Атмосферная и океаническая циркуляции

Курсовая работа Атмосферная и океаническая циркуляции Исполнитель: Киреев И.

Введение

атмосферный океанический циркуляция Атмосферная циркуляция— система крупномасштабных воздушных течений над земным шаром или полушарием. Атмосферная циркуляция обусловлена неоднородным распределением температуры и атмосферного давления, возникновением так называемого барического градиента; получаемая энергия атмосферной циркуляции расходуется на трение, но непрерывно пополняется за счёт солнечной радиации. Направление воздушных течений определяется барическим градиентом, вращением Земли, влиянием подстилающей поверхности. В тропосфере к атмосферной циркуляции относятся пассаты, муссоны, воздушные течения, связанные с циклонами и антициклонами, в стратосфере — преимущественно зональные воздушные течения (западный — зимой и восточный — летом). Перенося воздух, а с ним теплоту и влагу из одних широт и регионов в другие, Атмосферная циркуляция является важнейшим климатообразующим фактором. В нижней тропосфере тропической зоны преобладает циркуляция, вызываемая пассатами — устойчивыми ветрами: северо-восточным — в Северном полушарии и юго-восточным — в Южном полушарии (наблюдаются в течение круглого года в среднем до высоты 4 км). Над областью пассатов в средней и верхней тропосфере преобладают западный воздушные течения. Над некоторыми участками тропической зоны, в особенности в бассейне Индийского океана, преобладает режим муссонной циркуляции (зимний муссон совпадает с пассатом, летний муссон обычно имеет противоположное направление). В тропосфере умеренных широт на перифериях субтропических антициклонов обоих полушарий преобладает западный перенос. В нижней части тропосферы полярных районов преобладают восточные ветры. В средних широтах, в зоне больших горизонтальных градиентов температуры и давления, возникают тропосферные фронтальные зоны, струйные течения, циклоны и антициклоны, которыми осуществляется межширотный воздухообмен. А. ц. в тропиках также не является изолированной от внетропической циркуляции. Частое и интенсивное развитие циклонов и антициклонов внетропических широт приводит к образованию климатических областей низкого и высокого давления, которые хорошо выражены на многолетних картах атмосферного давления. Высокие циклоны и антициклоны простираются в верхнюю тропосферу и нижнюю стратосферу, однако в среднем вследствие общего согласованного убывания давления и температуры от низких к высоким широтам в этой части атмосферы преобладает западный перенос. Выше 20 км атмосферная циркуляция носит сезонный муссонный характер, что обусловлено радиационным балансом стратосферы. Следствием этого является преобладание летом восточного, а зимой западного воздушного течения. Термин «А. ц.» применим также к атмосферным движениям, возникающим над небольшими площадями земной поверхности (местная циркуляция), — береговым ветрам (бризам), горно-долинным ветрам и т. п. Циркуляция океаническая — единая взаимосвязанная система основных устойчивых течений океана, обусловливающих перенос и взаимодействие вод.

1. Атмосферная циркуляция Общая циркуляция атмосферы (атмосферная циркуляция) — планетарная система воздушных течений над земной поверхностью (в тропосфере сюда относятся пассаты, муссоны и воздушные течения, связанные с циклонами и антициклонами).

Рис. 1. Схема глобальной циркуляции атмосферы Создает в основном режим ветра. С переносом воздушных масс общей циркуляцией связан глобальный перенос тепла и влаги. Теплопередача (передача тепла) — физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к более холодному либо непосредственно (при контакте), либо через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого-либо материала. Когда физические тела одной системы находятся при разной температуре, то происходит передача тепловой энергии, или теплопередача от одного тела к другому до наступления термодинамического равновесия. Самопроизвольная передача тепла всегда происходит от более горячего тела к более холодному, что является следствием второго закона термодинамики. Виды теплообмена. Всего существует три простых (элементарных) вида передачи тепла:

· Теплопроводность

· Конвекция

· Тепловое излучение Существуют также различные виды сложного переноса тепла, которые являются сочетанием элементарных видов. Основные из них:

· теплоотдача (конвективный теплообмен между потоками жидкости или газа и поверхностью твёрдого тела);

· теплопередача (теплообмен от горячей жидкости к холодной через разделяющую их стенку);

· конвективно-лучистый перенос тепла (совместный перенос тепла излучением и конвекцией);

· термомагнитная конвекция.

Существование циркуляции атмосферы обусловлено неоднородным распределением атмосферного давления, вызванным влиянием неодинакового нагревания земной поверхности на разных широтах, а также над материками и океанами. Атмосферное давление — давление атмосферы на все находящиеся в ней предметы и Земную поверхность. Атмосферное давление создаётся гравитационным притяжением воздуха к Земле. Атмосферное давление измеряется барометром. Атмосферное давление, равное давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0 °C, называется нормальным атмосферным давлением. Неравномерное распределение тепла в атмосфере приводит к неравномерному распределению атмосферного давления, а от распределения давления зависит движение воздуха, или воздушные течения. Воздушные течения, воздушные потоки, атмосферные потоки — системы ветров над значительной площадью и в значительной толще атмосферы, обладающие определенной устойчивостью во времени и пространстве. Наиболее обширны и устойчивы В. т. общей циркуляции атмосферы в тропических широтах и муссонных областях умеренных широт. Менее устойчивы течения умеренных широт с полярных сторон зон западных ветров в связи с подвижностью и разнообразием траекторий циклонов и антициклонов, представляющих собой подвижные системы ветров. На характер движения воздуха относительно земной поверхности важное влияние оказывает тот факт, что движение это происходит на вращающейся Земле. В нижних слоях атмосферы на движение воздуха также влияет трение. Движение воздуха относительно земной поверхности называют ветром, всю систему воздушных течений на Земле — общей циркуляцией атмосферы. Циркуляция атмосферы — система замкнутых течений воздушных масс, проявляющихся в масштабах полушарий или всего земного шара. Подобные течения приводят к переносу вещества и энергии в атмосфере как в широтном, так и в меридиональном направлениях, из-за чего являются важнейшим климатообразующим процессом, влияя на погоду в любом месте планеты.

