Атмосферная циркуляция и зональность увлажнения

Структура общей циркуляции атмосферы в целом весьма сложна как во времени, так и в пространстве. Для нее характерно чередование зональных и меридиональных движений, что затрудняет составление ее схем. Общая циркуляция атмосферы к тому же еще в деталях недо­статочно изучена. В пособии рассматриваются лишь географи­ческие особенности циркуляции нижней половины атмосферы, где со­средоточена основная масса (до 90% и более) содержащейся в ней влаги.

На высотах в несколько километров над большей частью земного шара преобладают западные ветры [6]. Это связано с уменьшением темпе­ратур к высоким широтам; в более же холодном воздухе давление по вертикали падает быстрее, и на высотах над полярными районами давление оказывается пониженным. Лишь между экватором и тропи­ками (и то не везде или не во все сезоны) преобладают восточные ветры, о чем можно судить по картам потоков влаги. У поверхности земли картина более сложная. В высоких широтах вы­деляется зона ветров с восточной составляющей. В более низких широтах возникают сезонные особенности ветров, обусловленные разли­чиями температур между полушариями, между океанами и сушей, ко­торые в самом общем смысле можно назвать муссонными. Взаимодей­ствие муссонных и зональных ветров общей циркуляции приводит к ее усложнению. Материки могут испытывать в разные сезоны влияние воз­душных потоков со стороны различных океанов (например, Восточная Азия в первую половину года испытывает влияние Индийского океана, а во вторую половину—Тихого). Муссонные потоки могут не получать компенсации в более верхних слоях, там муссонная составляющая по­давляется общим зональным переносом. По этой же причине в умерен­ных и субтропических широтах муссонные тенденции, характерные для восточных побережий, слабо проявляются на западных частях мате­риков, где преобладают зональные составляющие общей циркуляции. В экваториальных районах западные побережья материков могут испы­тывать муссонные влияния даже больше восточных.

В самом общем виде режим осадков и переноса влаги по широтным географическим зонам может быть описан, согласно Б. П. Алисову [6], следующим образом.

Экваториальная зона характеризуется относительно слабыми ветрами и переносом влаги. Однако районы, где сильны муссонные тенденции и циркуляционные зоны в течение года мигри­руют по широте, по очереди испытывают влияние пассатов обоих полушарий. Причем летом переход пассата через экватор при­водит к превращению его в ветер с западной составляющей. В этом процессе участвуют и ветры более высоких слоев атмосферы (на карте экваториальная зона в подобных районах прервана).

Ход осадков относительно равномерный с тенденцией к максимуму весной и осенью. Однако в условиях со сложной оро­графией и взаимодействием муссонов, например в Индонезии, годовой ход осадков сильно различается даже на близких расстояниях. В зави­симости от того, является ли район наветренным или подветренным к орографическим препятствиям, осадки существенно различаются, однако экстремальные значения для материков здесь не отмечаются.

Зона экваториальных муссонов характеризуется существенными переносами влаги, меняющими направление по сезонам. В большей части зоны, особенно у побережий и орографических пре­пятствий, осадки очень велики (Черапунджи в Индии, Дебунджа в Ка­меруне, Андагойа в Колумбии). Осадки в основном выпадают летом, зима сухая. Исключение составляют восточные берега материков, где летний муссон приходит с суши, переваливая через горы (Вьетнам, Сомали), а зимний идет с океана по западной периферии океанического антициклона. Осадки в течение года выпадают здесь относительно равно­мерно.

На восточных побережьях материков (остров Мадагаскар и Австра­лия) много осадков приносят тропические циклоны, приходящие чаще всего осенью (в Бенгальском заливе весной и осенью, в Аравийском — несколько больше весной, впрочем, в последнем циклоны очень редки).

Пассатная зона обеих полушарий располагается от оси субтропиче­ских антициклонов к экватору. В нижних слоях атмосферы области высокого давления, так называемые «стационарные антициклоны» (азорский, гавайский и антициклоны в каждом из трех океанов в южном полушарии), сохраняются только над океанами. Летом над материками в нижних слоях атмосферы они исчезают, сохраняясь в более высоких слоях в виде незначительных нисходящих движений. Это затрудняет образование осадков в пассатной зоне, а над тропическими пустынями образуются замкнутые области пониженного влагосодержания атмо­сферы.

