книги из ГПНТБ / Подобедов, Н. С. Общая физическая география и геоморфология учебник

части циклона смыкаются, вследствие чего холодный воздух распо­ лагается внизу, а теплый воздух — над ним. Благодаря этому исчезают условия, способствующие существованию циклона.

Циклоны умеренных широт диаметром 2—3 тыс. км переме­ щаются со средней скоростью 30—45 км/ч. В областях умеренных широт циклоны возникают и исчезают систематически и это яв­ ляется характерной особенностью атмосферной циркуляции этих районов.

Наряду с циклонами умеренных широт, между широтами 5— 20° каждого полушария возникают и развиваются тропические циклоны (в Юго-Восточной Азии их называют тайфунами, в Индии— циклонами, в Северной Америке — торнадо). В течение года на земном шаре в среднем отмечается 40—50 тропических циклонов.

тура воды превышает +27° С. Основным источником энергии такого циклона является выделение скрытой теплоты парообразования в большой толще воздуха, что приводит к сильному увеличению вертикального подъема его и сильному понижению давления.

Антициклон представляет собой систему ветров также в виде огромного вращающегося вихря, у которого в центральной части располагается область повышенного давления. Ветры в антициклоне обычно слабее, чем в циклоне. Дуют они по направлению движения часовой стрелки (в северном полушарии) и воздух в самом нижнем приземном слое растекается от центра области (см. рис. 24, б). В южном полушарии вихрь вращается против часовой стрелки.

Антициклон характеризуется замкнутой системой изобар, однако здесь в центре располагаются изобары с большими абсолютными значениями, так как здесь более высокое давление (рис. 26). Это приводит к тому, что возникающие в данной системе ветры должны быть направлены от центра к периферии, но благодаря вращению Земли вокруг своей оси они будут отклоняться вправо в северном

50

полушарии и влево — в южном. Это является причиной вихревого движения воздушных масс по ходу часовой стрелки (см. рис. 26). Образованию антициклонов способствует кратковременное или дли­ тельное охлаждение участков земной поверхности. Так, например, сильное охлаждение зимой районов Забайкалья способствует раз­ витию здесь устойчивых зимних антициклонов.

Поскольку в антициклонах в центре господствует высокое давле­ ние, это способствует уплотнению (оседанию) здесь воздушных массг а поэтому опускающиеся массы нагреваются и становятся более сухими.

Для центральной части антициклона характерна безоблачная погода, жаркая летом и морозная зимой. Ветры здесь слабые, а ско­ рости перемещения антициклонов примерно соответствуют скоростям

перемещения циклонов. Однако нередко наблюдаются стабилизи­ ровавшиеся антициклоны, подолгу остающиеся на месте. Морозная погода зимой при антициклоне объясняется тем, что в центре его господствуют нисходящие токи воздуха, а это является причиной ясной и сухой погоды, что приводит к сильному тепловому излуче­ нию земной поверхности. При такой погоде зимой происходит интен­ сивное излучение тепла, благодаря чему устанавливается морозная погода. Летом участки территории, где развит стабилизировав­ шийся антициклон, благодаря ясности воздуха хорошо прогреваются, что способствует установлению жаркой и сухой погоды.

Всеверном полушарии циклоны и антициклоны перемещаются

вобщем в направлении с запада на восток. Однако при этом циклоны отклоняются к полюсам, а антициклоны — к экватору. Причиной таких отклонений является действие силы Кориолиса, величина которой возрастает с увеличением широты. Поэтому как в циклонах, так и в антициклонах, сила Кориолиса больше в той части, которая ближе к полюсу. Однако в циклоне эта сила действует от центра системы, т. е. в противоположную сторону от направления бариче­ ского градиента, вследствие чего циклоны одновременно с перемеще­ нием на восток постепенно смещаются к северу (двигаются к северо­

51

востоку) и около 65° широты в северном и южном полушариях они задерживаются благодаря влиянию повышенного давления воздуха, характерного для охлажденных полярных районов (рис. 27). По­ этому в этих широтах (южнее 65°) под влиянием циклонов образуется зона пониженного давления.

