Проявляющихся в масштабах полушарий или всего земного шара . Подобные течения приводят к переносу вещества и энергии в атмосфере как в широтном, так и в меридиональном направлениях, из-за чего являются важнейшим климатообразующим процессом, влияя на погоду в любом месте планеты.
Основная причина циркуляции атмосферы является солнечная энергия и неравномерность её распределения на поверхности планеты, в результате чего различные участки почвы и воздуха имеют различную температуру и, соответственно, различное атмосферное давление (барический градиент). Кроме солнца на движение воздуха влияет вращение Земли вокруг своей оси и неоднородность её поверхности, что вызывает трение воздуха о почву и его увлечение.
Воздушные течения по своим масштабам изменяются от десятков и сотен метров (такие движения создают локальные ветра) до сотен и тысяч километров, приводя к формированию в тропосфере циклонов , антициклонов , муссонов и пассатов . В стратосфере происходят преимущественно зональные переносы (что обуславливает существование широтной зональности).
Вертикальная скорость на 500 hPa, июльское среднее. Восходящие (отрицательные величины) концентрируются близко к солнечному экватору; нисходящие (положительные величины) более рассредоточены.
Ссылки
- Кругосвет.ру - Проявления солнечной активности на Земле
Литература
- Большая Советская Энциклопедия. Издательство: Советская энциклопедия, 1970 г;
- Погосян Х. П., Общая циркуляция атмосферы, Л., 1972.
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Циркуляция воздушных масс" в других словарях:
Характерное, часто повторяющееся в атмосфере распределение и развитие барических образований (в частности циклонов и антициклонов) в данном районе земного шара и соответствующее каждому из таких типов направление переноса воздушных масс в системе … Морской словарь
циркуляция - Движение воздушных масс и морские течения … Словарь по географии
Метеорологические наблюдения над состоянием воздушной оболочки земного шара атмосферы показывают, что она вообще не находится в покое: при помощи флюгеров и анемометров мы постоянно наблюдаем в виде ветра перенос масс воздуха с одного места на… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Схема глобальной циркуляции атмосферы Циркуляция атмосферы система замкнутых течений воздушных масс, проявляющихся в масштабах полуш … Википедия
- (от лат. circulatio круговращение), перемещение воздушных или водных масс, вызванных градиентом температуры, давления и т. д. на большой площади с замкнутыми или частично замкнутыми линиями тока (общая циркуляция атмосферы, циркуляция муссонная,… … Экологический словарь
Основными факторами, влияющими на формирование климата Земли, является солнечная радиация, циркуляция атмосферы и характер подстилающей поверхности. При их совместном влиянии формируется климат в различных районах земного шара. Количество… … Географическая энциклопедия
- (атмосферная циркуляция) планетарная система воздушных течений над земной поверхностью (в тропосфере сюда относятся пассаты, муссоны и воздушные течения, связанные с циклонами и антициклонами) . Создает в основном режим ветра. С переносом… … Википедия
МУССОННАЯ ЦИРКУЛЯЦИЯ - система воздушных течений в зоне деятельности муссонов, состоящая из муссонного потока внизу и антимуссона компенсационного потока над ним. В каждом конкретном случае М. ц. выражается в виде движений воздушных масс на границе между устойчивым и… … Словарь ветров
Фотография Молдавии со спутника Молдавия расположена на крайнем ю … Википедия
Фотография Молдавии со спутника Физическая карта Молдавии Молдавия расположена на крайнем юго западе Восточно Европейской равнины, во втором часовом поясе, и занимает большую часть междуречья Днестра и Прута, а также узкую полосу левобережья… … Википедия
Книги
- Атмосфера нашей планеты , Тарасов Л.. Книга идет под рубрикой "За страницами учебников физики и химии" . На достаточно популярном уровне…
Наряду с географической широтой важным климатообразующим фактором является циркуляция атмосферы, т. е. перемещение воздушных масс.
Воздушные массы - значительные объёмы воздуха тропосферы, который обладает определёнными свойствами (температура, влагосодержание), зависящими от особенностей района его формирования и движущиеся как единое целое.
Протяжённость воздушной массы может составлять тысячи километров, а вверх она может простираться до верхней границы тропосферы.
Воздушные массы по скорости перемещения разделяют на две группы: движущиеся и местные. Движущиеся воздушные массы в зависимости от температуры подстилающей поверхности делятся на теплые и холодные. Теплая воздушная масса - движущаяся на холодную подстилающую поверхность, холодная масса - движущаяся на более теплую поверхность. Местные воздушные массы - это воздушные массы, которые длительное время не меняют своё географическое положение. Они могут быть устойчивыми и неустойчивыми в зависимости от сезона, а также сухими и влажными.
Выделяют четыре основных типа воздушных масс: экваториальные, тропические, умеренные, арктические (антарктические). Кроме того, каждый из типов подразделяется на подтипы: морские и континентальные, различающиеся меж собой по влажности. Например, морская арктическая масса формируется над северными морями - Баренцевым и Белым морем, характеризуется, как и континентальная воздушная масса, но с немного повышенной влажностью (см. рис. 1).
