Физическая география и ландшафты Австралии и Антарктиды. Учебно-методическое пособие

Климат Антарктиды

Между климатом и оледенением существует взаимосвязь и взаимообусловленность: оледенение возникло и поддерживается метеорологическим режимом, а оледенение создает метеорологический режим и климат Антарктиды.

Первые достоверные сведения о климате сообщил науке Д. Кук. Он говорил, что суровость Южнополярного океана объясняется влиянием Южнополярного материка. Первым ученым, изучавшим климат Антарктиды, был профессор Казанского университета И. М. Симонов, который принимал участие в экспедиции Ф. Беллинсгаузена и М. Лазарева. Он писал, что климат высоких широт Южного полушария гораздо суровее, чем климат Северного полушария. В Казани около 55°с. ш. летом цветут сады, а природа острова Ю. Георгия «можно сказать, мертва. Мы не нашли там ни одного дерева, и кроме моху, весьма мало растений». Низкие летние температуры он объяснял океаничностью Южного полушария.

Систематические наблюдения за климатом материка начались с проведения первых зимовок: А. Жерлаша у берегов и К. Борхгревинка на самом материке. Много нового в изучение климата Антарктиды внесли экспедиции начала XX в. Р. Скотта (Земля Виктории), Э. Дригальского (Берег Правды) и О. Норденшельда (Антарктический полуостров). Эти и позднейшие экспедиции выдвинули двух блестящих антарктических метеорологов — В. Мейнардуса и Г. Симпсона.

Первые сообщения В. Мейнардуса появились в годы, когда о климате внутренних районов Антарктиды ничего не было известно. Он указывал, что Антарктида окружена поясом очень низкого атмосферного давления — субантарктической барометрической ложбиной. К северу от нее проходит граница антарктических и смешанных вод — антарктическая конвергенция, которую позднее стали называть линией Мейнардуса. Это граница Антарктики и Субантарктики — важнейшая географическая граница, которая проходит вблизи 60°ю. ш. В. Мейнардус предположил, что если есть субантарктическая барометрическая ложбина, то над материком давление должно быть

высокое, компенсирующее «недостаток» воздуха над Южным океаном. Отсюда возникли две очень важные гипотезы: Антарктида высокая и над ней формируется ледниковый антициклон.

Г.Симпсон обработал данные барометрического нивелирования

Р.Скотта и получил высоту 2796 м. Эта высота была общепризнанной до 1965 г. Перед началом работ по программе МГГ были подведены итоги метеорологических исследований в монографии Г. М. Таубера и в работе группы метеорологов «Метеорология Антарктиды». Г. М. Таубер на основе положений динамической климатологии, разработанных Б. П. Алисовым, рассмотрел основные климатообразующие факторы южной полярной области: радиационный баланс, подстилающая поверхность и циркуляция атмосферы. Он выделил антарктический антициклон, стоковые ветры и циклонические воздействия на прибрежную полосу. Кроме того, он объяснил формирование двух типов воздушных масс: континентального антарктического воздуха над материком и морского антарктического воздуха над окружающими паковыми льдами и прилегающими океаническими водами, разработал типизацию атмосферных процессов. Основы этой типизации, разделяющей процессы на зональные и меридиональные формы циркуляции, не вызывают сомнений и в настоящее время.

Современные представления о климате Антарктиды базируются уже не на предположениях, а на результатах стационарных наблюдений в период МГГ на 55 метеорологических станциях находящихся, в том числе и во внутренних районах материка. После этих работ было установлено, что метеорологический режим и климатические особенности материка определяются влиянием следующих факторов: астрономического, радиационного, особенностями атмосферной

циркуляции, географическими условиями.

Астрономический фактор. Летом (22 декабря) Антарктида находится в перигелии (близко к Солнцу), поэтому получает на 7% больше солнечной энергии, чем Арктика, которая летом (22 июля)

находится в афелии.

Радиационный фактор. Поскольку вся Антарктида находится за Полярным кругом, то получает солнечную энергию только

в течение нескольких месяцев, а теряет ее почти непрерывно. Суммарная солнечная радиация в Антарктиде составляет 80–90 ккал/кв. см, что составляет 70–75% по отношению к среднегодовым суммам суммарной радиации для экваториальной зоны. Такой высокий процент по отношению к возможным суммам коротковолновой радиации объясняется значительной прозрачностью и сухостью воздуха при ясном небе над Антарктидой, многократным отражением радиации от поверхности льда, снега и облаков высокого и среднего ярусов, большой абсолютной высотой материка, а также астрономическими причинами. Таким образом, центральные районы ледникового купола Восточной Антарктиды, находящиеся в районе Полюса Относительной Недоступности, являются абсолютным полюсом тепла солнечной радиации, поступающей на подстилающую поверхность в летние месяцы. Но поглощается лишь ее незначительная часть. Основная часть солнечной радиации отражается из-за больших величин альбедо снежной поверхности.

