоторым прогностическим признаком.

Если добавить к этому, что явление резкого потепления в полярной стратосфере, регулярно происходящее зимой, некоторым образом связано с процессами в стратосфере, происходящими в тропических широтах, и с тропосферными процессами умеренных и высоких широт, то станет ясно, как сложно и прихотливо развиваются те атмосферные процессы, которые непосредственно влияют на режим погоды в умеренных широтах.

Положение оси высотной фронтальной зоны при значительном меридиональном обмене воздушных масс

Огромное значение для формирования атмосферных процессов большого масштаба имеет состояние подстилающей поверхности, особенно состояние верхнего деятельного слоя воды Мирового океана. Поверхность Мирового океана составляет почти 3/4 всей поверхности Земли (рис. 15).

Морские течения

Благодаря большой теплоемкости и способности легко перемешиваться, океанические воды надолго запасают тепло во время встреч с теплым воздухом в умеренных широтах и в течение всего года в южных широтах. Запасенное тепло с морскими течениями выносится далеко к северу и отепляет близлежащие районы.

Теплоемкость воды в несколько раз больше, чем теплоемкость почвы и горных пород, составляющих сушу. Нагретая водная масса служит как бы аккумулятором тепла, которым она снабжает атмосферу. Следует отметить при этом, что суша отражает солнечные лучи значительно лучше, чем поверхность океана.

Особенно хорошо отражает солнечные лучи поверхность снега и льда; 80-85% всей солнечной радиации, падающей на снег, отражается от него. Поверхность моря, наоборот, поглощает почти всю радиацию, которая на нее падает (55-97%). В результате всех этих процессов атмосфера непосредственно от Солнца получает только 1/3 всей приходящей энергии.

Остальные 2/3 энергии она получает от нагретой Солнцем подстилающей поверхности, прежде всего от водной поверхности. Передача тепла от подстилающей поверхности в атмосферу происходит несколькими путями. Во-первых, большое количество солнечного тепла затрачивается на испарение влаги с поверхности океана в атмосферу.

При конденсации этой влаги освобождается тепло, которое нагревает окружающие слои воздуха. Во-вторых, подстилающая поверхность отдает тепло в атмосферу путем турбулентного (т. е. вихревого, неупорядоченного) теплообмена. В-третьих, тепло передается путем теплового электромагнитного излучения. В результате взаимодействия океана с атмосферой в последней происходят важные изменения.

Слой атмосферы, в который проникает тепло и влага океана, в случаях вторжения холодного воздуха на теплую океаническую поверхность достигает 5 км и более. В тех случаях, когда на холодную водную поверхность океана вторгается теплый воздух, высота, на которую распространяется влияние океана, не превышает 0,5 км.

В случаях вторжения холодного воздуха толщина его слоя, на которую распространяется влияние океана, зависит прежде всего от величины разности температуры вода - воздух. Если вода теплее воздуха, то развивается мощная конвекция, т. е. неупорядоченные восходящие движения воздуха, которые и приводят к проникновению тепла и влаги в высокие слои атмосферы.

Наоборот, если воздух теплее воды, то конвекция не возникает и воздух изменяет свои свойства только в самых нижних слоях. Над теплым течением Гольфстрим в Атлантическом океане при вторжении очень холодного воздуха теплоотдача океана может доходить до 2000 кал/см2 в сутки и распространяется на всю тропосферу.

Теплый воздух может потерять над холодной океанической поверхностью 20-100 кал/см2 в сутки. Изменение свойств воздуха, попадающего на теплую или холодную океаническую поверхность, происходит довольно быстро - такие изменения можно заметить на уровне 3 или 5 км уже через сутки после начала вторжения.

Какие же приращения температуры воздуха могут быть в результате его трансформации (изменения) над водной подстилающей поверхностью? Оказывается, в холодное полугодие атмосфера над Атлантикой в среднем прогревается на 6°, а иногда может прогреться и на 20° в сутки. Охладиться атмосфера может на 2-10° в сутки. Подсчитано, что на севере Атлантического океана, т. е.