Рис. 1. Район формирования арктических воздушных масс
Климат России формирует в той или иной степени все воздушные массы, за исключением экваториальной.
Рассмотрим свойства различных масс циркулирующих на территории нашей страны. Арктическая воздушная масса формируется преимущественно над Арктикой в полярных широтах, характеризуется низкими температурами зимой и летом. Ей присуща низкая абсолютная влажность и высокая относительная. Эта воздушная масса господствует круглый год в арктическом поясе, а зимой перемещается в субарктику. Умеренная воздушная масса формируется в умеренных широтах, где в зависимости от времени года изменяется температура: летом относительно высокая, зимой относительно низкая. По сезонам года от места формирования зависит и влажность. Эта воздушная масса господствует в умеренном поясе. Отчасти, на территории России преобладают тропические воздушные массы. Они формируются в тропических широтах и имеют высокую температуру. Абсолютная влажность зависит от места формирования, а относительная влажность обычно низкая (см. рис. 2).
Рис. 2. Характеристика воздушных масс
Прохождение различных воздушных масс на территории России обуславливает разницу в погодах. Например, все «волны холода» на территории нашей страны приходящие с севера, - это арктические воздушные массы, а на юг европейской части приходят тропические воздушные массы малой Азии или, иногда, с севера Африки (именно они приносят жаркую, сухую погоду).
Рассмотрим, как воздушные массы циркулируют по территории нашей страны.
Циркуляция атмосферы - это система движений масс воздуха. Различают общую циркуляцию атмосферы в масштабе всего земного шара и местную циркуляцию атмосферы над отдельными территориями и акваториями.
Процесс циркуляции воздушных масс обеспечивает территорию влагой, а также влияет на температуру. Воздушные массы перемещаются под действием центров атмосферного давления, а центры меняются в зависимости от времени года. Именно поэтому изменяются направления господствующих ветров, которые приносят на территорию нашей страны воздушные массы. Например, Европейская Россия и западные районы Сибири находятся под воздействием постоянных западных ветров. С ними поступают морские умеренные воздушные массы умеренных широт. Они формируются над Атлантикой (см. рис. 3).
Рис. 3. Движение морских умеренных воздушных масс
Когда ослабевает западный перенос, с северными ветрами приходит арктическая воздушная масса. Она приносит резкое похолодание, раннее осенние и поздние весенние заморозки (см. рис. 4).
Рис. 4. Движение Арктической воздушной массы
Континентальный тропический воздух на территорию азиатской части нашей страны приходит из Средней Азии или из Северного Китая, а в европейскую часть страны приходит с полуострова Малая Азия или даже с Северной Африки, но чаще такой воздух формируется на территории Северной Азии, Казахстана, Прикаспийской низменности. Эти территории лежат в умеренном климатическом поясе. Однако воздух над ними летом очень сильно прогревается и приобретает свойства тропической воздушной массы. Континентальная умеренная воздушная масса круглый год преобладает в западных районах Сибири, поэтому зима здесь ясная и морозная, а лето достаточно тёплое. Даже над Северным Ледовитым океаном в Гренландии бывают зимы теплее.
Из-за сильного охлаждения над азиатской частью нашей страны в Восточной Сибири формируется область сильного охлаждения (область высокого давления - ). Его центр располагается в районах Забайкалья, республике Тыва и Северной Монголии. Очень холодный континентальный воздух растекается от него в разные стороны. Он распространяет свое влияние на огромные территории. Одно его направление - это северо-восток вплоть до Чукотского побережья, второе - на запад через Северный Казахстан и юг Русской (Восточно-Европейской) равнины примерно до 50ºс.ш. Устанавливается ясная и морозная погода с небольшим количеством снега. Летом из-за прогревания азиатский максимум (Сибирский антициклон) исчезает и устанавливается пониженное давление (см. рис. 5).
Рис. 5. Сибирский антициклон
Сезонное чередование областей высокого и низкого давления формирует на Дальнем Востоке муссонную циркуляцию атмосферы. Важно представлять себе, что, проходя по определённым территориям, воздушные массы могут изменяться в зависимости от свойства подстилающей поверхности. Этот процесс называется трансформацией воздушных масс . Например, арктическая воздушная масса, будучи сухой и холодной, проходя по территории Восточно-Европейской (Русской) равнине нагревается и в районе Прикаспийской низменности становится очень сухой и жаркой, что является причиной суховеев.
Азиатский максимум , или, как его называют, сибирский антициклон - это область повышенного давления, которая формируется над Центральной Азией и Восточной Сибирью. Проявляется зимой и образуется в результате выхолаживания территории в условиях огромных размеров и котловинного рельефа. В центральной части максимума над Монголией и Южной Сибирью давление в январе иногда достигает 800 мм рт. ст. Это самое высокое зафиксированное на земле давление. Зимой сюда простирается великий Сибирский антициклон, особенно устойчивый с ноября по март. Зима здесь такая безветренная, что при малой снежности ветви деревьев подолгу белеют от «нестряхиваемого» снега. Морозы уже с октября достигают -20… -30ºС, а в январе же нередко доходит до -60ºC. Средняя температура за месяц опускается до -43º, особенно холодно в низинах, где застаивается холодный тяжёлый воздух. При безветрии сильные морозы переносятся не так тяжело, но при -50º уже трудно дышится, наблюдаются низовые туманы. Такие морозы затрудняют посадку самолётов.
