Загальна циркуляція атмосфери

Загальною циркуляцією атмосфери називають сукупність повітряних течій над земним шаром. Ці течії достатньо сталі й охоплюють великі географічні райони. При цьому відбувається переміщення повітряних мас, а саме теплої та вологої з одних районів у інші, що відбувається на зміні характеру погоди.

Якби поверхня Землі була однорідною та Земля не оберталася, то в результаті різниці температур між екватором і полюсами встановилася би проста циркуляція атмосфери: в нижніх шарах повітряні потоки були б направлені від полюсів до екватору, а в екватора вони піднімалися би вверх і у верхніх шарах вітер дув би в протилежному напрямку. В екваторіальній зоні мали б місце сходячі рухи повітря, а над полюсами – низькосходячі. Схема такої циркуляції показана на рис.15.2, де стрілки показують напрямки повітряних потоків у поверхні Землі. По краях схеми представлений верхній розріз атмосфери, де зображений розподіл течій у верхніх шарах атмосфери.

Рис.15.2 Циркуляція на однорідній Землі, що не обертається

Рис.15.4 Спрощена схема загальної циркуляції

Дійсна схема загальної циркуляції атмосфери складніша, так як на повітряні течії впливає відхиляюча сила обертання Землі, а також неоднорідність земної поверхні, що зумовлює різницю в температурах повітря на одних і тих широтах.

На землю, що обертається та має однорідну підстилаючу поверхню, повітряні потоки, відтікаючи від екватора у верхніх шарах, під впливом сили Коріоліса, починаючи з широти 10-15⁰, постійно відхиляються в північній півкулі вправо, а в південній – вліво (рис.15.3). Тут вітри дують вздовж паралелей. Такі потоки називаються зональними. Накопичення притікаючих сюди мас повітря утворює підвищений тиск і внаслідок цього в нижніх шарах атмосфери на широтах 30-35⁰ північної та південної півкулі утворюються субтропічні баричні максимуми. При зазначеному розподілі тиску баричні градієнти у поверхні Землі направлені з області субтропічних поясів високого тиску з півночі на південь. У відповідності з цим у поверхні Землі повітря відтікає від субтропічних областей підвищеного тиску частково до екватора та частково до полюсів. Потоки, що рухаються від екватора під впливом сили Коріоліса відхиляються в північній півкулі вправо, а в південній – вліво від напрямку градієнту (рис.15.4). В результаті між тропіками і екватором в північній півкулі вітер дме з північно-східного, а в південній — з південно-східного напрямків. Ці вітри називають пасатами. А ті, що дують від екватора до субтропіків у верхніх шарах атмосфери називаються антипасатами. Пасати та антипасати складають у тропічній області два замкнутих кільця циркуляції.

Маси повітря, що відтікають у нижні шари атмосфери від субтропічних максимумів під впливом сили Коріоліса, відхиляються вправо (в північній півкулі), приймаючи південно-західний напрямок. Тому їх називають південно-західними вітрами. Слід відмітити, що в помірних широтах у наслідок циклонічної діяльності напрямок вітру може значно відхилятися від потоків вказаних на схемі. Але все ж переважаючі вітри зберігатимуться в нижніх шарах атмосфери (південно – західні) та розташовані вище над цими шарами (західні).

У районах полюсів переважають області підвищеного тиску. Баричні градієнти тому направлені на південь у північній півкулі та на північ у південній. Під дією відхиляючої сили оберту Землі потоки повітря, що відтікають від полюсів, у північній півкулі відхиляються вправо від градієнта та приймають північно-східний напрямок. У верхніх шарах атмосфери мають місце потоки протилежного направлення, що замикаються в циркуляційне кільце. На широті 60-65⁰ у поверхні Землі утворюється межа південно-східних і північно-західних вітрів. Тут розташована смуга відносно зниженого тиску в наслідок інтенсивної циклонічної діяльності.

Атмосферна циркуляція в помірних і високих широтах південної півкулі в основному аналогічна циркуляції в північній півкулі. Різниця лише в тому, що у південній півкулі під дією силі Коріоліса повітряні потоки відхиляються вліво від напрямку баричного градієнту. У верхніх шарах атмосфери, де відсутнє тертя, повітряні потоки будуть направлені по ізобарах. У цих шарах атмосфери над областю екватора тиск підвищений і зменшується по напрямку до полюсів, тому в вільній атмосфері та в північній і в південній півкулі спостерігається перенос повітряних мас з заходу на схід так званий західний перенос. Розглянута схема циркуляції атмосфери дає лише орієнтовну уяву про дійсну циркуляцію атмосфери. Ця циркуляція суттєво відрізняється від тих спрощених схем, які були розглянуті вище із-за неоднорідності земної поверхні, яка зумовлює різні температурні режими над сушею й океанами. З цієї причини в субтропіках замість суцільного пояса високого тиску на широті 30-35⁰ над континентами в теплий період року утворюються області пониженого тиску. І тільки над океанами протягом всього року залишаються стаціонарні баричні максимумі, завдяки яким і підтримується пасатна циркуляція. В цих баричних максимумах у північній півкулі повітряні потоки рухаються в напрямку часової стрілки, а в південній – у зворотному напрямку.