там, где происходит наиболее интенсивная передача тепла от океана в атмосферу, океан отдает в 10-30 раз тепла больше, чем получает его от атмосферы. Естественно при этом, что запасы тепла в океане восполняются притоком теплых океанических вод из тропических широт. Потоки воздуха распространяют полученное от океана тепло на тысячи километров. Отепляющее’ влияние океанов в зимнее время приводит к тому, что разница температуры воздуха между северо-восточными частями океанов и континентов составляет на широтах 45-60° у земной поверхности 15-20°, в средней тропосфере 4-5°. Хорошо изучено, например, отепляющее влияние океана на климат Северной Европы.

Северо-западная часть Тихого океана зимой находится под влиянием холодного воздуха Азиатского континента, так называемого зимнего муссона, распространяющегося на 1-2 тыс. км в глубь океана в приводном слое и на 3-4 тыс. км в средней тропосфере (рис. 16).

Годовые суммы тепла, переносимого морскими течениями

Летом над океаном холоднее, чем над материками, поэтому воздух, поступающий с Атлантического океана, охлаждает Европу, а воздух Азиатского континента утепляет Тихий океан. Однако описанная выше картина характерна для средних условий циркуляции.

Междусуточные изменения в величине и в направлении потоков тепла от подстилающей поверхности в атмосферу и обратно очень разнообразны и оказывают большое влияние на изменение самих атмосферных процессов.

Существуют гипотезы, согласно которым особенности развития теплообмена между различными участками подстилающей поверхности и атмосферой обусловливают устойчивый характер атмосферных процессов в течение длительных промежутков времени.

Если над аномально (свыше нормы) теплой водной поверхностью той или иной части Мирового океана в умеренных широтах Северного полушария воздух прогревается, то в средней тропосфере образуется область повышенного давления (барический гребень), по восточной периферии которого начинается перенос холодных масс воздуха из Арктики, а по западной его части - перенос теплого воздуха из тропических широт к северу. Такая ситуация может привести к сохранению у земной поверхности в определенных районах длительной аномалии погоды - сухой и жаркой или дождливой и прохладной летом, морозной и сухой или теплой и снежной зимой. Весьма значительную роль в формировании атмосферных процессов путем регулирования поступления солнечного тепла к земной поверхности играет облачность. Облачный покров значительно увеличивает долю отраженной радиации и этим уменьшает нагрев земной поверхности, что, в свою очередь, влияет на характер синоптических процессов. Получается некоторое подобие обратной связи: характер циркуляции атмосферы влияет на создание облачных систем, а облачные системы, в свою очередь, влияют на изменение циркуляции. Мы перечислили только главнейшие из изучаемых «земных» факторов, влияющих на формирование погоды и циркуляции воздуха. Особую роль в исследовании причин изменения общей ЦИРКУЛЯЦИИ атмосферы играет деятельность Солнца. Здесь следует различать изменения циркуляции воздуха на Земле в связи с изменениями общего потока тепла, приходящего от Солнца на Землю в результате колебаний величины так называемой солнечной постоянной. Однако, как показывают последние исследования, в действительности она не является строго постоянной величиной. Энергия циркуляции атмосферы непрерывно пополняется за счет энергии, посылаемой Солнцем. Поэтому, если суммарная энергия, посылаемая Солнцем, колеблется в значительных размерах, то это может сказаться на изменении циркуляции и погоды на Земле. Этот вопрос еще недостаточно изучен. Что касается изменения солнечной активности, то хорошо известно, что на поверхности Солнца возникают различные возмущения, солнечные пятна, факелы, флокулы, протуберанцы и т. п. Эти возмущения вызывают временные изменения состава солнечной радиации, увеличивается ультрафиолетовая составляющая и корпускулярное (т. е. состоящее из заряженных частиц, главным образом протонов) излучение Солнца. Некоторые метеорологи считают, что изменение солнечной активности связано с тропосферными процессами в атмосфере Земли, т. е. с погодой.