В антициклонах, как известно, барический градиент направлен от центра системы, а отклоняющая сила вращения Земли наоборот, направлена к ее центру. В силу указанных особенностей антици­ клоны, двигаясь в общем на восток, будут смещаться к югу (см. рис. 27). Вследствие ослабления отклоняющей силы вращения Земли в низких широтах антициклоны около 25—30® обоих полуша­ рий будут скапливаться, благодаря чему здесь образуются почти непрерывные зоны высокого атмосферного давления. Эти зоны Осо­ бенно хорошо выражены над океанами, где их называют субтропиче- ■скими максимумами давления.

Между отмеченными выше областями сравнительно холодных ци­ клонов и более теплых антициклонов образуется на некоторой высоте зона резких изменений температуры и давления, которую называют высотной фронтальной зоной, захватывающей верхнюю тропосферу

инижнюю стратосферу. Здесь характерны большие скорости ветра

имощные воздушные потоки, получившие название струйных те­ чений.

Струйные течения представляют собой горизонтальные воздуш­ ные потоки, где скорость движения воздуха колеблется в пределах 150—300 км/ч. В длину они простираются на тысячи километров, ширина этих воздушных потоков исчисляется сотнями километров (300—400 км), а в высоту они захватывают слой воздуха всего в не­ сколько километров (2—4 км). Учет этих течений очень важен для

современных самолетов, летающих на больших высотах.

§ 22. Пассаты, муссоны и местные ветры

давления (В) и экватором (Э). У земной поверхности, где на ветер оказывают влияние силы трения, его направление отклоняется от изобар на некоторый угол в сторону более низкого давления, т. е. к экватору. Таким образом, в северном полушарии у земной поверх­ ности дуют пассаты северо-восточного направления, а в южном — юго-восточного (рис. 28).

Распределение давления в субтропиках, связанное с особенно­ стями передвижения антициклонов, мало изменяется в течение года, вследствие чего и пассаты обладают довольно устойчивым направле­ нием и скоростью движения воздуха. В области экваториальных широт пассаты захватывают всю тропосферу. В сторону субтропи­ ческих широт мощность пассатов уменьшается и приближается

к2 км; над ними здесь располагаются ветры западного направления—

ан т и п а с с а т ы .

52

Муссоны — это сезонные устойчивые ветры, резко изменяющие свое направление от зимы к лету и от лета к зиме. При этом напра­ вление ветров от летнего сезона к зимнему и наоборот может быть противоположным или близким к противоположному. Таким обра­ зом, в областях развития муссонов есть зимний и летний муссоны, с взаимно противоположными направлениями.

Устойчивость направления муссонов в течение теплого и холод­ ного сезонов года связана с устойчивым распределением атмосфер­ ного давления в течение каждого соответствующего сезона. Вслед­ ствие этого направления барических градиентов меняются от сезона к сезону, а вместе с этим меняется также и направление ветров.

Рис. 28. Схема переноса воздуха в зоне пассатов (кривые — изо­ бары субтропических антициклонов, сплошные стрелки — вет­ ры у земной поверхности, двойные стрелки — ветры над уров­ нем трения)

Муссоны постоянно наблюдаются и наиболее резко выражены в тропических широтах. Это в первую очередь относится к бассейну Индийского и к западной части Тихого океана. Здесь муссонная циркуляция воздуха наблюдается почти повсеместно.

Образование муссонов связано с циклонической и антициклонической деятельностью в атмосфере. Они наблюдаются в тех рай­ онах, где циклоны и антициклоны устойчиво сохраняются в одних

итех же местах, но от теплого к холодному сезонам меняются ме­ стами в связи с особенностями распределения океанов и материков

иразличными условиями нагревания одних и других.

Зимние устойчивые антициклоны, например, характерны для районов Восточной Азии, где зимой, благодаря сильному охлаждению поверхности, образуется Сибирский максимум давления и разви­ вается устойчивый зимний антициклон. В это время здесь преобла­ дают северо-западные и северные холодные ветры, дующие с холод­ ного материка и несущие сухой воздух. Летний муссон характери­ зуется ветрами южного и юго-восточного направлений, т. е. со

53

стороны Тихого океана. Он несет с океана не очень сильно нагретый,

переваливании воздушными потоками горного хребта (рис. 30).

