Когда создано учение о циркуляции атмосферы. Атмосферная циркуляция

Содержание статьи

АТМОСФЕРЫ ЦИРКУЛЯЦИЯ. 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 поступающего солнечного тепла зависит от ряда факторов. Определяющим является угол падения солнечных лучей. Поэтому на низких географических широтах поступает значительно больше солнечной энергии, чем на средних и тем более высоких широтах.

Общей циркуляцией атмосферы называют замкнутые течения воздушных масс в масштабах полушария или всего земного шара, приводящие к широтному и меридиональному переносу вещества и энергии в атмосфере. Главной причиной возникновения воздушных течений в атмосфере служит неравномерное распределение тепла на поверхности Земли, что приводит к неодинаковому нагреванию почвы и воздуха в различных поясах земного шара. Таким образом, солнечная энергия является первопричиной всех движений в воздушной оболочке Земли. Кроме притока солнечной энергии к важнейшим факторам, вызывающим возникновение ветра, относятся также вращение Земли вокруг своей оси, неоднородность подстилающей поверхности и трение воздуха о почву. В земной атмосфере наблюдаются воздушные движения самых различных масштабов – от десятков и сотен метров (местные ветры) до сотен и тысяч километров (циклоны, антициклоны, муссоны, пассаты, планетарные фронтальные зоны). Простейшая схема глобальной циркуляции атмосферы была составлена более 200 лет назад. Ее основные положения не потеряли своего значения и до сих пор.

Современные принципы классификации форм атмосферной циркуляции северного полушария Вангенгейма – Гирса. Воздушные массы постоянно перемещаются вокруг земного шара. На скорость их движения влияет неравномерность поступления солнечной радиации и поглощение ее различными участками подстилающей поверхности и атмосферы, вращение Земли, термическое и динамическое взаимодействие атмосферы с подстилающей поверхностью, в том числе и взаимодействие с океаном.

Основной причиной атмосферных движений является неоднородность нагревания различных участков поверхности Земли и атмосферы. Подъем теплого и опускание холодного воздуха на вращающейся Земле сопровождается формированием циркуляционных систем различного масштаба. Совокупность крупномасштабных атмосферных движений получила название общей циркуляции атмосферы.

Атмосфера получает тепло путем поглощения солнечной радиации, за счет конденсации водяного пара и благодаря теплообмену с подстилающей поверхностью. Поступление скрытой теплоты в атмосферу зависит от подъема влажного воздуха. Так тропическая зона Тихого океана является мощным источником тепла и влаги для атмосферы. Значительная теплопередача от поверхности океана происходит зимой там, где холодные воздушные массы приходят в районы теплых морских течений.

Одним из наиболее крупномасштабных звеньев общей циркуляции атмосферы является циркумполярный вихрь. Его формирование обусловлено очагами холода в полярной области и очагами тепла в тропической зоне. Циркумполярное движение и его проявление – западный перенос – являются устойчивой и характерной особенностью общей атмосферной циркуляции. В 1930-е были начаты обстоятельные исследования общей циркуляции атмосферы путем деления всех синоптических процессов на элементарные (ЭСП) и обобщение их в трех формах циркуляции: западной (W), восточной (Е) и меридиональной (С). Процессы западной формы (W) характеризуются развитием зональных составляющих циркуляции и быстрым смещением с запада на восток барических образований. При развитии меридиональных форм циркуляции, когда формируются стационарные волны большой амплитуды, наблюдаются процессы формы Е и С. Распределение воздушных течений на земном шаре тесно связано с распределением давления, температуры и характером циклонической деятельности. Следовательно, в распределении ветра у Земли должна быть определенная зональность. Но фактические направления ветров зимой и летом отличаются от реальных ветров в зональной схеме. Наиболее четкую зональность имеют ветры в приэкваториальной зоне. В северном полушарии зимой и летом преобладают ветры северо-восточного направления, а в южном – ветры юго-восточного направления – пассаты. Яснее всего пассаты выражены над Тихим океаном. Над материками и вблизи них пассаты нарушаются другой системой течений – муссонами, которые возникают из-за циклонической деятельности, связанной с большим перепадом температуры между морем и сушей. Зимой муссон направлен с континента на океан, а летом – с океана на континент. Муссонный перенос воздушных масс представлен в прибрежных районах Восточной Азии и, в частности, в Приморье. Воздушные массы перемещаются как у поверхности Земли, так и на больших высотах от Земли и не только в горизонтальном направлении, но и в вертикальном. Несмотря на то, что вертикальные скорости движения воздуха малы, они играют важную роль в обмене воздуха по вертикали, образовании облаков, осадков и других погодных явлений. Есть и другие особенности в распределении вертикальных движений. Анализ синоптических карт показал, что температурные контрасты полюс – экватор неравномерно распределены по широте. Наблюдается сравнительно узкая зона, где сконцентрирована значительная часть энергии атмосферной циркуляции. Здесь отмечаются максимальные значения барических градиентов, а следовательно, и скоростей ветра. Для таких областей было введено понятие высотной фронтальной зоны (ВФЗ), а связанные с ней сильные западные ветры стали называть струйными течениями или струями. Обычно скорость ветра вдоль оси струи превышает 30 м/с, вертикальный градиент скорости ветра превышает 5 м/с на 1 км, а горизонтальный градиент скорости достигает 10 м/с и более на 100 км. ВФЗ занимает большие географические пространства: ширина ее 800–1000 км, высота 12–15 км и длина 5–10 тыс. км. ВФЗ включает в себя обычно один или несколько фронтов и является местом возникновения подвижных фронтальных циклонов и антициклонов, перемещающихся по направлению основного (ведущего) потока. В периоды сильного развития меридиональности процессов ВФЗ как бы «извивается», огибая высотные гребни с севера и ложбины с юга.

Общая циркуляция атмосферы представляет собой систему крупномасштабных воздушных течений над земным шаром. Эта система доступна изучению с помощью ежедневных синоптических карт, а также находит отображение на средних многолетних картах для земной поверхности и тропосферы.

Воздушные течения.

С планетарным распределением давления связана сложная система воздушных течений. Некоторые из них сравнительно устойчивы, а другие постоянно изменяются в пространстве и во времени. К устойчивым воздушным течениям относятся пассаты, которые направлены от субтропических широт обоих полушарий к экватору, и муссоны в средних широтах преобладают воздушные течения западного направления (с Запада на Восток), в которых возникают крупные вихри – циклоны и антициклоны, обычно простирающиеся на сотни и тысячи километров. Циклоны наблюдаются и в тропических широтах, где они отличаются меньшими размерами, но особенно большими скоростями ветра, часто достигающими силы урагана (т.н. тропические циклоны). В верхней тропосфере и нижней стратосфере часто возникают сравнительно узкие (в сотни километров шириной) струйные течения, с резко очерченными границами, в пределах которых ветер достигает больших скоростей до 100–150 м/с.

Пассаты

(немецкий, единственное число Passat, вероятно, от испанского viento de pasade) – ветер, благоприятствующий переезду), устойчивые на протяжении года воздушные течения в тропических широтах над океанами. В Северном полушарии направление пассатов преимущественно северо-восточное, в Южном – юго-восточное. Между пассатами Северного и Южного полушарий – внутритропическая зона конвергенции; над пассатами в противоположном им направлении дуют антипассаты.

Муссоны

– система воздушных течений, в которой в одном сезоне преобладают ветры одного направления, а в другом – прямо противоположного или близкого к нему. Слово муссон происходит от арабского маусим, что значит сезон. В течение многих столетий арабские моряки называли этим словом систему ветров над Аравийским морем и Бенгальским заливом. В летние месяцы там дуют ветры с юго-запада, а в зимние – с северо-востока. О муссонах жители Ближнего Востока и Индии знали очень давно. Еще в 4–3 вв. до н.э. индийские и персидские мореплаватели использовали закономерности смены ветров при плавании в Аравийском море. В 1 и 2 вв. н.э. сложился великий муссонный путь от берегов Индии в Южно-Китайское море и Китай. Индийские, малайские и китайские мореплаватели летом вели по нему свои парусные суда на восток, а зимой на – запад. Внимание, которое в течение столетий в разных частях мира уделяется муссонам, связано не только с сезонной сменой преобладающих ветров, но и с закономерностями выпадения дождей в период муссона. Отсутствие муссонных дождей приводит к засухам, потере урожая, обмелению рек. В то же время слишком интенсивный муссон с бурными, продолжительными ливнями вызывает наводнения. Специфические признаки муссона – его устойчивость в течение сезона и смена от одного полугодия к другому, т.е. именно его сезонность. Причины муссонных ветров и смена их направления по сезонам связаны с годовым ходом Солнца и приходом солнечного излучения на земную поверхность.