Список литературы
- География России. Природа. Население. 1 ч. 8 класс / В.П. Дронов, И.И. Баринова, В.Я Ром, А.А. Лобжанидзе.
- В.Б. Пятунин, Е.А. Таможняя. География России. Природа. Население. 8 класс.
- Атлас. География России. Население и хозяйство. - М.: Дрофа, 2012.
- В.П.Дронов, Л.Е Савельева. УМК (учебно-методический комплект) «СФЕРЫ». Учебник «Россия: природа, население, хозяйство. 8 класс». Атлас.
- Климатообразующие факторы и циркуляция атмосферы ().
- Свойства воздушных масс, формирующих климат России ().
- Западный перенос воздушных масс ().
- Воздушные массы ().
- Циркуляция атмосферы ().
Домашнее задание
- Какой перенос воздушных масс господствует в нашей стране?
- Какими свойствами обладают воздушные массы, и от чего это зависит?
Основную площадь внетропических широт занимают умеренные пояса. Именно в них протекают атмосферные процессы, играющие ведущую роль в циркуляции атмосферы, формировании погоды и климата этих и сопредельных широт. Умеренные широты характеризуются западным переносом воздуха во всей толще атмосферы, обусловленным термическими и динамическими причинами. Исключение составляют восточные окраины материков, где развит муссонный перенос воздушных масс.
В нижней тропосфере основу западного переноса составляют западные ветры внешних полярных периферий субтропических океанических барических максимумов. Последние являются как бы «ветроразделами» Земли, от которых ветры оттекают и к экватору (пассаты), и к умеренным широтам. Западные ветры лучше выражены и наиболее устойчивы в южном полушарии. Там, южнее субтропического пояса высокого давления, ярко выраженного зимой, но сохраняющегося в виде почти непрерывной полосы даже летом, находится постоянный пояс пониженного давления вокруг Антарктиды. В северном полушарии существенная неоднородность подстилающей поверхности (материки и океаны), значительные сезонные контрасты всех метеорологических характеристик и быстрая их изменчивость в
меридиональном направлении приводят к большой неустойчивости атмосферных процессов. Поэтому западные ветры здесь в чистом виде присущи океанам и западным половинам материков и выявляются лишь из статистического анализа многолетних данных.
Циклоны и антициклоны. Характерной особенностью умеренных широт является разнообразие воздушных масс: арктических (антарктических), полярных (они господствующие), тропических, как морских, так и континентальных, смещающихся с запада на восток и трансформирующихся при этом. Между различными воздушными массами постоянно возникают и также меняют свое положение атмосферные фронты, на которых образуются неустойчивые волны, дающие начало циклонам и антициклонам умеренных широт – крупномасштабным атмосферным вихрям с разными системами ветров, осложняющими западный перенос воздуха. Их постоянное возникновение, развитие, перемещение в восточном направлении и разрушение – основная особенность атмосферной циркуляции умеренных и сопредельных широт, которую называют циклонической деятельностью.
Рис. 65. Схема развития фронтального циклона (по С. П. Хромову)
Циклоны умеренных широт – огромные плоские восходящие воздушные вихри с системой ветров, дующих в северном полушарии против часовой стрелки, а в южном – по часовой стрелке и сходящихся к их центру. У земной поверхности они характеризуются пониженным давлением.
Циклоны – плоские вихри: их горизонтальные размеры достигают 1000 – 3000 км (в диаметре), тогда как вертикальные – от 2 до 10 км. Давление в циклонах колеблется от 1000 до 950 мб, ветры могут достигать скорости 25 м/с и более.
В своем развитии циклоны проходят несколько стадий – от зарождения до заполнения. Своим образованием циклоны обязаны волновым возмущениям атмосферы на фронтах в условиях вращающейся Земли, вследствие чего заметную роль в этом процессе играет сила Кориолиса. На поверхности раздела разных по температуре воздушных масс теплый воздух начинает внедряться в область холодного воздуха и отклоняться от субширотного направления в высокие широты. Нарушение равновесия вынуждает холодных воздух в тыловой части волны внедряться в низкие широты. Развивается циклоническое движение воздуха, и возникает циклонический изгиб фронта – огромная волна, которая начинает двигаться с запада на восток (рис. 65).
Различные значения барической ступени в холодном и теплом воздухе обусловливают уже на начальной стадии развития циклона низкое давление в его теплой части, из-за чего теплый воздух начинает подниматься и скользить по фронтальной поверхности в передней части волны. Такова первая стадия развития циклона – стадия волны.
Если длина вновь возникшей волны 1000 км и больше, то она оказывается неустойчивой в пространстве и продолжает свое развитие; при этом циклон смещается на восток со скоростью до 100 км в сутки. Давление продолжает понижаться, ветры – усиливаться, а амплитуда волны – увеличиваться, причем понижение давления распространяется вверх до высоты 5–6 км. Наступает вторая стадия – молодого циклона, при которой он обычно оконтуривается на приземных картах давления несколькими изобарами.