Последнее утверждение нуждается в дополнительных исследованиях, главным образом вследствие того факта, что хорошо проявляющийся 11-летний цикл солнечной активности не четко выявляется в погодных условиях на Земле.

Известно, что существуют целые школы метеорологов-прогнозистов, довольно удачно предсказывающих погоду в связи с изменениями солнечной активности.

Ветер и общая циркуляция атмосферы

Ветром называется движение воздуха из районов с более высоким давлением воздух в область более низкого давления. Скорость ветра определяется величиной разности атмосферного давления.

Влияние ветра в судовождении необходимо постоянно учитывать, т. к. он вызывает дрейф судна, штормовое волнение и т.п.
Из-за неравномерности нагревания различных частей земного шара существует система атмосферных течений планетарного масштаба (общая циркуляция атмосферы).

Воздушный поток состоит из отдельных вихрей, беспорядочно перемещающихся в пространстве. Поэтому скорость ветра, измеряемая в какой-либо точке,беспрерывно меняется во времени. Наибольшие колебания скорости ветра наблюдаются в приводном слое. Для того чтобы иметь возможность сопоставлять скорости ветра, за стандартную высоту была принята высота 10 метров над уровнем моря.

Скорость ветра выражают в метрах в секунду, силу ветра – в баллах. Соотношение между ними определено шкалой Бофорта.

Шкала Бофорта

Колебания скорости ветра характеризуются коэффициентом порывистости,под которым понимается отношение максимальной скорости порывов ветра к его средней скорости, полученной за 5 – 10 минут.
С возрастанием средней скорости ветра коэффициент порывистости уменьшается. При больших скоростях ветра коэффициент порывистости равен примерно 1,2 – 1,4.

Пассаты – ветры, дующие весь год в одном направлении в зоне от экватора до 35° с. ш. и до 30° ю. ш. Устойчивы по направлению: в северном полушарии – северо-восточные, в южном – юго-восточные. Скорость – до 6 м/с.

Муссоны – ветры умеренных широт, летом дующие с океана на материк,зимой – с материка на океан. Достигают скорости 20 м/с. Муссоны приносят на побережье зимой сухую ясную и холодную погоду, летом – пасмурную, с дождями и туманами.

Бризы возникают вследствие неравномерного нагрева воды и суши в течение суток. В дневное время возникает ветер с моря на сушу (морской бриз). Ночью с охлажденного побережья – на море (береговой бриз). Скорость ветра 5 – 10 м/с.

Местные ветры возникают в отдельных районах вследствие особенностей рельефа и резко отличаются от общего воздушного потока: возникают в результате неравномерного прогрева (охлаждения) подстилающей поверхности. Подробные сведения о местных ветрах даются в лоциях и гидрометеорологических описаниях.

Бора – сильный и порывистый ветер, направленный вниз по горному склону. Приносит значительное похолодание.

Наблюдается в местностях, где невысокий горный хребет граничит с морем, в периоды, когда над сушей увеличивается атмосферное давление и понижается температура по сравнению с давлением и температурой над морем.

В районе Новороссийской бухты бора действует в ноябре – марте со средними скоростями ветра около 20 м/с (отдельные порывы могут быть 50 – 60 м/с). Продолжительность действия от одних до трех суток.

Аналогичные ветры отмечаются на Новой Земле, на средиземноморском побережье Франции (мистраль) и у северных берегов Адриатического моря.

Сирокко – горячий и влажный ветер центральной части Средиземного моря сопровождается облачностью и осадками.

Смерчи – вихри над морем диаметром до нескольких десятков метров, состоящие из водяных брызг. Существуют до четверти суток и движутся со скоростью до 30 узлов. Скорость ветра внутри смерча может доходить до 100 м/с.