Муссоны распространены в тропиках на огромных территориях от Западной Африки до Юго-Восточной Азии и Индонезии. Муссонная составляющая общей циркуляции атмосферы оказывает существенное влияние и на формирование климата восточных районов азиатского побережья России. Наиболее четко такой муссонный перенос и смена материкового и морского влияния выражены на юге Дальнего Востока и особенно в Приморском крае. В этих широтах муссон можно разделить на две фазы – зимнюю и летнюю: Азия «выдыхает» воздух зимой и «вдыхает» летом. Зимой наиболее ярко проявляется влияние континента. По мере остывания Евразийского материка над ним все чаще формируются области высокого атмосферного давления. Преобладание таких областей ведет к тому, что на картах атмосферного давления при осреднении за зимние месяцы здесь прослеживается огромная область высокого давления, названная сибирским или азиатским антициклоном. В это время здесь формируется мощный северо-западный поток континентального воздуха, с вертикальной мощностью до 4 км – зимний муссон. Летом муссонный перенос в данных широтах обычно возникает вследствие взаимодействия дальневосточной депрессии (области пониженного давления, формирующейся главным образом в бассейне Амура) и областями повышенного давления над окраинными морями (Японским и Охотским) и северо-западной частью Тихого океана. Максимум циклонической деятельности в южных районах Дальнего Востока приходится на лето и весну, минимум – на зиму и осень. Прогрев материка в летний период, меридиональное расположение горных хребтов, в частности, Сихоте-Алиня, образование антициклонов над окраинными морями приводит к тому, что циклоны, смещающиеся с западных районов, замедляют здесь свое движение, блокируются. Эти причины способствуют формированию летней дальневосточной депрессии. Основной особенностью климата южной части российского Дальнего Востока является выпадение осадков преимущественно в теплое время года: с июня по сентябрь выпадает более 60% их годового количества, причем характерной особенностью муссонного климата является то, что в самый дождливый месяц года выпадает осадков почти в 50 раз больше, чем в самый сухой. В континентальном климате это соотношение едва достигает четырех.

Циклон

(от греческого kyklon – кружащийся) – область пониженного давления в атмосфере с минимумом в центре. Поперечник циклона – несколько тысяч километров. Характеризуется системой ветров, дующих против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой – в Южном. Погода при циклонах преобладает пасмурная с сильными ветрами. Это связано с особенностями распределения давления и характером циркуляции воздуха.

Под влиянием трения в нижних слоях атмосферы в циклоне наблюдается, помимо кругового движения воздуха, еще и движение от периферии к центру, и поэтому возникает постоянное вертикальное, восходящее, движение воздуха и его охлаждение по мере подъема. Воздух, охлаждаясь, становится влагонасыщенным, в нем образуются облака, дающие осадки. В циклонах, особенно вблизи их центров, всегда велика разность давления между центром и периферией (т.е. велики так называемые горизонтальные градиенты давления) и, следовательно, постоянно наблюдаются сильные порывистые ветры (вихри). По своему происхождению вихри разделяются на две основные группы: тропические (ураганы, тайфуны) и циклоны умеренных широт.

Тропические циклоны.

Родина тропических вихрей – океанские просторы в приэкваториальной области примерно между 10–15° северной и южной широт, их диаметр – несколько сотен километров, а высота – от 5 до 15 км. Тропические циклоны могут возникать в любое время года в тропических частях всех океанов, за исключением юго-восточной части Тихого океана и южной части Атлантики. Наиболее часто (в 87% случаев) тропические циклоны возникают между широтами 5° и 20°. В более высоких широтах они возникают лишь в 13% случаев. Никогда не отмечалось возникновение циклонов севернее 35° северной широты и южнее 22° южной широты. Тропические циклоны, достигшие значительной интенсивности, в каждом районе имеют свое название. В восточной части Тихого океана и в Атлантике их называют ураганами (от испанского слова «уракан» или английского «харикейн»), в странах полуострова Индостан – циклонами или штормами, на Дальнем Востоке – тайфунами (от китайского слова «тай», что означает сильный ветер). Есть и менее распространенные местные названия: «вилли-вилли» – в Австралии, «вилли-вау» – в Океании и «багио» – на Филиппинах. Тайфунам Тихого океана и ураганам Атлантики присваивают имена согласно установленным спискам. Для тайфунов используются четыре списка имен, для ураганов установлен один. Каждому тайфуну или урагану, образовавшемуся в данном календарном году, кроме имени присваивается порядковый номер двухзначная цифра года: например, 0115, что означает пятнадцатый по счету номер тайфуна в 2001.

Чаще всего они образуются в северной части тропической зоны Тихого океана: здесь, в среднем, за год прослеживается около 30 циклонов. В умеренные широты тропические циклоны выходят в период с конца июня по начало октября, а наиболее активны в августе-октябре. Отличительной особенностью циклонов этой группы является то, что они термически однородны (т.е. нет температурных контрастов между различными частями вихря), в них сосредоточено колоссальное количество энергии, они приносят с собой штормовые ветры и сильные осадки.

Тропические циклоны образуются там, где наблюдается высокая температура поверхности воды (выше 26°), а разность температур вода-воздух более 2°. Это приводит к усилению испарения, увеличению запасов влаги в воздухе, что, в известной степени, определяет накопление тепловой энергии в атмосфере и способствует вертикальному подъему воздуха. Появляющаяся мощная тяга увлекает все новые и новые объемы воздуха, нагревшиеся и увлажнившиеся над водной поверхностью. Вращение Земли придает подъему воздуха вихревое движение, и вихрь становится подобным гигантскому волчку, энергия которого грандиозна. Центральную часть воронки называют «глазом бури». Это феноменальное явление, которое поражает особенностями своего «поведения». Когда глаз бури хорошо выражен, на его границе осадки внезапно прекращаются, небо проясняется, а ветер значительно ослабевает, иногда до штиля. Форма глаза бури может быть самой разной, она постоянно меняется. Иногда встречается даже двойной глаз. Средний диаметр глаза бури в хорошо развитых циклонах равен 10–25 км, а в разрушительных он составляет 60–70 км.

Тропические циклоны в зависимости от их интенсивности:

1. Тропическое возмущение – скорости ветра небольшие (менее 17 м/с).

2. Тропическая депрессия – скорость ветра достигает 17–20 м/с.

3. Тропический шторм – скорость ветра до 38 м/с.

4. Тайфун (ураган) – скорость ветра превышает 39 м/с.

В жизненном цикле тропического циклона выделяют четыре стадии:

1. Стадия формирования. Начинается с появления первой замкнутой изобары (изобара – линия равного давления). Давление в центре циклона опускается до 990 гПа. Лишь около 10% тропических депрессий получает дальнейшее развитие.

2. Стадия молодого циклона или стадия развития. Циклон начинает быстро углубляться, т.е. отмечается интенсивное падение давления. Ветры ураганной силы образуют вокруг центра кольцо радиусом 40–50 км.

3. Стадия зрелости. Падение давления в центре циклона и увеличение скорости ветра постепенно прекращаются. Область штормовых ветров и интенсивных ливней увеличивается в размерах. Диаметр тропических циклонов в стадии развития и в зрелой стадии может колебаться от 60–70 км до 1000 км.

4. Стадия затухания. Начало заполнения циклона роста давления в его центре). Затухание происходит при перемещении тропического циклона в зону более низких температур поверхности воды или при переходе на сушу. Это связано с уменьшением притока энергии (тепла и влаги) с поверхности океана, а при выходе на сушу еще и с увеличением трения о подстилающую поверхность.

Двигаясь в сторону умеренных широт, тропические циклоны постепенно теряют свою силу и затухают.

Тайфуны.