При продвижении теплого воздуха в высокие широты формируется теплый фронт, при перемещении холодного воздуха в сторону тропиков – холодный фронт. Оба эти фронта сопрягаются в центре циклона и являются частями единого целого, подчеркивая волновое возмущение атмосферы. На космических снимках фронты в циклонах выражены в виде сплошной широкой полосы облачности в зоне теплого фронта в передней части циклона и в центре и более узкой полосы в зоне холодного фронта в тыловой части циклона.
В молодом циклоне выделяются различные части: передний край перед теплым фронтом, теплый сектор между двумя фронтами, тыловая часть – за холодным фронтом (рис. 66). На главных полярных фронтах теплый сектор образуется из тропического воздуха, а остальная часть циклона – из полярного воздуха. На арктическом (антарктическом) фронте теплый сектор циклона образуется из полярного воздуха, а остальная часть циклона – из арктического (антарктического) воздуха.
Холодный фронт всегда движется быстрее теплого, поэтому теплый сектор циклона постепенно сокращается. Когда холодный фронт догоняет теплый и смыкается с ним, образуется фронт окклюзии. При этом теплый воздух вытесняется вверх и закручивается в виде спирали против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой – в южном. Циклон достигает третьей стадии своего развития – окклюдирования. При этом давление в циклоне падает до 980 – 960 гПа, замкнутая циркуляция распространяется до высот более 5 км, диаметр достигает 1,5 – 2 тыс. км.
Затем наступает четвертая (заключительная) стадия развития циклона – его заполнение. Фронт окклюзии постепенно размывается, теплый воздух окончательно оттесняется вверх и при этом адиабатически охлаждается. Облачные системы заполняющихся циклонов приобретают вид закрученных спиралей. Температурные контрасты в циклоне исчезают, он становится холодным по всей своей площади и объему, замедляет движение и окончательно заполняется. Вся жизнь циклона от зарождения до заполнения длится 5–7 дней.
Рис. 66. Циклон умеренных широт в плане и его профили. Названия облаков указаны в таблице 2
С циклонами связаны пасмурная погода, прохладная летом и теплая зимой, и осадки.
С развитием циклонической деятельности связано также возникновение и развитие фронтальных антициклонов. Антициклоны – это нисходящие атмосферные вихри, соизмеримые по размерам с циклонами, с приземной областью высокого давления, с антициклонической системой ветров от центра к периферии по часовой стрелке в северном полушарии и против часовой – в южном. Возникновение и развитие антициклонов тесно связано с развитием циклонов – это единый процесс эволюции фронтальной зоны. Иными словами, циклоны и антициклоны – парагенетические (т. е. тесно связанные между собой) образования.
Антициклоны образуются в тылу холодного фронта молодого циклона в холодном воздухе и тоже проходят ряд стадий. Сначала возникает молодой низкий холодный антициклон, очень подвижный, смещающийся вслед за циклоном. Потом наступает стадия максимального развития: при этом антициклон становится высоким и малоподвижным. В нем образуется слой инверсии, выше которого воздух довольно теплый за счет адиабатического нагревания при опускании, а внизу холоднее из-за эффективного излучения, особенно зимой над сушей. В этой стадии антициклон называют блокирующим, поскольку он препятствует западному переносу воздушных масс вплоть до больших высот. Наконец, наступает заключительная стадия разрушения, когда опускание воздуха прекращается. Хотя антициклоны образуются во фронтальных зонах, фронт через них не проходит, а окаймляет их с трех сторон. С антициклонами связаны безоблачная сухая погода, жаркая летом, морозная зимой.
Рис. 67. Серия циклонов на климатическом фронте, находящихся на разных стадиях развития. 1–4 – стадии развития циклонов
Циклоны и антициклоны возникают над зонами контрастов температур и давлений. Поэтому на земном шаре внетропическая циклоническая деятельность осуществляется преимущественно на главных арктическом (антарктическом) и полярных фронтах, а наиболее активными местами циклогенеза являются зоны встреч воздуха над холодными и теплыми океаническими течениями. В северном полушарии это зоны конвергенции течений Лабрадорского и Гольфстрима, Курильского и Куросио. В южном полушарии основным местом циклогенеза являются «ревущие» (40 – 50°) широты, где встречаются теплые и холодные воздушные массы, особенно там, где в течение Западных ветров вливаются теплые течения вдоль западных окраин океанов.
Вместе с тем зимой, когда контрасты температур и других свойств различных воздушных масс максимальны, циклоническая деятельность проявляется и в других местах. В частности, активный циклогенез происходит в это время над Северным, Средиземным и Черным морями, на внутримассовом полярном фронте между теплым морским и холодным континентальным полярным воздухом.
Циклоны и антициклоны возникают на климатических фронтах один за другим, т. е. последовательно во времени. Наиболее типичной является картина, когда на арктическом или полярном фронте последовательно расположены серии разновозрастных циклонических вихрей, находящихся на разных стадиях своего развития – от самых молодых на западных краях фронтов до заполняющихся на восточных (рис. 67). Так же последовательно возникают антициклоны.