Штормовые ветры возникают преимущественно в областях с пониженным атмосферным давлением. Особенно большой силы достигают тропические циклоны, при которых скорость ветра нередко превышает 60 м/с.

Сильные штормы наблюдаются и в умеренных широтах. При движении воздушные теплые и холодные массы воздуха неизбежно соприкасаются друг с другом.

Переходная зона между этими массами называется атмосферным фронтом. Прохождение фронта сопровождается резким изменением погоды.

Атмосферный фронт может находиться в стационарном состоянии или в движении. Различают теплые, холодные фронты, а также фронты окклюзии. Основными атмосферными фронтами являются: арктические, полярные и тропические. На синоптических картах фронты изображают в виде линий (линия фронта).

Тёплый фронт образуется при наступлении теплых воздушных масс на холодные. На картах погоды тёплый фронт отмечается сплошной линией с полукругами вдоль фронта, указывающими в сторону более холодного воздуха и направление движения.

По мере приближения тёплого фронта начинает падать давление, уплотняются облака, выпадают обложные осадки. Зимой при прохождении фронта обычно появляются низкие слоистые облака. Температура и влажность воздуха медленно повышаются.

При прохождении фронта температура и влажность обычно быстро возрастают, ветер усиливается. После прохождения фронта направление ветра меняется (ветер поворачивает по часовой стрелке), падение давления прекращается и начинается его слабый рост, облака рассеиваются, осадки прекращаются.

Холодный фронт образуется при наступлении холодных воздушных масс на более теплые (рис.18.2). На картах погоды холодный фронт изображается сплошной линией с треугольниками вдоль фронта, указывающими в сторону более теплых температур и направление движения. Давление перед фронтом сильно и неравномерно падает, судно попадает в зону ливней, гроз, шквалов и сильного волнения.

Фронт окклюзии – это фронт, образованный слиянием теплого и холодного фронтов. Представляется сплошной линией с чередующимися треугольниками и полукругами.

Разрез теплого фронта

Разрез холодного фронта

Циклон – атмосферный вихрь огромного (от сотен до нескольких тысяч километров) диаметра с пониженным давлением воздуха в центре. Воздух в циклоне циркулирует против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой стрелке в южном.

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.

Тропический циклон – циклон, образовавшийся в тропических широтах, это атмосферный вихрь с пониженным атмосферным давлением в центре со штормовыми скоростями ветра. Сформировавшиеся тропические циклоны движутся вместе с воздушными массами с востока на запад, при этом постепенно отклоняясь к высоким широтам.

Для таких циклонов характерен также т. н. «глаз бури» – центральная область диаметром 20 – 30 км с относительно ясной и безветреной погодой. В мире ежегодно наблюдается около 80 тропических циклонов.

Вид циклона из космоса

Пути тропических циклонов

На Дальнем Востоке и в Юго-Восточной Азии тропические циклоны называются тайфунами (от китайского тай фын – большой ветер), а в Северной и Южной Америке – ураганами (исп. huracán по имени индейского бога ветра).
Принято считать, что шторм переходит в ураган при скорости ветра более 120 км/час, при скорости 180 км/час ураган называют сильным ураганом.

7. Ветер. Общая циркуляция атмосферы

Лекция 7. Ветер. Общая циркуляция атмосферы

Ветер – это движение воздуха относительно земной поверхности, в котором преобладает горизонтальная состаляющая. Когда рассматривается восходящее или нисходящее движение ветра, учитывается также и вертикальная составляющая. Ветер характеризуется направлением, скоростью и порывистостью.

Причиной возникновения ветра является различие атмосферного давления в разных точках, определяемое горизонтальным барическим градиентом. Давление неодинаково прежде всего из-за разной степени нагревания и охлаждения воздуха и уменьшается с высотой.

Для представ-ления о распределении давления на поверхности Земного шара, на географические карты наносят давление, измеренное в одно время в разных пунктах и приведенное к одинаковой высоте (например, к уровню моря). Пункты с одинаковым давлением соединяют линиями – изобарами .

