Лекция: ветер и общая циркуляция атмосферы

• 1. Общая циркуляция атмосферы
• 2. Местные ветры
• 3. Суточный и годовой ход ветра
• 4. Измерение параметров ветра

Общая циркуляция атмосферы

Общая циркуляция атмосферы — это система крупномасштабных воздушных течений, по размерам соизмеримых с большими частями материков и океанов. Она является важным климатообразующим фактором — обеспечивает обмен воздушными массами между низкими и высокими широтами, между континентами и океанами, перенос влаги с океанов на материки.

Главная причина возникновения воздушных течений — неравномерное распределение атмосферного давления, которое, в свою очередь, обусловлено неравномерным распределением по поверхности Земли тепла, получаемого от Солнца. При этом большое значение имеет распределение суши и океанов.

На полюсах обоих полушарий располагаются области высокого давления, на широте 65° с. и ю. ш. — субполярные пояса низкого давления; на широте 35° - субтропические пояса высокого давления, на экваторе — пояс низкого давления (экваториальная депрессия).

Соответственно поясному распределению давления, под действием градиентной силы, силы Кориолиса, а в слое трения также силы трения воздуха о подстилающую поверхность, возникает система воздушных течений, опоясывающих земной шар. При этом следует иметь в виду, что под влиянием силы Кориолиса ветер отклоняется в северном полушарии вправо, а в южном полушарии — влево. В результате образуется поясное распределение ветров:

• 1) В слое трения:
  • а) от полюса до 65° широты: в северном полушарии ветры северо-восточные, в южном полушарии — юго-восточные;
  • б) от 65 до 35° широты: в северном полушарии юго-западные ветры, а в южном — северо-западные;
  • в) от 35° широты до экватора: в северном полушарии — северо-восточные ветры, в южном — юго-восточные.
• 2) В нижней и средней тропосфере:
  • а) от полюса до 65° широты: ветры дуют с востока на запад (зона восточного переноса);
  • б) от 65 до 35° широты: ветры имеют направление с запада на восток (зона западного переноса);
  • в) от 35° широты до экватора: зона восточного переноса.
• 3) В верхней тропосфере выше 4−5 км и нижней стратосфере до 12−14 км:
  • а) экватор — восточный перенос;
  • б) остальные области — западный перенос.
• 4) В стратосфере выше 20 км:
  • а) летнее полушарие: полярный антициклон с восточным переносом;
  • б) зимнее полушарие: полярный циклон с западным переносом. За год из северного полушария в южное и обратно переносится 1013 т воздуха, что составляет 1/500 всей массы атмосферы.

В реальности широтные зоны давления сохраняются, но они образованы не в виде сплошных поясов, охватывающих земной шар, а представлены в виде отдельных больших циклонов (минимумы давления) и антициклонов (максимумы давления) — это центры действия атмосферы, которые бывают постоянные (перманентные) и временные (сезонные).

Центры действия атмосферы:

• 1) Экваториальная зона — пояс пониженного давления (экваториальная депрессия).
• 2) Субтропические пояса высокого давления (30−35° широты):
  • а) северное полушарие: в Атлантическом океане — азорский максимум, в Тихом океане — гавайский максимум.
  • б) южное полушарие: южно-тихоокеанский, южно-индийский и южно-атлантический максимумы.
• 3) Внетропические широты на материках (зимой охлаждаются сильнее, чем океаны) — азиатский максимум, канадский зимний антициклон.
• 4) Субполярные пояса пониженного давления (60−65° широты):
  • а) северное полушарие: исландский минимум, алеутский минимум
  • б) южное полушарие: циклоны, окаймляющие побережье Антарктиды.
• 5) Районы повышенного давления северного и южного полюсов.

В соответствии с распределением атмосферного давления у земной поверхности возникает система воздушных течений:

• 1) В полярных районах воздушные потоки направлены с востока на запад.
• 2) В умеренных широтах воздушные потоки направлены с запада на восток (западный перенос), а у земной поверхности (под влиянием силы трения), в северном полушарии — юго-западное, в южном — северо-западное. В этой зоне постоянно возникают циклоны и антициклоны, которые перемещаются в направлении общего переноса и способствуют интенсивному межширотному обмену воздушных масс.