валивающего через хребет, понизится на 6° С, а при высоте 3000 м

на 18° С.

54

При спуске перевалившего через хребет воздуха конденсация водяных паров не происходит, вследствие чего на каждые 100 м

повысит свою температуру на 30° С и будет отличаться значительной сухостью. Фёны чаще всего бывают в холодное время (зима и ранняя весна).

Бора — холодный ветер, дующий с большой силой вниз по горному склону. Этот ветер возникает в районах невысоких гор, когда с одной стороны гор господствует повышенное давление воз­ духа, а с другой — пониженное. Воздух из области повышенного давления также переваливает через горы. Поэтому охлажденный воздух, переваливший через горы, очень мало нагревается и, имея

Под общей циркуляцией атмосферы понимают систему крупных воздушных течений, захватывающих тропосферу и нижнюю страто­ сферу, размеры которых соответствуют материкам, океанам или их крупным частям. В этой системе можно подметить некоторые устойчивые особенности, повторяющиеся из года в год, хотя они местами нарушаются атмосферными возмущениями в виде циклонов

иантициклонов. Необходимость изучения общей циркуляции ат­ мосферы определяется ее огромным влиянием на изменения погоды

иусловия формирования климата того или иного участка поверх­ ности земного шара.

Наиболее характерной и устойчивой особенностью распределения как атмосферного давления, так и связанных с ним ветров является распределение их по зонам. Зональность в распределении ветров прежде всего заключается в том, что в атмосфере, в целом, преобла­

дают устойчивые ветры восточного или западного направлений в пределах той или иной широтной зоны земного шара. Однако на Земле одновременно есть места, где преобладает почти меридиональ­ ное направление ветров (например, на востоке Азии). Это направле­ ние переноса воздуха, меньшее по величине по сравнению с зональ­ ным, однако имеет большое значение при обмене воздуха между различными широтами на Земле.

Отмеченная выше зональность в распределении атмосферного давления и ветров яснее выражена не у земной поверхности, а в верх­ ней тропосфере и в нижней стратосфере.

Как уже ранее отмечалось, над экваториальной зоной верхняя граница тропосферы (в силу большего нагревания земной поверх­ ности) располагается выше, чем над приполюсными пространствами. Поэтому температура в верхней тропосфере в среднем падает от

55

низких широт к высоким, т. е. от экватора к полюсам. В этом же направлении здесь наклонены изобарические поверхности. В связи с отмеченной закономерностью воздух в верхней тропосфере и нижней п стратосфере стремится перемещать­ ся в общем от экватора к полюсам.

Однако при этом под влиянием силы Кориолиса воздушные массы

•будут отклоняться вправо в север­ ном и влево в южном полушариях, образуя с первоначальным на­ правлением прямой угол. Отсюда в верхней тропосфере и в нижней стратосфере будут в целом преоб­ ладать западные ветры (в том чис­

шариях. Воздушные массы будут иметь тенденцию двигаться в верхней тропосфере от зон высокого

давления (субтропических максимумов) к экватору и одновременно они будут отклоняться под дейст-

ны давление у земной поверхности растет и достигает максимальных значений в районе 30—35° северной

и южной широты, где располагается субтропический пояс высокого давления, состоящий из близко расположенных устойчивых антицик-

56

лонов. От этого пояса высокого давления в сторону полюсов атмосфер­ ное давление снова падает, достигая минимальных значений в районе 60—65° параллелей, где преобладают значительную часть года циклоны умеренного климата (см. § 22). Далее к полюсам давление вновь возрастает, поскольку в полярных районах круглый год господствуют тяжелые холодные массы воздуха. В соответствии с этим зональным распределением атмосферного давления распола­ гаются зоны преобладающих направлений ветров, что отображено на рис. 32.

Между субтропическими максимумами давления вдоль экватора дуют ветры (пассаты) с востока на запад, так же как и в верхней тропосфере.

От субтропической зоны высокого давления к полюсам, как отмечалось выше, давление падает и барические градиенты поэтому направлены к ним. Однако, благодаря действию силы Кориолиса, воздушные массы будут отклоняться вправо в северном и влево в южном полушариях. При отклонении от первоначального на­ правления на 90° эти воздушные массы будут двигаться в общем с запада на восток. Поэтому в умеренных широтах обоих полушарий преобладает западный перенос воздушных масс, который характерен для верхней тропосферы и нижней стратосферы (см. рис. 32). Этот западный перенос наиболее хорошо выражен над океанами, особенно в южном полушарии.