И циклоны, и антициклоны (точнее, их центры) перемещаются в умеренных широтах в направлении общего переноса воздуха с запада на восток, т. е. под перемещением циклонов и антициклонов подразумевается движение их как единой системы (при этом ветры в разных частях этих вихрей могут иметь различное направление). Однако при движении на восток циклоны уклоняются к высоким широтам, а антициклоны – в сторону тропиков.
Поступательное движение циклонов в северном полушарии на северо-восток (см. рис. 67) обусловлено отчасти тем, что ветры в них, дующие против часовой стрелки, на южных перифериях усиливаются западным переносом и как бы оттесняют циклоны к северу (рис. 68, а). В южном полушарии циклоны смещаются к юго-востоку. Существует также мнение, что отклонению циклонов к высоким широтам способствует вторжение теплого воздуха в теплые сектора соответственно с юга в северном полушарии и с севера в южном.
Развиваясь и перемещаясь, циклоны в конце концов достигают заключительных стадий, нагоняют друг друга и становятся малоподвижными. Циклоны при этом образуют одну общую глубокую обширную область низкого давления в субарктических широтах, которую называют центральным циклоном. В северном полушарии они образуются на севере Атлантического и Тихого океанов, где на климатических картах отмечаются такие центры действия атмосферы, как Исландский и Алеутский минимумы. Активная циклоническая деятельность зимой в умеренных широтах и на арктическом фронте в районе Баренцева и Карского морей формирует там глубокую барическую ложбину, протягивающуюся от Исландского минимума. Вторая аналогичная ложбина простирается от него до моря Баффина. Оси ложбин совпадают с теплыми течениями.
Циклоны, возникающие на внутримассовом полярном фронте между атлантическим морским и континентальным полярным воздухом, смещаются через Центральную Европу на Восточно-Европейскую равнину и далее – на север Западной Сибири. Путь зимних циклонов Средиземноморской ветви полярного фронта лежит через Балканский полуостров, Украину, центральные районы европейской России и далее на северо-восток. С этими циклонами зимой связаны оттепели и выпадение большого количества осадков. На степень проявления циклогенеза отчасти влияют и орографические особенности материков: так, в Северной Америке некоторой преградой на пути северотихоокеанских циклонов к востоку служат Кордильеры.
В южном полушарии циклоны образуют пояс низкого давления вокруг Антарктиды с цепочкой обособленных внутри него барических минимумов.
Таким образом, барические минимумы субполярных широт, особенно хорошо выраженные зимой над океанами и совпадающие с районами положительных температурных аномалий, формируются и поддерживаются приходящими сюда циклонами.
Отклонение антициклонов из умеренных широт к тропикам можно объяснить тем, что ветры в них, дующие по часовой стрелке в северном полушарии и против часовой стрелки в южном, усиливаются западным переносом на их полярных окраинах, что придает движению антициклонов меридиальную составляющую (см. рис. 68, б). В северном полушарии антициклоны смещаются к юго-востоку, в южном – к северо-востоку. Замыкающие антициклоны, вторгаясь из умеренных широт в субтропические, постоянно регенерируют и поддерживают там области повышенного давления – океанические субтропические барические максимумы: Северо-Атлантический, Северо-Тихоокеанский, Южно-Атлантический, Южно-Тихоокеанский и Южно-Индийский. Таким образом, все центры действия атмосферы – постоянные и сезонные барические минимумы и максимумы имеют комплексное – и термическое, и динамическое происхождение.
Благодаря меридиональной составляющей фронтальные циклоны и антициклоны участвуют в междуширотном обмене воздуха от субтропиков до субполярных широт. В этом обмене немаловажную роль играют и ветры внутри циклонов и антициклонов. По тыловой западной периферии антициклонов и передней восточной периферии циклонов они переносят теплые массы воздуха от низких широт в сторону полюсов. По тыловой западной периферии циклонов и передней восточной периферии антициклонов холодные массы воздуха вторгаются вплоть до тропиков.
Так сами циклоны и антициклоны, наряду с ветрами по их периферии, осуществляют обмен воздушными массами в меридиональном направлении. Но зональная составляющая все же преобладает, что выражается в перемещении циклонов и антициклонов в умеренных и сопредельных широтах с запада на восток.
Иная – муссонная – циркуляция возникает во внетропических (прежде всего в умеренных и субтропических) широтах на восточных побережьях материков. Здесь четко выражено резкое изменение преобладающего направления ветров зимой и летом на противоположное, что связано с различным сезонным нагреванием суши и океана и перестройкой вслед за температурой давления и изменения положения центров действия атмосферы в этих широтах. Подобные ветры называются муссонами внетропических широт (см. рис. 64). Рассмотрим их на примере северного полушария. Летом циркуляция здесь определяется субтропическими океаническими максимумами, смещающимися к северу, и барическими минимумами над континентами. По западным перифериям Северо-Атлантического и Северо-Тихоокеанского максимумов относительно теплые морские тропические и полярные воздушные массы перемещаются с юга и юго-востока на нагретые континенты – Азию и Северную Америку. Это перемещение осуществляется в виде серий циклонов, зарождающихся на контакте морского и континентального воздуха и следующих по направлению воздушных потоков к северу и северо-западу. С циклонами на континенты приходят массы морского тропического или полярного (в зависимости от широты места) воздуха, насыщенного влагой, которая изливается в виде обильных муссонных дождей, особенно на восточных склонах гор и их предгорьях.