Основная причина циркуляции атмосферы — солнечная энергия и неравномерность её распределения на поверхности планеты, в результате чего различные участки почвы и воздуха имеют различную температуру и, соответственно, различное атмосферное давление (барический градиент). Кроме Солнца на движение воздуха влияет вращение Земли вокруг своей оси и неоднородность её поверхности, что вызывает трение воздуха о почву и его увлечение. Воздушные течения по своим масштабам изменяются от десятков и сотен метров (такие движения создают локальные ветра) до сотен и тысяч километров, приводя к формированию в тропосфере циклонов, антициклонов, муссонов и пассатов. В стратосфере происходят преимущественно зональные переносы (что обуславливает существование широтной зональности). Глобальными элементами атмосферной циркуляции являются так называемые циркуляционные ячейки —ячейка Хадли, ячейка Феррела, полярная ячейка.

1.1 Ветер и его виды Ветер — поток воздуха. Ветры классифицируют, в первую очередь, по их силе, продолжительности и направлению. Таким образом, порывами принято считать кратковременные (несколько секунд) и сильные перемещения воздуха. Продолжительность ветра сильно варьируется: некоторые грозы могут длиться несколько минут, бриз, который зависит от разницы нагрева особенностей рельефа на протяжении суток, длится несколько часов, глобальные ветры, вызванные сезонными изменениями температуры — муссоны — имеют продолжительность несколько месяцев, тогда как глобальные ветры, вызванные разницей в температуре на разных широтах и силой Кориолиса, дуют постоянно и называются пассаты.

Муссоны и пассаты являются ветрами, из которых слагается общая и местная циркуляция атмосферы. Ветры могут влиять и на формирование рельефа, вызывая эоловые отложения, которые формируют различные виды грунтов (например, лёсс) или эрозию. Они могут переносить пески и пыль из пустынь на большие расстояния. Ветры разносят семена растений и помогают передвижению летающих животных, которые приводят к расширению видов на новой территории. Связанные с ветром явления разнообразными способами влияют на живую природу. Ветер возникает в результате неравномерного распределения атмосферного давления и направлен от зоны высокого давления к зоне низкого давления. Вследствие непрерывного изменения давления во времени и пространстве скорость и направление ветра постоянно меняются. С высотой скорость ветра меняется из-за убывания силы трения. Для визуальной оценки скорости ветра служит шкала Бофорта. Метеорологическое направление ветра указывается азимутом точки, откуда дует ветер; тогда как аэронавигационное направление ветра — куда дует, таким образом значения различаются на 180°. Многолетние наблюдения за направлением и силой ветра изображают в виде графика — розы ветров. В ряде случаев важным является не само направление ветра, а положение объекта относительно него. Так, при охоте на животное с острым нюхом к нему подходят с подветренной стороны — во избежание распространения запаха от охотника в сторону животного. Вертикальное движение воздуха называется восходящим или нисходящим потоком. Ветер вызван разницей в давлении между двумя разными воздушными областями. Если существует ненулевой барический градиент, то ветер движется с ускорением от зоны высокого давления в зону с низким давлением. На планете, которая вращается, к этому градиенту прибавляется сила Кориолиса. Таким образом, главными факторами, которые образуют циркуляцию атмосферы в глобальном масштабе, является разница в нагреве воздуха и солнечным ветром между экваториальными и полярными районами, которые вызывают разницу в температуре и, соответственно, плотности потоков воздуха, а в свою очередь и разницу в давлении (а также силы Кориолиса). В результате действия этих факторов, движение воздуха в средних широтах в приповерхностной области вплотную к ветру приводит к образованию геострофического ветра и его движению, направленного практически параллельно изобарам. Важным фактором, который говорит о перемещениях воздуха, является его трение об поверхность, которая задерживает это движение и заставляет воздух двигаться в сторону зон с низким давлением. Кроме того, локальные барьеры и локальные градиенты температуры поверхности способны создавать местные ветры. Разница между реальным и геострофическим ветром называется агеострофическим ветром. Он отвечает за создание хаотичных вихревых процессов, таких как циклоны и антициклоны. В то время как направление приповерхностных в тропических и полярных районах определяется преимущественно эффектами глобальной циркуляции атмосферы, которые в умеренных широтах обычно слабые и циклоны вместе с антициклонами заменяют друг друга и изменяют свое направление каждые несколько дней. В большинстве районов Земли преобладают ветры, дующие в определенном направлении. Возле полюсов обычно доминируют восточные ветры, в умеренных широтах — западные, тогда как в тропиках снова доминируют восточные ветры. На границах между этими поясами — полярном фронте и субтропическом хребте — находятся зоны затишья, где преобладающие ветры практически отсутствуют. В этих зонах движение воздуха преимущественно вертикальное, из-за чего возникают зоны высокой влажности (вблизи полярного фронта) или пустынь (вблизи субтропического хребта). Тропические ветры.

Рис. 2. Циркуляция ветра Пассатами называется приповерхностная часть ячейки Хадли — преобладающие приповерхностные ветры, дующие в тропических районах Земли в западном направлении, приближаясь к экватору, то есть северо-восточные ветры в Северном полушарии и юго-восточные — в Южном. Постоянное движение пассатов приводит к перемешиванию воздушных масс Земли, что может проявляться в очень больших масштабах: например, пассаты, дующие над Атлантическим океаном, способны переносить пыль с африканских пустынь до Вест-Индии и некоторых районов Северной Америки. Пассамт с юго-восточного направления, отделяясь друг от друга безветренной полосой. На океанах пассаты дуют с наибольшей правильностью; на материках и на прилегающих к последним морям направление их отчасти видоизменяется под влиянием местных условий. В Индийском океане, вследствие конфигурации берегового материка, пассаты совершенно меняют свой характер и превращаются в муссоны. Благодаря своему постоянству и силе в эпоху парусного флота пассаты наряду с западными ветрами были основным фактором для построения маршрутов движения судов в сообщении между Европой и Новым Светом.

