Cirkulyaciya atmosfery

Sushestvovanie cirkulyaciya atmosfery obuslovleno neodnorodnym raspredeleniem atmosfernogo davleniya (nalichiem baricheskogo gradienta), vyzvannym prezhde vsego neodinakovym pritokom solnechnoi radiacii v razlichnyh shirotah Zemli i razlichnymi fizicheskimi svoistvami zemnoi poverhnosti, osobenno v svyazi s ee razdeleniem na sushu i more. Neravnomernoe raspredelenie i tepla na zemnoi poverhnosti i obmen teplom mezhdu nei i atmosferoi privodyat v rezul'tate k postoyannomu sushestvovaniyu Cirkulyaciya atmosfery, energiya kotoroi rashoduetsya na trenie, no nepreryvno popolnyaetsya za schet solnechnoi radiacii.

Vsledstvie sily Koriolisa dvizhenie vozduha pri obshei cirkulyacii atmosfery yavlyaetsya kvazigeostroficheskim, t.e. za isklyucheniem priekvatorial'nyh shirot i pogranichnogo sloya ono dostatochno blizko k geostroficheskomu vetru, napravlennomu po izobaram, perpendikulyarno gradientu davleniya. A t.k. atmosfernoe davlenie raspredelyaetsya nad zemnym sharom v obshem zonal'no (izobary blizki k shirotnym krugam), to i perenos vozduha imeet v obshem zonal'nyi harakter. V nizhnih 1-1,5 km veter nahoditsya eshe pod vliyaniem sil treniya i sushestvenno otlichaetsya ot geostroficheskogo po skorosti i napravleniyu. Krome togo, raspredelenie atmosfernogo davleniya nad zemnoi poverhnost'yu, a s nim i techeniya atmosfernoi cirkulyacii zonal'ny lish' v obshih chertah. V deistvitel'nosti cirkulyaciya atmosfery nahoditsya v nepreryvnom izmenenii kak v svyazi s sezonnymi izmeneniyami v raspredelenii istochnikov i stokov tepla na zemnoi poverhnosti i v atmosfere, tak i v svyazi s ciklonicheskoi deyatel'nost'yu (obrazovaniem i peremesheniem v atmosfere ciklonov i anticiklonov). Ciklonicheskaya deyatel'nost' pridaet cirkulyacii atmosfery slozhnyi i bystro menyayushiisya makroturbulentnyi harakter. S vysotoi zonal'nost' Cirkulyaciya atmosfery vozrastaet, v verhnei troposfere i stratosfere vmesto vihrevyh vozmushenii preobladayut volnovye vozmusheniya zonal'nogo perenosa. Imenno svyazannye s ciklonicheskoi deyatel'nost'yu meridional'nye sostavlyayushie vetra osushestvlyayut obmen vozduha mezhdu nizkimi i vysokimi shirotami Zemli. V nizkih shirotah Zemlya poluchaet bol'she tepla ot Solnca, chem teryaet ego putem sobstvennogo izlucheniya, v vysokih shirotah - naoborot. Mezhdushirotnyi obmen vozduhom privodit k perenosu tepla iz nizkih shirot v vysokie i holoda iz vysokih shirot v nizkie, chem sohranyaetsya teplovoe ravnovesie na vseh shirotah Zemli.

Poskol'ku temperatura vozduha v troposfere v srednem ubyvaet ot nizkih shirot k vysokim, atmosfernoe davlenie v srednem takzhe ubyvaet v kazhdom polusharii ot nizkih shirot k vysokim. Poetomu nachinaya primerno s vysoty 5 km, gde vliyanie materikov, okeanov i ciklonicheskoi deyatel'nosti na strukturu polei davleniya i dvizheniya vozduha stanovitsya malym, ustanavlivaetsya zapadnyi perenos vozduha pochti nad vsem zemnym sharom (za isklyucheniem priekvatorial'noi zony). Zimoi v dannom polusharii zapadnyi perenos zahvatyvaet ne tol'ko verhnyuyu troposferu, no i vsyu stratosferu i mezosferu. Odnako letom stratosfera nad polyusom sil'no nagrevaetsya i stanovitsya znachitel'no teplee, chem nad ekvatorom, poetomu meridional'nyi gradient davleniya nachinaya primerno s 20 km menyaet svoe napravlenie i zonal'nyi perenos vozduha sootvetstvenno menyaetsya s zapadnogo na vostochnyi.

