Атмосферная циркуляция и ее типы. Циклоны и антициклоны. Центры действия атмосферы.

Атмосферная циркуляция (лат. ciculatio – движение по кругу) – система движений атмосферного воздуха в масштабе всего земного шара (общая циркуляция атмосферы) или над небольшой площадью земной поверхности с особыми свойствами (местная циркуляция), посредством которых осуществляется обмен воздушных масс в горизонтальном и в вертикальном направлениях в тропосфере и нижней стратосфере до высоты примерно 20 км (граница географической оболочки) (рисунок 1).

Примечание: Справа меридиональный разрез. Буквами обозначены направления господствующих ветров. Заштрихованы пояса восточного переноса. В и Н – высокое и низкое давление

Рисунок 1 – Схема общей циркуляции атмосферы по Г. Флёну

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.

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 30° (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.

Большую роль имеют муссоны (фр. mousson от араб. mausim – сезон) – устойчивые ветры, направление которых резко меняется на противоположное (или близкое к противоположному) два раза в год. Обусловлены главным образом сезонными различиями в нагревании материков. Зимние муссоны чаще направлены с суши на океан, летние – с океана на сушу. Основная особенность муссонного климата – обильное осадками лето и сухая зима. Муссоны хорошо выражены в тропических широтах, главным образом в бассейне Индийского океана. Бывают и внетропические муссоны (на Дальнем Востоке).

В средних широтах наряду с западным переносом осуществляется циклоническая и антициклоническая циркуляция атмосферы. Она порождается действием не локальных центров, а всего термобарического поля Земли. Для внетропических широт решающим в данном случае оказывается наличие зон резких контрастов температур, приуроченных к Арктическому и Антарктическому фронтам. В них температура падает на 10-15°С и больше на 1000 км. Резкий температурный градиент вызван сближением холодного арктического воздуха и относительно теплого умеренного воздуха. Он поддерживается также теплыми (Гольфстрим и Куросио) и холодными (Лабрадорское и Ойясио) океанскими течениями.

Взаимодействие холодного и теплого воздуха приводит к образованию огромных атмосферных вихрей – циклонов и антициклонов.

Циклон – это мощный, диаметром до 3000 м и более, атмосферный вихрь с пониженным давлением (минимум в центре), с движением его вокруг центра против хода (в южном полушарии по ходу) часовой стрелки с ветреной, сырой, облачной и дождливой погодой.

Антициклон – это область повышенного атмосферного давления (максимум в центре) диаметром в несколько тысяч километров с нисходящими воздушными токами, слабыми ветрами на периферии, с сухой ясной погодой, летом жаркой, а зимой холодной.

Циклоны зарождаются в следующих трех местах земного шара:

1) на арктическом фронте Северной Атлантики близ восточных берегов Северной Америки и у Исландии;

2) на арктическом фронте в северной части Тихого океана близ восточных берегов Азии и у Алеутский островов;

3) на Антарктическом фронте в Южном океане.

Реже, преимущественно зимой, они возникают на умеренном фронте над океанами и еще реже над материками.

В высоту циклоны простираются до тропопаузы, а иногда и выше, до 20 км. Циклонические вихри довольно плоские – высота в 100-150 раз меньше диаметра. Это вполне согласуется с наклоном, шириной и протяженностью атмосферных фронтов. Скорость восходящих движений в среднем составляет 1-3 м/мин, тогда как скорость ветров достигает величины 500-1000 м/мин.

Циклоны, зародившиеся на севере Атлантического океана, движутся в Западную Европу. Наиболее часто они проходят через Великобританию, Балтийское море, Санкт-Петербург и далее на Урал.

Северо-Тихоокеанские циклоны идут в Северо-Западную Америку, а также в Северо-Восточную Азию.

В южном полушарии полоса циклонов совпадает с направлением общего переноса воздуха – с западным переносом. Иногда пути их оказываются сильно выраженной южной или северной составляющей или идут даже с востока на запад (Камчатка, Лабрадор). В этих случаях циклоны следуют незональному верхнему переносу. В Восточной Азии на пути циклонов встречаются муссоны.

Скорость движения циклонов в среднем составляет 30-40 км/час или 700-900 км/сутки. Цикл развития циклона продолжается от 4 до 7 дней. За это время циклон проходит следующие стадии: зарождение (циклоническим движением захватывается воздух только нижней тропосферы); наибольшее углубление (благодаря выделению скрытой теплоты парообразования и адвекции холодных масс циклон захватывает всю тропосферу по вертикали и на значительной площади); окклюзия (прекращается приток теплого воздуха и циклон затухает).

Циклоны – это не эпизодическое явление, а преобладающая в умеренных широтах синоптическая циркуляция. В Северной Атлантике, например, в течение года бывает до 1000 циклонов. В целом же на Земле бывает до 15 000 циклонов и 7000 антициклонов в год.

Очагами формирования воздушных масс являются области высокого и низкого давления, которые, таким образом, приобретают значение центров действия атмосферы. Они так называются потому, что оказывают существенное воздействие на климат больших областей Земли. Это Экваториальная депрессия, Азорский, Гавайский, Южноатлантический, Южнотихоокеанский, Южноиндийский максимумы, исландский, Алеутский минимумы, Антарктический пояс низкого давления, Азиатский зимний максимум, Североамериканский зимний максимум, Арктическая область повышенного давления, Антарктический максимум.

При проникновении воздушных масс из очагов своего формирования в области с иными географическими условиями они трансформируются, т.е. изменяются их свойства, прежде всего температура и влажность. Так, тропический воздух пассатов, подходя к экватору, трансформируется в экваториальный воздух. Проникая в умеренные широты, он трансформируется в умеренный воздух.

Морской умеренный воздух, оказавшись в глубине континентов, зимой охлаждается, а летом всегда нагревается и иссушается, превращаясь в континентальный умеренный воздух.

Арктический воздух, смещаясь в умеренные широты, с течением времени прогревается и превращается в умеренный воздух.