Пасати – сталі вітри, що майже не змінюють свого напрямку протягом року. Швидкість їх біля 5-6 м/сек. По вертикалі вони розповсюджуються до 3000-4000м. Піднімаючись біля екватора, вони утворюють зворотну течію – антипасатну. Поблизу екватора, де зустрічаються пасати обох півкуль, лежить екваторіальна зона затишшя у земної поверхні, а у вільній атмосфері тут утворюється потужна східна течія, що простягається майже до висоти 10 км.

У помірних і високих широтах циркуляція атмосфери значно складніше. Тут вплив на характер атмосферної циркуляції справляють рухомі циклони й антициклони (на західній периферії циклона та східній антициклона). Цими потоками повітря здійснюється обмін повітряними масами між більш південними та більш північними широтами, тоді як зона циркуляції переносить повітря із заходу на схід у верхніх шарах атмосфери. Завдяки утворенню фронтів у помірних і високих широтах утворюється також обмін теплим і холодним повітрям. Холодне повітря, підтікаючи під тепле, рухається на південь по земній поверхні. Виникаючі в полярному й арктичних фронтах циклони переміщуються у вигляді серій з 3-5 циклонів. Кожний наступний циклон такої серії розвивається та переміщується приблизно на 5-6⁰ південніше попереднього. Завдяки цьому арктичне та помірне повітря переміщується до півдня, а значні маси тропічного повітря переносяться на північ й одночасно піднімаються у верхні шари атмосфери.

Циркуляція повітря має місце між тропосферою та стратосферою. Як відомо над полюсами стратосфера тепліша ніж над екватором. На деякій висоті в стратосфері над полюсом тиск вищий, ніж над екватором, так як у теплому повітрі тиск з висотою зменшується повільніше, ніж у холодному. В стратосфері на висоті в середньому 16-20км створюються баричні градієнти, що направлені від полюсів до екватору. Відповідно цьому на указаних висотах вітер прибуває під впливом сили Коріоліса і має східний напрямок. У тропосфері та нижніх шарах стратосфери переважають східні зональні потоки. Так утворюється стратосферно-тропосферна циркуляція.

Мусони. У зв’язку з тим, що загальна циркуляція атмосфери зазнає сезонні коливання, в ряді районів тропічних і зовні тропічних широт вона носить мусонний (сезонний) характер. Мусоний характер циркуляції проявляється в деяких областях дуже різко, а в інших слабо, так як його можна виявити лише за багатолітніми спостереженнями та за напрямком вітру.

Мусонами називають достатньо сталі повітряні течії сезонного характеру, що міняють своє направлення від зими до літа на протилежне або близьке до протилежного. Вони зумовлені сезонною зміною областей високого та низького тиску, яка зумовлена неоднорідністю в нагріві суші та моря, наприклад, таких як: азіатський антициклон і літня азіатська депресія. Мусонна циркуляція постерігається також в екваторіальній області. В середині літа в північній півкулі (червень-липень) більш нагрітою областю та тим самим областю з низьким тиском є не екваторіальна зона, а зона поблизу тропіків. Під час зими в північній півкулі ця зона зниженого тиску зміщується до екватора, а в деяких випадках навіть переходить у південну півкулю. Завдяки цьому в зоні поблизу екватора спостерігається періодична зміна направлення повітряних течій. Ці сезонні течії, що пів року дують в одному напрямку, а потім в іншому, називаються екваторіальними мусонами. Такі мусони бувають в Індії, Африці, вони влітку повністю порушують північно-східний пасат і замінюють його південно-західним мусоном; зимовий мусон співпадає тут з пасатом цілий рік і посилює його.

Сезоні зміни циркуляції спостерігаються і у помірних широтах. При зміні сезонів змінюється знак різниці температур між морями та суходолом, зникають зимові максимуми тиску над континентом, замість них встановлюються літні мінімуми. Зимою завдяки антициклонічній циркуляції вітру на узбережжях материків вітри дують з суходолу на море. Влітку над материками має місце циклонічна циркуляція, а повітряні течії направлені з моря на суходіл. Особливе значного розмаху мусони досягають в Азії. Тут це впливає на умови погоди та клімату. Так, наприклад, у Владивостоці завдяки мусонному клімату спостерігається сурова зима.

№	Місто	Широта	Середня температура січня
1.	Владивосток		- 14,0
2.	Сухумі		+ 6,2

Тема 10. Основи кліматології

Дата добавления: 2014-01-04