Таким образом выявляются области повышенного (антициклоны) и пониженного (циклоны) давления, направления их передвижения для прогнозирования погоды. По изобарам можно определить величину изменения давления с расстоянием.

В метеорологии принято понятие горизонтального барического градиента – это изменение давления на 100 км по горизонтальной линии, перпендикулярной изобарам от высокого давления к низкому. Это изменение составляет обычно 1-2 гПа/100 км.

Движение воздуха происходит в направлении градиента, но не по прямой, а сложнее, что обусловлено взаимодействием сил, отклоняющих воздух за счет вращения земли и трения. Под влиянием вращения Земли движение воздуха отклоняется от барического градиента вправо в северном полушарии, влево – в южном.

Наибольшая величина отклонения наблюдается на полюсах, а на экваторе – близка к нулю. Сила трения умень-шает и скорость ветра, и отклонение от градиента в результате соприкосновения с поверхностью, а также – внутри воздушной массы из-за разной скоростей в слоях атмосферы. Совместное влияние этих сил отклоняет ветер от градиента над сушей на 45-55о, над морем – на 70-80о.

С увеличением высоты увеличивается скорость ветра и его отклонение до 90о на уровне около 1 км.

Скорость ветра измеряется обычно в м/сек, реже – в км/час и баллах. За направление принимается то, откуда дует ветер, определяемое в румбах (их 16) или угловых градусах.

Для наблюдений за ветром используется флюгер , который устанавливается на высоте 10-12 м. Ручной анемометр используют для кратковременных наблюдений за скоростью в полевых опытах.

Анеморумбометр позволяет дистанционно измерять направление и скорость ветра, анеморумбограф непрерывно регистрирует эти показатели.

Суточный ход скорости ветра над океанами почти не наблюдается и хорошо выражен над сушей: в конце ночи – минимум, после полудня – максимум. Годовой ход определя-ется закономерностями общей циркуляции атмосферы и различается по районам Земного шара. Например, в Европе летом – минимальная скорость ветра, зимой – максимальная. В Восточной Сибири – наоборот.

Направление ветра в конкретном месте меняется часто, но, если учитывать повторяемость ветров разных румбов, то можно определить, что некоторые бывают чаще. Для такого изучения направлений применяется график, называемый розой ветров. На каждой прямой всех румбов откладывают наблюдаемое число случаев ветра за нужный период и соединяют полученные значения на румбах линиями.

Ветер способствует поддержанию постоянства газового состава атмосферы, перемешивая массы воздуха, переносит влажный морской воздух вглубь материков, обеспечивая их влагой.

Неблагоприятное действие ветра для сельского хозяйства может проявляться в усилении испарения с поверхности почвы, вызывая засуху, возможна ветровая эрозия почв при больших скоростях ветра.

Скорость и направление ветра необходимо учитывать при опылении полей ядохимикатами, при орошении дождевальными установками. Направление господствующих ветров надо знать при закладке лесных полос, снегозадержании.

Местные ветры.

Местными ветрами называют ветры, характерные только для определенных географических районов. Они имеют особое значение по своему влиянию на погодные условия, происхождение их различно.

Бризы – ветры у береговой линии морей и больших озер, которые имеют резкую суточную смену направления . Днем морской бриз дует на берег с моря, а ночью – береговой бриз дует с суши на море (рис.2).

Они ярко выражены при ясной погоде в теплое время года, когда общий перенос воздуха слабый. В других случаях, например при прохождении цикло-нов, бризы могут маскироваться более сильными течениями.

Движение ветра при бризах наблюдается в нескольких сотнях метров (до 1- 2 км), со средней скоростью 3 – 5 м/сек, а в тропиках – и более, проникая на десятки километров вглубь суши или моря.

Развитие бризов связано с суточным ходом температуры поверхности суши. Днем суша нагревается сильнее, чем поверхность воды, давление над ней становится ниже и формируется перенос воздуха с моря на сушу. Ночью суша охлаждается быстрее и сильнее, воздух переносится с суши на море.

