Термическая циркуляции в атмосфере

Поскольку в теплом воздухе изобарические поверхности располагаются на больших расстояниях друг от друга, чем в холодном, то возникает замкнутая циркуляция воздуха.

Пусть сначала температура и давление на всех участках горизонтальной поверхности одинаковые и изменение давления с высотой над этими участками тоже одинаковы. Тогда изобарические поверхности располагаются горизонтально, так что у поверхности земли на всех высотах отсутствует горизонтальный градиент давления.

Пусть потом в районе В температура повысится и нагревание постепенно распространится в вышележащие слои. Изобарические поверхности над этим районом начнут подниматься и расходится. Так как барическая степень с высотой увеличивается, а в теплом воздухе она больше, чем в холодном, то чем выше уровень, тем более поднимается изобарическая поверхность. На верхних уровнях давление над районом В окажется больше, чем над районами А и С, то есть возникает горизонтальный градиент давления и начнется движение воздуха от большего давления к меньшего (на рисунке 2.4 оно показано стрелками).

Рисунок 2.4 – Схема термической циркуляции атмосферы

Это движение приведет к изменению давления и на нижних уровнях: в районе В вследствие оттока воздуха оно понизиться, а в районах А и С вследствие притока воздуха повысится. Соответственно в районе В изобарические поверхности на нижних уровнях опустятся, а в районах А и С – поднимутся. Теперь и на нижних уровнях возникнет горизонтальный градиент давления и начнется движение воздуха от большего давления к меньшему, то есть из районов А и С воздух будет перемещаться в район В, а из района В начнется отток воздуха в районы А и С. Этот отток будет компенсироваться восходящими движениями теплого воздуха в районе В, а над районами А и С воздух, который прилегает сверху, будет опускаться. Таким образом, между нагретым районом В и не нагретыми районами А и С возникает замкнутая термическая циркуляция воздуха, которая состоит из четверых ветвей: над теплой поверхностью – восходящее движение, над более холодной – нисходящее, у земной поверхности – движение от холодной области к теплой, на высоте – движение от теплой области к холодной.

Общая циркуляция атмосферы

Общей циркуляцией атмосферы называется совокупность основных воздушных течений на земном шаре. Общая циркуляция осуществляет обмен воздухом между разными районами Земли. Воздушные течения разнообразного характера и масштаба возникают и поддерживаются неодинаковым нагреванием и охлаждением земной поверхности и воздуха на разных широтах, а также над сушей и над морем.

Распределение течений общей циркуляции в отдельный момент можно увидеть на ежедневных синоптических картах.

К основным крупномасштабным атмосферным движениям, которые входят в общую циркуляцию, относятся:

• воздушные течения, вызванные разностью между температурой разных широтных зон близи поверхности земли и на высотах;

• струйные течения;

• воздушные течения в циклонах и антициклонах, которые обеспечивают межширотный обмен воздуха;

• пассаты;

• муссоны.

В большей части атмосферы течения общей циркуляции почти геострофичны, то есть направленные почти по изобарам. Только в слое трения воздушные течения значительно отклоняются от изобар. Кроме того, на экваторе и вблизи него как у земной поверхности, так и на высотах, отклоняющая сила равняется нулю или очень маленькая. Направление движений воздуха почти совпадает с направлением горизонтального градиента давления.

Рассмотрим, как образуются области высокого и низкого давления над земной поверхностью.

На поверхности Земли выделяют насколько поясов атмосферного давления. Пояса атмосферного давления образуются в результате неравномерного распределения солнечного тепла на земной поверхности.

Воздух – это смесь различных газов. При нагревании все газы расширяются, т.е. увеличивают свой объем. Это происходит потому, что расстояние между молекулами воздуха увеличивается.

При охлаждении все газы сжимаются, т.е. уменьшаются в объеме. Это происходит потому, что расстояние между молекулами воздуха сокращается

.

Сильно нагретый воздух вблизи экватора расширяется. Становится легче и поэтому поднимается, т.е. происходят восходящее движение воздуха. Образуется область низкого давления у поверхности Земли на экваторе.

У полюсов из-за низких температур воздух охлаждается, становится более тяжелым и опускается, т.е. происходит нисходящее движение воздуха. В связи с этим у поверхности Земли вблизи полюсов формируется область высокого давления.

Воздух все время движется из области высокого давления в область низкого. Поэтому, поднявшись над экватором воздух, растекается к полюсам. Но вследствие вращения Земли вокруг своей оси воздух постепенно отклоняется. Охлаждаясь, он становится тяжелее и опускается примерно у 30° с.ш. или ю.ш. При этом он образует в обоих полушариях области высокого давления.

Рассмотрим, какая зависимость существует между поясами атмосферного давления и осадками.

На экваторе в поясе низкого атмосферного давления нагретый воздух содержит много влаги. Поднимаясь вверх, он охлаждается и становится насыщенным. Поэтому в области экватора образуется, много облаков и идут обильные осадки.

В поясах высокого давления преобладают нисходящие токи. Холодный воздух, опускаясь, содержит мало влаги. При опускании он сжимается и нагревается, благодаря чему удаляется от состояния насыщенности, становится суше. Поэтому в областях высокого давления осадков выпадает мало.