книги из ГПНТБ / Гайгеров С.С. Исследование синоптических процессов в высоких слоях атмосферы
.pdfлов можно сделать предварительный вывод, что сибирский анти циклон образуется при сильных атлантических выносах тепла. Воз можна ситуация с двухсторонней адвекцией тепла на Восточную Сибирь с запада через Европу и с юго-востока.
Исходя из материалов наблюдений мы можем предложить де лить потепления на стратосферные, мезосферные и стратомезосферные.
Теплая зимняя мезосфера в Субарктике и Арктике известна давно и является климатологической особенностью зимнего ре жима высоких слоев атмосферы. Правда, высокие температуры не остаются устойчивыми, и нередко встречается довольно холодная мезосфера. В зимней мезосфере велики колебания температуры меньшего масштаба, тем не менее приведенные выше материалы свидетельствуют о наличии мезосферных колебаний температуры синоптического масштаба. Из временных разрезов выясняется мор фологическая схема, согласно которой стратосферные потепления появляются после возникновения мезосферных потеплений, как бы продолжая развитие одного процесса. Выше приводились примеры, когда одновременно в одной части полушария отмечались потеп ления в стратосфере, а в другой части полушария потепления про исходили одновременно в стратосфере и мезосфере или страто сферное потепление следовало за мезосферным.
Нисходящая фаза потепления, обнаруживаемая по локальным изменениям температуры, может объясняться: 1) разностью скоро стей адвекции тепла, которая обычно больше на более высоких уровнях1 ; 2) развитием нисходящих движний. Эффективность нис ходящих движений выше в более устойчивых слоях атмосферы, которые в пределах стратосферы обычно расположены на более высоком уровне [228].
Непосредственные причины потеплений обычно связывают с ни сходящими вертикальными движениями. Однако при очень боль шой адвекции тепла потепление может происходить даже при на личии восходящих движений.
Влияние интенсивных тропосферных процессов на возникнове
ние |
стратосферных потеплений также нельзя не учитывать [333, |
171, |
173]. |
Выше упоминался ряд новейших работ о возможных связях колебаний термодинамических параметров высоких слоев атмо сферы с воздействием солнечных корпускулярных потоков. Неко торые из этих работ представляют несомненный интерес, так как
содержат результаты одновременных ракетных |
измерений потоков |
и характеристик заряженных частиц и поэтому |
дают предпосылку |
для расчетов соответствующих энергетических |
вкладов. |
1 Мы имели возможность привести пример восходящей фазы потепления, проявляющейся в том случае, когда ветер ослабевал с высотой [51].
|
Г л а в а VI |
Г Л О Б А Л Ь Н А Я |
Ц И Р К У Л Я Ц И Я В В Е Р Х Н Е Й С Т Р А Т О С Ф Е Р Е |
И Н И Ж Н Е Й М Е З О С Ф Е Р Е И К Р У П Н О М А С Ш Т А Б Н Ы Е |
|
П Р О Ц Е С С Ы В |
В Ы С О К И Х С Л О Я Х А Т М О С Ф Е Р Ы Ю Ж Н О Г О |
|
П О Л У Ш А Р И Я |
Изложенные выше сезонные особенности синоптических процес сов, вопросы потеплений и перестроек и даже общую характери стику строения и циркуляции верхней стратосферы и нижней мезосферы нельзя полностью распространить на южное полушарие. Иное распределение материков и океанов, а также различные свойства подстилающей поверхности в южном полушарии не мо гут не сказаться на процессах по крайней мере в верхней страто сфере. Не может не сказаться и несколько другое распределение атмосферного озона. В северном полушарии максимум содержа ния озона наблюдается в зоне 60—70° с. ш., перемещаясь к 80° с. ш. весной, в то время как в южном полушарии максимум находится на 50—55° ю. ш. в течение всего года и в направлении к полюсу содержание озона убывает.
К сожалению, в южном полушарии сеть радиозондирования очень редкая: здесь имеется только шесть действующих пунктов ракетного зондирования. Во время написания этой работы были получены лишь первые обнадеживающие результаты термического зондирования с помощью ИСЗ. Поэтому при построении предва рительных схематических карт срединных месяцев южного полу шария (а следовательно, и глобальных карт) мы использовали ракетные данные научно-исследовательских судов, которые значи тельно дополнили информацию постоянных станций ракетного зондирования.
1. МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА СУДАХ И В АНТАРКТИКЕ
Судовые метеорологические исследования, включающие радио зондирование атмосферы, проводились в южном полушарии прежде всего в связи с изучением Антарктики и были начаты до второй мировой войны [314, 389, 295]. В 1946—1949 гг. метеорологи -
ческие и аэрологические наблюдения на судах и в Антарктике во зобновились, и на основании результатов этих наблюдений рядом авторов были выполнены интересные метеорологические и синоп тические исследования [236, 237, 339, 429, 195, 196, 197].
Постоянная |
аэрологическая |
сеть |
в |
течение |
долгого времени существовала |
||
только на материках и на немногих |
островах |
в тропической и умеренной |
зо |
||||
нах. Лишь с началом Международного |
геофизического года (МГГ), когда уси |
||||||
лиями ученых ряда стран было |
во много |
раз увеличено число |
метеорологических |
||||
и аэрологических |
станций, возможности |
для синоптических |
исследований |
юж |
|||
ного полушария улучшились.
В этот период многие метеорологи провели исследования в южном полу шарии на научно-исследовательских судах и на Антарктическом континенте [4—7, 32—34, 75, 128, 129, 153, 195—198, 200, 201, 207, 223, 399, 400].
Особое значение имело кругосветное плавание д/э «Обь» (1958 г.), в котором производились весьма полные аэрометеорологические наблюдения с применением новой техники, например зондирование с помощью метеорологических ракет, ра диозондирование с помощью системы Р К З — «Метеор» [27, 28, 232, 255].
С 1959 г. начались исследования на судах Гидрометслужбы СССР «А. И. Во ейков» и «Ю. М. Шокальский», на которых была в значительной степени отра ботана методика судовых ракетных наблюдений [56, 81, 103, 108, 148].
Благодаря ракетным наблюдениям на судах оказалось возможным присту пить к изучению крупномасштабных процессов в высоких слоях атмосферы юж ного полушария. Серийные пуски ракет в определенном районе позволили оце нить осредненные значения термодинамических параметров и составляющих ветра, а также характер локальных изменений этих величин. Ракетные наблю дения при меридиональных маршрутах судов в южном полушарии помогли выя вить хорошо выраженную зональность процессов в стратосфере и мезосфере. Последнее обстоятельство наряду с предварительной оценкой изменчивости по зволяет сделать вывод о том, что плотность ракетной сети станций в южном по лушарии может быть меньше, чем в северном. Этот вывод имел значение для решения вопроса о возможности построения по осредненным данным ракетных наблюдений глобальных карт срединных месяцев сезонов.
2.СХЕМЫ ГЛОБАЛЬНОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ ВЕРХНЕЙ СТРАТОСФЕРЫ
ИНИЖНЕЙ МЕЗОСФЕРЫ
На методике построения средних месячных карт за весь период наблюдений (для северного полушария) мы уже останавливались в главе I I I . Все данные наблюдений континентальных и островных станций, которыми мы располагали, осреднялись. Осредненные ре зультаты наблюдений по ракетно-гранатному методу использова лись отдельно как опорные. Данные зондирования на всех судах осреднены через 10-градусные интервалы. По возможности были использованы материалы высоких подъемов радиозондов. В юж ном полушарии мы располагали данными зондирования на восьми станциях ( с м . т а б л . 1 ) .
Анализ помещенных ниже карт проведен при допущении хо рошо выраженной зональности в южном полушарии. Это допуще ние было принято на основе многочисленных вертикальных разре зов, построенных по данным ракетных наблюдений в рейсах на научно-исследовательских судах, а также выводов Д. И. Стехновского, построившего глобальные карты для более низких уровней [192—194].
Рис. 89а. Глобальная карта АТ2 за январь.
Усл. обозначения см. рис. 41а. Возлезначка станции указана температура (числитель) и число случаев наблюдений (знаменатель).
Глобальная циркуляция верхней стратосферы и нижней мезосферы в январе
Приводимые ниже карты (рис. 89—92) не имеют климатологи ческого значения, но представляют самостоятельный интерес в ка честве попытки построения глобальных циркуляционных схем верх ней атмосферы [61, 63].
Как было сказано выше, важной особенностью зимних термо барических и циркуляционных систем стратосферы и нижней ме зосферы северного полушария является их возмущенность, находя щая объяснение в орографической деформации зонального потока, различном нагревании земной поверхности, порождаемом сущест вующим распределением суши и моря, а также в избирательном
пропускании планетарных длинных волн в |
высокие |
слои |
атмо |
|||
сферы. Судя |
по высотным картам, это выражается |
прежде |
всего |
|||
в |
развитии |
алеутского антициклона, сдвига |
полярного |
циклона |
||
в |
европейский сектор Арктики и появлении |
максимума |
скоростей |
|||
западного ветра над Европой [59, 62] (рис. 89). Развитием зим него антициклона над Тихим океаном обусловлено обращение ме ридиональных температурных и барических градиентов, а также появление восточных ветров в стратосфере над обширной обла стью океана. С этим же антициклоном связано отсечение океан ской стратосферной ложбины, являющейся продолжением северо американской ложбины полярного циклона.