К числу наиболее мощных и разрушительных тропических циклонов относятся тайфуны, они возникают над океаном к северо-востоку от Филиппин. Средняя продолжительность существования тайфуна составляет 11 дней, а максимальная – 18 дней. Минимальное давление, наблюдавшееся в таких тропических циклонах, колеблется в широких пределах: от 885 до 980 гПа. Максимальные суточные суммы осадков достигают 400 мм, а скорость ветра – 20–35 м/с. Основной сезон выхода тайфунов в умеренные широты с июля по сентябрь.

Торнадо.

Сильные штормы на Земле могут вызвать появление необычных, небольших по размерам, но неистовых облаков. Торнадо кружатся со скоростью сотен километров в секунду, а когда они достигают поверхности Земли, сметают практически все на своем пути вдоль длинной и узкой полосы следования. Как правило, торнадо длятся не более нескольких минут, но самые сильные и опасные из них могут продолжаться часами.

Циклоны умеренных широт.

Циклоны умеренных широт менее опасны, они возникают преимущественно в зонах атмосферных фронтов, где встречаются две различные воздушные массы. В северном полушарии самые обширные циклоны обычно наблюдаются над акваториями Атлантического и Тихого океанов. Повторяемость их зависит от времени года и географического района. В среднем, в северном полушарии циклоны над европейской частью континента более часты зимой, над Азиатской – летом. Циклоны имеют диаметр порядка 2–3 тыс. км и более.

Погода в циклоне внетропических широт неоднородна: различают переднюю и тыловую части циклона, левую и правую – по отношению к направлению его движения. В передней части циклона преобладают сплошная слоистообразная облачность теплого фронта, обложные осадки с ветрами южной четверти горизонта. В тылу циклона, за холодным фронтом, погода отличается неустойчивостью, с выпадением осадков ливневого типа, порывистым ветром северо-западной и северной четвертей; облачность может быть с разрывами и даже с кратковременными прояснениями, а летом – конвективного типа. Левая (чаще всего северная) часть циклона характеризуется условиями погоды, которые можно назвать промежуточными между передней и тыловой частями циклона; преобладают ветры восточной и северо-восточной четверти, облака сплошные, осадки обложные, выпадающие с перерывами и постепенно переходящие в кратковременные ливневого типа. Правая южная часть циклона некоторый период его жизни является «теплым сектором» – она заполнена теплой воздушной массой, которая со временем вытесняется наверх. Здесь, в зависимости от сезона и типа воздушной массы, погода может быть разнообразной, но преимущественно без существенных осадков, с туманами или низкой тонкой слоистой облачностью, нередко безоблачная и всегда теплая, с ветрами южной и юго-западной четверти.

Антициклон

– область повышенного давления в атмосфере с максимумом в центре (на уровне моря 1050–1070 гПа). Поперечник антициклона – порядка тысяч километров. Антициклон характеризуется системой ветров, дующих по часовой стрелке в Северном полушарии и против часовой стрелки – в Южном, малооблачной и сухой погодой и слабыми ветрами.

В зависимости от географического района зарождения различают внетропические и субтропические антициклоны. Возникновение и развитие антициклонов тесно связано с развитием циклонов, практически это единый процесс. В одном районе создается дефицит массы, а в соседнем – избыток. Антициклоны занимают площади, сравнимые с размером материков, над которыми они лучше развиваются зимой,а над океанами – летом. В среднем, повторяемость антициклонов в 2,5–3 раза меньше, чем циклонов.

Годовой ход выражен довольно слабо, но подвижных антициклонов над континентами немного больше, чем над океанами. Есть районы, в которых антициклоны чаще всего становятся малоподвижными и существуют длительное время. От центра антициклона воздух оттекает во все стороны, что исключает возможность сближения и взаимодействия разнородных воздушных масс. В связи с нисходящими движениями воздуха в центральных частях антициклонов преобладает малооблачная погода. Однако при значительной влажности воздуха в холодную половину года в центральной части антициклона могут наблюдаться сплошные облака, а туманы наблюдаются как зимой, так и летом.

В каждом антициклоне погода существенно меняется в различных секторах. На окраинах антициклонов условия погоды, в общих чертах, сходны с условиями погоды в примыкающих секторах соседних циклонов.

Северная окраина антициклона обычно непосредственно связана с теплым сектором соседнего циклона. Здесь в холодное полугодие часто наблюдается сплошная облачность, иногда идут слабые осадки. Нередко отмечаются туманы. Летом в этом секторе антициклона облачность небольшая, в дневные часы могут развиваться кучевые облака.

Западная окраина антициклона примыкает к передней части области низкого давления. В холодное полугодие в этой части антициклона часто отмечаются слоисто-кучевые облака, из которых выпадают слабые осадки. Зона осадков довольно обширная и перемещается вдоль изобар, огибая антициклон по часовой стрелке и претерпевая некоторые изменения. Летом на западной окраине антициклона при высокой температуре воздуха и значительной влажности нередко развиваются кучевые облака и гремят грозы.

Южная окраина антициклона примыкает к северной части циклона. Здесь нередко наблюдаются слоистые облака, из которых зимой выпадают осадки. В этой части антициклона создаются большие перепады давления, поэтому нередко усиливается ветер и возникают метели.

Восточная окраина антициклона граничит с тыловой частью циклона. Летом при неустойчивой воздушной массе в дневные часы здесь образуются облака кучевых форм, выпадают ливневые дожди и гремят грозы. Зимой может наблюдаться безоблачная погода или не сплошная слоистая облачность.

В разных антициклонах наблюдаются значительные различия в погоде, что обусловливается в каждом случае свойствами воздушных масс и зависит от сезона. Поэтому для прогноза погоды свойства каждого антициклона исследуется индивидуально.

Цунами – длинные морские волны, образующиеся в океанах и морях под действием землетрясений, вулканических извержений, а также в результате резкого перепада атмосферного давления, либо при падении с берега в воду масс грунта и льда.

Основным районом, где возникает цунами, является Тихий океан. Из 400 действующих сегодня на земле вулканов 330 расположены в бассейне Тихого океана, здесь наблюдается более 80% всех землетрясений.

«Цунами» в переводе с японского языка означает «волна в гавани». И хотя этот перевод звучит несколько экзотически и носит описательный характер, указанный термин как нельзя лучше характеризует суть явления. Основная природа возникновения цунами – сейсмическая. В участках земной коры, находящихся под дном океана, происходят разрывы, проявляющиеся в виде землетрясений. В случаях, когда эпицентр землетрясений располагается на глубине более 50 км, цунами, как правило, не образуется. Существует и иная трактовка причин образования цунами – это извержение наземных и подводных вулканов. Иногда возникают цунами метеорологического происхождения. Такие «метеоцунами» связаны с выходами на морские акватории тайфунов и ураганов.

Упрощенная схема образования цунами.

Чаще всего волны цунами бывают сейсмического происхождения, при землетрясениях образуются разломы поверхности земной коры – трещины и, как следствие – сбросы, сдвиги и надвиги, приводящие к опусканию или поднятию значительных районов дна. При этом в толще воды происходят мгновенные изменения объема и давления, вызывающие появление волн сжатия и разрежения, которые, достигая поверхности океана, вызывают ее колебания и формируют цунами. Период образовавшихся волн составляет от 2 до 20 мин, т.е. это длинные волны. В открытом море эти волны не заметны, но они несут огромную энергию. Скорость смещения волн цунами на глубокой воде составляет 500–700 км/час. При движении энергия цунами расходуется на преодоление сил вязкости и трения о дно. Интенсивность цунами связана с силой землетрясения. В России для определения интенсивности землетрясения используется 12-ти бальная шкала, в Японии единицей землетрясения служит магнитуда, представляющая собой величину, пропорциональную логарифму максимальной амплитуды горизонтального смешения почвы (дна) на расстоянии 100 км от очага землетрясения. Самые сильные землетрясения имеют магнитуду 8,5.

Основным методом предсказания цунами является сейсмический, основанный на существовании разницы между скоростью распространения сейсмических волн в земной коре и скоростью распространения в океане волн цунами. Сейсмические волны достигают побережья в 50–80 раз быстрее, чем волны цунами. Сейсмическая служба регистрирует землетрясение, определяет его параметры, цунамигенность и передает эту информацию оперативной службе Центра морской гидрометеорологии.