Большие величины альбедо снежной поверхности определяют значения радиационного баланса. Летом радиационный баланс снежной поверхности везде положительный, но значения его невелики, всего 1 ккал/кв. см. На побережье радиационный баланс положителен в течение 4 месяцев, на ледниковом склоне — 3 месяца, а на ледниковом куполе всего 1–2 месяца. Годовой радиационный баланс отрицательный и составляет —5–10 ккал/кв. см. Антарктида теряет

энергии больше, чем получает.

Особенности атмосферной циркуляции определяются: околополюсным положением, радиационным режимом, большими абсолютными высотами, конфигурацией береговой линии, свойствами снежно-фирновой толщи.

Раньше утверждалось, что над Антарктидой, как и над Гренландией, существует постоянный антициклон, который образуется за счет опускающихся над центром материка масс холодного воздуха. Развитие в нижних слоях атмосферы ледникового антициклона сопровождается стоком холодного воздуха от центра, в то время как над антициклоном расположен высотный полярный циклон. Но с этой схемой не все были согласны.

Полученные данные во время МГГ по внутриконтинентальным станциям показали, что над большей частью материка, особенно над Западной Антарктидой, постоянный антициклон не устанавливается. Более того, над Западной Антарктидой преобладает циклоническая циркуляция. Характер циркуляции над Восточной Антарктидой до сих пор неясен. Некоторые отечественные метеорологи ставили под сомнение существование постоянного антициклона и над Восточной Антарктидой, потому что по данным метеостанций в глубине материка у снежной поверхности зафиксированы самые низкие в году среднемесячные величины давления в самый холодный зимний период (620 мб). На этом основании в Международном центре погоды было принято считать, что антарктический антициклон существует только тогда, когда он прослеживается хотя бы в виде гребня на уровне абсолютной поверхности 500 мб.

Считалось, что между материком и океаном существует замкнутая циркуляция воздушных масс, то есть только западно-восточное перемещение циклонов вокруг Антарктиды и что они не могут стабилизироваться. Наши метеорологи предполагают, что вблизи побережья Антарктиды осуществляются не только зональные, но и меридиональные атмосферные процессы. Меридиональные процессы обусловлены развитием меридиональных блокирующих гребней и образованием малоподвижных депрессий вблизи материка. Было установлено, что циклоны становятся малоподвижными к востоку от мысов. В центральных районах ледникового купола они зажаты между орографическими выступами, над которыми проходят гребни антициклона. При меридиональных процессах циркуляции атмосферы блокирующие гребни, развиваясь над материком, образуют над Восточной Антарктидой высотные гребни и антициклоны, которые препятствуют зональному переносу. Блокирующие гребни чаще всего возникают в районах 0°, 50°, 95°, 135°, 160°в. д. и 90°з. д., а между ними находятся области малоподвижных циклонов (море Уэдделла, восточная часть Земли Королевы Мод, море Росса и др.). Особенно устойчивые циклоны прослеживаются над морями Росса, Уэдделла и Беллинсгаузена. Остановленные блокирующими гребнями высокого давления циклоны выходят на материк в тех местах,

полюс холода. Температурный режим имеет ряд особенностей. Зима длится шесть месяцев, лето — два месяца, на весну и осень приходится по два месяца. Зима и лето, за исключением узкой прибрежной полосы, характеризуется незначительными изменениями температуры, которые остаются отрицательными в течение всего года, поэтому зимы Антарктиды называют безъядерными.

Среднегодовая изотерма —44° оконтуривает обширную площадь Восточной Антарктиды на высоте 3100–3200 м. Изотерма —56° совпадает с изогипсой 3500 м, и фактически окаймляет плато Советское — самую высокую часть ледникового купола. Именно здесь находится полюс холода. Но самые низкие температуры были зафиксированы в 1960 г. —88,3°, а в 1983 г. —89,2° на станции Восток (3488 м). По данным спутникового мониторинга, проводившегося в период 2004–2016 гг., минимальная температура за этот период составила —98,6 °С. Постоянная потеря тепла излучением компенсируется поступлением более теплого воздуха с океана и последующим переносом этого тепла воздушными массами и частицами выпадающего снега к более холодной снежной поверхности. Если бы не было притока тепла извне, то температура поверхности ледяного купола зимой понижалась бы не до —90°, а до —190°.

