30.Общая циркуляция атмосферы. Зоны давления и ветра в тропосфере и нижней стратосфере.

Неравномерное распределение тепла в атмосфере приводит к неравномерному распределению атмосферного давления, от распределения давления зависит движение воздуха, т. е. воздуш­ные течения.

Движение воздуха относительно земной поверхности ощуща­ется нами как ветер. Следовательно, причиной появления ветров является неравномерное распределение давления. На характер движения воздуха относительно земной поверхности большое влияние оказывает суточное вращение Земли. В нижних слоях атмосферы на движение воздуха влияет также трение. Масштабы горизонтальных атмосферных движений меняются в очень широ­ких пределах: от мельчайших вихорьков, которые можно наблю­дать, например, во время метели, и до волн, сравнимых с размера­ми материков и океанов.

Систему крупномасштабных воздушных течений на Земле называют общей циркуляцией атмосферы. Основными элементами общей циркуляции атмосферы являются циклоны и антициклоны, т. е. волны и вихри размером в несколько тысяч километров, постоянно возникающие и разрушающиеся в атмосфере.

С воздушными течениями в системе общей циркуляции атмосферы связаны основные изменения погоды: воздушные массы, перемещаясь из одних областей Земли в другие, приносят с собой свойственные им характеристики. Системы воздушных течений общей циркуляции атмосферы, определяющие преоблада­ние тех или иных воздушных масс в том или ином районе, являются также важнейшим фактором климатообразования.

Кроме воздушных течений общей циркуляции атмосферы климатообразующее значение имеют и циркуляции значительно меньшего масштаба (бризы, горно-долинные ветры и др.), носящие название местных циркуляции. Катастрофические погод­ные явления связаны с вихрями малого масштаба: смерчами, тромбами, торнадо, а в тропиках с вихрями более крупного масштаба — тропическими циклонами.

Ветер вызывает волнение водных поверхностей, многие океанические течения, дрейф льдов; он является важным фактором эрозии и рельефообразования.

Общей циркуляцией атмосферы называют систему крупно­масштабных воздушных течений на земном шаре, т. е. таких течений, которые по своим размерам сравнимы с материками и океанами. Самое первое элементарное представление об общей циркуляции атмосферы получают, рассматривая средние много­летние карты. Для ветра это обычно карты преобладающих направлений либо равнодействующих, для давления карты многолетнего среднего распределения давления за отдельные месяцы, сезоны и за год.

Рассматривая глобальное распределение давления, можно заметить, что поля давления в тропиках и вне их сильно отличаются. Вне тропиков отчетливо выделяются следующие зоны:

зона I — область относительно высокого давления над полю­сами; зона II — пояс низкого давления в районе субполярных широт (60—65°), испытывающий непрерывные петлеобразные возмущения (типа речных меандров); зона III — умеренные широты, где непрерывно возникают, развиваются и исчезают движущиеся атмосферные возму­щения — волны и вихри в форме циклонов и анти­циклонов; зона IV — пояс высокого давления в субтропических широтах около 30—35° широты, объединяющий обширные, распо­ложенные над океанами антициклоны; это так называ­емый пояс субтропических антициклонов. На обращенной к экватору периферии субтропического пояса высокого давления в тропиках также можно выделить характерные зональные области в поле давления:

Если окинуть взглядом Землю, то в каждый данный момент времени нам представится очень сложная система ветров и сложная картина распределения давления. В практике службы погоды картина распределения ветров и давления отражается на географических картах Северного и Южного полушарий, а также тропической зоны. Такие карты называются синоптическими. Они составляются как для атмосферных движений у поверхности Земли, так и в форме топографии изобарических поверхностей и ветра на них. Так как атмосфера находится в непрерывном движении, то системы ветров и распределение давления все время меняются. Эти изменения можно проследить, если рассматривать синоптические карты за последовательные сроки наблюдений, т. е. следить за изменением полей ветра и давления от карты к карте (например, за 00 и 12 ч Гринвичского времени). На них видны различные атмосферные образования. Среди них циклоны и антициклоны, которые непрерывно возникают, двигаются и разрушаются. Анализ атмосферных движений позволяет выделить следующие характерные масштабы движений.

Микрометеорологический масштаб, характеризующийся колебаниями ветра, давления и температуры с периодами от долей секунды до минут. Колебания вызываются мелкомасштабной турбулентностью, акустическими и гравитационными волнами. Максимум этих колебаний приходится на периоды около минуты, а размеры турбулентных неоднородностей — около 600 м.

Масштаб конвективных облаков с горизонтальными размерами порядка 1—10 км и временем существования от десятка минут до одного — двух часов.

Мезометеорологический масштаб отражает изменения метеорологических величин, вызванные такими явлениями, как горно-долинные ветры, бризы на побережьях морей, смерчи (торнадо), ледниковые ветры и др. Характерные горизонтальные размеры таких местных циркуляции составляют 10—100 км, а продолжительность во времени — от нескольких часов до полусуток.

Синоптический масштаб — движения этого масштаба определяют основные изменения погоды вследствие возникнове­ния, развития, перемещения и разрушения огромных волн и вихрей, т. е. атмосферных возмущений. Главные из них — циклоны и антициклоны. Характерные горизонтальные размеры атмосферных возмущений — 1000—3000 км, а время их существо­вания — 1—7 дней.

Глобальный масштаб, описывающий ультрадлинные волны в атмосфере. Характерные пространственные размеры движений этого масштаба 10 000—40 000 км, а характерный период времени — около двух недель.