Дневной бриз понижает температуру и увеличивает относительную влажность, что особенно резко выражено в тропиках. Например, в Западной Африке при движении морского воздуха на сушу температура может снизиться на 10оС и более, а относительная влажность – повышается на 40%.

Бризы наблюдаются также на побережьях больших озер: Ладожского, Онежского, Байкал, Севан и др., а также – на больших реках. Однако в этих районах бризы меньше по своему горизонтальному и вертикальному развитию.

Горно-долинные ветры наблюдаются в горных системах главным образом летом и схожи с бризами по своей суточной периодичности. Днем они дуют вверх по долине и по склонам гор в результате нагревания солнцем, а ночью, при охлаждении, воздух стекает вниз по склонам. Ночное движение воздуха может вызвать заморозки, что особенно опасно весной в период цветения садов.

Фён – теплый и сухой ветер, дующий с гор в долины. При этом значительно повышается температура воздуха и падает его влажность, иногда очень быстро. Они наблюдаются в Альпах, на Западном Кавказе, на Южном берегу Крыма, в горах Средней Азии, Якутии, на восточных склонах Скалистых гор и в других горных системах.

Фён образуется при пересечении хребта воздушным течением. Так как с подветренной стороны создается разрежение, воздух засасывается вниз в виде нисходящего ветра. Опускающийся воздух нагревается по сухоадиабатическому закону: на 1оС на каждые 100 м спуска.

Например, если на высоте 3000 м воздух имел температуру -8о и относительную влажность 100%, то, спустившись в долину, он нагреется до 22о, а влажность снизится до 17%. Если воздух поднимается по наветренному склону, то происходит кондесация водяного пара и образуются облака, выпадают осадки, а спускающийся воздух будет еще более сухим.

Продолжительность фенов – от нескольких часов до нескольких суток. Фен может вызвать интенсивное таяние снегов и наводнения, иссушает почвы, растительность вплоть до их гибели.

Бора – это сильный, холодный, порывистый ветер, который дует с низких горных хребтов в сторону более теплого моря .

Наиболее известна бора в Новороссийской бухте Черного моря и на Адриатическом побережье в районе г.Триеста. Сходны с борой по происхождению и проявлению норд в районе г.

Баку, мистраль на Средиземноморском побережье Франции, нортсер в Мексиканском заливе.

Бора возникает при прохождении холодных масс воздуха через прибрежный хребет. Воздух стекает вниз под силой тяжести, развивая скорость более 20 м/сек, при этом сильно понижается температура, иногда больше чем на 25оС. Бора затухает в нескольких километрах от берега, но иногда может захватывать значительную часть моря.

В Новороссийске бора наблюдается около 45 дней в году, чаще с ноября по март, с продолжительностью до 3 суток, редко – до недели.

Общая циркуляция атмосферы

Общая циркуляция атмосферы – это сложная система крупных воздушных течений, которые переносят очень большие массы воздуха над Земным шаром .

В атмосфере у земной поверхности в полярных и тропических широтах наблюдается восточный перенос, в умеренных широтах – западный.

Движение воздушных масс осложняется в результате вращения Земли, а также рельефом и воздействием областей высокого и низкого давления. Отклонение ветров от господствующих направлений составляет до 70о.

В процессе нагревания и охлаждения огромных масс воздуха над Земным шаром образуются области высокого и низкого давления, определяющие направление планетарных воздушных течений. По многолетним средним величинам давления на уровне моря выявлены следующие закономерности.

По обе стороны от экватора располагается зона низкого давления (в январе – между 15о северной широты и 25о южной широты, в июле – от 35о с.ш. до 5о ю.ш.). Эта зона, называемая экваториальной депрессией , распространяется больше на то полушарие, где в данном месяце лето.