Свыше 99% волн цунами вызываются подводными землетрясениями. При землетрясении под водой образуется вертикальная трещина и часть дна опускается. Дно внезапно перестает поддерживать столб воды, лежащий над ним. Поверхность воды приходит в колебательное движение по вертикали, стремясь вернуться к исходному уровню, – среднему уровню моря, – и порождает серию волн.

Ветер

– движение воздуха относительно земной поверхности (горизонтальная составляющая этого движения), иногда говорят о восходящем или о нисходящем ветре, учитывая и его вертикальную составляющую.

Скорость ветра.

Оценка скорости ветра в баллах, так называемая шкала Бофорта , по которой весь интервал возможных скоростей ветра делится на 12 градаций. Эта шкала связывает силу ветра с различными его эффектами, такими, как степень волнения на море, качание ветвей и деревьев, распространение дыма из труб и т.п. Каждая градация по шкале Бофорта носит определенное название. Так, нулю шкалы Бофорта соответствует штиль, т.е. полное отсутствие ветра. Ветер в 4 балла, по Бофорту называется умеренным и соответствует скорости 5–7 м/сек; в 7 баллов – сильным, со скоростью 12–15 м/сек; в 9 баллов – штормом, со скоростью 18–21 м/сек; наконец, ветер в 12 баллов по Бофорту – это уже ураган, со скоростью свыше 29 м/сек. У земной поверхности чаще всего приходится иметь дело с ветрами, скорости которых порядка 4–8 м/сек и редко превышают 12–15 м/сек. Но все же в штормах и ураганах умеренных широт скорости могут превышать 30 м/сек, а в отдельных порывах достигать 60 м/сек. В тропических ураганах скорости ветра доходят до 65 м/сек, а отдельные порывы – до 100 м/сек. В маломасштабных вихрях (смерчи, тромбы) возможны скорости и более 100 м/сек. В так называемых струйных течениях в верхней тропосфере и в нижней стратосфере средняя скорость ветра за длительное время и на большой площади может доходить до 70–100 м/сек. Скорость ветра у земной поверхности измеряется анемометрами разной конструкции. Приборы для измерения ветра на наземных станциях устанавливаются на высоте 10–15 м над земной поверхностью.

Направление ветра.

Под направлением ветра подразумевают направление, откуда он дует. Указать это направление можно, назвав либо точку горизонта, откуда дует ветер, либо угол, образуемый направлением ветра с меридианом места, т.е. его азимут. В первом случае различают 8 основных румбов горизонта: север, северо-восток, восток, юго-восток, юг, юго-запад, запад, северо-запад. И 8 промежуточных румбов между ними: север-северо-восток, восток-северо-восток, восток-юго-восток, юг-юго-восток, юг-юго-запад, запад-юго-запад, запад-северо-запад, север-северо-запад. Шестнадцать румбов, указывающих направление, откуда дует ветер, имеют сокращенные обозначения:

Эдвард Кононович

Литература:

Eris Chaisson, Steve McMillan Astronomy today. Prentice-Hall, Inc. Upper Saddle River, 2002
Интернет-ресурсы: http://ciencia.nasa.gov/
http://spaceweather.com

Сущность общей циркуляции атмосферы. Общей цирку ляцией атмосферы называют совокупность воздушных течений большого масштаба, соизмеримых с большими частями материков и океанов. Она представляет собой сложную и постоянно меняющуюся систему воздушных течений. Разнообразие проявлений общей циркуляции атмосферы зависит главным образом от постоянно возникающих в ней огромных волн и вихрей, по-разному развивающихся и перемещающихся. Однако в общей циркуляции атмосферы можно подметить устойчивые особенности, повторяющиеся из года в год. Такие особенности хорошо выявляются за большой промежуток времени, при котором ежедневные возмущения циркуляции сглаживаются.

Течения общей циркуляции в большей части тропосферы направлены почти по изобарам. Только в слое трения и вблизи экватора, где сила Кориолиса близка к нулю, направление ветра сильно отклоняется от изобар в сторону низкого давления.

Зональность в распределении давления обусловливает и зональность воздушных течений (рис. 26). Однако циклоническая деятельность и неравномерное нагревание суши и моря существенно нарушают зональность. Последняя проявляется только в преобладании широтных составляющих ветра над меридиональными.

Зональность общей циркуляции атмосферы возрастает с высотой, так как с высотой ослабевает сила трения, циклоническая деятельность

и тепловые различия между сушей и морем.

Отклонения от строгой зональности играют в общей циркуляции исключительно важную роль. Как бы ни были невелики меридиональные составляющие в общей циркуляции, но именно за их счет происходит обмен воздуха и тепла между высокими и низкими широтами Земли.

Тропическая циркуляция. Следствием тропической циркуляцииатмосферы является система сравнительно постоянных ветров у земной поверхности - пассатов, тропических муссонов и тропических циклонов.

Пассаты - это устойчивые в общем восточные ветры умеренной скорости (5-8 м/сек), дующие на обращенной к экватору стороне субтропической зоны высокого давления в каждом полушарии (рис. 27).

В слоях у земной поверхности, где действует трение, ветер отклоняется от изобар на некоторый угол в сторону низкого давления. Поэтому в таких случаях вместо восточных ветров получаются северо-восточные или юго-восточные в зависимости от полушария.

Вертикальная мощность пассатов растет от нуля вблизи центров субтропических антициклонов до всей толщи тропосферы вблизи экватора.

Муссоны - это устойчивые воздушные течения с сезонной сменой направления ветра. Устойчивость муссонов связана с устойчивым распределением атмосферного давления в течение сезона, а их смена - с изменением в распределении давления от сезона к сезону (рис. 28).

Основной причиной возникновения тропических муссонов является различное нагревание полушарий в течение года. Если по обе стороны от экватора находится океан, то сезонные смещения невелики, и муссоны не получают особого развития, как, например, над Тихим океаном. Но над материками (например, над Африкой) распределение давления меняется от января к июлю очень сильно, что и приводит к тропическим муссонам. Особенно мощные тропические муссоны в бассейне Индийского океана объясняются тем, что сезонные изменения температуры полушарий здесь усилены влиянием огромного материка Азии к северу от экватора, прогретым летом и охлажденным зимой.

Преобладание переноса воздуха зимой с материка на океан и летом с океана на материк приводит к важным особенностям погоды и климата тропических муссонов. Дождливый сезон совпадает с летним муссоном, а сухой сезон - с зимним муссоном.

В некоторых случаях возникают сильные тропические возмущения, сопровождающиеся ураганными ветрами. Такие возмущения называются тропическими циклонами (рис. 29). Районы их возникновения лежат между 20 и 5° широты в каждом полушарии. У экватора тропические циклоны наблюдаются редко, так как отклоняющая сила вращения Земли здесь слишком мала или равна нулю. Тропические циклоны возникают только над морем; если возникший циклон попадает на сушу, он быстро затухает в связи с увеличенным трением и соответствующим увеличением втока воздуха внутрь циклона в нижних слоях.

Развитие циклона связано с мощным подъемом нагретого и влажного воздуха над большой площадью океана. Воздух в циклоне втягивается внутрь и поднимается вверх, а в высоких слоях вытекает из циклона, что поддерживает в нем дефицит влажности.

Возникший циклон перемещается в общем с востока на запад, т. е. в направлении общего переноса воздуха в приэкваториальной зоне. При этом он отклоняется к высоким широтам (например, в северном полушарии движется к северо-западу) (рис. 30).

Давление в центре циклона падает до 885 мб, диаметр его несколько сотен километров, скорость ветра в нем достигает 20- 50 м/сек, а отдельные порывы до 100 м/сек. В тропическом циклоне образуется почти сплошное гигантское грозовое облако; выпадают сильные ливневые осадки.

Тропические циклоны вызывают сильное волнение в море, угрожающее катастрофой. Плоские берега, вблизи которых проходит циклон, иногда затапливаются гигантскими волнами, что приводит к огромным разрушениям и человеческим жертвам.

Внетропическая циркуляция. Особенностью атмосферной циркуляции во внетропических широтах является постоянное возникновение, развитие и перемещение крупномасштабных атмосферных возмущений с пониженным и повышенным давлением - циклонов и антициклонов. Преобладающий западный перенос представляет результат совокупного действия возникающих здесь атмосферных возмущений. Муссонная циркуляция имеет подчиненное значение.