Рис. 3. Зоны пассатов Муссоны являются преобладающими сезонными ветрами, что ежегодно в течение нескольких месяцев дуют в тропических районах. Термин возник на территории Британской Индии и окрестных стран как название сезонных ветров, которые дуют с Индийского океана и Аравийского моря на северо-восток, принося в регион значительное количество осадков. Их движение по направлению к полюсам вызвано образованием районов низкого давления в результате нагрева тропических районов в летние месяцы, то есть Азии, Африки и Северной Америки с мая по июль, и Австралии в декабре. В каждом месте области муссонов в течение каждого из двух основных сезонов существует режим ветра с резко выраженным преобладанием одного направления (квадранта и октанта) над другими. При этом в другом сезоне преобладающее направление ветра будет противоположным или близким к противоположному. Таким образом, в каждой муссонной области есть зимний муссон с взаимно противоположными или, по крайней мере, с резко различными преобладающими направлениями. Конечно, кроме ветров преобладающего направления, в каждом сезоне наблюдаются и ветры других направлений: муссон испытывает перебои. В переходные сезоны, весной и осенью, когда происходит смена муссонов, устойчивость режима ветра нарушается. Устойчивость муссонов связана с устойчивым распределением атмосферного давления в течение каждого сезона, а их сезонная смена — с коренными изменениями в распределении давления от сезона к сезону. Преобладающие барические градиенты резко меняют направление от сезона к сезону, вместе с этим меняется и направление ветра. В случае муссонов, как и в случае пассатов, устойчивость распределения вовсе не означает, что в течение сезона над данным районом удерживается один и тот же антициклон или одна и та же депрессия. Например, зимой над Восточной Азией последовательно сменяется целый ряд антициклонов. Но каждый из этих антициклонов сохраняется относительно долго, а число дней с антициклонами значительно превышает число дней с циклонами. В результате антициклон получается и на многолетней средней климатической карте. Северные направления ветра, связанные с восточными перифериями антициклонов, преобладают над всеми другими направлениями ветра; это и есть зимний восточно-азиатский муссон. Итак, муссоны наблюдаются в тех районах, где циклоны и антициклоны обладают достаточной устойчивостью и резким сезонным преобладанием одних над другими. В тех же областях Земли, где циклоны и антициклоны быстро сменяются друг от друга и одни мало преобладают над другими, режим ветра изменчив и не похож на муссонный. Так, обстоит дело и в большей части Европы. Пассаты и муссоны являются главными факторами, которые приводят к образованию тропических циклонов над океанами Земли. Западные ветры умеренного пояса. В умеренных широтах, то есть между 35 и 65 градусами северной и южной широты, преобладают западные ветры, приповерхностная часть ячейки Феррела, это юго-западные ветры в Северном полушарии и северо-западные в Южном полушарии. Это самые сильные ветры зимой, когда давление у полюсов ниже всего, и самые слабые летом.

Вместе с пассатами преобладающие западные ветры позволяют парусным судам пересекать океаны. Также, из-за усиления этих ветров у западных побережий океанов обоих полушарий, они приводят к образованию сильных океанских течений в этих районах, что переносят тёплые тропические воды по направлению к полюсам. Преобладающие западные ветры в целом сильнее в Южном полушарии, где меньше суши, которая задерживает ветер, и особенно сильны в полосе «ревущих сороковых» (между 40 и 50 градусами южной широты). Западные ветры умеренного пояса — преобладающие ветры, дующие в умеренном поясе примерно между 35 и 65 градусами северной и южной широты, от субтропического хребта до полярного фронта, часть глобальных процессов циркуляции атмосферы и приповерхностная часть ячейки Феррела. Эти ветры дуют преимущественно с запада на восток, точнее с юго-запада в Северном полушарии и с северо-запада в Южном полушарии и могут образовывать внетропические циклоны на своих границах, где градиент скорости ветра высок. Причем сильнее дуют в зимнее время, когда давление над полюсами ниже, и слабее летом. Тропические циклоны, которые проникают в зону этих ветров через субтропический хребет, теряя силу, вновь усиливаются благодаря градиенту скорости западных ветров умеренного пояса. Западные ветры умеренного пояса сильнее дуют зимой, когда давление над полюсами ниже, и слабо — летом. Эти ветры наиболее сильны в Южном полушарии, где меньше суши, которая имеет свойство отклонять или задерживать ветер. Полоса сильных западных ветров умеренного пояса расположена между 40 и 50 градусами южной широты и известна как «ревущие сороковые». Эти ветры играют важную роль в образовании океанических течений, переносящих теплые экваториальные воды к западным берегам континентов, особенно в Южном полушарии. Западные ветры приводят к развитию сильных океанских течений в обоих полушариях, но особенно мощных в южном полушарии, где в средних широтах меньше суши. Западные ветры играют важную роль в переносе теплых экваториальных вод и воздушных масс на западные побережья континентов, особенно в южном полушарии из-за преобладания океанического пространства. Восточные ветры полярных районов. Восточные ветры полярных районов, приповерхностная часть полярных ячеек, это преимущественно сухие ветры, дующие от приполярных зон высокого давления к районам низкого давления вдоль полярного фронта. Эти ветры обычно слабее и менее регулярные, чем западные ветры умеренных широт. Из-за малого количества солнечного тепла, воздух в полярных районах охлаждается и опускается вниз, образуя районы высокого давления и выталкивая приполярный воздух в направлении более низких широт. Этот воздух в результате силы Кориолиса отклоняется на запад, образуя северо-восточные ветры в Северном полушарии и юго-восточные — в Южной. Восточные ветры полярных районов — сухие холодные ветры, дующие из полярных областей высокого давления в более низкие широты. В отличие от пассатов и западных ветров, они дуют с востока на запад и зачастую являются слабыми и нерегулярными. Из-за низкого угла падения солнечных лучей холодный воздух накапливается и оседает, создавая области высокого давления, выталкивая воздух к экватору; этот поток отклоняется на запад благодаря эффекту Кориолиса. Локальные эффекты ветрообразования. Локальные эффекты ветрообразования возникают в зависимости от наличия локальных географических объектов. Одним из таких эффектов является перепад температур между не очень отдаленными участками, который может быть вызван различными коэффициентами поглощения солнечного света или разной теплоёмкостью поверхности. Последний эффект сильнее всего проявляется между сушей и водной поверхностью и вызывает бриз. Другим важным локальным фактором является наличие гор, которые выступают как барьер на пути ветров. Сильные ветры средней продолжительности (примерно 1 минута) называются шквалами. Шквал — внезапное резкое усиление ветра (на 8 м/с и более за период времени 1−2 минуты), связанное с кучево-дождевыми облаками. Скорость ветра при шквале превышает 10 м/с (может достигать 20−25 м/с и более), продолжительность — от нескольких минут до 1−1.5 часов. Шквал зачастую наносит разрушения — ломает деревья, повреждает лёгкие здания и т. д. Шквал нередко сопровождается ливневым дождём и грозой, в ряде случаев — градом, а если почва сухая и нет осадков — пыльной бурей. От урагана шквал отличается непродолжительным характером и возникает преимущественно в зонах атмосферных фронтов и линий неустойчивости (линий шквалов). Частным случаем шквала является микрошквал, описанный западными метеорологами. Названия более продолжительных ветров зависят от силы, например, такими названиями являются бриз, буря, шторм, ураган, тайфун. Бриз — ветер, который дует на побережье морей и больших озёр. Направление бриза меняется дважды в сутки: дневной (или морской) бриз дует с моря на разогретое дневными лучами Солнца побережье. Ночной (или береговой) бриз имеет обратное направление. Скорость бриза небольшая, и составляет 1—5м/с, редко больше. Бриз заметен только в условиях слабого общего переноса воздуха, как правило в тропиках, а в средних широтах — в устойчивую безветренную погоду. Вертикальная высота (мощность) воздушного слоя — днем до 1−2 км, ночью — несколько меньше. На большей высоте наблюдается обратное течение — антибриз. Бризовая циркуляция затрагивает области побережья и моря шириной 10−50 км. Морской бриз понижает температуру воздуха в дневное время и делает воздух более влажным. Бриз чаще бывает летом, когда разница температур между сушей и водоёмом достигает наибольших значений.