В северном полушарии океанические антициклоны лучше выражены летом, в южном—зимой, что связано с перераспределением воздуха между полушариями. В южном полушарии сезонное перераспределение воздуха между материками и океанами из-за незначительности пло­щади суши в этих широтах существенной роли не играет. В зоне пас­сатов до значительных высот в тропосфере господствуют восточные ветры, вызывающие достаточно большие переносы влаги. Сухость пас­сатных ветров в нижних слоях и ясное небо при большом притоке сол­нечной радиации приводят в этой зоне к большому испарению с океа­нов, которое значительно превышает осадки.

Во всех остальных зонах имеет место обратное соотношение. В боль­шей части пассатной зоны осадков выпадает мало, а местами они практически отсутствуют. Осадки малы как из-за нисхо­дящих движений, так и из-за пассатной инверсии, особенно низко опускающейся на восточной периферии океанических антициклонов.

На западных берегах океанов, подветренных к пассату, океаниче­ский воздух попадает на материк лишь в процессе бризовой циркуля­ции. Уменьшению осадков способствует выход у побережий холодных глубинных вод, а также холодные течения и опускание воз­духа по склонам береговых горных цепей материка (Анды). Наи­меньшее количество осадков в этой зоне наблюдается в глубине ма­териков и на их западных побережьях. При этом область уменьшения осадков проникает глубоко в океан, захватывая как прибреж­ные острова, так и центральную его часть. Лишь в западных частях океанов и на восточных побережьях материков (например, в Центральной Америке), где пассат увлажняется и теряет свою меридиональную со­ставляющую, а инверсия поднимается и ослабляется, наветренные гористые участки увлажняются обильно (на Гавайских островах в одном из пунктов около 12000 мм за год), в подветренных же ча­стях островов выпадает всего несколько сот миллиметров. На восточные побережья здесь проникают еще тропические циклоны (в Центральной Америке из-за узости суши они проходят и на Тихоокеанское побережье).

Субтропическая зона циркуляции располагается на внешней перифе­рии пассатной зоны. Ее особенности проявляются в основном в летнее время. Зимой здесь преобладает изменчивая циркуляция умеренных широт. В этой зоне переносы влаги летом сохраняют восточное, а зи­мой западное направление. Над океанами, остро­вами и в западных частях материков лето сухое, а зима влажная, с ча­стым прохождением циклонов умеренных широт (Средиземноморье и др.).

В глубине материков максимум осадков переходит на весну, когда при более высокой температуре в воздухе содержится больше влаги, а циклоническая деятельность на фронте умеренных широт наиболее развита. Однако в глубине материков, кроме высокогорных районов, сухо (преобладает ландшафт степи и пустыни). В благоприятных оро­графических условиях годовая сумма осадков уменьшается до несколь­ких миллиметров (пустыня Такла-Макан, Долина Смерти).

На восточных побережьях Азии, Африки и Северной Америки и в этой зоне развивается муссонная циркуляция, приводящая к их обильному увлажнению с преобладающим летним максимумом осад­ков.

В зоне умеренных широт господствующим является западный перенос. В нижних слоях на южной периферии зоны (северное полушарие) он может быть и восточным, преобладающее направление здесь слабо выражено, а на некоторой высоте перенос сменяется западным, что и определяет общий поток влаги. В этой зоне приток радиации по срав­нению с предыдущими зонами существенно ослабевает, и во все сезоны за исключением лета он сильно меняется с широтой. Это приводит к большим контрастам температуры, интенсивной атмосферной цирку­ляции и изменчивости погоды изо дня в день. В этой зоне возникают также большие годовые и особенно сезонные различия температуры между материками и океанами, вызывающие формирование зимой внутри материков антициклонов (наиболее мощного в Евразии). Летом над материками давление понижено. Над океанами сезонный ход давления обратный. Сезонные минимумы давления сдвинуты на периферию зоны в субполярные районы. Из-за больших сезонных различий между мате­риками и океанами в потоках влаги возникают довольно большие мери­диональные составляющие.

