БарГУ.by » Учебные материалы » Лекции » Естествознание » Циркуляция атмосферы в низкоширотном звене

Циркуляция атмосферы в низкоширотном звене

1. Пассаты.

2. Внутритропическая зона конвергенции.

3. Муссоны.

4. Тропические циклоны.

 

Вы не можете скачивать файлы с нашего сервера

 

1. Пассаты – устойчивые восточные ветры умеренной скорости (5–8 м/с у земли), которые дуют в каждом полушарии на обращенной к экватору стороне субтропической зоны высокого давления (рисунок 73).

 

Рисунок 73 – Схема потоков воздуха в зоне пассатов.

1 – изобары субтропических антициклонов, 2 – ветры вблизи земной поверхности, 3 – ветры над уровнем трения

 

В приземных слоях атмосферы, где действуют силы трения, ветер отклоняется от изобар (градиентного ветра). Поэтому в северном полушарии вместо восточного дует северо-восточный ветер, а в южном – юго-восточный.

Вследствие трения пассаты получают дополнительную составляющую, направленную к экватору. Поэтому пассаты в северном полушарии называются северо-восточными, а в южном – юго-восточными. Но это только в том области, где изобары субтропического антициклона вытянуты по широте.

Большая устойчивость направления пассатов объясняется тем, что в тропиках распределение давления день ото дня меняется мало. Но направления этих ветров подвержено некоторым изменениям. 

Т.к. пассаты, перемещаясь к экватору, двигаются над океаном с менее теплой поверхности на более теплую, то в нижних слоях пассатное течение приобретает неустойчивую стратификацию. Устанавливаются большие вертикальные градиенты температуры, которые превышают в несколько раз сухоадиабатический градиент. Все это приводит к тому, что развивается сильная конвекция (скорость 2,5–4 м/с). Но она получает развитие лишь в нижнем слое – до высоты 1200–2000 м. На этих высотах в зоне пассатов располагается задерживающий слой с инверсией температуры, или (по крайней мере) изотермический слой. Эта инверсия – инверсия оседания. Она наблюдается в каждом антициклоне, задерживает развитие конвекции на сравнительно низком уровне. Облака не получают большого вертикального развития, носят название пассатных кучевых облаков. Они, в общем, сходны с кучевыми облаками хорошей погоды в умеренной зоне. Часто принимают характер слоисто-кучевых облаков. Пассатные облака не дают осадков, либо из них выпадают незначительные кратковременные и мелкокапельные осадки. Причина: отсутствие в этих облаках ледяной фазы, капли образуются только путем коагуляции. Вертикальная мощность пассатов изменяется от 2–4 км на широте 20°, до верхней границы тропосферы у экватора.

Ранее (в XVII в.) предполагалось, что циркуляция воздуха в зоне пассатов простая. Механизм циркуляции носит название «ячейка Гадлея»: в приземной части движение воздуха от субтропических широт к экватору, подъем его над экватором, отток в верхних слоях к субтропическим широтам и его опускание там. При этом ветры на высотах с направлением, противоположным пассату, назвали антипассатами, а возникновение областей повышенного давления – объяснялось нисходящими токами воздуха. Исходя из этой теории, области высокого давления над тропиками должны быть непрерывными, окаймляющими земной шар между широтами 20 и 30°. В действительности на картах мы находим несколько антициклонов, которые меняют свое положение от сезона к сезону.

Согласно новым данным аэрологических наблюдений, северо-восточные ветры у земной поверхности на высотах не переходят в юго-западные (противоположные). Ученые пришли к выводу, что пояса высокого давления в классическом варианте не существует, что не пассатная циркуляция является причиной образования зон высокого давления в субтропиках, а пассаты – следствие непрерывно возникающих в этой области антициклонов.

Было установлено, что субтропические антициклоны непрерывно регенерируют. Это связано с тем, что под высотными фронтальными зонами тропосферы в средних широтах непрерывно возникают циклоны и антициклоны. Но в антициклонах барический градиент направлен от центра, а сила Кориолиса – к центру. Отклоняющая сила в антициклоне (и в циклоне) больше в той части вихря, которая ближе к полюсу. Поэтому антициклоны будут смещаться к экватору. В результате ослабления отклоняющей силы в низких широтах (25–30°) северного и южного полушарий антициклоны скапливаются, особенно над океаном, образуя субтропические максимумы, вытянутые по широте.