Зимой в этих районах циркуляция воздушных масс определяется сезонными континентальными Канадским и Азиатским максимумами и ярко выраженными Исландским и Алеутским минимумами над океанами. Устойчивые северо-западные ветры приносят с материков на их восточные побережья сухой и холодный континентальный полярный воздух, снижая температуру зимой нередко до отрицательных
значений даже на Великой Китайской равнине. Китайские метеорологи установили, что между зонами экваториально-тропических муссонов (с повторяемостью более 60%) и вне-тропических муссонов (с повторяемостью менее 40%) существует узкая полоса без муссонов. Это свидетельствует о различной природе этих муссонных полей.
В Северной Америке на восточных побережьях внетропических широт муссонная циркуляция ослаблена и муссонность климата почти не выражена.
Своеобразна атмосферная циркуляция в высоких широтах. Здесь проявляется ее термическая составляющая, которая выражается в преобладании ветров восточных направлений. Особенно хорошо выражены юго-восточные ветры по окраинам Антарктиды; там они усиливаются стоковым эффектом (стеканием холодного воздуха вниз с высокого ледникового щита) и устойчиво дуют со скоростью до 20 м/с. В северном полушарии устойчивые северо-восточные ветры отмечаются лишь по южной окраине Гренландии, где они дуют из Гренландского максимума в Исландский минимум. В высоких широтах Азии и Северной Америки в циркуляции атмосферы отмечена муссонная тенденция (повторяемость ветров – менее 40%). Зимой там дуют холодные и сухие южные ветры из Азиатского и Канадского максимумов. Летом направление ветров меняется на обратное – они дуют с холодного Северного Ледовитого океана на прогретую сушу в направлении термических депрессий над Сибирью и Северной Канадой. Однако эти ветры не дают муссонного климатического эффекта, в частности обилия и сезонности в количестве осадков.
Внетропические муссоны занимают важное место в системе обшей циркуляции атмосферы и в районах их устойчивого развития оказывают большое влияние на климат.
Циркуляция воздушных масс
Циркуляция атмосферы обусловлена неодинаковым нагреванием земной поверхности. Зональное распределение солнечной радиации в связи с шарообразной формой Земли и отклоняющая сила вращения Земли определяют зональный характер циркуляции. Африканский континент почти полностью находится в области тропической (пассатной и экваториально-муссонной) циркуляции. Площадь материка в южном полушарии почти в два раза меньше, чем в северном за счет обширного Гвинейского залива. Это вносит существенные различия в циркуляционные условия на западе и на востоке материка и в целом в климатические условия Северной и Южной Африки. Особенности географического положения материка, его горизонтального и вертикального расчленения влияют на особенности циркуляции. Циркуляция воздушных масс подчиняется распределению барических центров атмосферы.
Анализ барических карт Африки на уровне земной поверхности показывает, что основными барическими центрами материка, оказывающими влияние на особенности циркуляции, являются динамические субтропические антициклоны (Азорский, Южно-Атлантический и Южно-Индийский) и полоса пониженного давления в экваториальной зоне (экваториальная депрессия). Их положение и интенсивность зависят от сезона года и характера подстилающей поверхности. Летом в северном полушарии барические центры смещаются к северу, а зимой - к югу.
Январь (зима в Северном полушарии, лето - в Южном). Над Африкой на уровне моря область высокого давления в виде отрога Азорского антициклона, очерчиваемого изобарой 1020 Гпа, занимает север материка. В южном полушарии полоса высокого давления над материком разрывается вследствие сильного прогрева в летние месяцы и образования термической депрессии с давлением в центре 1009 Гпа. Термическая депрессия представлена в виде глубокой ложбины приэкваториальной депрессии, расположенной над центральными районами континента непосредственно у экватора и имеющей давление в центре 1008 Гпа. Над Мозамбикским проливом и Мадагаскаром наблюдается область пониженного давления (1010 Гпа), которая в основном является следствием влияния орографии, так как горный хребет, тянущийся вдоль Мадагаскара, служит значительным препятствием для пассатного потока. Область низкого давления наблюдается во все сезоны, но в январе она наиболее обширна. Это можно объяснить тем, что в январе здесь часто проходят циклоны.