Атмосферная циркуляция и скорости воздушных потоков в соответ­ствии с температурными контрастами в холодное время больше, чем летом, что несколько уменьшает годовой ход переносов влаги, обус­ловленный различиями влагосодержания. В среднем почти весь год влагосодержание атмосферы в соответствующих широтах над океаном больше, чем над сушей (или близко к нему). Количество осадков и их годовой ход разнообразны. Преобладание осадков над испарением, как правило, нарастает к полярным районам.

Над океанами и прибрежными районами (а также в горах) зимой выпадает осадков больше, чем летом и весной, но по направлению в глубь материка под влиянием зимнего выхолаживания (а в дальней­шем и увеличения антициклональности) летние (или весенние) осадки начинают преобладать над зимними. В центральных и восточных ча­стях материка осадков зимой (например, в Азии) может выпадать совсем мало. Муссонные тенденции в восточной части материка при­водят к увеличению меридиональных составляющих зимой (от поляр­ных, а летом от экваториальных широт). Это приводит к боль­шому годовому ходу влагосодержания: зимой оно мало, а летом очень велико.

В западных частях материков меридиональные составляющие цирку­ляции выражены слабее и характеризуются обратным годовым ходом, в котором различия между летом и зимой сглажены. В южном полушарии в этой зоне почти нет суши. Узкая полоса суши южной Америки, юга Тасмании и южного острова Новой Зеландии слишком незначительна и резко выраженных сезонных особенностей не вызывает, кроме Анд, в орографической тени которых уменьшается влагосодержание атмосферы. Влияние материков, расположенных север­нее (в других климатических зонах) распространяется и на зоны уме­ренных широт (например, в Тасмановом море). Субарктическая зона, где летом четко выражена циркуляция умеренных широт, а зимой полярных, выделяется лишь в северном полушарии. В южном океаниче­ском полушарии сезонные изменения границ циркуляции малы. Осо­бенности этой зоны целесообразно рассмотреть вместе с циркуляцией арктической зоны.

В полярных зонах обоих полушарий циркуляция имеет ряд общих черт и существенные различия, связанные главным образом с распре­делением океанов и суши. Характерной чертой этих частей обоих полу­шарий является господство льдов — материковых ледников на суше и плавучих айсбергов на морях. Ледники значительно увеличивают высоту суши. Кроме того, суша в этих районах (Гренландия на севере, Антарктида на юге) гориста и высока. Это создает весьма суровые климатические условия на суше, низкие температуры в течение всего года, незначительное влагосодержание, а в центральных частях Ант­арктиды очень малые осадки. Материки и крупные острова этих широт круглый год являются центрами холода. Зимой, в полярную ночь, это происходит в связи с большим выхолаживанием по сравнению с той же высотой в свободной атмосфере—летом из-за большой отражательной способности снега и льда при низких температурах. Поэтому крупные участки суши имеют тенденцию становиться центрами циркуляционных процессов.

Морские льды также являются источниками выхолаживания, но это влияние сильнее проявляется летом. Зимой же они оказываются даже теплее суши, но намного холоднее незамерзшей части океана. Граница полярных льдов во времени неустойчива. С этим фактором связаны многолетние колебания климата. В полярных областях, особенно над сушей, имеется тенденция к образованию антициклонов, а на внешней границе воздушных масс, сформировавшихся в этих областях, возникает арктический (в южном полушарии—антарктический) фронт и развива­ется циклоническая деятельность. На периферии полярных областей увлажнение довольно значительно. Поскольку условия этих областей в какой-то мере определяют межширотные контрасты температур, они влияют на увлажнение умеренных и даже низких широт и участвуют в формировании многолетних колебаний осадков. Циклоны проникают и в глубь полярных областей, особенно в Арктике. Переносы влаги в нижних слоях атмосферы в полярных областях обоих полушарий имеют преимущественно восточную составляющую, но с высотой ветер быстро переходит на западные румбы, и общий поток влаги летом при­обретает западную составляющую. Зимой потоки влаги очень малы и в высоких широтах имеют направление с востока на запад.

Таким образом, главная роль атмосферной циркуляции в водном балансе земного шара - это формирование осадков и переноса тепла и влаги. Воздушные течения, создаваемые общей циркуляцией, пере­мешивают водяной пар, формирующийся над океаном и сушей, упоря­дочивают поверхностные течения в океанах и усиливают испарение.

ГЛАВА 2. ВОДНЫЙ БАЛАНС ЕВРОПЫ

Дата добавления: 2015-07-02