В настоящее время антипассатами называются западные ветры, такие же, как и в более высоких широтах на тех же уровнях.

 

2. Пассаты разных полушарий разделены переходной зоной, где наблюдается сходимость воздушных течений.

Внутритропическая зона конвергенции – переходная зона между пассатами северного и южного полушарий или между пассатом и муссоном, или между пассатом и экваториальными западными ветрами (рисунок 74).

Она характеризуется конвергенцией скорости, ослаблением скорости ветра и сходимостью линий тока, по крайней мере, в слое трения. Конвергенция и возникновение волновых и вихревых возмущений создают во внутритропической зоне конвергенции режим переменных ветров и усиливают конвергенцию. Облака конвекции (кучевые и кучево-дождевые) имеют большое вертикальное развитие и образуют мезомасштабные облачные скопления. Этому способствует то, что во внутритропической зоне конвергенции отсутствует пассатная инверсия. Из них выпадают обильные осадки. В связи с этим наряду со штилями здесь часты шквалы, а также возникают тропические циклоны.

Ширина внутритропической зоны конвергенции различна, но в общем порядка нескольких градусов широты; над каждым океаном она может содержать несколько облачных скоплений с разрывами между ними. Над материками в отдалении от экватора внутритропическая зона конвергенции может сводиться к резкому тропическому фронту с резкими контрастами температур.

В барическом поле ей соответствует экваториальная депрессия. В течение года положение внутритропической зоны конвергенции меняется, при этом в большинстве случаев она смещается в то полушарие, где лето. Однако над Атлантическим океаном и восточной частью Тихого океана она находится весь год в северном полушарии. Ото дня ко дню внутритропическая зона конвергенции испытывает значительные смещения.

 

Рисунок 74 – Основные типы потоков воздуха во внутритропической зоне конвергенции.

/ – сходимость у тропического фронта вблизи экватора;  // – сходимость пассатов на большем расстоянии от экватора (летний экваториальный муссон); /// – экваториальная зона западных ветров

 

Поскольку субтропические антициклоны – области повышенного давления с замкнутыми изобарами, то между ними наблюдается ложбина пониженного давления (пассатная ложбина), проникающая в низкие тропические широты. По ней может проходить пассатный фронт этот фронт разделяют две массы тропического воздуха с несколько различающимися свойствами (старый тропический воздух более свежий тропический воздух). Обычно пассатный фронт является продолжением полярного фронта в тропиках. Осадки в пассатной зоне выпадают, главным образом, в связи с пассатными фронтами.

 

3. В некоторых областях тропиков, в особенности над материками, вблизи них, пассаты дуют в течение одного полугодия, а в другом полугодии сменяются преобладающими западными ветрами. Но эта система сменяющих друг друга ветров носит название тропических муссонов.

Муссоны (от араб маусим – сезон) – макромасштабный режим воздушных течений над значительной частью земной поверхности, отличающиеся высокой повторяемостью одного преобладающего направления ветра в течение всего сезона (зимнего или летнего), но с резким изменением этого направления (на противоположное или близкое к нему) от одного сезона к другому.

Муссоны – устойчивые сезонные режимы воздушных течений с резким изменением преобладающего направления ветра от зимы к лету и от лета к зиме (рисунок 75). Зимнему муссону всегда противопоставляют летний, поэтому обычно говорят о муссонах во множественном числе.

Устойчивость муссонов связана с устойчивым распределением давления в течение каждого сезона, а их сезонная смена – с коренными изменениями давления от сезона к сезону. Соответственно меняющемуся направлению барического градиента изменяется направление ветра. 

Необходимые географические условия образования муссонов:

1)наличие более-менее больших площадей суши;

2)достаточно сильные колебания температуры в течение года.

Муссоны не вписываются в рассмотренную нами схему общей циркуляции атмосферы. Но они являются важным элементом этой схемы, т.к. во многих областях земного шара их заменяют постоянные ветры: пассаты и западный перенос.