В течение года во внетропических широтах каждого полушария возникают многие сотни циклонов. Хорошо развитый циклон может иметь в поперечнике две - три тысячи километров (см. рис. 29). Вертикальная мощность циклона увеличивается по мере его развития. В глубоких циклонах давление понижается до 950 мб, а минимальное наблюдавшееся - до 923 мб. Ветры иногда достигают штормовых скоростей на больших территориях, особенно в южном полушарии. Отдельные порывы ветра могут достигать 60 м/сек.

Жизнь циклона продолжается несколько суток. В первой половине существования циклон углубляется, во второй - заполняется и затухает, так как холодный фронт постепенно нагоняет теплый фронт и смыкается с ним (рис. 31). В некоторых случаях циклон существует долго, особенно если он объединяется с другими циклонами, образуя одну общую глубокую, обширную и малоподвижную область низкого давления, так называемый центральный циклон (рис 32).

Циклоны обычно перемещаются в направлении общего переноса воздуха в средней и верхней тропосфере, т. е. с запада на восток. Но в их движении имеется составляющая, направленная к высоким широтам. Поэтому наиболее глубокие циклоны наблюдаются в субполярных широтах: в северном полушарии - на севере Атлантического и Тихого океанов (исландская и алеутская депрессии центральных циклонов), в южном полушарии - вблизи Антарктиды. Скорость перемещения циклона 30-40 км/час, в отдельных случаях 80 км/час и более.

Циклонические области характеризуются увеличенной облачностью и осадками. В передней части циклона осадки обложные, в тыловой части - ливневые.

Между циклонами возникают и развиваются подвижные антициклоны. Их размеры и скорости движения примерно такие же, как в циклонах, но в поздней стадии развития антициклоны чаще", чем циклоны, принимают малоподвижное состояние и могут сохраняться в нем по многу дней. В перемещении антициклонов имеется составляющая, направленная к низким широтам. Поэтому происходит накопление антициклонов в субтропических зонах высокого давления (см. рис. 32). Зимой также происходит развитие, накопление и усиление антициклонов над охлажденными материками умеренных широт, особенно над Азией.

По мере развития антициклона мощные слои в нем медленно «оседают», что приводит к их нагреванию. В связи с этим воздух удаляется от насыщения и преобладает малооблачная и сухая погода. При ясной погоде зимой в антициклоне земная поверхность будет сильно выхолаживаться излучением, а от нее будут выхолаживаться и прилегающие слои воздуха. Барические градиенты и ветры во внутренних частях антициклонов обычно слабые; у поверхности земли нередки штили.

В тылу каждого циклона серии холодный полярный воздух проникает всё дальше в низкие широты . Тропический воздух продвигается в передних частях развивающихся циклонов в высокие широты . Таким образом , при посредстве циклонов и антициклонов происходит обмен воздухом между низкими и высокими широтами Земли .

Между субполярными областями скопления циклонов и субтропическими областями скопления антициклонов в пределах верхней тропосферы и нижней стратосферы может образовываться зона резких изменений температуры и давления – высотная фронтальная зона . Здесь возникают воздушные потоки очень большой скорости ( порядка 50-100 м / с ), которые называются струйными течениями . Их протяжённость – тысячи километров , ширина – сотни километров .

Там , где распределение давления в течение сезона обладает достаточной устойчивостью и где оно резко меняется от сезона к сезону , возникают внетропические муссоны .

Они особенно хорошо выражены на востоке СССР и северо - востоке Китая и над прилегающими морями ( см . рис . 28).

Местные ветры . Местными называют ветры , характерные для определённых географических районов . В одних случаях они возникают в результате местных обострений общей циркуляции атмосферы , в других связаны с влияние рельефа на общую циркуляцию , иногда являются проявлением местной циркуляции .

К первой категории относятся сильные ветры разной природы . Например , при прохождении средиземноморских циклонов над северной Африкой могут возникать сильные жаркие ветры . Их появление связано с сильным прогреванием нижнего слоя воздуха над пустыней и увеличением градиента в связи с этим . Обычно это сухие , пыльные шквалистые ветры , но иногда сопровождаются грозами . В разных районах они отражают местные особенности синоптической ситуации и имеют местные названия : сирокко в Алжире , самум в Аравии , хамсин в Египте .

Ко второй категории относятся порывистые ветры , возникающие в тех случаях , когда воздушные течения общей циркуляции атмосферы пересекают горные хребты . Примером такого ветра является фен . Температура воздуха при фене сильно повышается ; относительная влажность резко падает . Продолжительность фена от нескольких часов до нескольких суток , скорость до 20 м / сек . Фен может возникнуть в том случае , если воздушное течение общей циркуляции пересекает хребет достаточной высоты . С подветренной стороны воздух оттекает от хребта ; создаётся разряжение , вследствие которого воздух выше лежащих слоёв засасывается вниз в виде нисходящего ветра . Воздух , опускающийся по склонам гор , нагревается по сухоадиабатическому закону , т . е . на один градус на каждые 100 м спуска , так как он удаляется от точки насыщения. Поэтому он придет к подножью склона, имея более высокую температуру, чем температура воздуха, ранее занимавшего подножье.

Фены наблюдаются в Альпах, на Западном Кавказе (Теберда, Кутаиси), на южном берегу Крыма и в других местах.

К третьей категории относятся ветры с суточной сменой направления и небольшой скоростью: бризы и горнодолинные.

Бризы дуют днем с моря на сушу, ночью с суши на море. Они распространяются в глубь суши или моря на десятки километров и захватывают слой в несколько сотен метров и даже до 2 км. Бризы связаны с суточным ходом температуры поверхности суши и моря. Днем суша нагрета больше, чем море. Поэтому изобарические поверхности над сушей приподнимаются сравнительно с морем и на высоте создается горизонтальный барический градиент, направленный в сторону моря. Происходит отток воздуха по направлению градиента. Так как движение развивается в течение короткого времени, то отклоняющая сила вращения Земли не может уравновесить барический градиент: движение направлено с большой составляющей, поэтому внизу устанавливается барический градиент, направленный с моря на сушу, а с ним и соответствующий перенос воздуха в нижнем слое. Обратные условия будут ночью, когда суша охлаждается и становится холоднее моря. Перенос воздуха внизу будет с берега на море.

Горно-долинные ветры днем дуют вверх по долине и по склонам гор, ночью в обратном направлении. Вертикальная мощность их измеряется километрами. Днем склоны гор нагреты сильнее воздуха. Поэтому воздух в непосредственной близости к склону нагревается сильнее, чем воздух, расположенный дальше от склона, и в атмосфере устанавливается горизонтальный градиент температуры, направленный от склона в свободную атмосферу. Более теплый воздух у склона начинает подниматься по склону вверх. Подъем воздуха приводит к усиленному образованию облаков на склонах. Ночью при охлаждении склонов условия меняются на обратные, и воздух стекает по склонам вниз.

Общая циркуляция атмосферы (ОЦА) – система воздушных потоков планетарного масштаба, охватывающая весь земной шар, тропосферу и нижнюю стратосферу. В циркуляции атмосферы выделяют зональные и меридиональные переносы. К зональным переносам, развивающимся в основном в субширотном направлении, относятся:

– западный перенос, господствующий на всей планете в верхней тропосфере и нижней стратосфере;

– в нижней тропосфере, в полярных широтах – восточные ветры; в умеренных широтах – западные ветры, в тропических и экваториальных широтах – восточные (рис.14).

Всамом деле, воздух на экваторе в приземном слое атмосферы сильно прогревается. Теплый и влажный воздух поднимается вверх, объем его возрастает, и в верхней тропосфере возникает высокое давление. У полюсов из-за сильного охлаждения приземных слоев атмосферы воздух сжимается, объем его уменьшается и наверху давление падает. Следовательно, в верхних слоях тропосферы возникает переток воздуха от экватора к полюсам. Благодаря этому масса воздуха у экватора, а значит, и давление у подстилающей поверхности уменьшаются, а на полюсах возрастает. В приземном слое начинается движение от полюсов к экватору. Вывод: солнечная радиация формирует меридиональную составляющую ОЦА.

