02
янв 10

Пояса давления

Формируются различные циркуляционные области в первую очередь между четырьмя основными широтными поясами атмосферного давления, существование которых в конечном счете и является причиной как приземного, так и высотного распределения ветра.

Один такой пояс низкого давления лежит в районе экватора или около 5° с. ш. Обычно называемый экваториальной зоной затишья, этот пояс точнее именуется внутритропической зоной конвергенции. Среднее за год давление составляет здесь менее 760 мм. Этот пояс охватывает весь земной шар.

Ширина экваториальной зоны затишья может несколько меняться. В этой зоне преобладает сравнительно хорошая погода с частым появлением кучевых облаков и довольно интенсивными грозами. В зоне затишья воздух совершает восходящее движение, как и в случае, когда при неравномерном нагревании воздуха образуется отдельная циркуляционная ячейка. В высоких слоях атмосферы поднявшийся воздух начинает в каждом полушарии оттекать к полюсу и при этом отклоняется силой Кориолиса, создаваемой вращением Земли. Растекающийся воздух попадает в следующий пояс давления — в субтропический пояс высокого давления.

Субтропический пояс высокого давления известен большинству школьников под названием конских широт. Расположенный около 35° с. ш. и 30° ю. ш., этот пояс характеризуется   неустойчивыми и исключительно слабыми ветрами. Название «конские широты» связано с эпохой освоения Нового Света. Когда армады кораблей попадали в этих районах в зону штилей, возникала надобность экономить запасы пищи и питьевой воды. По-видимому, при этом приходилось жертвовать лошадьми, которых выбрасывали за борт. Трупы несчастных животных часто оставались плавать на поверхности океана, откуда и появилось название этих мест.

В районе конских широт давление в течение всего года обычно составляет более 760 мм. Это сравнительно высокое давление создается воздухом, опускающимся из высоких слоев атмосферы к земной поверхности и накапливающимся здесь. В северном полушарии в пределах этого пояса есть две области высокого давления. Одна лежит над восточной частью Тихого океана, а другая — над восточной Атлантикой. В северном полушарии области высокого давления, входящие в рассматриваемый пояс, меньше, чем аналогичные области в южном полушарии, где они охватывают обширные районы океанов. Неоднородное распределение давления в этом поясе в северном полушарии создают материки Америка, Африка и Евразия.

Третий пояс давления — очень низкого — находится приблизительно между широтами 60 и 70° в каждом полушарии и называется субполярным минимумом. В южном полушарии пояс низкого давления сплошной и расположен над поверхностью океанов. В северном же полушарии он лучше выражен над Тихим океаном — между Аляской и Сибирью, а над Атлантическим океаном — между Гренландией и Норвегией. Над континентами же северного полушария пояс низкого давления разбивается на области, чередующиеся с областями повышенного давления. Рассматриваемый пояс отличается довольно устойчивыми ветрами: воздух в этот пояс втекает в основном с юго-запада или северо-востока. В северном полушарии, например, в пояс субполярного минимума в виде сильного восточного ветра затекает воздух с севера.

Во всех перечисленных поясах давления возникает своя отдельная циркуляционная область, которая переносит воздух от одного такого пояса к соседнему.

01
янв 10

Основные циркуляционные области

Глобальная циркуляция воздуха имеет характер конвективного переноса от одного пояса давления к другому .

Одна такая циркуляционная область имеется в каждом полушарии между субтропическим поясом высокого давления и внутритропической зоной конвергенции, или примерна между широтой 30° и экватором. В обоих полушариях воздух вблизи земной поверхности движется с сильной восточной составляющей к экватору, а над экватором совершает восходящее движение. Ветры, дующие к экватору, называются пассатами. Их английское название—торговые ветры (trade wind) — связано с тем, что европейские купцы пользовались этими ветрами для ускорения плавания своих парусных кораблей из Европы в Америку. Скорость пассатов круглый год 16—25 км/ч. Зона пассатов летом    (северного полушария) смещается примерно на 5° к северу.