Особенно сильными ветрами с большой повторяемостью отличается зона западного переноса южного полушария. Часто эти ветры достигают сильного шторма (отсюда название «ревущие сороковые»).

• 3) В тропических широтах образуются пассаты — постоянные в течение года ветры со скоростью 5−6 м/с, имеющие северо-восточное направление в северном полушарии, и юго-восточное — в южном. В области пассатов господствует ясная сухая погода.
• 4) В полосе экватора, являющейся зоной сходимости (конвергенции) пассатов, находится пояс пониженного давления (экваториальная депрессия). Здесь наблюдаются слабые ветры переменных направлений или отсутствие ветра — штиль. Эта зона характеризуется мощной конвективной облачностью, обильными осадками и частыми грозами.

В некоторых районах Земли создаются условия для образования муссонов (от арабского «маусим» — время года) — устойчивых воздушных течений, дважды в год меняющих свое направление на противоположное (летний и зимний муссоны). Различают тропические и внетропические муссоны.

Тропические муссоны возникают в результате сезонного неравномерного нагрева океана и континентов. Тропические муссоны хорошо выражены в Южной и Юго-Восточной Азии.

Тропические муссоны создают особый тип погоды. При летнем муссоне, дующем с океана, устанавливается пасмурная, с большим количеством осадков погода, при зимнем муссоне — ясная сухая.

Внетропические муссоны распространены в районах восточных побережий материков в умеренных широтах. При летнем муссоне ветры дуют с океана на материк, зимой — с материка на океан, что обусловлено различием нагревания и охлаждения материков и океанов в течение года и связанным с этим распределением давления воздуха. Хорошо выражены внетропические муссоны на Дальнем Востоке России, в Китае, Японии.

Важным фактором межширотного обмена энергией являются тропические циклоны, которые отличаются от внетропических меньшими размерами (в поперечнике обычно 400−600 км, редко до 1000 км), большими перепадами давления воздуха между периферией и центром и, следовательно, большими горизонтальными градиентами давления, большими скоростями ветра (25−30 м/с, до 50−100 м/с), обильными ливневыми осадками с сильными грозами. По существу это сплошное грозовое облако.

Зарождаются в тропической зоне над океанами в широтах от 0 до 20° обоих полушарий. Условиями образования их являются высокая температура на поверхности океана (не ниже 27 °С) и большая влажность воздуха, что обеспечивает большую энергию неустойчивости воздуха, необходимую для развития циклона.

Тропические циклоны, возникающие на востоке Азии — тайфуны, в Индийском океане — орканы, в Атлантическом океане — ураганы.

Зарождаясь в тропиках, циклоны перемещаются в северо-западном направлении к высоким широтам со скоростью 10−15 км/ч. Переходя в умеренные широты, они меняют направление движения на северо-восточное, при этом скорость их возрастает. При выходе на сушу быстро затухают. На земном шаре в среднем за год возникает от 80 до 120 тропических циклонов.

Межширотный перенос воздуха в умеренных широтах осуществляется при помощи внетропических циклонов и антициклонов.

Циклон умеренных широт — это область пониженного атмосферного давления, в которой воздух движется от периферии к центру против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой стрелке в Южном. Воздух засасывается в центр депрессии и поднимается вверх. Они сопровождаются ветреным, в большей части облачной с осадками погодой, летом прохладной, зимой — относительно теплой, часто с оттепелями. Продолжительность существования — около недели.

Антициклон — это область высокого атмосферного давления, в которой воздух движется от центра к периферии сверху вниз. По мере движения вниз воздух разогревается, теряет влагу и отдаляется от точки конденсации, поэтому в антициклоне формируется ясная сухая погода, с высокой летней и низкой зимней температурой.

Важной составляющей общей циркуляции атмосферы являются струйные течения, представляющие собой сравнительно узкие потоки воздуха, с почти горизонтальной осью, характеризующиеся большими горизонтальными и вертикальными сдвигами ветра. Протяженность струйных течений — тысячи километров (иногда опоясывают земной шар), ширина — несколько сотен, а толщина — несколько километров.

Струйные течения переносят по земному шару различные примеси: продукты распада радиоактивных веществ, частицы пыли, вулканического пепла. Особое значение они имеют для авиации.