Рис. 4. Бриз морской (дневной) и береговой (ночной) Буря (шторм) — очень сильный ветер, а также большое волнение на море. Также в ходе многочисленных наблюдений американскими учёными было установлено, что для районов, расположенных в северных широтах, снежной бурей можно считать зимний ураган, во время которого скорость ветра достигает 56 километров в час. При этом температура воздуха опускается до ?7 °C. Территория распространения снежной бури может быть сколь угодно обширной. Если скорость ветра бури превышает 60 километров в час, ей присваивается собственное имя.

Буря может наблюдаться:

· при прохождении тропического или внетропического циклона;

· при прохождении смерча (тромба, торнадо);

· при местной или фронтальной грозе.

Скорость ветра у земной поверхности превышает 20 м/сек. В метеорологической литературе также применяется термин шторм, а при скорости ветра больше 30 м/сек — ураган. Кратковременные усиления ветра до скоростей 20−30 м/сек и более называются шквалами. К штормам относятся ветры скоростью более 20 м/с, то есть свыше 9 баллов по шкале Бофорта.

Различают:

По интенсивности

· сильный шторм со скоростью 24,5−28,4 м/с (10 баллов);

· жестокий шторм со скоростью 28,5−32,6 м/с (11 баллов).

По месту образования

· Субтропический шторм

· Тропический шторм

· Ураган (Атлантический океан)

· Тайфун (Тихий океан) Продолжительность ветра также сильно варьируется: некоторыегрозы могут длиться несколько минут, бриз, который зависит от разницы нагрева особенностей рельефа на протяжении суток, длится несколько часов, глобальные ветры, вызванные сезонными изменениями температуры — муссоны — имеют продолжительность несколько месяцев, тогда как глобальные ветры, вызванные разницей в температуре на разных широтах и силой Кориолиса, дуют постоянно и называются пассаты. Муссоны и пассаты являются ветрами, из которых слагается общая и местная циркуляция атмосферы. Вихревые движения крупного масштаба — циклоны и антициклоны, постоянно возникающие в атмосфере, делают эту систему особенно сложной. С перемещениями воздуха в процессе общей циркуляции связаны основные изменения погоды: воздушные массы, перемещаясь из одних областей Земли в другие, приносят с собой новые условия температуры, влажности, облачности и прочее. Кроме общей циркуляции атмосферы, существуют местные циркуляции: бризы, горно-долинные ветры и др.; возникают также сильные вихри малого масштаба — смерчи, тромбы. Ветер вызывает волнение водных поверхностей, многие океанические течения, дрейф льдов; он является важным фактором эрозии и рельефообразования. Ураган (в тропиках Тихого океана — тайфун) в Северном полушарии Земли всегда дует против часовой стрелки, а в Южном — по часовой. Этот ветер со скоростью свыше 120 км/ч (12 баллов по шкале Бофорта) «живёт», то есть двигается по планете, обычно 9 — 12 суток. Синоптики присваивают ему имя — чтобы удобнее было с ним работать. ещё несколько лет тому назад это были только женские имена, но после долгих протестов женских организаций эта дискриминация отменена. Ураган — одно из атмосферных чудовищ нашей планеты, которое по разрушительной силе может сравниться с землетрясением. Он разрушает здания, опустошает поля, вырывает с корнями деревья, сносит лёгкие строения, обрывает провода, повреждает мосты и дороги. Он может поднять человека в воздух или обрушить на него обломки шифера, черепицы, стекла, кирпича, различных предметов. Самый страшный на памяти человечества ураган прошел 12—13 ноября 1970 года над островами в дельте Ганга, Бангладеш. Он унес около миллиона жизней. В нашей стране ураганы чаще всего бывают в Приморском и Хабаровском краях, на Сахалине, Камчатке, Чукотке, Курильских островах. Один из сильнейших ураганов на Камчатке был ночью 13 марта 1988 года. Были выбиты стёкла и двери в тысячах квартир, ветер гнул светофоры и столбы, с сотен домов сорвал крыши, валил деревья. Из строя вышло электроснабжение Петропавловска-Камчатского, и город остался без тепла и воды. Скорость ветра доходила почти до 140 км/ч. На территории России ураганы и бури могут происходить в любое время года, но чаще всего — в августе и сентябре. Эта цикличность помогает прогнозам. Синоптики относят ураганы, бури и смерчи к чрезвычайным событиям с умеренной скоростью распространения, поэтому чаще всего удаётся объявить штормовое предупреждение. Оно может быть передано по каналам гражданской обороны: после звука сирен «Внимание всем!» надо слушать местное телевидение и радио.