U zemnoi poverhnosti i v nizhnei troposfere zonal'noe raspredelenie davleniya slozhnee, poskol'ku ono v bol'shei stepeni opredelyaetsya ciklonicheskoi deyatel'nost'yu. V processe poslednei ciklony, peremeshayas' v obshem k V., v to zhe vremya otklonyayutsya v bolee vysokie shiroty, a anticiklony - v bolee nizkie. Poetomu v nizhnei troposfere (i u zemnoi poverhnosti) obrazuyutsya dve subtropicheskie zony povyshennogo davleniya po obe storony ot ekvatora, vdol' kotorogo davlenie ponizheno (ekvatorial'naya depressiya); v subpolyarnyh shirotah obrazuyutsya dve zony ponizhennogo davleniya (subpolyarnye depressii); v samyh vysokih shirotah davlenie povysheno. Etomu raspredeleniyu davleniya sootvetstvuyut zapadnyi perenos v srednih shirotah kazhdogo iz polusharii i vostochnyi perenos v tropicheskih i vysokih shirotah.

Ukazannye zony davleniya i vetra v nizhnei troposfere dazhe na mnogoletnih srednih kartah predstavlyayutsya raschlenennymi na otdel'nye oblasti nizkogo i vysokogo davleniya (sm. karty 3 i 4) so svoistvennymi im ciklonicheskimi i anticiklonicheskimi cirkulyaciyami, naprimer islandskaya depressiya, azorskii anticiklon i drugie. Raspredelenie sushi i morya vnosit uslozhnenie v raspredelenie centrov deistviya, sozdavaya, krome ukazannyh permanentnyh centrov, eshe i sezonnye centry deistviya atmosfery (takie, kak zimnii aziatskii anticiklon, letnyaya aziatskaya depressiya). V Yuzhnom polusharii, preimushestvenno okeanicheskom, zonal'nost' Cirkulyaciya atmosfery vyrazhena luchshe, chem v Severnom.

Zonal'nyi perenos v troposfere osobenno horosho vyrazhen v tropikah. Zdes' vostochnye techeniya u zemnoi poverhnosti i v nizhnei troposfere - passaty - obladayut bol'shim postoyanstvom, osobenno nad okeanami. V verhnei troposfere oni smenyayutsya zapadnym perenosom, nosyashim v tropikah nazvanie antipassatov. Meridional'nye sostavlyayushie v passatah napravleny chashe vsego k ekvatoru, a v antipassatah - k srednim shirotam. Poetomu sistemu passat - antipassat mozhno priblizhenno rassmatrivat' kak zamknutuyu cirkulyaciyu s pod'emom vozduha v ekvatorial'noi depressii (vnutritropicheskoi zone konvergencii) i opuskaniem v subtropicheskoi zone povyshennogo davleniya (yacheika Gadleya). Eta cirkulyacionnaya yacheika vse zhe svyazana ciklonicheskoi deyatel'nost'yu s cirkulyaciei vo vnetropicheskih shirotah, otkuda ona popolnyaetsya holodnym vozduhom i kuda peredaet svoi teplyi vozduh.

V nekotoryh regionah Zemli, v osobennosti v basseine okeana, vostochnyi perenos letom zamenyaetsya zapadnym v svyazi s othodom vnutritropicheskoi zony konvergencii ot ekvatora v bolee nagretoe letnee polusharie. Protivopolozhnye po napravleniyu perenosy vozduha zimoi i letom v nizkih shirotah nazyvayutsya tropicheskimi mussonami.

Slabye volnovye vozmusheniya v passatah i v zone konvergencii malo menyayut harakter cirkulyacii. No inogda (v srednem okolo 80 raz v god) v nekotoryh raionah vnutritropicheskie zony konvergencii razvivayutsya sil'neishie vihri - tropicheskie ciklony (tropicheskie uragany), rezko, dazhe katastroficheski, menyayushie ustanovivshiisya rezhim cirkulyacii i pogodu na svoem puti v tropikah, a inogda i za ih predelami.

Vo vnetropicheskih shirotah razvitie i prohozhdenie ciklonov (menee intensivnyh, chem tropicheskie) i anticiklonov - yavlenie povsednevnoe; ciklonicheskaya deyatel'nost' v etih shirotah yavlyaetsya formoi cirkulyacii atmosfery, po kraine mere v troposfere, otchasti i v stratosfere.