Другая циркуляционная область лежит между субтропическим поясом высокого давления и поясом субполярного минимума. В северном полушарии в этой области преобладает движение воздуха с юго-запада на северо-восток, а в южном полушарии — с северо-запада на юго-восток. Эти ветры, называемые западным переносом, обычно удерживаются между 30 и 60° каждого полушария. В течение всего года в этой области часты бури, грозы и шквалы. Указанные ветры тоже бывают здесь весь год, хотя скорость их зимой больше, чем летом. В южном полушарии зону, где наблюдаются эти ветры, называют ревущими сороковыми, так как ветры здесь весьма устойчивы и развивают над сплошной водной поверхностью, не прерывающейся крупными материками, особенно большую скорость.

Третья циркуляционная область в каждом полушарии лежит между поясом субполярного минимума и полярной областью высокого давления, или между широтой 60° и полюсом. В этой области ветры преимущественно восточные. Особенно сильны восточные ветры в полярной области южного полушария в связи с наличием здесь мощного ледяного покрова. В северном же полушарии эти ветры имеют наибольшую скорость в Гренландии, Сибири и Канаде. Эти восточные, переносящие холодный полярный воздух, ветры, встречаясь с более теплыми западными ветрами, образуют полярный фронт.

Существование циркуляции атмосферы известно уже давно. В XVII в. появилось общее описание циркуляционных областей и их связи с круговоротом тепла и вращением Земли. Это сделал физик Д. Гадлей. Общую циркуляцию атмосферы он представлял в виде подъема воздуха над экватором и опускания его в более высоких широтах. Перенос воздуха в высоких слоях в сторону полюсов, иногда называемый меридиональным переносом, и возвращение воздуха к экватору в нижних слоях атмосферы в первоначальной теории выглядело одной-единственной ячейкой и было названо циркуляционной ячейкой Гадлея. В действительности циркуляция атмосферы происходит гораздо сложнее, поэтому термин «ячейка Гадлея» в теории общей циркуляции атмосферы в настоящее время уже не используется.

Крупномасштабную циркуляцию атмосферы можно лишь приближенно представить с помощью какой-либо одной модели или в виде набора отдельных деталей и особенностей. Исчерпывающе объяснить эту циркуляцию метеорологи пока еще не могут.

Сложность состоит в том, что свойства атмосферной циркуляции недостаточно изучены. Даже причины ее возникновения находятся еще в стадии изучения.

Поскольку между отдельными циркуляционными областями постоянно происходит обмен воздухом, то и общая циркуляция атмосферы обусловливает крупномасштабный круговорот тепла на всем земном шаре.

Поскольку воздух в каждой циркуляционной области поднимается от земной поверхности в более высокие слои атмосферы, а затем возвращается к поверхности, на каждом уровне он все время замещается приходящим сюда воздухом с другими свойствами и другой температурой. Такое взаимное замещение воздуха усиливает теплообмен в атмосфере Земли.

В поясе субполярного минимума проходит полярный фронт, где холодные и теплые воздушные массы часто встречаются друг с другом. При этом холодный воздух начинает перемещаться в сторону экватора, а теплый проникает в более высокие широты.

Экваториальный воздух в разные сезоны занимает несколько различное положение. Летнее смещение внутри-тропической зоны конвергенции к северу заставляет его также несколько продвигаться к северу.

Таким образом, в результате обмена воздухом между тремя основными циркуляционными областями тепло переносится из более низких широт в более высокие широты.

01
янв 10

Общее распределение ветра на высотах

Пассаты в разных районах и в разное время года простираются от земной поверхности до высоты 1—4 км. Метеорологи обнаружили, что над слоем пассатов дуют противоположные ветры. Они называются антипассатами и имеют переменный характер. В основном они направлены с запада. По мере удаления от экватора воздух в антипассатах выхолаживается и в субтропическом поясе высокого давления развивается уже нисходящее движение его, направленное к земной поверхности.

В обоих полушариях в поясе от 20° широты и вплоть до полюса имеет место западный перенос. Воздух вращается вокруг субполярной области низкого давления, образуя иногда весьма устойчивое круговое движение.

