3.2. Сезонная (муссонная) циркуляция атмосферы

Тепловая машина второго рода. Зимой, особенно в средних и низких широтах, материки быстро охлаждаются и оказываются источниками холода, а океаны, наоборот, источниками тепла. Таким образом, в холодное время года в Северном полушарии над континентами обычно располагаются области высокого давления, а над океанами – низкого. Летом функции материков и океанов как источников тепловой энергии меняются, что вызывает соответствующую смену знаков в центрах аномалий давления. Над океанами располагаются максимумы, а над континентами – минимумы.

Такие сезонные изменения температур и давления между сушей и океаном в приземном слое вызывают сезонную циркуляцию атмосферы, которую называют тепловой машиной второго рода. Ее мощность значительно меньше, чем у машины первого рода, создаваемой тепловыми различиями между экватором и полюсами, однако вполне достаточна, чтобы сформировать систему устойчивых сезонных воздушных течений между океанами и материками - муссонов. Таким образом, муссон оказывается аналогом бриза, но в большем пространственном и временном масштабе. Кроме того муссоны мощнее бризов.

Из-за климатических особенностей Индийский субконтинент и прилегающие области Индийского океана - наиболее типичные районы зарождения муссонов. На закате Египетского государства после смерти Птолемея VIII его трон заняла Клеопатра III, которая организовала экспедицию в Индию вокруг Африки (II в. до н.э.), поручив это дело греку Эвдоксу. Историки полагают, что этот выдающийся мореплаватель древности, трижды побывал в Индии, буквально «пропахав» форштевнями своих кораблей дорогу в страну пряностей. После третьего похода кормчий Эвдокса - Гиппал, раскрыл секрет сезонных ветров Индийского океана. Этот феномен (юго-западный ветер с мая по сентябрь, а северо-восточный – с октября по апрель), позволявший сократить срок плаванья в Индию в два раза, долго называли «ветрами Гиппала». Позднее им привилось арабское название «маусим» - время года, переиначенное французами в «moussoon» - муссон. Впрочем, справедливости ради стоит отметить, что известный античный географ Страбон (64/63 до н.э.- 23/24 н.э.), например, считал, что история Евдокса из Кизика "не особенно далека от выдумок". Но если это правда, то португальцу Васко да Гаме приходится уступить пальму первенства открытия восточного пути в «Индии» древнегреческому мореплавателю Эвдоксу, а дату этого события необходимо перенести почти на 1700 лет назад – во II в. до н.э.

География муссонов. Кроме Индийского океана муссоны характерны для западного побережья Африки между 5 и 15⁰с.ш., Южно-Китайского моря и для Северной Австралии. Впервые теорию возникновения муссонной циркуляции в атмосфере, как следствия особого взаиморасположения суши и моря и различной их теплоемкости опубликовал Эдмонд Галлей в 1686 г. Он написал статью «Исторический обзор пассатов и муссонов, наблюдаемых в тропиках и притропических морях, с попыткой определить физическую причину сказанных ветров».

С муссонами оказалось связано много загадок природы. Так, в районе Южного Берега Крыма и на Азовском море в самый разгар пляжного сезона могут случаться удивительные явления. При совершенно ясном небе, без малейших признаков наличия или подхода циклона, обычная система летней бризовой циркуляции – днем легкий ветерок с моря на сушу, ночью наоборот, вдруг «ни с того, ни с сего» приобретает масштабы урагана. Послеполуденная скорость бризового ветра при этом достигает 25 м/с (90 км/час). Пассажирские теплоходы в этих случаях вместо Ялты заходят прятаться в Севастополь. К ночи ветер не стихает и светопредставление продолжается несколько дней, опять же – при ясном безоблачном небе. Ученых долгое время смущало то обстоятельство, что такая громадная скорость ветра никак не совпадала с возможной (менее 15 м/с), рассчитанной на основании известных физических законов по разности температур воздуха над сушей и морем.

Только летом 1959 г. загадка черноморского «безумного бриза» была разгадана академиком В.В.Шулейкиным. Это произошло во время его плавания на экспедиционном судне «Седов» у африканских берегов Атлантического океана (!). Оказалось, что в субтропическом и тропическом поясах Африки, подверженных муссонной циркуляции, подобное явление в суточных колебаниях ветра наблюдается очень часто. Температура воздуха днем при этом здесь может отличаться от ночной на 10⁰С. Причина этого состояла в том, что сезонные колебания направления и скорости ветра, характерные для муссонов, имеют определенную инерцию и в виде инерциальных колебаний сохраняются в атмосфере продолжительное время, затухая с увеличением широты. Когда частота суточных колебаний скорости ветра (бриза) вдруг случайно совпадает с частотой инерциальных сезонных колебаний атмосферы (муссона), возникает явление гидродинамический резонанс, заставляющее бриз «сходить с ума».

Математические расчеты показали, что именно у побережья Африки (широта 30⁰) такие аномальные суточные резонансные колебания атмосферы должны происходить наиболее часто, а на побережье ЮБК (широта 44⁰), в силу затухания планетарной инерции муссонов, их частота снижается, но само явление еще вполне реально. Интервал времени между пиками таких колебаний, рассчитанный по простым физическим уравнениям для района ЮБК, равен 3 суток. Этот результат удивительно совпал с наблюдениями рыбаков и моряков Крымского полуострова, у которых на основании многолетнего опыта выработалось правило: если шторм такого рода не «убился» через 3 суток, то жди еще 3 суток; если и после этого ветер не утихнет, то шторм продлится еще 3 дня.