Рис. 5. Шкала Бофорта Если во время урагана или бури вы оказались на улице, нужно находиться как можно дальше от зданий и спрятаться в кювете, яме, канаве, прижавшись плотно к земле. Тайфун — разновидность тропического циклона, которая типична для северо-западной части Тихого океана. В центральной части тайфунов наблюдается наибольшее снижение давления воздуха на поверхности моря, достигающее 650 мм рт.ст. (циклон Тип, 1979).

Зона активности тайфунов, на которую приходится третья часть общего числа тропических циклонов на Земле, заключена между побережьем Восточной Азии на западе, экватором на юге и линией перемены даты на востоке. Хотя большая часть тайфунов формируется с мая по ноябрь, другие месяцы от них также не свободны. Особенно разрушительным был сезон тайфунов 1991 года, когда у побережья Японии буйствовало несколько тайфунов давлением 870—878 мбар. К берегам российского Дальнего Востока тайфуны относит, как правило, после того, как их основной удар принимают на себя Корея, Япония и острова Рюкю. Наиболее подвержены тайфунам Курильские острова, Сахалин, Камчатский и Приморский края.

1.2 Циклон и антициклон Циклон — атмосферный вихрь огромного (от сотен до нескольких тысяч километров) диаметра с пониженным давлением воздуха в центре. Воздух в циклонах циркулирует против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой стрелке в южном. Кроме того, в воздушных слоях на высоте от земной поверхности до нескольких сот метров, ветер имеет слагаемое, направленное к центру циклона, по барическому градиенту (в сторону убывания давления). Величина слагаемого уменьшается с высотой. Циклон — не просто противоположность антициклону, у них различается механизм возникновения. Циклоны постоянно и естественным образом появляются из-за вращения Земли, благодаря силе Кориолиса. Следствием теоремы Брауэра о неподвижной точке является наличие в атмосфере как минимум одного циклона или антициклона. Различают два основных вида циклонов — внетропические и тропические. Внетропические циклоны образуются в умеренных или полярных широтах и имеют диаметр от тысячи километров в начале развития, и до нескольких тысяч в случае так называемого центрального циклона. Среди внетропических циклонов выделяют южные циклоны, образующиеся на южной границе умеренных широт (средиземноморские, балканские, черноморские, южнокаспийские и т. д.) и смещающиеся на север и северо-восток. Южные циклоны обладают колоссальными запасами энергии; именно с южными циклонами в средней полосе России и СНГ связаны наиболее сильные осадки, ветры, грозы, шквалы и другие явления погоды. Внетропический циклон — циклон, что возникает в течение года во внетропических широтах каждого полушария. За 12 месяцев их может быть множество сотен. Размеры внетропических циклонов весьма значительны. Хорошо развитый циклон может иметь в поперечнике 2−3 тыс. км. Это значит, что он может одновременно покрывать несколько областей России или провинций Канады и определять режим погоды на этой огромной территории. Жизнь циклона продолжается несколько суток. В первой половине своего существования циклон углубляется, во второй — заполняется и, наконец, исчезает вовсе (затухает). В некоторых случаях существование циклона оказывается длительным, особенно если он объединяется с другими циклонами, образуя одну общую глубокую, обширную и малоподвижную область низкого давления, так называемый центральный циклон. Они в северном полушарии чаще всего образуются в северных частях Атлантического и Тихого океанов. На климатологических картах в этих районах отмечаются известные центры действия — исландская и алеутская депрессии. Уже заполнившись в нижних слоях, циклон может ещё некоторое время сохраняться в холодном воздухе верхних слоёв тропосферы в виде высотного циклона.^[2] Тропические циклоны образуются в тропических широтах и имеют меньшие размеры (сотни, редко — более тысячи километров), но бомльшие барические градиенты и скорости ветра, доходящие до штормовых. Для таких циклонов характерен также т. н. «глаз бури» — центральная область диаметром 20—30 км с относительно ясной и безветренной погодой. Тропические циклоны могут в процессе своего развития превращаться во внетропические. Ниже 8—10° северной и южной широты циклоны возникают очень редко, а в непосредственной близости от экватора — не возникают вовсе. Циклоны возникают не только в атмосфере Земли, но и в атмосферах других планет. Например, в атмосфере Юпитера уже многие годы наблюдается так называемое Большое красное пятно, которое является, по всей видимости, долгоживущим антициклоном. Однако циклоны в атмосферах других планет изучены недостаточно. Антициклон — область повышенного атмосферного давления с замкнутыми концентрическими изобарами на уровне моря и с соответствующим распределением ветра. В низком антициклоне — холодном, изобары остаются замкнутыми только в самых нижних слоях тропосферы (до 1,5 км), а в средней тропосфере повышенное давление вообще не обнаруживается; возможно также наличие над таким антициклоном высотного циклона. Высокий антициклон — теплый и сохраняет замкнутые изобары с антициклонической циркуляцией даже и в верхней тропосфере. Иногда антициклон бывает многоцентровым. Воздух в антициклоне в северном полушарии движется, огибая центр по часовой стрелке (то есть отклоняясь от барического градиента вправо), в южном полушарии — против часовой стрелки. Для антициклона характерно преобладание ясной или малооблачной погоды. Вследствие охлаждения воздуха от земной поверхности в холодное время года и ночью в антициклоне возможно образование приземных инверсий и низких слоистых облаков (St) и туманов. Летом над сушей возможна умеренная дневная конвекция с образованием кучевых облаков. Конвекция с образованием кучевых облаков наблюдается и в пассатах на обращенной к экватору периферии субтропических антициклонов. При стабилизации антициклона в низких широтах возникают мощные, высокие и теплые субтропические антициклоны.