В каждый данный момент времени в атмосфере существуют движения всех масштабов, накладывающиеся друг на друга. Именно этим определяется сложность атмосферной циркуляции. Однако, прослеживая из года в год развитие атмосферных процессов, можно отметить определенные устойчивые черты, проявляющиеся в полях ветра и давления. Лучше всего они выявляются с помощью статистического осреднения полей давле­ния и ветра, при котором ежедневные возмущения сглаживаются, а остаются наиболее устойчивые особенности воздушных течений. Именно они и представляют общую циркуляцию атмосферы. зона IV — те же самые крупномасштабные замкнутые области высокого давления в форме субтропических антициклонов, особенно над океанами, периферия которых распростра­няется до 25° широты; зона V, где приземное давление уменьшается от субтропи­ков в направлении экватора; зона VI — экваториальная ложбина, т. е. пояс низкого давле­ния, который опоясывает весь земной шар и испытывает сезонные смещения, различные на разных долготах. 2.3. Описанные особенности в той или иной степени можно видеть на каждой синоптической карте, хотя они в значительной степени замаскированы подвижными циклонами и антициклонами. Даже на многолетних средних картах особенности в распределе­нии давления носят отпечаток различного влияния суши и моря на циклоническую деятельность. Однако по величине и направлению средние градиенты давления между указанными выше зонами близки к меридиональным градиентам. В умеренных широтах они направлены от I и IV зон ко II зоне, а в тропиках — от IV к VI зоне.

Наиболее устойчивая особенность в распределении как атмосферного давления, так и ветра над земным шаром — квазизональность этого распределения. Квазизональность цирку­ляции проявляется в преобладании широтных составляющих ветра (восточной или западной) над меридиональными составля­ющими (северной или южной) и в больших значениях широтных составляющих по сравнению с меридиональными.

Степень преобладания зональных составляющих над меридио­нальными может быть различной. Над тропическими океанами преобладание восточных составляющих в переносе воздуха в нижней части тропосферы выражено очень хорошо и легко различимо даже на отдельных синоптических картах, т. е. в от­дельные дни. В общем меридиональные составляющие в тропиках примерно в 10 раз меньше зональных. Хорошо выражено и преобладание западных ветров в умеренных широтах Южного полушария. В то же время во многих районах умеренных широт Северного полушария ветер часто и резко меняется по направле­нию и преобладание западного переноса можно подметить только из статистического анализа большого материала наблюдений. Есть, наконец, и такие районы (например, восток Азии), где преобладающие направления ветра в нижней тропосфере ближе к меридиональным, чем к зональным.

Причина зональности давления и ветра — зональность в рас­пределении температуры и в динамических особенностях самого механизма общей циркуляции атмосферы.

Меридиональные составляющие переноса воздуха в общей циркуляции атмосферы, хотя они и меньше по сравнению с зональными, имеют очень большое значение. Именно они обусловливают обмен воздуха между различными широтами Земли.

Ежедневное распределение меридиональных движений на земном шаре очень сложное, поскольку оно связано с подвижными атмосферными возмущениями — циклонами и антициклонами. В самом деле, в каждом циклоне создается перенос воздуха к высоким широтам в передней части и к низким широтам в тыловой части, в антициклонах наоборот. Отсюда следует, что в каждый данный момент на одном и том же уровне под одним ме­ридианом господствуют направленные на север меридиональные составляющие, а под другим меридианом — направленные на юг.

При осреднении составляющие, направленные по данному мериди­ану в разное время к северу и к югу, будут в некоторой степени взаимно погашаться. Поэтому средние многолетние меридиональ­ные потоки будут меньше, чем в индивидуальных процессах, но зато они отразят преобладающие переносы. В общем, для всего земного шара в нижней тропосфере тропиков в среднем преобладает ветер, направленный к экватору, с максимальной скоростью зимой около 3 м/с. В верхней тропосфере тропиков преобладает направленная к полюсам составляющая с макси­мальной скоростью зимой около 2,5 м/с. В средней тропосфере, в слое от 750 до 350 гПа, меридиональный ветер очень слабый.

основные климатообразующие процессы: атмосферная циркуляция, тепло- и влагооборот.

В атмосфере существует сложная система воздушных течений, переносящая одни части воздуха в другие.

Общая циркуляция атмосферы – система крупномасштабных воздушных течений на земном шаре, которые сравнимы по своей системе с материками и океанами.

За год различия температуры воздуха доходят до 40-45 градусов. Эти различия образуют разности давления, что вызывает воздушные течения, приводит к образованию ветра. Первая схема воздушной циркуляции была разработана в 1874 году Воейковым.

Атмосферная циркуляция проявляется в преобладающих широтных зональных составляющих над меридиональными составляющими. Мериодиональный перенос воздушных масс имеет очень большое значение в общей циркуляции атмосферы, они обусловливают обмен воздуха между различными широтами Земли. Оно связано с подвижными атмосферными движениями. В циклоне задается перенос воздуха к высоким широтам. В передней части и к низким в тыловой, в антициклоне наоборот.

На тепловой режим атмосферы влияет облачность, которая задерживает приток прямой солнечной радиации. Образование облаков – это один из элементов влагообмена (влагооборота). Оно зависит от температуры подстилающей поверхности и стратификации атмосферы, а они зависят от общей циркуляции атмосферы, так как атмосфера создает перенос водяного пара и облаков, и тем самым влияет на влагооборот и тепловые условия. Режим каждого элемента климата является результатом совместного действия всех трех компонентов: влаго-, теплооборота и атмосферной циркуляции