Западные ветры наблюдаются до очень большой высоты, причем примерно до 13 км скорость их увеличивается. Выше 13 км температурный контраст экватор — полюс сглаживается, поэтому скорость западных ветров уменьшается.

31
дек 09

Ветер на высотах

Хотя сведения о высоких слоях атмосферы до сих пор менее полны, чем о нижних, метеорологи все же знают, что циркуляция атмосферы происходит не только у поверхности Земли, но и на высотах. О существовании контрастов давления в верхней атмосфере можно судить по движению облаков, которые переносятся ветром.

На движение воздуха в высоких слоях атмосферы не влияет сила трения и потому там ветер близок к геострофическому.

31
дек 09

Струйное течение

Во время второй мировой войны, когда самолеты военно-воздушных сил США бомбили японские острова, пилоты случайно сделали открытие, которое имело большое значение для метеорологии. Самолеты, летевшие на запад, попадали в очень сильное воздушное течение, направленное с запада на восток и тормозившее их   движение.   Во многих   случаях летчики вынуждены были прервать полет, сбрасывать бомбы в море и возвращаться на свои базы, не выполнив задания.

Открытие области очень сильных ветров на высоте 13 км породило целую серию исследований. Эти ветры, известные теперь под названием струйных течений, обычно имеют место в умеренных широтах, где составляют часть общего западного переноса. Земной шар опоясывает несколько струйных течений.

В годы войны в Японии был разработан план воздушных налетов на территорию США с использованием струйных течений. В течение 1944 г. японцы запустили в направлении США свыше 10 000 воздушных шаров с зажигательными бомбами. Они рассчитывали на то, что шары, подхваченные струйными течениями, перенесутся на территорию США. Специальные устройства автоматически поддерживали нужную высоту полета этих шаров. Лишь около 10% шаров достигло цели, и нанесенный ими ущерб оказался незначительным.

Изучение данных о струйных течениях показало, что они представляют собой сильно турбулизированные движения воздуха, характеризующиеся увеличением скорости в направлении к оси течения. Струйное течение имеет ширину 40—160 км и вертикальную протяженность около 2 км. На оси течения скорость ветра достигает 400—500 км/ч. Столь большие скорости ветра возможны потому, что струйные течения зарождаются на полярном фронте, где велики контрасты температур воздуха.

Полные взаимосвязи между струйными течениями и погодой, а также и климатическими условиями еще неизвестны. Но во всяком случае струйные течения используются в авиации. Так, скорость самолета, летящего на восток, за счет струйного течения несколько возрастет, и, наоборот, летчики, совершающие полет на запад, стараются уклониться от встречи со струйным течением, уменьшающим скорость полета.

31
дек 09

Местные ветры

Ветер всегда — следствие разницы в температуре и давлении между соседними воздушными массами, причем эти температуры никогда не бывают одинаковыми. Однако эти разности сильно зависят от особенностей рельефа каждой данной местности, от относительной доли площадей суши и водоемов, а также от действия силы тяжести.

30
дек 09

Морские и береговые бризы

На побережье морей и крупных озер возникают местные ветры, называемые морскими и береговыми бризами. Они образуются вследствие разности температур, связанной с неодинаковой удельной теплоемкостью, теплопроводностью, а также с разным альбедо суши и водоема. Днем, когда суша, удельная теплоемкость которой меньше, чем теплоемкость воды, нагревается сильнее, воздух над ней, расширяясь сильнее, чем над поверхностью водоема, оттекает на высотах в сторону водоема. При этом над сушей возникает область пониженного давления,   а   над   водоемом — область повышенного давления. В результате этого холодный приводный воздух начинает перемещаться на сушу. Эта своеобразная форма конвекции воздуха называется морским бризом. Морской бриз летом влияет на температуру воздуха на побережье. Он делает эту температуру в дневные часы более низкой, чем температура воздуха над районами суши, удаленными от водоема.

Ночью суша в прибрежных районах остывает быстрее, чем водоем. При этом воздух над сушей быстро охлаждается вследствие теплопроводности и становится более плотным, чем над водоемом. Изобарические поверхности над сушей опускаются. На высотах возникает перенос воздуха, направленный с водоема на сушу. Над водной поверхностью при этом создается область пониженного давления. Тогда воздух в приземном слое начинает перемещаться с суши на водоем, т. е. возникает береговой бриз.