Климат Антарктиды континентальный, так как амплитуда температур на Полярном круге составляет 45°, а в центре 55–65°. Эти колебания меньше, чем на северо-востоке России, где они достигают 100° и где климат резко континентальный.

Ветровой режим Антарктиды очень разнообразный и является одним из основных факторов, определяющих необычайную суровость климата. В прибрежных районах и на склоне ледникового покрова ветры часто достигают ураганной силы, а в центральных районах обычно около 4–5 м/с. По генезису выделяют ветры стоковые, переходные и циклонические.

Стоковые ветры образуются в результате интенсивного выхолаживания воздуха в глубине материка, повышения его плотности и скольжения вниз по ледниковому склону под действием силы тяжести. Сила стоковых ветров зависит от степени радиационного выхолаживания, протяженности и направления склона, а скорость —

от крутизны склона. Скорость настоящих стоковых ветров не превышает 10 м/с. Стоковые ветры обычно имеют юго-восточную

июго-юго-восточную составляющие. Они слабее циклонических ветров, но являются наиболее суровыми, так как сопровождаются очень низкими температурами. Наблюдаются стоковые ветры чаще всего при ясной погоде, отличаются большой порывистостью — то стихают, то резко усиливаются до шторма или даже урагана.

Переходные ветры наблюдаются при смене антициклонической ситуации на циклоническую ситуацию, или наоборот. Спускаясь вниз по склону, переходные ветры захватывают занесенный циклоном на материк сравнительно теплый морской воздух. При опускании он адиабатически нагревается, удаляется от точки насыщения

иприходит на побережье в виде фена, то есть сухого относительно теплого воздуха.

Циклонические ветры наиболее распространены на море и на побережье, в основном северо-восточной и восточной составляющих, небольшой скорости, с повторяемостью 50–55% всех случаев наблюдений. Циклонические ветры сопровождаются сплошной облачностью, снегопадами и значительными повышениями температуры.

Ветры осуществляют перенос снега, который начинается уже при 5 м/с. Циклонические ветры в зональном переносе дуют по касательной к краю материка, поэтому перенос снега из внутренних районов идет стоковыми ветрами. Но метелевый перенос достигает максимальной величины не у края материка, а на расстоянии 300 км от берега вглубь материка, по оси стоковых ветров. Таким образом,

снег за пределы материка не выносится.

Осадки в Антарктиде выпадают в твердом виде. Дожди бывают очень редко даже на побережье. В прибрежной зоне (шельфовые ледники, прибрежные острова) наблюдается первый максимум осадков (до 700 мм). На побережье осадков выпадает меньше (до 400 мм)

иколичество их уменьшается в оазисах и на побережье заливов. На ледниковом склоне — второй максимум осадков (до 250 мм). В центральной Антарктиде отмечается минимум осадков (40– 100 мм) — мировой «полюс» сухости. Антарктический полуостров образует особый район. Западный берег получает много осадков,

в том числе в жидком виде. Восточный склон полуострова гораздо беднее осадками, чем западный склон.

По расчетам В. М. Котлякова, Антарктида получает в среднем около 190 мм осадков в год, что почти в два раза больше, чем предполагали ранее (70 мм по данным В. Мейнардуса). Центральные районы Антарктиды получают осадки тремя путями:

·влага, сгущаясь в атмосфере, образует ледяные иглы;

·влага, осаждаясь на поверхности, образует изморозь;

·осадки выпадают в виде снега.

Ледяные иглы и изморозь в отличие от циклонического снега образуются и при ясной погоде в результате сублимации водяного пара в приземном, более холодном слое воздуха. Циклоны в Центральной Антарктиде бывают редко, но именно они приносят больше всего осадков (4–6 мм), выпадающих в виде снега, что составляет 30% от месячной суммы всех осадков. Осадки разных видов выпадают в течение 300 дней в году, но снег наблюдается только 10–15 дней в году. В Центральной Антарктиде, где ветер слабый, снег рыхлый и не тает, на его поверхности часто образуется радиационная ледяная корка оплавления. Ее образование происходит благодаря кристаллам снега, которые играют роль линз.