В направлении к северу и югу от нее давление растет и максимальных значений достигает в субтропических зонах повышенного давления (в январе – на 30 – 32о северной и южной широты, в июле – на 33-37о с.ш. и 26-30о ю.ш.). От субтропиков к умеренным зонам давление падает, особенно существенно – в южном полушарии.

Минимум давления находится в двух субполярных зонах низкого давления (75-65о с.ш. и 60-65о ю.ш.). Дальше по направлению к полюсам давление вновь растет.

В соответствии с изменениями давления располагается и меридиональный барический градиент. Он направлен от субтропиков с одной стороны – к экватору, с другой – к субполярным широтам, от полюсов субполярным широтам. С этим согласуется и зональное направление ветров.

Над Атлантическим, Тихим и Индийским океанами очень часто дуют северо-восточные и юго-восточные ветры – пассаты . Западные ветры в южном полушарии, на широтах 40-60о, огибают весь океан.

В северном полушарии в умеренных широтах западные ветры постоянно выражены только над океанами, а над материками направления сложнее, хотя западные также преобладают.

Восточные ветры полярных широт отчетливо наблюдаются только по окраинам Антарктиды.

На юге, востоке и севере Азии происходит резкое изменение направления ветров от января к июлю – это районы муссонов . Причины возникновения муссонов аналогичны причинам образования бризов. Летом материк Азии сильно нагревается и над ним распространяется область низкого давления, куда устремляются воздушные массы с океана.

Образующийся летний муссон обуславливает выпадение больших количеств осадков, часто ливневого характера. Зимой над Азией устанавливается высокое давление из-за более интенсивного охлаждения суши, по сравнению с океаном и холодный воздух движется на океан, формируя зимний муссон с ясной сухой погодой. Муссоны проникают более чем на 1000 км в слое над сушей до 3-5 км.

Воздушные массы и их классификация.

Воздушная масса – это очень большое количество воздуха, которое занимает площадь в миллионы квадратных кило-метров.

В процессе общей циркуляции атмосферы воздух расчленяется на отдельные воздушные массы, которые остаются длительное время над обширной территорией, приобретают определенные свойства и обусловливают различ-ные типы погоды.

Перемещаясь в другие области Земли, эти массы приносят с собой свой режим погоды. Преобладание в конкретном районе воздушных масс определенного типа (типов) создает характерный климатический режим района.

Основные различия воздушных масс: температура, влажность, характер облачности, запыленность. Например, летом над океанами воздух влажнее, холоднее, чище, чем над сушей на той же широте.

Чем дольше воздух находится над одной территорией, тем сильнее он подвергается изменениям, поэтому воздушные массы классифицируются по географическим зонам, где они сформировались.

Выделяют основные типы: 1) арктические (антарктические ), которые перемещаются с полюсов, из зон высокого давления; 2) умеренных широт “полярные” – в север-ном и южном полушариях; 3) тропические – перемещаются из субтропиков и тропиков в умеренные широты; 4) экваториальные – формируются над экватором. В каждом типе выделяют морской и континентальный подтипы, различа-ющиеся прежде всего по температуре и влажности в пределах типа. Воздух, находясь в постоянном движении, переходит из района формирования в соседние и постепенно меняет свойства под влиянием подстилающей поверхности, постепенно переходя в массу другого типа. Этот процесс называется трансформацией.

Холодными воздушными массами называют такие, которые перемещаются на более теплую поверхность. Они вызывают похолодание в районах, куда приходят.

Сами они при движении прогреваются от земной поверхности, поэтому внутри масс возникают большие вертикальные градиенты температуры и развивается конвекция с образованием кучевых и кучево-дождевых облаков и выпадением ливневых осадков.

Воздушные массы, движущиеся на более холодную поверхность, называются теплыми массами. Они приносят потепление, но сами охлаждаются снизу. Конвекция в них не развивается и преобладают слоистые облака.

Соседние воздушные массы разделены между собой переходными зонами, которые сильно наклонены к поверхности Земли. Эти зоны называют фронтами.