Рис. 6. Циклон и антициклон

1.3 Воздушные массы Воздушные массы — большие объёмы воздуха в нижней части земной атмосферы — тропосфере, имеющие горизонтальные размеры во много сотен или несколько тысяч километров и вертикальные размеры в несколько километров, характеризующиеся примерной однородностью температуры и влагосодержания по горизонтали.

Рис. 7. Различные воздушные массы, господствующие над Северным полушарием Однородность свойств воздушной массы достигается формированием её над однородной подстилающей поверхностью в сходных условиях теплового и радиационного баланса. Кроме того, необходимы такие циркуляционные условия, при которых воздушная масса длительно циркулировала бы в регионе формирования. Значения метеорологических элементов в пределах воздушной массы меняются незначительно — горизонтальные градиенты малы. Резкое возрастание градиентов метеорологических величин, или, по крайней мере, изменение величины и направления градиентов происходит в переходной зоне между двумя воздушными массами — зоне атмосферного фронта. Объекты, возникающие в тропосфере в результате взаимодействия воздушных масс — переходные зоны (фронтальные поверхности), фронтальные облачные системы облачности и осадков, циклонические возмущения, имеют тот же порядок величины, что и сами воздушные массы — сравнимы по площади с большими частями материков или океанов, время их существования — более 2-х суток. Очагами формирования воздушных масс обычно бывают регионы, где воздух опускается, а затем распространяется в горизонтальном направлении — этому требованию отвечают антициклонические системы. Антициклоны чаще, чем циклоны, бывают малоподвижными, поэтому формирование воздушных масс обычно и происходит в обширных малоподвижных (квазистационарных) антициклонах. Кроме того, требованиям очага отвечают малоподвижные и размытые термические депрессии, возникающие над нагретыми участками суши. Наконец, формирование полярного воздуха происходит частично в верхних слоях атмосферы в малоподвижных, обширных и глубоких центральных циклонах в высоких широтах. В этих барических системах происходит трансформация (превращение) тропического воздуха, втянутого в высокие широты в верхних слоях тропосферы, в умеренный воздух. Воздушные массы классифицируют, прежде всего, по очагам их формирования в зависимости от расположения в одном из широтных поясов. Согласно географической классификации, воздушные массы можно подразделить на основные географические типы по тем широтным зонам, в которых располагаются их очаги :

· Арктический или антарктический воздух (АВ),

· Умеренный воздух (УВ),

· Тропический воздух (ТВ),

· Экваториальный воздух (ЭВ).

Данные воздушные массы, кроме того, можно подразделять на океанические (м) и континентальные (к). Как показывает практика, поскольку умеренная воздушная масса имеет значительную меридиональную протяжённость (в СНГ примерно от 45−48° до 60−65° северной широты), её термические (и другие) свойства значительно различаются в северной и в южной частях этой обширной географической зоны, поэтому правильнее подразделить умеренную ВМ на две самостоятельные — северную умеренную (СУВ) и южную умеренную (ЮУВ).

ВОЗДУШНЫЕ МАССЫ — это подвижные части тропосферы, отличающиеся друг от друга своими свойствами — температурой, влажностью, прозрачностью. Эти свойства воздушных масс зависят от той территории, над которой они формируются при условии длительного пребывания. В зависимости от географического очага формирования различают 4 основных типа воздушных масс: арктические (антарктические), умеренные, тропические и экваториальные. Каждый из этих четырех типов формируется над пространством суши и моря. Так как суша и море нагреваются в разной степени, то в каждом из этих типов могут образовываться и подтипы — континентальные и морские воздушные массы. Образующиеся воздушные массы неизбежно начинают перемещаться. Причиной этого является неравномерный нагрев земной поверхности и, как следствие, разность атмосферного давления. Если бы не происходило движение воздушных масс, то на экваторе среднегодовая температура была бы на 13° выше, а на широтах 70° — на 23° ниже, чем в настоящее время. Вторгаясь в районы с иными тепловыми свойствами поверхности, воздушные массы постепенно трансформируются. Например, морской умеренный воздух, поступая на сушу и продвигаясь в глубь материка, постепенно нагревается и иссушается, превращаясь в континентальный. Трансформация воздушных масс особенно характерна для умеренных широт, в которые время от времени вторгается теплый и сухой воздух из тропических широт и холодный и сухой — из приполярных.^[3] Большие массы воздуха в тропосфере, соизмеримые по размерам с материком или океаном и обладающие более или менее одинаковыми свойствами (температурой, влажностью, прозрачностью, содержанием пыли и т. п. — прим. от geoglobus.ru), называются воздушными массами. Они простираются вверх на несколько километров, достигая границ тропосферы. Воздушные массы перемещаются из одних районов земного шара в другие, определяя климат и погоду на данной территории. Каждая воздушная масса обладает свойствами, характерными для района, над которым она сформировалась. Перемещаясь на другие территории, она несёт с собой свой режим погоды. Но проходя над территорией с иными свойствами, воздушные массы постепенно изменяются, трансформируются, приобретая новые качества. В зависимости от регионов образования различают четыре типа воздушных масс: арктические (в Южном полушарии — антарктические), умеренные, тропические и экваториальные. Все типы делятся на подтипы, обладающие своими характерными свойствами. Над материками формируются континентальные воздушные массы, а над океанами — океанические. Смещаясь вместе с поясами атмосферного давления в течение года, воздушные массы занимают не только постоянные пояса своего пребывания, но по сезонам господствуют в соседних, переходных климатических поясах. В процессе общей циркуляции атмосферы воздушные массы всех типов связаны между собой. Воздушные массы, которые перемещаются с более холодной земной поверхности на более тёплую и которые имеют более низкую температуру, чем окружающий воздух, называют холодными воздушными массами. Они приносят похолодание, но сами прогреваются снизу от тёплой земной поверхности, при этом образуются мощные кучевые облака и выпадают ливневые дожди. Особенно сильные похолодания происходят в умеренных широтах при вторжении холодных масс из Арктики и Антарктиды — прим. от geoglobus.ru. Холодные воздушные массы иногда достигают южных районов Европы и даже Северной Африки, но чаще всего задерживаются горными хребтами Альп. В Азии арктический воздух свободно распространяется на обширные территории, до горных хребтов южной Сибири. В Северной Америке горные хребты расположены меридианально, поэтому холодные арктические воздушные массы проникают до Мексиканского залива. Массы воздуха, имеющие более высокую температуру, чем окружающий воздух, и приходящие на более холодную земную поверхность, называются тёплыми воздушными массами. Они приносят потепление, а сами охлаждаются снизу, при этом образуются слоистые облака и туманы. Летом тёплые тропические воздушные массы из Северной Африки проникают иногда до северных районов Европы и существенно повышают температуру (иногда до +30 °С). Местной, или нейтральной, воздушной массой называют массу, находящуюся в тепловом равновесии со своей средой, то есть день за днём сохраняющую свои свойства. Изменяющаяся воздушная масса может быть и тёплой и холодной, а по завершении трансформации она становится местной. Там, где встречаются воздушные массы разных типов, образуются атмосферные фронты.