Различия между температурой суши и водоема днем больше, чем ночью. Это приводит к различию между силой берегового и морского бриза. Ночной береговой бриз слабее, чем дневной морской. Береговой бриз также замедляет понижение температуры над сушей. Тем самым он замедляет и понижение температуры воздуха на побережье в вечерние часы.

30
дек 09

Горно-долинные ветры

В горной местности склоны быстро нагреваются в течение дня. Над ними формируются крупные объемы теплого воздуха. При этом изобарические   поверхности   над   склонами приподнимаются. Воздух из долин растекается в стороны и начинает подниматься по склонам. Это и есть долинный ветер. Обычно он возникает часа через три после восхода Солнца и продолжается в течение всего дня. Ночью воздух над склонами быстро охлаждается, становится более плотным, чем над долиной на той же высоте, и стекает в долины, создавая горный ветер. При этом свое тепло он отдает путем излучения. Но, опускаясь, воздух также и нагревается вследствие сжатия.  В  результате   этих  процессов воздух нагревается, а скорость ветра уменьшается. При горном ветре в конечном счете происходит накопление воздуха в долинах. Более теплый воздух, остающийся на высотах, через несколько часов после захода Солнца образует инверсию.

Горно-долинные ветры отчетливее всего выражены в теплые, ясные летние ночи. Скорость горного ветра зависит от крутизны склона, а также от ширины и глубины долины.

В некоторых районах Земли, например на отдельных плоскогорьях, где при радиационном выхолаживания накапливается холодный воздух, наблюдаются очень сильные ветры стокового характера. Стоковый ветер направлен от холодных и высоких участков к теплым и ниже расположенным и возникает под действием силы тяжести. Сильные ветры, связанные с радиационным выхолаживанием воздуха, носят также название катабатических. В некоторых районах им дают местные названия, которые не следует путать с термином «катабатические», общеупотребительным среди метеорологов. Сам этот термин указывает на то, что радиационное выхолаживание воздуха сопровождается стоком его под действием силы тяжести.

На французском побережье Средиземного моря такие ветры называют мистралями. На побережьях норвежских фиордов их называют стоковыми. Когда они дуют с высокогорных плато на северном побережье Адриатического моря, то их называют «бора». Катабатические ветры возникают также во время длительного перемещения воздуха над обширными заснеженными пространствами. Выхолаживание происходит за счет соприкосновения движущегося воздуха с холодой снежной поверхностью, причем катабати-ческий ветер в этом случае может дуть с небольшими перерывами в течение нескольких суток.

29
дек 09

Развитие атмосферных фронтов

Когда встречаются воздушные массы, образуется пограничная область, т. е. атмосферный фронт. Соприкасаются две воздушные массы вдоль довольно узкой наклонной фронтальной зоны. Причем более теплый воздух движется наклонно вверх — между массами возникает линия фронта длиной от 80 до 800 км. На карте погоды фронты легко обнаружить по тому, как быстро (скачком) изменяется температура воздуха. Холодный воздух располагается в нижней части воздушного клина.

Далее...

28
дек 09

Волновой циклон

Воздушные массы не застаиваются долго в одном и том же районе. Вскоре после возникновения воздушная масса начинает перемещаться из очага формирования в другие районы Земли. Перемещаясь, она перемешивается с приземным воздухом тех районов, куда поступает, и оказывает влияние на устойчивость этого воздуха. Кроме того, двигающаяся воздушная масса встречает на своем пути другие массы, т. е. между порциями воздуха с различными физическими свойствами возникает контраст. Воздушные массы, различающиеся, в частности, температурой и влажностью, значительно изменяют метеорологические условия у земной поверхности. Линия соприкосновения двух воздушных масс, т. е. линия „разрыва непрерывности" в постепенном изменении свойств этих масс, обычно называется атмосферным фронтом. Вдоль линии фронта изменяется погода, причем иногда очень сильно.

