4.2 Общая циркуляция атмосферы

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 метеорологических параметров. Для ветра это обычно карты преобладающих направлений, 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:

• область относительно высокого давления над полюсами;

• пояс низкого давления в районе субполярных широт (60 – 65°);

• умеренные широты, где непрерывно возникают, развиваются и исчезают движущиеся атмосферные возму­щения — волны и вихри в форме циклонов и анти­циклонов;

• пояс высокого давления в субтропических широтах около 30 – 35° широты, объединяющий обширные, распо­ложенные над океанами антициклоны; это так называ­емый пояс субтропических антициклонов;

• экваториальная ложбина, т. е. пояс низкого давле­ния, который опоясывает весь земной шар и испытывает сезонные смещения, различные на разных долготах.

В полярных и тропических широтах преобладают движения восточного направления, в умеренных широтах – западного. 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.

Схематически представить общую циркуляцию атмосферы можно следующим образом. Если бы Земля не вращалась, то глобальные движения воздуха в атмосфере выглядели бы так. Поскольку воздух сильнее всего нагревается вблизи экватора, то он вытеснялся бы вверх более холодным и плотным воздухом из полярных областей. Поднимающийся вверх воздух стал бы продвигаться от экватора по направлению к полюсам, создавая постоянную область пониженного давления у экватора. У полюсов холодный и плотный воздух формировал бы область повышенного давления.

Однако, по мере того, как растекающийся, движущийся в верхних слоях воздух удаляется от экватора к полюсам, он вследствие действия силы Кориолиса, отклоняется к востоку. И приблизительно на уровне 30^й параллели он движется почти точно на восток. Таким образом, на этих широтах происходит «накопление» воздуха: область повышенного давления и нисходящих движений.

В нижних слоях атмосферы часть воздуха из зоны высокого давления направляется к полюсам, порождая ветры преобладающего западного направления. Западный перенос воздушных масс – наиболее характерная и важная черта общей циркуляции в свободной атмосфере. Он возникает вследствие разности температур между низкими и высокими широтами и поддерживается ею. А эта разность в свою очередь порождена различием в притоке солнечной радиации в эти широты.

Другая часть воздуха направляется к экватору, образуя северо-восточные и юго-восточные пассаты. Пассатные потоки северного полушария встречаются с пассатными потоками южного полушария в переходной зоне, которая носит название внутритропическая зона конвергенции.. Иногда эта зона настолько обостряется, что представляет собой тропический фронт. Под влиянием сходимости в экваториальной зоне возникают сильные восходящие движения и образуется мощная кучевая облачность.

Если рассмотреть схему общей циркуляции атмосферы в вертикальной плоскости вдоль меридиана, то каждой четверти меридиана соответствуют три кольца (ячейки) циркуляции (Рис. 4.1) Первое кольцо располагается в зоне пассатов между экватором и 30⁰ широты, другое – в высоких широтах между полюсом и 60⁰ широты и третье тропосферно – стратосферное кольцо соединяет два предыдущих в единую систему. У экватора и 60-й параллели направление циркуляционных движений – восходящее, у 30-й параллели и полюса – нисходящее. Приведенная схема объясняет некоторые существенные черты атмосферной циркуляции (пассаты, пониженное давление вблизи экватора и 60-й параллели, повышенное у 30-й параллели (т.н. пояс субтропических антициклонов) и у полюса, преобладание западных ветров в верхней половине тропосферы и нижней стратосфере). Однако, эта схема может изменяться от меридиана к меридиану ввиду неоднородности подстилающей земной поверхности.

С помощью вертикальных колец циркуляции объясняется межширотный обмен тепла, без чего вблизи экватора было бы значительно теплее, чем в действительности, а вблизи полюса – холоднее.