Движущие силы циркуляции атмосферы

Общая циркуляция атмосферы

Общая циркуляция атмосферы – совокупность основных движений воздуха планетарных размеров, посредством которых осуществляется обмен воздушных масс в горизонтальном и в вертикальном направлениях в тропосфере и нижней стратосфере до высоты примерно 20 км (гораница географической оболочки).

Простейшее сопоставление горизонтальной протяженности атмосферы (расстояние от экватора до полюса 10 002 км) и вертикальной ее мощности (20 км) показывает, что большее ее количество момента движения в общей циркуляции атмосферы приходится на горизонтальный перенос и меньше на вертикальный. Даже в экваториальном поясе, где дуют постоянные пассаты, на вертикальную циркуляцию приходится только 14 %, а 86 % - на горизонтальную составляющую.

Однако роль вертикального переноса выражается не только количественными показателями. В выпадении осадков или в иссушении воздуха решающее значение имеют восходящие и нисходящие токи. С восходящими движениями воздуха связано выделение скрытой теплоты парообразования, играющей решающую роль во всем режиме тропосферы.

Общая схема циркуляции атмосферы может быть представлена в следующем виде. В каждом полушарии имеется три кольца движения воздуха:

Первое кольцо охватывает тропические широты и включает восходящие токи воздуха над экватором (барический минимум), перенос его к тропикам ветрами западно-северо-западного направления в северном полушарии и западно-юго-западного направления в южном полушарии, опускание на широтах около 30⁰ (барические максимумы) и возвращение воздуха пассатами к экватору.

Второе кольцо находится в умеренных широтах и состоит из западных ветров, дующих из тропических барических максимумов, подъема воздуха на умеренном и арктическом фронтах и переноса его вверху, с одной стороны, в тропические широты, а с другой – к полюсам.

Третье, полярное, кольцо включает опускание воздуха близ полюсов, перенос его к Арктическому и Антарктическим максимумам и восходящие движения на фронтах.

Главная движущая сила циркуляции атмосферы заключается в подъеме теплого экваториального воздуха.

Основной движущей силой циркуляции воздуха служит скрытая теплота испарения. Преимущественно именно она, а не турбулентный теплообмен вызывает восходящие токи воздуха в барических минимумах.

Самое большое количество солнечной энергии (тепла) усваивают тропические пояса океанов. Небо здесь безоблачное, напряжение солнечной радиации большое. Альбедо воды при высоком положении Солнца составляет всего около 2-8 %. В этих условиях с поверхности океанов испаряется огромное количество воды.

Здесь образуется первый импульс циркуляции атмосферы. Из тропиков около ¾ водяного пара переносится пассатами к экватору, а ¼ в умеренные широты.

Воздушные массы пассатов северного и южного полушарий сходятся на экваторе в зоне конвергенции – сходимости, где воздух нагревается теплотой фазового перехода пара в воду при конденсации. Этот процесс протекает по принципу «цепной реакции»: по мере поднятия воздух охлаждается, пар конденсируется, выделяется теплота, которая дает толчок к подъему на следующую высоту. Затем опять происходит некоторое охлаждение (около 0,6⁰ С на 100 м высоты) и т.д. вплоть до верхней тропосферы (10-15 км).

Испарение, как известно, происходит повсеместно, но особенно интенсивно в низких экваториальных и тропических широтах. В умеренные пояса поступает около 25 % воздушных масс тропического пояса, а с ними – и солнечной энергии, усвоенной океанами в тропиках. Гольфстрим и Куросиво – это не только теплые течения в океанах, но и пути переноса теплого воздуха, насыщенного влагой. На огромной площади океанов и влажной суши умеренных поясов происходит испарение, дающее атмосфере теплоту фазового перехода при конденсации пара.

Теплые воздушные массы встречаются с холодными, идущими от Арктики и Антарктики. При их встрече образуются фронты, возникает циклоническая циркуляция воздуха. И во фронтогенезе, ив циклогенезе решающую роль играет скрытая теплота парообразования. Следовательно, движущая сила циркуляции атмосферы – скрытая теплота парообразования – работает в трех влажных зонах земли – экваториальной и двух умеренных. Одновременное приложение силы в трех поясах способно привести в движение всю систему «атмосфера-гидросфера».

Дата добавления: 2014-11-20