Далее...

28
дек 09

Образование циклона

Волновая теория циклонов явилась одним из первых открытий XX в. в науке о погоде нашей планеты. Во время первой мировой войны Норвегия, отрезанная от большинства источников метеорологической информации того времени, была вынуждена разработать собственную систему крупномасштабного анализа погодообразующих процессов. При этом было сделано много важных открытий. Кроме того, в интенсивные исследования атмосферы в начале нынешнего века включились некоторые ведущие теоретики-метеорологи из других стран. Крупный теоретик В. Бьеркнес разработал волновую теорию циклонов, которая объясняла взаимодействие встречающихся воздушных масс.

Далее...

27
дек 09

Морской полярный воздух

На запад США из северных районов Тихого океана поступают массы морского полярного воздуха. На востоке же очагом формирования таких воздушных масс являются районы Ньюфаундленда, полуострова Лабрадор и Гренландии. От поверхности океана воздушные массы получают значительное количество влаги. Перемещаясь летом над континентом, они прогреваются. Зимой же на западе США относительная влажность этих воздушных масс увеличивается еще и за счет охлаждения от земной поверхности. Встречая далее на своем пути горные цепи, тянущиеся вдоль западного побережья США, эти массы совершают восходящее движение, что приводит к выпадению большого количества осадков на наветренных склонах гор. Опускаясь затем по подветренным склонам, воздушные массы оказываются уже более сухими, чем были сначала. Поэтому на подветренных склонах этих гор часто отмечается „дождевая тень".

Далее...

27
дек 09

Континентальный тропический воздух

В летние месяцы небольшой очаг формирования тропической воздушной массы создается над территорией Мексики. Это теплая и очень сухая воздушная масса. В ней сильно развито турбулентное перемешивание, и когда она поступает в США, в ней быстро развивается конвекция. Сухой теплый воздух продолжает нагреваться днем, но выхолаживается в ночные часы. В такой воздушной массе удерживается теплая, сухая, ясная погода, хотя воздух при этом довольно сильно замутнен.

27
дек 09

Морской тропический воздух

Основными очагами формирования морского тропического воздуха, поступающего в США, являются Мексиканский залив, Карибское море, а также субтропические широты Тихого и Атлантического океанов. Это теплые и влажные воздушные массы. Проходя над континентом зимой, они выхолаживаются и их относительная влажность заметно возрастает. Выхолаживание продолжается до тех пор, пока воздушная масса двигается на север. Ее высокая относительная влажность приводит к образованию тумана, мороси и плотной облачности вдоль побережья. Когда этот влажный воздух на западном побережье США встречает на своем пути высокие горные хребты, выпадает большое количество осадков. С Мексиканского залива и Атлантического океана зимой в США поступает теплый воздух, который по мере продвижения на север усиливает испарение влаги с земной поверхности. Поэтому чем севернее, тем чаще при охлаждении воздуха от земной поверхности образуются туманы, морось и слоистые облака. Так как зимой этот воздух значительно теплее подстилающей поверхности, то при перемещении на север он часто приносит оттепели и при выхолаживании становится причиной выпадения большого количества осадков.

Далее...

26
дек 09

Континентальный полярный воздух

Зимой основным районом формирования масс континентального полярного воздуха, поступающего на территорию США, являются северо-запад Канады и Аляска, граничащие с Северным Ледовитым океаном. Образующиеся здесь воздушные массы выхоложены путем радиационной теплоотдачи и отличаются ростом температуры с высотой, т. е. температурной инверсией. В очаге своего формирования они очень устойчивы. Их устойчивость уменьшается лишь тогда, когда они покидают этот очаг и начинают прогреваться снизу при соприкосновении с более теплой    подстилающей    поверхностью. В таких воздушных массах низкая влажность. Поступая на территорию США, они создают здесь ясную и очень холодную погоду. Перемещаясь к югу, они прогреваются и становятся более влажными, особенно в тех районах, где проходят над крупными водоемами — например, над Великими   озерами.   Приобретаемый    ими пар конденсируется—образуется облачность и выпадают осадки.

Далее...