29 Законы атмосферного давления. Барические центры.

Нормальное атмосферное давление – вес атмосферного столба сечением 1 см 2 на уровне океана при 0ºС на 45º широты. Нормальное атмосферное давление равно 760 мм ртутного столба или 1013,25 мб. Давление в СИ измеряется в паскалях (Па): 1 мб = 100 Па.

Давление с высотой понижается, так как мощность вышележащего слоя атмосферы уменьшается. Расстояние в метрах, на которое надо подняться или опуститься, чтобы атмосферное давление изменилось на 1 гПа, называется барической ступенью . Барическая ступень на высоте от 0 до 1 км составляет 10,5 м, от 1 до 2 км – 11,9 м, 2–3 км – 13,5 м. Величина барической ступени зависит от температуры: с повышением температуры она увеличивается на 0,4 %. В теплом воздухе барическая ступень больше, следовательно, теплые области атмосферы в высоких слоях имеют большее давление, чем холодные.

Давление по земной поверхности распределено зонально. На экваторе в течение года располагается пояс пониженного давления – экваториальная депрессия (менее 1015 гПа).

В июле она перемещается в Северное полушарие на 15–20º с.ш., в декабре – в Южное, на 5º ю.ш. В тропических широтах (между 35º и 20º обоих полушарий) давление в течение года повышенное – тропические (субтропические) барические максимумы (более 1020 гПа).

Зимой над океанами и над сушей возникает сплошной пояс повышенного давления (Азорским и Гавайский – СП; Ю-Атлантический, Ю-Тихоокеанский и Ю-Индийский – ЮП). Летом повышенное давление сохраняется только над океанами, над сушей давление уменьшается, возникают термические депрессии (Ирано-Тарский минимум – 994 гПа).

В умеренных широтах СП летом формируется сплошной пояс пониженного давления , однако барическое поле дисимметрично: в ЮП в умеренных и субполярных широтах над водной поверхностью весь год существует полоса пониженного давления (Приантарктический минимум - до 984 гПа); в СП в связи с чередованием материковых и океанических секторов барические минимумы выражены только над океанами (Исландский и Алеутский – давление в январе 998 гПа), зимой над материками из-за сильного охлаждения поверхности возникают барические максимумы. В полярных широтах, над ледяными щитами Антарктиды и Гренландии давление в течение года повышенное – 1000 гПа (низкие температуры – воздух холодный и тяжелый)

Приветствую Вас дорогие читатели! В данной статье хотелось бы поговорить о том, как на нашей планете происходят воздушные течения.

Циркуляция атмосферы - система проявляющихся в масштабах всего земного шара либо полушарий, замкнутых течений воздушных масс.

Основной источник движения воздуха – это лучистая энергия Солнца. Эта энергия распределяется по всему земному шару неравномерно. Причина возникновения ветра именно в этом.

Солнечной радиации поступает больше в тропическую и экваториальную , а в высокие и умеренные – меньше, поэтому воздух сильнее нагревается в низких широтах, чем в полярных областях и умеренной зоне. Разница атмосферного давления и температуры возникает между холодной и теплой массой воздуха. Это и порождает ветер.

Бриз – это простой пример возникновения ветра. Он возникает через разницу температур воздуха над сушей и морем. Днем над сушей воздух нагревается больше, чем над морем. Нагретый воздух поднимается, и его заменяет воздух из моря.

Оборотное явление происходит ночью: море остается теплым, а суша охлаждается. Тогда, над морем поднимается воздух, а на его место занимает воздух из суши. Более могущественные ветра возникают приблизительно так же. Они дуют из области высокого давления в область низкого.

Пока существует разница давления, происходит этот процесс. Исключение – узкая зона вблизи экватора, там, на силу и направление ветра еще влияют и другие силы. Одна из этих сил – отклоняющая сила вращения , которая названа силой Кориолиса.

Ветер, находящийся выше шара трения, то есть на высоте около 1 км, под влиянием этой силы дует вдоль градиента, а от него отклоняется на 90°. В приземном шаре воздуха еще действует и сила трения с земной поверхностью, которая уменьшает скорость ветра и отклоняет его влево.

Скорость ветра растет, а горизонтальные градиенты температуры, давление и влажность увеличиваются, при сближении холодного и теплого воздуха.

Фронтальными или переходными, называют зоны, в которых теплая и холодная масса воздуха сближаются. Ежедневно возникают и рушатся в воздушном океане над полярными и умеренными областями обеих полушарий такие неспокойные зоны. Невелика ширина фронтальных зон – преимущественно 1- 2 тыс. км.

Антициклоны и циклоны – самые большие атмосферные вихри, они возникают на фронтах, где концентрируются большие запасы кинетической энергии, из-за разницы давления и температур. В диаметре они достигают 1 – 3 тыс. км. Охватывают нижние слои стратосферы и всю тропосферу, и развиваясь по вертикали, достигают десятков километров.

Не удивительно, что в таких грандиозных вихрях теплая масса воздуха переносится из тропиков и экваториальной зоны в высокие и умеренные широты, а холодные массы – в тропики и экваториальную зону. В результате – в высоких широтах температура относительно повышается, а в низких – .

и с погода обычно связана с циклонами, а малооблачная и ясная – с антициклонами. В антициклоне преобладают нисходящие движения воздуха, при которых степень насыщенности влагой уменьшается, а в циклоне – восходящие движения воздуха, которые способствуют конденсации влаги.

Эти атмосферные вихри, во внетропических широтах наблюдаются везде, но есть районы, в которых одни из них возникают реже, а другие чаще.

Зимой в Северном полушарии, чаще всего циклоны образуются на севере Тихого и Атлантического океанов, а антициклоны – на материках Северной Америки и . Летом на часто возникают циклоны, но они менее интенсивны. Летом они интенсивны над .

В Южном полушарии между летом (декабрь – февраль) и зимой (июнь – август) отличия невелики. Антициклоны чаще всего встречаются в северной части умеренной зоны и в субтропиках, при этом их центры размещаются над океанами, а циклоны чаще всего встречаются вокруг Антарктиды.

Преимущественные ветра зависят от атмосферного давления. Пассаты особенно характерны для низких широт. Эти ветра, постоянно направленны в сторону экваториальной зоны из областей высокого давления. В Южном полушарии они юго-восточного направления, в Северном полушарии – северо-восточного.

Муссоны, в отличие от пассатов, сезонные ветра. Они связаны с разницей температуры воздуха над океанами и материками. Летом эти ветры дуют из прохладных океанов на нагретые материки, а зимой — от прохладных материков к теплым океанам.

Для низких широт типичны муссоны, особенно для юго-востока и юга Азии. В умеренной зоне они также появляются, на Дальнем Востоке, в частности. И муссоны, и пассаты – это ветра приземного слоя . Совсем другая картина наблюдается на высотах. Выше 2 – 3 км, в умеренной зоне, преобладают западные ветра.

На высоте 12 км, их средняя скорость достигает больших значений: наибольшие средние скорости зонального ветра в январе над Аравией – 44 м/с, над юго-востоком Северной Америки – 40 м/с, над Японскими островами больше 60 м/с.

Небольшие средние скорости ветра в высоких широтах и на севере умеренной зоны: преимущественно не более 10 – 12 м/с. Но при интенсивном развитии антициклонов и циклонов, в отдельные дни, на высоте 9 – 12 км, скорость движения может превышать 60 – 80 м/с. Скорости воздушных течений летом везде ослабевают и даже на высоте не превышают 30 – 40 м/с.

Таким образом, — это ветра (воздушные массы), которые зависят от высоты, и места их формирования, которые как бы вращаются по замкнутому кругу.

Циркуляцией атмосферы называются крупномасштабные воздушные течения, существующие на земном шаре. В этих воздушных течениях возникают волны и вихри, обладающие характерными свойствами.

Возникающие, развивающиеся и затухающие в воздушные течения бывают разных размеров, время их существования различно. Так, например, кучевое облако возникает в потоке влажного воздуха из-за восходящего движения. Его размер приблизительно 10 км, а время существования полчаса. Движения воздуха такого масштаба в течение короткого времени влияют на небольшую территорию. А вот бризы, развивающиеся на равнинном побережье и дующие днем с моря на сушу, проникают в умеренных широтах в глубь территории на 25 - 30 км. Время их существования - полсуток. Бриз влияет на погоду в пределах небольшой территории. Это местный ветер, охватывающий узкую полосу земли вдоль побережья.

