45. Зоны давления и ветра у земной поверхности и нижней тропосфере.

У земной поверхности и в нижней тропосфере зональное распределение давления сложнее, поскольку оно в большей степени определяется циклонической деятельностью. В процессе последней циклоны, перемещаясь в общем к В., в то же время отклоняются в более высокие широты, а антициклоны — в более низкие. Поэтому в нижней тропосфере (и у земной поверхности) образуются две субтропические зоны повышенного давления по обе стороны от экватора, вдоль которого давление понижено (экваториальная депрессия); в субполярных широтах образуются две зоны пониженного давления (субполярные депрессии); в самых высоких широтах давление повышено. Этому распределению давления соответствуют западный перенос в средних широтах каждого из полушарий и восточный перенос в тропических и высоких широтах.

Указанные зоны давления и ветра в нижней тропосфере даже на многолетних средних картах представляются расчленёнными на отдельные области низкого и высокого давления со свойственными им циклоническими и антициклоническими циркуляциями, например исландская депрессия, азорский антициклон и другие. Распределение суши и моря вносит усложнение в распределение центров действия, создавая, кроме указанных перманентных центров, ещё и сезонные центры действия атмосферы (такие, как зимний азиатский антициклон, летняя азиатская депрессия). В Южном полушарии, преимущественно океаническом, зональность Циркуляция атмосферы выражена лучше, чем в Северном.

Зональный перенос в тропосфере особенно хорошо выражен в тропиках. Здесь восточные течения у земной поверхности и в нижней тропосфере — пассаты — обладают большим постоянством, особенно над океанами. В верхней тропосфере они сменяются западным переносом, носящим в тропиках название антипассатов. Меридиональные составляющие в пассатах направлены чаще всего к экватору, а в антипассатах — к средним широтам. Поэтому систему пассат — антипассат можно приближённо рассматривать как замкнутую циркуляцию с подъёмом воздуха в экваториальной депрессии (внутритропической зоне конвергенции) и опусканием в субтропической зоне повышенного давления (ячейка Гадлея). Эта циркуляционная ячейка все же связана циклонической деятельностью с циркуляцией во внетропических широтах, откуда она пополняется холодным воздухом и куда передаёт свой тёплый воздух.

В некоторых регионах Земли, в особенности в бассейне Индийского океана, восточный перенос летом заменяется западным в связи с отходом внутритропической зоны конвергенции от экватора в более нагретое летнее полушарие. Противоположные по направлению переносы воздуха зимой и летом в низких широтах называются тропическими муссонами.

46. Внетропические циклоны. Стадии развития. Циклонические серии

Во внетропических широтах каждого полушария в течение года образуются сотни циклонов самых разных размеров – от 1 до 3 тыс. км. Вертикальная мощность и погода в циклоне меняется по мере его развития. В хорошо развитом циклоне наблюдается над холодной тропосферой низко начинающаяся теплая стратосфера.

Эволюция циклона продолжается обычно несколько суток. В первой половине своего существования циклон углубляется, во второй заполняется и, наконец, исчезает (затухает). Иногда существование циклона оказывается длительным, он объединяется с другими циклонами и образует общую глубокую, обширную, малоподвижную область низкого давления – центральный циклон.

Зарождение циклона происходит следующим образом. На поверхности главного фронта в условиях перепада температуры и вращения Земли возникают огромные волны с длинами порядка 1000 км. Возникшее волновое возмущение распространяется на восток вдоль линии фронта в виде волны, увлекая за собой образовавшуюся систему циклонических ветров. Амплитуда возмущения мала по сравнению с длиной волны. Теплый воздух начинает продвигаться к более высоким широтам в передней части волны, холодный – к более низким в тыловой части (искривленные изобары – градиентный ветер). При этом давление у гребня волны понижается и достигает значений 1000-1010 гПа на у.м. В приземном слое начинают образовываться замкнутые изобары. Облачная система фронтов уплотняется у вершины волны.

Амплитуда волны с течением времени увеличивается, т.е. волна все менее и менее устойчива. Ветры образуют характерную циклоническую циркуляцию вокруг центра и усиливаются. Давление продолжает понижаться до 990 гПа. Наступает стадия молодого циклона. Теплый воздух продолжает продвигаться на север. Фронт, на котором развивается циклон приобретает черты теплого фронта. В тыловой части образуется холодный фронт. Оба фронта сопрягаются в центре циклона. Соответственно фронтам распределяется облачность и осадки. Между теплым и холодным фронтами образуется теплый сектор циклона. Здесь самая высокая температура и самая высокая тропопауза. В передней части, где воздушные течения выносят теплый воздух, образуется гребень высокого давления, в тыловой – ложбина низкого давления. Таким образом, амплитуда увеличивается.