 

 

Рисунок 75 – Муссоны

 

Муссоны в тропиках (тропические муссоны) обусловлены тем, что экваториальная депрессия и связанная с ней зона внутритропической конвергенции в течение года отодвигаются от экватора сначала в южное, а затем в северное полушарие (летнее). В Тихом (за исключением западной части) и Атлантическом океанах муссоны в тропических широтах развиты мало. Над этими океанами в тропиках преобладают пассаты в течение всего года. Наиболее интенсивно муссонная циркуляция проявляется в бассейне Индийского океана (от восточных побережий экваториальной Африки до Индокитая и Австралии) и в западной части Тихого океана.

Причины существования здесь зоны сильного развития муссона: наличие к северу от Индийского океана Евразии, расположение Африки практически симметрично относительно экватора.

В случае с Африканским материком происходит следующее: летом над Сахарой расположена зона пониженного давления, а зимой – отрог Азорского максимума. Над Южной Африкой положение аналогичное. Поэтому барический градиент меняет свое направление: зимой – в сторону Сахары, летом – от нее. Соответственно меняется направление ветров.

В бассейне Индийского океана тропические муссоны объясняются тем, что над Южной Азией в течение года происходит резкая смена давления (летом – депрессия, зимой – антициклон). В июле экваториальная депрессия занимает крайнее северное положение. Область распространения пассатов сдвигается к северу. В полосе, примыкающей с юга к депрессии, место пассатов занимают ветры, близкие по направлению к противоположным ветрам: воздух направляется от экватора к сместившейся к северу экваториальной депрессии. К январю экваториальная депрессия постепенно смещается на юг, но только местами заметно сдвигается в южное полушарие, пассаты в северном полушарии доходят до экватора, сменяя т.о. противоположные по направлению ветры. Летний муссон дует от экватора – влажная с осадками погода; зимой – это пассат соответствующего полушария с соответствующей погодой (малое количество осадков или их отсутствие).

В Индии летний муссон – юго-западный, зимний – северо-восточный; в Китае – соответственно южный или юго-восточный и северный или северо-западный (перенос воздуха ближе к меридиональному). Летние осадки по происхождению фронтальные, орографические или конвективные.

 

4. Тропические циклоны зарождаются в штилевой зоне только над океанами (между 5° и 20°) в обоих полушариях и двигаются с востока на запад вдоль изобар.

Тропические циклоны меньше внетропических, их диаметр составляет десятки и сотни километров. Горизонтальные градиенты давления и температуры значительны: в среднем 20–40 гПа/100 км, могут достигать до 40–60 гПа/100 км. Давление в центре циклона в среднем равняется 960–970 гПа. Система циркуляции воздуха в тропических широтах аналогична циркуляции во внетропических широтах.

Причина возникновения тропических циклонов еще недостаточно известна. Предполагается, что их образование связано с большой термической неустойчивостью воздуха при его достаточном влагосодержании. В зоне возникновения тропического циклона температура поверхностных вод океанов составляет не менее 26–27°С. При таких значениях температуры воздух становится неустойчиво стратифицированным. Если при этом на высотах с севера или юга вторгается холодный воздух, то неустойчивость возрастает, и создаются благоприятные условия для возникновения тропического циклона. Т.к. температура на поверхности океанов достигает 27°С летом и осенью, то и тропические циклоны в северном полушарии чаще всего наблюдаются в августе–октябре, а в южном – в декабре–марте. В зимнее время тропические циклоны вообще не обнаруживаются.

В зависимости от скорости вращения воздуха тропические циклоны делят на: тропические штормы (18–33 м/с) и тропические ураганы (более 33 м/с). Скорость движения тропического циклона заметно меньше скорости перемещения циклонов внетропических широт. Она редко превышает 15–20 км/ч, или 300–350 км/сут., т.е. соответствует скорости пассатов.

В зависимости от места возникновения тропические циклоны называются по-разному:

1)тайфун – Тихий океан;

2)ураган – Северная Атлантика;

3)циклон – Индия;

4)вилли-вилли – Австралия.

Есть теория, которая говорит о волновом характере происхождения тропических циклонов. Слабые и более сильные волновые возмущения возникают во внутритропической зоне конвергенции и на пассатных фронтах, а также внутри пассатного течения. В некоторых случаях эти возмущения усиливаются настолько, что скорость ветра в них достигает 20 м/с и более.



Обсудить на форуме

Комментарии к статье:

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.

Регистрация

Реклама

Последние комментарии