Рис. 8.Типы атмосферных фронтов Умеренные воздушные массы формируются в умеренных широтах. Те из них, что образуются над континентом, зимой отличаются низкой температурой и низким содержанием влаги и приносят ясную и морозную погоду. Летом континентальные умеренные воздушные массы сухие и жаркие. Умеренные воздушные массы, сформировавшиеся над океаном, тёплые и влажные. Зимой они приносят оттепели, а летом — похолодание и осадки. Арктические и антарктические воздушные массы формируются над ледяной поверхностью полярных широт. Для них характерны низкая температура и небольшое количество влаги. Они значительно понижают температуру тех районов, куда вторгаются. Летом, продвигаясь в центр Евразии, эти воздушные массы постепенно нагреваются, ещё больше иссушаются и становятся причиной суховеев в южных областях Западно-Сибирской низменности. Тропические воздушные массы жаркие в любое время года. Морской подтип тропических воздушных масс отличается высокой влажностью, а континентальный — сухостью и запылённостью. Над океанами в тропиках весь год господствуют пассаты — прим. от geoglobus.ru. Для воздушных масс, формирующихся в этих районах, характерны умеренно высокие температуры от +20 до +27 °С летом и нежаркие — до +10 +15 °С зимой. В районах тропических пустынь над материками образуются крайне сухие воздушные массы со средними температурами +26 +40 °С. Экваториальные воздушные массы формируются в экваториальных широтах. Они обладают высокой температурой и высокой влажностью независимо от того, где они сформировались — над материком или над океаном. Средние температуры экваториальных воздушных масс во все месяцы года заключаются с пределах от +24 до +28 °С. Поскольку испарение в этих районах велико, велика и абсолютная влажность, а относительная влажность даже в самые сухие месяцы года выше 70%.^[4]

1.4 Глобальные элементы атмосферной циркуляции Глобальными элементами атмосферной циркуляции являются так называемые циркуляционные ячейки —ячейка Хадли, ячейка Феррела, полярная ячейка. Ячейка Хадли это элемент циркуляции земной атмосферы, наблюдаемый в тропических широтах. Он характеризуется восходящим движением у экватора, направленным к полюсу потоком на высоте 10−15 км, нисходящим движением в субтропиках и потоком по направлению к экватору у поверхности. Эта циркуляция непосредственно связана с такими явлениями как пассаты, субтропические пустыни и высотные струйные течения. Механизм. Основная движущая сила атмосферной циркуляции — это энергия солнца, которая в среднем нагревает атмосферу больше у экватора и меньше у полюсов. Атмосферная циркуляция переносит энергию по направлению к полюсам, таким образом уменьшая градиент температур между экватором и полюсами. Механизм, при помощи которого это реализуется, различается в тропических и внетропических широтах. Между 30° с.ш. и 30° ю.ш. этот транспорт энергии реализуется за счёт относительно простой циклической циркуляции. Воздух поднимается у экватора, переносится по направлению к полюсам у тропопаузы, опускается в субтропиках и возвращается к экватору у поверхности. В высоких широтах транспорт энергии осуществляется циклонами и антициклонами, которые перемещают относительно тёплый воздух по направлению к полюсам, а холодный по направлению к экватору в одной и той же горизонтальной плоскости. Тропическая циркуляционная ячейка называется ячейкой Хадли. В районе тропопаузы, когда воздух перемещается по направлению к полюсам, он испытывает действие силы Кориолиса, которая поворачивает ветер направо в Северном полушании и налево в Южном полушарии, создавая тропическое высотное струйное течение, которое направлено с запада на восток. Можно представить это себе как кольцо воздуха, старающееся сохранить свой угловой момент в абсолютной системе координат (не вращающейся с Землёй). Когда кольцо воздуха перемещается по направлению к полюсу, то оказывается ближе к оси вращения и должно вращаться быстрее, что создаёт струйные течения, вращающиеся быстрее чем сама Земля, которые называются струйными течениями и направлены с запада на восток по отношению к поверхности. Аналогично у поверхности воздух, возвращающийся к экватору, вращается на запад, или замедляется с точки зрения невращающегося наблюдателя, поскольку отдаляется от оси вращения. Эти приповерхностные ветра называются пассаты. Теплый воздух над экватором поднимается и движется к полюсам. На высоте он остывает, у 30-й параллели (в обоих полушариях) опускается в приземный слой и возвращается к экватору. Так возникает вертикальный цикл движения воздушных масс, названный ячейкой атмосферной циркуляции. Ячейки формируются также между 30-й и 60-й параллелями и между 60-й параллелью и полюсом. Перемещение воздуха в приземном слое ячеек определяет глобальную систему ветров. Вращение Земли существенно влияет на движение воздушных масс. Ветры, дующие в Северном полушарии, отклоняются вправо, а в Южном — влево от направления движения. Это называется эффектом Кориолиса. Он максимален на полюсах, минимален на экваторе. Ячейки атмосферной циркуляции. Вблизи экватора возникают ячейки Гадлея, названные в честь английского ученого Джорджа Гадлея (Хадли), описавшего их в 1753 г. О существовании ячеек в средних широтах сообщил в 1856 г. американский метеоролог Уильям Феррел. Глобальная система ветров. Неодинаковое нагревание солнцем земной поверхности ведет к тому, что на одних широтах воздух поднимается, а на других опускается. Возникают стойкие системы ветров, влияющие на глобальный климат. Полярная ячейка. Воздух, остывая у полюсов, опускается, движется к экватору и, нагреваясь, поднимается. Эффект Кориолиса отклоняет его у земли с востока на запад. Струйные течения. Это узкие зоны сильных ветров, дующих в широтном направлении на больших высотах. Ячейка Гадлея. Нагретый у экватора воздух поднимается, движется к полюсам, остывает, опускается в приземный слой и возвращается к экватору. Эффект Кориолиса отклоняет его с востока на запад. Ячейка Феррела. Направление движения воздуха в ячейке противоположно тому, которое имеют воздушные массы соседних ячеек. Часть остывшего воздуха с юга, опустившись у 30-й параллели, продолжает двигаться к полюсам, а часть нагретого с севера, поднявшись у 60-й параллели, к экватору. Эффект Кориолиса отклоняет воздушный поток у земли с запада на восток. ^[5]