В январе над территорией Северной Африки преобладающим воздушным потоком является северо-восточный пассат, или харматтан, обусловленный северной периферией Азорского антициклона. С северо-восточным пассатом на территорию поступает континентальный тропический воздух с очень низким влагосодержанием. В этот период в Северной Африке повсеместно сухой сезон. Харматтан иногда прорывается на побережье Гвинейского залива, вызывая здесь резкое уменьшение осадков. Однако это наблюдается редко. Как правило, Гвинейское побережье в январе находится под влиянием морского тропического воздуха (МТВ) - юго-западного муссона. Тем не менее, январь и здесь самый засушливый месяц в году. Дело в том, что юго-западный муссон отличается незначительной мощностью, и уже на высоте 1000-1500 м преобладают воздушные массы северо-восточного пассата. Поэтому зимние дожди выпадают только на склонах гор при благоприятной ориентации берега.
Крайний север материка в субтропическом поясе зимой находится под влиянием циклонов, образующихся на средиземноморской ветви полярного фронта.
На Сомалийский полуостров поступает в виде северо-восточного пассата сухой воздух из Аравии, вследствие чего на побережье осадки бывают не каждый год и лишь на Эфиопском нагорье отмечается в среднем два дня с осадками за месяц. Южнее Сомалийского полуострова северо-восточный пассат Аравии сливается с северо-восточным потоком, являющимся продолжением зимнего индийского муссона, но прошедшим большой путь над теплыми водами Индийского океана и потому достаточно увлажненным. Этот поток, пересекая экватор, проникает далеко в южное полушарие, образуя над Мозамбикским проливом и Мадагаскаром зону конвергенции с юго-восточным индийским пассатом, а над восточным бассейном Конго - с южным атлантическим пассатом.
Вместе с юго-восточным индийским пассатом северо-восточные ветры приносят в январе на большую часть Южной Африки, за исключением юго-западного побережья, наибольшее в году количество осадков.
Юго-запад и запад Южной Африки находятся под воздействием восточной периферии Южно-Атлантического антициклона, то есть юго-восточных пассатов. Здесь в условиях низких температур холодного Бенгельского течения формируется ярко выраженная устойчивая стратификация воздушных масс, что препятствует конвекции и выпадению осадков в пустыне Намиб. Инверсионный слой располагается здесь уже на высоте 550 м и до высоты 1230 м температура повышается в среднем на 7°.
Июль (лето в Северном полушарии, зима - в Южном). Основным барическим центром к северу от экватора является область низкого атмосферного давления над Сахарой и Аравией (995 Гпа). Внутритропическая зона конвергенции пересекает Сахару с запада на восток под 20° с. ш. В это время вся северная часть Африки, вплоть до 20° с. ш., находится под влиянием северо-восточного пассата. На западе Сахары ветры дуют вдоль побережья: они, как возникающие на восточной периферии Азорского максимума, содержат мало водяных паров; кроме того, их сухость усиливается холодным Канарским течением .
Под влиянием муссонной циркуляции, связанной с барической депрессией над Сахарой, находятся полуостров Сомали и Эфиопское нагорье. Особенно обильные дожди выпадают на востоке нагорья, где они обусловлены орографией. В Южной Африке июль-август, почти повсеместно, - самые сухие месяцы, так как доминирующее значение имеет область высокого давления с центром над Преторией.
В июле, как и в январе, на атлантическом побережье Южной Африки в пустыне Намиб - сухо. Причины сухости этой территории те же, что и летом: формирование пассатной инверсии и неблагоприятные условия для внутримассовой конвекции.
Крайний юго-запад материка в это время находится под влиянием западного переноса воздуха и циклонов, образующихся на полярном фронте, что обусловливает зимний максимум осадков.
Анализ циркуляционных факторов климатообразования позволяет выделить несколько циркуляционных зон.
1. В субтропических поясах атмосферная циркуляция определяется перемещением субтропических антициклонов (Северо-Атлантического и Южно-Атлантического) и зимним положением полярного фронта. Здесь в течение года сменяется два типа воздушных масс - континентальный тропический и морской воздух умеренных широт - вносимый полярно-фронтовыми циклонами.
2. Зона пассатной циркуляции тропического пояса, где в течение всего года господствует континентальный тропический воздух, вносимый северо-восточным пассатом в северное полушарие и юго-восточным пассатом - в южное.
3. В субэкваториальных поясах наблюдается смена двух циркуляционных потоков - пассатов и экваториальных муссонов. Континентальный тропический воздух пассатов зимой северного полушария проникает далеко на юг вслед за смещением линии внутритропической конвергенции. Летом северного полушария экваториальный воздух юго-западного муссона проникает вплоть до 20° с. ш.
4. В экваториальном поясе в течение года преобладает экваториальная воздушная масса и конвективные токи воздуха.
Полярная циркуляция
Пассатная циркуляция
Западный перенос
Благодаря зональному распределению тепла барический градиент в большей части тропосферы направлен по меридианам от экватора к полюсу. На вращающейся планете основная масса тропосферного воздуха переносится с запада на восток. Это – западный перенос воздушных масс. Он включает в умеренных широтах всю тропосферу, начиная от земной поверхности; в полярных широтах – верхнюю тропосферу, начиная от нижнего слоя норд-остов и зюйд-остов.
В низких широтах циркуляция воздуха обусловлена существованием экваториального минимума и тропических барических максимумов. Межширотные градиенты температур в жарком поясе невелики, поэтому и атмосферная циркуляция не так интенсивна, как в средних широтах.