На вопрос, какие воздушные течения определяют погоду в пределах Московской области в течение от 1 до 5 суток, можно ответить, если учесть среднюю скорость переноса воздушных масс, которая известна из аэрологических наблюдений. В среднем она равна 50 км/ч. Следовательно, в каждую точку Московской области поступает воздух, который за сутки до этого находился на расстоянии 1200 км, а за 5 суток - на расстоянии 6000 км от этой точки. Таким образом, крупномасштабные воздушные течения сопоставимы по размерам с материками и океанами, а продолжительность их существования 5 - 6 суток. Если же мы хотим узнать погоду на более обширной территории, например, на европейской части России, то надо рассматривать структуру воздушных течений на всем Северном полушарии за сутки, а на всем земном шаре - за 5 суток. Поэтому для понимания изменения погоды в течение нескольких суток необходимо знать закономерности крупно-масштабных воздушных течений или закономерности общей циркуляции атмосферы.

При наблюдении Земли из космоса, как видно на приведенных снимках, можно судить о воздушных течениях, развитии и перемещении облачных систем. Так, в умеренных широтах обоих полушарий встречаются полосы облачности шириной 300 - 500 км, распространяющиеся на тысячи километров и закручивающиеся в Северном полушарии в полярных широтах против часовой стрелки, а в Южном полушарии - по часовой стрелке. Эта облачность, как правило, все время перемещается с запала на восток, возникая в одном географическом районе и разрушаясь через 2 - 3 дня в другом.
В то же время в субтропических широтах (30 - 15° широты) над океанами и над пустынями облачности мало. А если она и есть у западных побережий Африки и Америки, то только в виде облачных островков. Наконец, в экваториальной зоне (15° с. ш. - 15° ю. ш.) всегда существует одна или две полосы облачности, более или менее плотной.

Отражает закономерности общей циркуляции атмосферы на земном шаре: характер воздушных течений в умеренных широтах обоих полушарий отличается от характера воздушных течений в субтропических и экваториальных широтах.

В умеренных широтах всегда присутствуют три воздушные массы: в полярной области арктическая (или антарктическая), в зоне 30° — 40° широты — тропическая и воздушная масса умеренных широт. Эти воздушные массы различаются по температуре, влажности и запыленности. Так, в январе иногда в Москву приходит арктический воздух с и со средней температурой -19°С, морской умеренный воздух с Атлантики - с температурой - ГС, а тропический воздух из Северной Африки приносит с собой оттепели: температура повышается до +2°С. В Местах соприкосновения этих воздушных масс возникают фронтальные зоны, которые у земли проявляются как полосы перехода (в 10 - 20 км) от одной воздушной массы к другой. Здесь-то и образуются полосы облачности, которые видят космонавты сверху. Во фронтальных зонах в толще тропосферы холодный воздушный поток, который находится на стороне, обращенной к полюсам, соприкасается с теплым воздушным потоком, который находится на стороне, обращенной к экватору. Таким образом, во фронтальной зоне существует перепад температуры и, следовательно, плотности воздуха. Такой поток неустойчив, и в нем возникают воздушные волны длиной 5000 - 6000 км, превращающиеся потом в вихри - циклоны и антициклоны. Циклон - вихрь с замкнутыми изобарами и самым низким давлением воздуха в центре. В циклоне ветер дует против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой стрелке в Южном полушарии. В циклоне всегда существует восходящее движение воздуха, и поэтому возникают облачность и осадки. Закручивающиеся облачные спирали, наблюдаемые из космоса в умеренных широтах, это и есть циклоны.
Одновременно с развитием циклона возникает антициклон - вихрь с замкнутыми изобарами, самым высоким давлением воздуха в центре и ветрами, дующими по часовой стрелке в Северном полушарии и против часовой стрелки - в Южном. В антициклоне всегда существуют нисходящие движения воздуха, препятствующие возникновению мошной облачности и продолжительных осадков. Просветы ясного неба, видимые космонавтами в умеренных широтах и разделяющие облачность фронтов, относятся к антициклонам.

Таким образом, крупномасштабная циркуляция атмосферы в умеренных широтах - это постоянное образование, развитие, движение, а затем затухание и исчезновение циклонов и антициклонов. При этом циклоны, возникающие на фронте, разделяющем теплую и холодную воздушные массы, движутся в сторону полюсов, перенося теплый воздух в полярные широты. Антициклоны же, возникающие в тылу циклонов в холодной , движутся в субтропические широты, перенося туда холодный воздух. Именно эти процессы и определяют изменения погоды в умеренных широтах.

Чтобы следить за происходящими в атмосфере процессами, через каждые три часа в метеорологических службах всех стран составляются карты погоды и два раза в сутки карты барической топографии различных изобарических поверхностей. Для характеристики общих закономерностей циркуляции атмосферы составляют средние многолетние карты давления воздуха на уровне моря, карты преобладающих ветров и средние карты топографии изобарических поверхностей. Карты отражают наиболее повторяющиеся процессы в умеренных, субтропических и экваториальных широтах. Кроме того, они позволяют судить о сезонных изменениях циркуляции атмосферы, вызванных различным поступлением в течение года.

В январе в северной и в северном Тихом океане наблюдаются области низкого давления, называемые Исландской и Алеутской депрессиями, и области высокого давления над и Азией, называемые Канадским и Сибирским антициклонами. Депрессии существуют в районах, где часты циклоны, которые по мере продвижения на восток и северо-восток постепенно заполняются и уступают место антициклонам. Азиатский и Канадский антициклоны возникают только благодаря существованию на этих широтах обширных континентов - и . В этих районах зимой антициклоны преобладают над циклонами. Летом над материками происходит коренная перестройка барического поля и циркуляции, и зона образования циклонов в Северном полушарии смещается в более высокие широты.
В умеренных широтах Южного полушария циклоны, возникающие над однородной океанической поверхностью, двигаясь на юго-восток, встречают ледяной купол Антарктиды, когда в их центре самое низкое давление воздуха. Здесь циклоны застаиваются. Этот процесс происходит зимой и летом. Поэтому Антарктида окружена поясом низкого давления с циклоническими центрами.

Циркуляция атмосферы в субтропических широтах различна над океанами и в районах соприкосновения материков и океанов. На космических снимках видно, что над и и в Северном и Южном полушариях в субтропиках имеются области высокого давления воздуха: это Азорский и Южноатлантический субтропические антициклоны в Атлантике и Гавайский и Южнотихоокеанский субтропические антициклоны в Тихом океане. Здесь зимой и летом давление высокое. В южной части Индийского океана также круглый год расположен антициклон, называемый Маскаренским.

В отличие от океанов, в Азии, и отчасти в ситуация от зимы к лету полностью меняется. Если зимой над Азией господствовал Сибирский антициклон, южная периферия которого захватывала субтропики, а на Северную распространялся отрог Азорского антициклона, то летом вся занята обширной областью низкого давления, центр которой располагается над Аравией, и Сахарой. Такое различное распределение давления в субтропиках над океанами и материками и разное изменение давления от зимы к лету определяют две системы циркуляции глобального масштаба: пассатную над океанами и муссонную в области соприкосновения материка и океана.

В антициклоне, как мы знаем, ветры в Северном полушарии дуют по часовой стрелке, а в Южном полушарии - против часовой стрелки. Поэтому на экваториальной стороне Азорского и Гавайского антициклонов дуют северо-восточные ветры, которые по мере продвижения к центру океанов становятся восточными, а при приближении к и к - юго-восточными. Эти ветры и есть северо-восточный пассат.

В Южном полушарии на экваториальной стороне Южноатлантического, Маскаренского и Южнотихоокеанского антициклонов дуют юго-восточные ветры - юго-восточный пассат. Поскольку в субтропиках Северного и Южного полушарий высокое давление и антициклоны существуют в течение всего года и только меняют интенсивность, то и пассатные ветры существуют в течение всего года, являясь самыми устойчивыми ветрами в мире. Именно этим воспользовались X. Колумб и Т. Хейердал в своих экспедициях.