Наиболее низкое давление у земной поверхности и в нижней тропосфере, как ранее отмечалось, наблюдается в северных частях умеренных широт, вблизи 60—65 параллелей. Отсюда в сторону полюсов атмосферное давление увеличивается, вследствие чего барические градиенты направлены от полюсов к этой зоне низкого давления. Поэтому воздушные массы, перемещающиеся от полюсов, под воздействием силы Кориолиса, будут отклоняться вправо в се­ верном и влево в южном полушариях. Отклонившись от первона­ чального направления на угол 90°, эти воздушные массы двигаются с востока на запад. Таким образом, между полюсами и 65-ми граду­ сами северной и южной широт создается восточный перенос воздуха (см. рис. 32). Однако в Арктике, например, восточный перенос характеризуется лишь тем, что здесь восточные направления ветра в нижних слоях тропосферы лишь несколько преобладают над за­ падными. Сюда нередко проникают циклоны с запада из районов Северной Атлантики. Таковы главнейшие особенности общей цирку­ ляции атмосферы по современным данным.

§ 24. Влажность воздуха, процессы конденсации в атмосфере, облачность и типы облаков

Важным свойством нижних частей атмосферы является влаж­ ность воздуха, которая определяется содержанием водяного пара. В один и тот же момент времени в атмосфере Земли содержится около 12 000—13 000 км3 водяного пара. Этот водяной пар попадает

57

ватмосферу в основном в результате испарения с поверхностей водоемов и почвы.

Влажность воздуха характеризуется некоторыми показателями,

вчисле которых наибольшее значение имеют: абсолютная влаж­

ность, максимальное влагосодержание и относительная влаж­ ность.

Абсолютная влажность — это фактическое содержание водяного пара в атмосфере, которое выражается весом пара в граммах на один кубический метр воздуха.

Максимальное влагосодержание — это предел содержания водя­ ного пара в воздухе при данной температуре.

Относительная влажность — это отношение фактического ко­ личества водяного пара, которое содержится в воздухе, при данной температуре, к такому его количеству, которое могло бы насыщать воздух при той же температуре.

Величина относительной влажности выражается в процентах и зависит от температуры воздуха. При повышении температуры возможность насыщения воздуха водяными парами уменьшается и поэтому его относительная влажность будет меньше. В случае понижения температуры при насыщении воздуха водяными парами создаются благоприятные условия для конденсации влаги из водя­ ного пара. Поэтому учет относительной влажности воздуха имеет большое значение для изучения процессов образования осадков.

В воздухе, насыщенном водяным паром, могут происходить процессы конденсации и сублимации.

Конденсация водяных паров наступает в том случае, когда ко­ личество водяного пара в воздухе становится выше максимального влагосодержания. Сублимация, т. е. переход водяных паров в кри­ сталлики льда, минуя жидкую фазу, происходит при температуре воздуха ниже 0°.

Процессы конденсации и сублимации осуществляются двумя основными способами: 1) при соприкосновении воздуха с охлажден­ ными твердыми предметами; 2) в свободной атмосфере. Необходимым условием образования осадков любым способом является повышение относительной влажности воздуха до 100% и понижение его темпе­ ратуры. Температура, при которой данный ненасыщенный воздух переходит в насыщенный, называется точкой росы.

Конденсация водяного пара в свободной атмосфере всегда про­ исходит при наличии в воздухе мельчайших, преимущественно растворимых в воде гигроскопических частичек (окиси серы и азота, частички морской соли и др.), а также мелких пылинок и частичек сажи. Эти частички, около которых начинается образование мель­ чайших водяных капелек, называются ядрами конденсации. Необхо­ димыми качествами ядер конденсации является их гигроскопичность или наличие у них того или иного электрического заряда. Так, например, частички, обладающие большой гигроскопичностью, могут быть ядрами конденсации даже при относительной влажности воз­ духа менее 100% . Первоначально около ядер конденсации образу­

58