Вся влага, выпадающая в Антарктиде, циркуляционного происхождения.

Местная влага в Центральной Антарктиде почти не образуется, так как испарение со снежной поверхности ничтожно. В глубине Антарктиды испарение происходит только летом и в середине дня. Но даже летом (в декабре-январе) конденсация влаги больше, чем ее испарение. Атмосфера за счет местных процессов не увлажняется, а наоборот высушивается. Только на побережье, в районе станции Мирный за год испаряется около 200 мм влаги, что составляет около половины осадков.

На схеме климатического районирования, предложенной отечественными исследователями, Антарктида находится в антарктическом климатическом поясе с континентальным сухим и холодным климатом ледяных пустынь. В Восточной Антарктиде выделяют подтипы климата центральной зоны, ледникового склона и побережья.

Для центральной высокогорной области характерны наиболее низкие температуры (–60–70° зимой), преобладание ясной погоды, малое годовое количество осадков (до 50 мм), выпадающих весь год в виде ледяных игл, изморози и изредка снега. Циркумполярная зона ледниковых склонов шириной около 800 км находится под влиянием стоковых ветров. Температура —50° зимой и —30° летом. Годовая сумма осадков 100–250 мм. В узкой полосе побережья годовая сумма осадков, в основном, в виде снега увеличивается до 400 мм. Летние температуры около 0°, зимой от —8° до —35°.

Западная Антарктида выделена в самостоятельную Антарктическую провинцию, поскольку находится под большим влиянием циклонов, которые пересекают ее в разных направлениях. Они приносят на материк теплый воздух и обильные осадки, выпадающие не только в виде снега, но и дождя на побережье. Здесь наблюдается самая высокая в Антарктиде облачность (до 8 баллов).

Западное побережье Антарктического полуострова относят к субантарктическому климатическому поясу.

Самостоятельное задание

Подготовить ответы на вопросы:

·Какое влияние на климат Антарктиды оказывает астрономический фактор?

·Почему Антарктида является одновременно Мировым полюсом приходящей солнечной радиации и полюсом холода?

·Каковы особенности радиационного баланса Антарктиды?

·Почему температура в приземном слое воздуха ниже, чем в верхних слоях?

·Какое происхождение имеют осадки в Антарктиде, и в каком виде они выпадают?

·Какие ветры называют стоковыми?

·Какой тип климата сформировался в Антарктиде?

·Почему Антарктический полуостров относится к двум климатическим поясам?

Современное оледенение

Оледенение Антарктиды началось в неогене, то есть значительно раньше, чем оледенение в Северном полушарии. В настоящее

время льды покрывают почти 90% площади материка.

Ледниковые щиты — господствующий тип оледенения. Вос- точно-Антарктический ледниковый щит состоит из нескольких слившихся ледниковых куполов площадью более 10 млн кв. км. Математическая модель профиля ледникового покрова представляет собой эллиптическую кривую. Радиус основания эллиптического ледникового купола 1905 км, максимальная высота — 3560 м. Центральный район Восточной Антарктиды получает мало осадков, поэтому он плоский. Наиболее высокая часть щита находится между станциями Советская и Полюс Относительной Недоступности. Над расчетной эллиптической поверхностью есть поднятия реальной ледниковой поверхности, соответствующие поднятиям подледного рельефа. Другие поднятия находятся с внутренней стороны гор и отражают их косвенное воздействие на ледниковую поверхность. Горы препятствуют оттоку льда к ледниковому краю.

Кроме поднятий на поверхности Восточно-Антарктического ледникового щита существуют опускания ниже идеальной эллиптической поверхности. Наиболее ярко это выражено в гигантской депрессии ледниковой поверхности — Долине МГГ, протянувшейся вдоль 75°в. д. Долина МГГ находится ниже эллиптической поверхности на 700 м. Долина отражает понижение каменного основания, способствующее оттоку льда в море через величайший в мире выводной ледник Ламберта. Околополюсная впадина поверхности ледникового щита опущена ниже купола ледникового щита на 1200 м. Возможно, что она дренируется выводными ледниками в море Уэдделла. Таким образом, отступление от расчетной формы ледникового купола связано с распределением осадков, температурой льда, рельефом каменного основания.

В Западной Антарктиде выделяют три самостоятельных ледниковых купола: Срединный, Земли Мэри Бэрд и Антарктического