В субтропических антициклонах, как в антициклонах вообще, наблюдаются нисходящие движения воздуха, которые препятствуют образованию облачности выше 1,5 км. Только в нижнем полуторакилометровом слое над океаном может образоваться кучевая облачность, связанная с восходящими движениями в относительно холодном пассатном потоке, текущем над теплым тропическим океаном. Но оседание воздуха в верхних слоях препятствует дальнейшему росту облаков. Поэтому в области пассатов никогда не бывает существенных осадков, и просторы океанов под субтропическими антициклонами - это морские пустыни с влажным воздухом без осадков. Именно поэтому над океанами в субтропиках космонавты не видят облачных систем.

Теперь рассмотрим ситуацию, которая складывается там, где евразиатский материк граничит с северной частью Индийского океана, а также западной частью Тихого океана. Зимой давление воздуха убывает от Азии в направлении экватора, т. е. барический градиент направлен с севера на юг. Это вызывает отток воздуха из Сибирского антициклона на юго-восток, поскольку оттоку на юг препятствуют горные системы . Затем северо-западный поток под влиянием силы Кориолиса Северного полушария, выходя на морскую поверхность, становится северо-восточным. Далее воздух течет вдоль восточного побережья Азии, попутно прогреваясь и увлажняясь от океана. Наконец он пересекает экватор и под влиянием силы Кориолиса, только теперь Южного полушария, снова становится северо-западным и достигает и Северной . Это и есть Азиатский зимний муссон, который для Индонезии и Австралии, конечно, летний. Набрав по дороге влагу, он несет обильные дожди Индонезии и Северной Австралии.
Под влиянием того же барического градиента сухие тропические воздушные массы Передней Азии, Индостана и Индокитая в виде северовосточного потока текут над севером Индийского океана, пересекают экватор и под влиянием силы Кориолиса Южного полушария становятся северо-западными. В Индийском океане они встречаются с юго-восточным пассатом Индийского океана.

В это время в Западной Африке дует сухой горячий северо-восточный ветер, который называется харматан. Это зимний муссон, который создает сухой сезон в Сахели - обширной саванне южнее Сахары. Летом там, где соседствует евразиатский материк с и Западная Африка с Гвинейским заливом, барическое поле полностью меняется. Теперь барический градиент направлен с юга на север, от Маскаренского антициклона и Южноатлантического антициклона в область Азиатской термической депрессии и в ее ложбину нал Сахарой. В связи с этим юго-восточный пассат в Индийском океане пересекает экватор. Под влиянием силы Кориолиса Северного полушария воздушный поток постепенно отклоняется вправо и становится юго-западным. В мае этот юго-западный поток достигает , севера , и севера . В начале июня юго-западный поток захватывает весь полуостров Индостан, позже он доходит до северо-западной Индии. Так, в Дели он приходит в июле. Этот юго-западный поток и есть Индийский муссон, который приносит летом дожди в , покидая самый юг Индии в декабре. В этих странах дождливый сезон, связанный с юго-западным муссоном, начинается в мае и кончается в октябре - ноябре.

Меридиональный барический градиент, направленный на север, создает условия для возникновения юго-западного потока влажного воздуха из южной Атлантики и Гвинейского залива, который распространяется на саванны Сахели и с мая по октябрь. Этот летний западноафриканский муссон является единственным источником дождей для Судано-Сахельской зоны, и от его интенсивности зависит жизнь людей, а то и целых государств. Так, ослабление летнего муссона в Сахели в 70 - 80-е гг. привело к катастрофическим последствиям для населения и массовой гибели домашнего скота.

В экваториальной зоне зимой и летом наблюдается низкое давление, опоясывающее весь земной шар. Эта полоса низкого давления называется экваториальной ложбиной.

Зимой экваториальная ложбина Северного полушария занимает самое южное положение, а летом - самое северное. Но это смещение неодинаково на различных долготах: оно наименьшее в области распространения пассатов и наибольшее в области господства муссонов. Над океанами к центру экваториальной ложбины устремляются два пассатных потока из Северного и Южного полушарий. Северо-восточный пассат Северного полушария и юго-восточный пассат Южного полушария направлены навстречу друг другу. Поэтому на линии самого низкого давления они сталкиваются, образуя так называемую внутритропическую зону конвергенции (конвергенция - «сходимость»). Условием длительного поддержания зоны конвергенции (а она существует круглый год) являются восходящие движения воздуха и отток воздуха выше пассатов к субтропикам. Иначе сходящиеся воздушные потоки пассатов быстро заполнили бы ложбину.

Во влажном тропическом воздухе восходящие движения воздуха приводят к образованию мощных кучево-дождевых облаков, облачных скоплений протяженностью 100 - 200 км, которые и видят космонавты. Из облачных скоплений выпадают ливни. Таким образом, внутритропическая зона конвергенции является местом, где дожди выливаются из , собранного пассатами над океанами. В верхних частях тропосферы (10 - 16 км) действительно наблюдаются воздушные течения, направленные из зоны конвергенции к субтропическим антициклонам. Здесь этот воздух опускается. К оседанию воздуха в антициклонах, пришедших из умеренных широт, добавляется снижение воздуха, пришедшего из внутритропической зоны конвергенции.

Приток пассатов к экватору в нижней части тропосферы, его подъем в зоне конвергенции, затем отток воздуха в верхней тропосфере к субтропическим антициклонам и там опускание образуют так называемую ячейку Хэдли (Гадлея), по имени английского ученого, описавшего это явление в 1735 г.
В области муссонной циркуляции также образуется зона конвергенции: зимой при встрече муссона с юго-восточным пассатом Маскаренского антициклона, северным летом - при встрече муссона с континентальным тропическим воздухом Азии и Сахары.

Сезонное смещение внутритропической зоны конвергенции, образованной пассатами, очень небольшое - 3 - 5° вдоль меридиана, а сезонное смешение муссонной зоны конвергенции большое, порядка 25° вдоль меридиана, что вносит определенное различие в эти зоны, выражающееся, в частности, в форме и размерах конвективных облачных скоплений.

О распределении Давления и преобладающих воздушных течениях, которые наблюдаются у поверхности земли, мы рассказали выше. Замечательно, что такие же воздушные течения и распределение давления наблюдаются в нижнем от поверхности до высоты 1,5 км. Если же подниматься во все более высокие слои атмосферы, то характер воздушных течений (и поле давления) постепенно изменяется. Эти изменения все больше определяются распределением температуры на земном шаре: ее контрастом между полюсами и тропиками. Так, на высоте 10 — 12 км над холодными и круглый год существуют огромные циклонические вихри, на периферии которых в умеренных широтах Северного и Южного полушарий господствуют западные воздушные течения. Эги западные воздушные течения неустойчивы: в них все время возникают волны длиной 5 - 6 тыс. км. В передней части такой волны, от ложбины до гребня у земли, возникают циклоны, в тыловой части от гребня до ложбины — антициклоны. Субтропические антициклоны — это высокие теплые образования, они захватывают своей циркуляцией всю тропосферу. Поэтому границей западных воздушных течений умеренных широт служит обращенная к полюсам периферия субтропических антициклонов. Здесь как раз и возникают самые сильные западные ветры - субтропическое струйное течение, где скорость западного ветра всегда более 100 км/ч, а иногда и 200 — 250 км/ч.
На периферии субтропических антициклонов, обращенной к экватору, дуют восточные ветры. Таким образом, в тропиках наблюдаются восточные воздушные течения. Ветви этих течений направлены к субтропическим антициклонам и образуют ячейку Хэдли.

Если подняться еще выше, скажем, на высоту 25 км, то там характер воздушных течений определяется временем года. Летом над всем полушарием господствуют восточные ветры в огромном антициклоне, покрывающем полушарие с центром над полюсом. В это же время над другим полушарием властвует циклон с центром над полюсом, который создает западные воздушные течения. Итак, эти барические системы и ветры все время меняются: в июне, июле и августе - антициклон и восточные ветры в Северном полушарии, циклоны и западные ветры - в Южном полушарии; в декабре, январе и феврале - антициклон и восточные ветры в Южном полушарии, циклон и западные ветры — в Северном полушарии.