Ona obuslovlena postoyannym obrazovaniem glavnyh frontov a tmosfernyh (troposfernyh) frontov; s nimi zhe svyazany struinye techeniya v verhnei troposfere i nizhnei stratosfere. Seriinoe vozniknovenie ciklonov i anticiklonov na glavnyh frontah privodit k poyavleniyu v verhnei troposfere i nad nei osobenno krupnomasshtabnyh dlinnyh voln, ili voln Rosbi. Chislo takih voln chashe vsego okolo chetyreh nad polushariem.

Svyazannye s ciklonicheskoi deyatel'nost'yu meridional'nye sostavlyayushie cirkulyacii atmosfery vo vnetropicheskih shirotah bystro i chasto menyayutsya. Odnako byvayut takie situacii, kogda v techenie neskol'kih sutok ili dazhe nedel' obshirnye i vysokie ciklony i anticiklony malo menyayut svoe polozhenie. V svyazi s etim voznikayut dlitel'nye meridional'nye perenosy vozduha v protivopolozhnyh napravleniyah, inogda vo vsei tolshe troposfery, nad bol'shimi ploshadyami i dazhe nad vsem polushariem. Poetomu vo vnetropicheskih shirotah mozhno razlichat' 2 tipa cirkulyacii nad polushariem ili bol'shim ego sektorom: zonal'nyi, s preobladaniem zonal'nogo, chashe vsego zapadnogo perenosa, i meridional'nyi, so smezhnymi perenosami vozduha v napravlenii k nizkim i vysokim shirotam. Pri meridional'nom tipe cirkulyacii mezhdushirotnyi perenos tepla znachitel'no bol'she, chem pri zonal'nom.

V nekotoryh regionah vnetropicheskih shirot vsledstvie neodinakovogo nagrevaniya sushi i morya nad sushei v teplyi sezon preobladaet ponizhennoe davlenie, a nad smezhnymi vodami - povyshennoe, v holodnyi sezon - naoborot. V promezhutochnyh oblastyah, po okrainam materika i okeana, sootvetstvenno sozdaetsya rezhim vnetropicheskih mussonov - dostatochno ustoichivyi sezonnyi perenos vozduha v odnom napravlenii, kotoryi smenyaetsya v drugom sezone takim zhe perenosom v protivopolozhnom napravlenii. Takoi rezhim vetra na V. Azii, vklyuchaya Sovetskii Dal'nii Vostok.

V nekotoryh ogranichennyh oblastyah pri oslablenii techenii obshei cirkulyacii atmosfery voznikayut mestnye mezomasshtabnye cirkulyacii s sutochnoi periodichnost'yu, svyazannye s mestnymi razlichiyami v nagrevanii atmosfery, obuslovlennymi orografiei i sosedstvom sushi i vody. Takovy brizy na beregah vodoemov, gorno-dolinnye vetry. V bol'shih gorodah nablyudayutsya dazhe gorodskie brizy, svyazannye s zastroikoi goroda i proizvodstvom tepla v nem.

Dlya vyyasneniya naibolee obshih i ustoichivyh osobennostei cirkulyacii atmosfery primenyaetsya osrednenie mnogoletnih nablyudenii nad atmosfernym davleniem i vetrom na razlichnyh urovnyah atmosfery. Pri takom osrednenii kolebaniya cirkulyacii atmosfery, svyazannye s ciklonicheskoi deyatel'nost'yu, v bol'shei mere vzaimno pogashayutsya. Naryadu s etim izuchayutsya takzhe ezhednevnye izmeneniya rezhima cirkulyacii atmosfery po sinopticheskim kartam (prizemnym i vysotnym) i po snimkam oblakov so sputnikov. Eto pozvolyaet vydelyat' tipy cirkulyacii atmosfery, ih povtoryaemost', preobrazovaniya i smeny.

Teoreticheskoe izuchenie cirkulyacii atmosfery svoditsya k vyyavleniyu i ob'yasneniyu se osobennostei i obuslovlennosti putem chislennogo eksperimenta, t. e. chislennogo integrirovaniya po vremeni sootvetstvuyushih sistem uravnenii gidrodinamiki i termodinamiki atmosfery (i okeana). Kak empiricheskoe izuchenie obshei cirkulyacii atmosfery, tak i ee matematicheskoe modelirovanie imeyut vazhnoe znachenie dlya resheniya zadach dolgosrochnogo prognoza pogody.

Lit.:
Lorenc E. N., Priroda i teoriya obshei cirkulyacii atmosfery, per. s angl., L., 1970;
Pogosyan H. P., Obshaya cirkulyaciya atmosfery, L., 1972;
Pal'men E., N'yuton Ch., Cirkulyacionnye sistemy atmosfery, per. s angl., L., 1973.