2. Океаническая циркуляция Циркуляция океаническая — единая взаимосвязанная система основных устойчивых течений океана, обусловливающих перенос и взаимодействие вод. Источником энергии для океанической циркуляции служит солнечная радиация, благодаря которой формируются системы ветров и возникают градиенты в поле плотности морской воды. На формирование течений влияют также такие факторы, как глубина моря, топография дна, близость суши и очертания береговой линии, приливы и отклоняющая сила вращения Земли. Морские течения — постоянные или периодические потоки в толще мирового океана и морей. Различают постоянные, периодические и неправильные течения; поверхностные и подводные, теплые и холодные течения. В зависимости от причины течения, выделяются ветровые и плотностные течения. Расход течения измеряется в Свердрупах. Течение''''- постоянное движение воды, которое наблюдается в океанах. Классификация течений. Течения классифицируют по различным признакам: по вызывающим их силам (генетические классификации), по устойчивости, по глубине расположения в толще вод, по характеру движения, по физико-химическим свойствам.

Выделяют три группы течений:

· Градиентные течения, вызванные горизонтальными градиентами гидростатического давления, возникающими при наклоне изобарических поверхностей относительно изопотенциальных (уровневых) поверхностей

· Плотностные, вызванные горизонтальным градиентом плотности

· Компенсационные, вызванные наклоном уровня моря под воздействием ветра

· Бароградиентные, вызванные неравномерным атмосферным давлением над морской поверхностью

· Сейшевые, возникающие в результате сейшевых колебаний уровня моря

· Стоковые или сточные, возникающие в результате возникновения избытка воды в каком-либо районе моря (как результат притока материковых вод, осадков, таяния льдов)

· Течения, вызванные ветром

· Дрейфовые, вызванные только влекущим действием ветра

· Ветровые, вызванные и влекущим действием ветра, и наклоном уровня моря и изменением плотности воды, вызванными ветром

· Приливные течения, вызванные приливами.

· Отбойное течение Приливные течения наиболее сильные, особенно проявляются у берега, на мелководье, в проливах и устьях рек.

В океанах и морях течения обычно обусловлены совокупным действием нескольких сил. Течения, которые продолжают существовать после окончания действия вызвавших их сил, называют инерционными.

По изменчивости течения разделяют на периодические и непериодические.

Периодические течения меняются с определённым периодом. К таким течениям относят приливные течения.

Непериодические течения связаны с временными причинами (например, возникают под воздействием циклона).

Выделяют течения, скорости и направления которых мало меняются за сезон (муссонные) или за год (пассатные).

Течения, которые не изменяются во времени, называют установившимися течениями, а изменяющиеся во времени — неустановившимися.

Рис. 9.Океанические течения

Заключение

Атмосферная циркуляциясистема крупномасштабных воздушных течений над земным шаром или полушарием. Циркуляция океаническая — единая взаимосвязанная система основных устойчивых течений океана, обусловливающих перенос и взаимодействие вод. Атмосферная и океаническая циркуляции очень сильно влияют на окружающую природу и человека. Они связаны с погодой, климатом, ветром и его видами. Эти все явления очень активно влияют на человека и его деятельность и могут даже создавать опасность для жизни и деятельности человека. Ветер активно влияет на климатообразование и вызывает ряд геологических процессов. Так, в районах с засушливым климатом ветер является главной причиной эрозии, он способен переносить большие количества пыли и песка и откладывать их в новых районах. Преобладающие ветры, дующие над океанами, вызывают океанские течения, что существенно влияют на климат прилегающих районов. Также ветер является важным фактором переноски семян, спор, пыльцы, играя важную роль в распространении растений. Также ветер приносит и пользу человеку. Его используют как источник энергии, при управлении парусными судами, при отдыхе и спорте (дельтапланеризм, парапланеризм, полеты на воздушных шарах, запуск воздушных змеев, сноукайтинг, кайтсёрфинг, парусный спорт и виндсёрфинг). Сильные ветры способны вызвать значительные разрушения, объём которых зависит от скорости ветра.