Пассаты – ветры довольно устойчивого направления с ССЗ на ЮЮВ в северном полушарии и с ЮЮЗ на ССВ в южном полушариях, дующие из тропических барических максимумов в экваториальный минимум.
Пассатная полоса не сплошная и во времени пассаты не столь постоянны, как считалось раньше. Пассаты отчетливо выражены над океанами, над сушей прослеживаются не всегда достаточно отчетливо. Определенные перерывы вызываются ослаблением субтропических антициклонов.
В Арктике и Антарктике по термическим причинам образуются крупные барические максимумы. Разница между ними обусловлена характером подстилающих поверхностей – океана в Арктике и материка в Антарктике. В Арктику, особенно западную, с атлантическим водами проникают тепло и часто возникают циклоны. В Антарктике адвекции тепла не наблюдается, антициклон устойчив.
Норд-осты Арктики не постоянны. Более того, на берегах Евразии и Америки выражена муссонная тенденция, указывающая на то, что над Северным Ледовитым океаном зимой давление ниже, чем над материками.
Зюйд-осты Антарктики, осуществляющие сток холодного воздуха с материка, устойчивы и очень сильны. Здесь находится «полюс ветров».
Выше слоя восточных ветров атмосфера подвержена западному переносу.
Таким образом, на Земле, кроме основного, западного, переноса есть и восточный перенос – движение воздуха с Востока на Запад. Он представлен пассатами тропических широт и ветрами полярных областей в нижней тропосфере.
В средних широтах наряду с западным переносом осуществляется циклоническая и антициклоническая циркуляция атмосферы. Она порождается действием не локальных центров, а всего термобарического поля Земли. Для внетропических широт решающим в данном случае оказывается наличие зон резких контрастов температур, приуроченных к Арктическому и Антарктическому фронтам. В них температура падает на 10-15 0 С и больше на 1000 км. Резкий температурный градиент вызван сближением холодного арктического воздуха и относительно теплого умеренного воздуха. Он поддерживается также теплыми (Гольфстрим и Куросиво) и холодными (Лабрадорское и Ойясио) океанскими течениями.
Взаимодействие холодного и теплого воздуха приводит к образованию огромных атмосферных вихрей – циклонов и антициклонов.
Циклон – это мощный, диаметром до 3 000 м и более, атмосферный вихрь с пониженным давлением (минимум в центре), с движением его вокруг центра против хода (в южном полушарии по ходу) часовой стрелки с ветреной, сырой, облачной и дождливой погодой.
Антициклон – это область повышенного атмосферного давления (максимум в центре) диаметром в несколько тысяч километров с нисходящими воздушными токами, слабыми ветрами на периферии, с сухой ясной погодой, летом жаркой, а зимой холодной.
Циклоны зарождаются в следующих трех местах земного шара:
1) на арктическом фронте Северной Атлантики близ восточных берегов Северной Америки и у Исландии;
2) на арктическом фронте в северной части Тихого океана близ восточных берегов Азии и у Алеутский островов;
3) на Антарктическом фронте в Южном океане.
Реже, преимущественно зимой, они возникают на умеренном фронте над океанами и еще реже над материками.
В высоту циклоны простираются до тропопаузы, а иногда и выше, до 20 км. Циклонические вихри довольно плоские – высота в 100-150 раз меньше диаметра. Это вполне согласуется с наклоном, шириной и протяженностью атмосферных фронтов. Скорость восходящих движений в среднем составляет 1-3 м/мин, тогда как скорость ветров достигает величины 500-1000 м/мин.
Распределение тепла, влаги, давления и ветра в циклоне диссиметрично.
Циклоны, зародившиеся на севере Атлантического океана, движутся в Западную Европу. Наиболее часто они проходят через Великобританию, Балтийское море, Санкт-Петербург и далее на Урал.
Северо-Тихоокеанские циклоны идут в Северо-Западную Америку, а также в Северо-Восточную Азию.
В южном полушарии полоса циклонов совпадает с направлением общего переноса воздуха в средней и верхней тропосфере – с западным переносом. Иногда пути их оказываются сильно выраженной южной или северной составляющей или идут даже с востока на запад (Камчатка, Лабрадор). В этих случаях циклоны следуют незональному верхнему переносу. В Восточной Азии на пути циклонов встречаются муссоны.
Скорость движения циклонов в среднем составляет 30-40 км/час или 700-900 км/сутки. Цикл развития циклона продолжается от 4 до 7 дней. За это время циклон проходит следующие стадии:
1) зарождение, когда циклоническим движением захватывается воздух только нижней тропосферы;
2) наибольшее углубление, когда благодаря выделению скрытой теплоты парообразования и адвекции холодных масс циклон захватывает всю тропосферу о вертикали и на значительной площади;
3) окклюзия, когда прекращается приток теплого воздуха и циклон затухает.
Циклоны – это не эпизодическое явление, а преобладающая в умеренных широтах синоптическая циркуляция. В Северной Атлантике, например, в течение года бывает до 1 000 циклонов. В целом же на Земле бывает до 15 000 циклонов и 7 000 антициклонов в год.