Циклон постоянно двигается, причем холодный фронт догоняет теплый. Происходит окклюдирование циклона и образование фронта окклюзии. Теплый сектор вытесняется на периферию циклона и вверх. Циклон вступает в стадию наибольшего развития. Давление в центре падает до 980 гПа. Изобары замкнуты, циклоническая система циркуляции распространяется на большую площадь, ветры очень сильны.

Почти вся область циклонической циркуляции оказывается занята холодным воздухом, теплый вытеснен вверх и охлажден. Фронты оттеснены на периферию. Циклон вступает в заключительную стадию. Он становится высоким и малоподвижным. Замкнутая циркуляция охватывает всю тропосферу. Облачная система, имевшая вид спирали, деградирует, разбивается на части – острова, расположенные вдоль линий тока. Наконец, циклон полностью исчезает.

На полярных и арктических фронтах обычно возникает не единичный циклон, а серия циклонов из нескольких членов, перемещающихся вдоль фронта один за другим. Вследствие уменьшения скорости перемещения после окклюзии циклоны серии обычно нагоняют друг друга уже в достаточно высоких широтах и объединяются в обширную малоподвижную высокую депрессию – центральный циклон.

Циклоны перемещаются в направлении общего переноса воздуха в средней и верхней тропосфере в направлении ведущего потока. Такой общий перенос воздуха происходит чаще всего с запада на восток. Иногда вследствие предшествующего развития образуются высокие малоподвижные циклоны или антициклоны, простирающиеся на всю толщу тропосферы и располагающиеся так, что изобары, а вместе с ними и последующие подвижные циклоны, отклоняются от зонального направления.

При прохождении циклона усиливается ветер и меняется его направление. Циклонические области характеризуются увеличенной облачностью и осадками обложными (передняя часть), ливневыми (тыловая часть) и иногда моросящими (в южной части циклона).

Внетропические антициклоны. Стадии развития

Возникновение и развитие антициклонов тесно связано с развитием циклонов. Антициклон в своем развитии проходит несколько стадий – низкий холодный подвижной антициклон, теплый высокий (блокирующий) антициклон и разрушающийся антициклон.

Антициклон обычно возникает в холодной воздушной массе в тылу холодного фронта молодого циклона. В этой стадии низкого холодного подвижного антициклона антициклоническая циркуляция существует только в нижних слоях. Выше, в тропосфере, господствуют воздушные течения тыловой части ложбины, под передней частью которой развивается антициклон. Размеры и скорости движения циклона и антициклона примерно одинаковы. Но в движении антициклонов преобладает составляющая, направленная к низким широтам. Антициклон может развиваться только между циклонами, проходя лишь первую стадию. Однако в конце циклонической серии двигается антициклон, который будет развиваться дальше.

Он продолжает усиливаться и расширяется по площади. В антициклоне существует общая тенденция к нисходящему движению воздуха, связанная с вытеканием воздуха в слое трения от центра к периферии. Постепенно антициклоническая циркуляция охватывает всю тропосферу, антициклон становится высоким. Мощные слои воздуха в верхней и средней тропосфере оседают, что приводит к их адиабатическому нагреванию и возникновению инверсий температуры. Холодный воздух остается в нижних 1-2 км под инверсией. Антициклон становится малоподвижным, его циркуляция препятствует западному переносу. Он называется блокирующим и обрывает циклоническую серию. Время жизни блокирующего антициклона 5-7 дней.

Благодаря оседанию воздух удаляется от насыщения, погода в антициклоне малооблачная и сухая. Только в нижних слоях в холодное время суток и года возможно образование туманов и облаков St, связанных с охлаждением от земной поверхности или адвекцией. Под инверсией возможно также образование волнообразных облаков. Барические градиенты и ветры слабые. Тропопауза над антициклоном приподнята в виде купола на 2 км и более, а температура нижней стратосферы понижена.

В результате циклонической деятельности в субтропических широтах происходит накопление антициклонов – субтропическая зона высокого давления. Зимой также происходит преимущественное развитие, накопление и усиление антициклонов над охлажденными материками, особенно над Азией. Блокирование западного переноса происходит на огромном пространстве – от субтропиков до полярных широт.