Наблюдения на кораблях и постоянных станциях дают основа ние предполагать существование стратосферных антициклонов в тропической зоне северного полушария, которые ослабевают и смещаются ближе к экватору в нижней части мезосферы. Зона об ращения восточной циркуляции на западную находится вблизи северного тропика и продвигается далее к северу в Тихом океане в связи с деятельностью алеутского антициклона. На средних ян варских картах основным антициклоном в Тихом океане является область высокого давления в тропиках, а алеутский антициклон выражен в виде гребня.
Восточный поток на периферии антициклонов в тропиках се верного полушария представляет как бы продолжение восточного потока периферии летнего стратомезосферного антициклона юж ного полушария. Несмотря на недостаточную освещенность дан ными, зональный характер положения изогипс и изотерм в южном полушарии летом не вызывает сомнения.
Глобальная циркуляция верхней стратосферы и нижней мезосферы в апреле
Карты за апрель соответствуют весеннему периоду для север ного полушария и осени для южного полушария. В Арктике весен няя перестройка в верхней стратосфере почти закончилась, основ ной центр зимнего полярного циклона занимает Европу, еще несколько циклонических центров составляют полосу низкого
давления в средних широтах. Центральную Арктику занимает ба рический гребень, ориентированный с востока Азиатского конти нента, и на карте 2 мб вырисовывается самостоятельный антици клонический центр. В то же время, судя по карте 0,4 мб, здесь расположен скорее гребень, а циклоническая область находится юго-западнее Земли Франца-Иосифа. Остаточные депрессии распо ложены в умеренных широтах и в Субарктике (рис. 90а и 906).
Тропики и субтропики северного полушария заняты размытой областью высокого давления с двумя гребнями — над Восточной Азией и восточной частью Атлантического океана. Эта область вы сокого давления представлена единой исходя из имеющихся осредненных данных. Однако в этой размытой области, судя по факти ческим данным наблюдений, могут быть две области повышенного давления—одна в тропиках (и субтропиках) северного полуша рия, другая в тропиках южного полушария. Указанные антицик лонические области разделяются полосой пониженного давления вблизи экватора.
В апреле зондирования на судах в южном полушарии проводи лись в разные годы периода 1958—1969 гг. Это наблюдения на «Оби» в 1958 г., проведенные вблизи Антарктики, в южной и за падной частях Тихого океана, а также ракетные зондирования на
судне «Кроатан» |
в 1965 г. [293] и, наконец, наблюдения на судах |
|
«А. И. Воейков» |
и «Ю. М. Шокальский» во время рейсов |
по |
65° в. д. и по 180° д. Результаты перечисленных зондирований |
на |
|
ряду с данными |
станции убедительно показывают преобладание |
|
режима циркумполярного циклонического вихря. Максимальный западный перенос имеет место в районе широты 50°.
Западный поток, господствующий в южном полушарии, одно временно наблюдается и в северном полушарии от тропиков до умеренных и субполярных широт.
Глобальная циркуляция верхней стратосферы и нижней мезосферы в июле
Очевидно, что анализ глобальных карт за июль |
(рис. 91а и |
|
916) для северного полушария не вызывает особых |
затруднений. |
|
Однородный восточный поток охватывает полностью северное |
по |
|
лушарие и простирается в южное полушарие до 25° ю. ш. на |
по |
|
верхности 2 мб и до 5° ю. ш. на поверхности 0,4 мб.
Радиационные условия формирования глобальной циркуляции в стратомезосфере в июле имеют обратный характер по отноше нию к условиям в январе. Однако рис. 91а и 916 соответствуют перевернутым рис. 89а и 896 неполностью. К сожалению, мы рас полагаем эпизодической и очень скудной информацией о зимних процессах в южном полушарии. Имеющиеся материалы судовых наблюдений указывают, во-первых, на наличие сильного западного
потока |
(обычно |
зонального, |
а |
иногда возмущенного) в зоне |
80— |
||
25° ю. ш. на |
поверхности 2 мб |
и в зоне |
80—5° ю. ш. на поверх |
||||
ности |
0,4 мб |
с |
максимальной |
скоростью |
130 м/с на высоте 50 |
км; |
|
13* |
195 |
wo° |
по° |
во° ьо° 0° 1,0° во° іго° ібо° |
wo° |
/го° |
во° |