Ветер. общая циркуляция атмосферы

Масштабы атмосферных движений

Поскольку атмосфера находится в постоянном движении, то распределение давления в атмосфере и определяемые им системы ветров все время меняются. Анализ атмосферных движений позволяет выделить следующие характерные масштабы движений.

1. Микрометеорологический масштаб, характеризующийся колебаниями температуры, давления и ветра с периодами от долей секунды до минут. Максимум этих колебаний приходится на периоды около минуты, а размеры турбулентных неоднородностей — около 600 м.

2. Масштаб конвективных облаков с горизонтальными размерами порядка 1-10 км и временем существования от десятка минут до одного — двух часов.

3. Мезометеорологический масштаб отражает изменения метеорологических величин, вызванные местными циркуляционными процессами (бризы, смерчи и др.), характерные горизонтальные размеры которых составляют 10-100 км, а продолжительность во времени — от нескольких часов до полусуток.

4. Макрометеорологический (синоптический) масштаб — горизонтальные размеры 1000-3000 км, время существования — 1-7 дней. Движения этого масштаба определяют основные изменения погоды вследствие возникновения, развития, перемещения и разрушения огромных атмосферных возмущений (атмосферных фронтов, циклонов, антициклонов и др.).

5. Глобальный масштаб, описывающий ультрадлинные волны в атмосфере. Характерные пространственные размеры движений этого масштаба 10000-40000 км, а характерный период времени — около двух недель.
В каждый конкретный момент времени в атмосфере существуют движения всех масштабов, причем крупномасштабные движения включают в себя более мелкие, что определяет чрезвычайную сложность атмосферной циркуляции.

3.1. Атмосферное давление

Давление воздуха тесно связано с условиями атмосферной цирку­ляции в данном районе и является одной из важнейших ее характеристик.

Данные по давлению воздуха в Новгороде, представленные в таблицах, получены на основе многолетних наблюдений по ртутному барометру. В табл. 14 они даны для высоты установки барометра 25,6 м (на уровне станции) и для нулевой высоты (на уровне моря). Пересчет давления от уровня станции к другим; высотам в пределах города или вблизи него может быть осуществлен с помощью приближенного соотношения: на каждые 8 м высоты давление уменьшается на 1 гПа. Один гектопаскаль (гПа) численно равен применявшемуся ранее миллибару (мбар).

Среднее годовое давление воздуха в Новгороде составляет 1011 гПа (табл. 14), оно является устойчивым во времени. Отклонения атмосферного давления в отдельные годы от этого значения весьма незначительны. Самое высокое за весь период наблюдений среднее годовое давление воздуха (1014,9 гПа) отмечено в 1972 г., а самое низкое (1007,1 гПа) — в 1925 г

В течение года атмосферное давление изменяется мало, от 1012,5 гПа в ноябре до 1007,8 гПа в июле. Годовая амплитуда, его (4,7 гПа) мала. Однако изменения средних месячных значений давления из года в год значительны. Так, зимой, как видно из табл. 14, разность между их наибольшим р_наиб и наименьшим р_наим значениями в каждом месяце составляет 31—35 гПа, летом — 13— 18 гПа. Самое высокое (1032,5 гПа) и самое низкое (997,5 гПа) среднее месячное давление воздуха в Новгороде отмечалось в феврале 1886 г. и 1935 г. соответственно. Суточный ход давления воздуха выражен гораздо слабее, чем годовой, практического значения не имеет и здесь не рассматривается.

Годовой и суточный ход давления воздуха перекрывается в- значительной мере непериодическими колебаниями. Эти колебания связаны с прохождением и развитием барических образований (циклонов, антициклонов и др.), они и определяют общий характер изменений давления воздуха в Новгороде. О возможных значениях давления воздуха в отдельные дни можно судить по абсолютному максимуму р_макс И абсолютному  минимуму р_мин В табл. 14, выбранным из всех сроков наблюдений в каждом месяце. Атмосферное давление в Новгороде 22 января 1907 г. достигало своего наивысшего значения 1059,2 гПа (1062,3 гПа на ур.м ), а 17 января 1931 г. упало до 953,7 гПа (959,8 гПа на ур. м.). Такие рекордные значения давления в Новгороде отмечаются крайне редко, вероятнее всего они зимой. К лету диапазон изменений давления сокращается почти вдвое.

Колебания давления воздуха, связанные с циклонической деятельностью, обычно характеризуются междусуточной изменчивостью — изменением давления воздуха от одних суток к другим (без учета знака изменения). С октября по март междусуточная изменчивость является наибольшей в году и составляет в среднем за месяц 6,3—7,0 гПа (табл. 15). В отдельные редкие дни давление воздуха может понизиться за одни только сутки на 42,3 гПа, как это наблюдалось с 12 по 13 февраля 1962 г., или повыситься на 36,7 гПа (25—26 февраля 1940 г.). Летом перепады давления от одних суток к другим значительно меньше (3,2—3,9 гПа).

Повторяемость разных градаций междусуточной изменчивости давления воздуха в отдельные дни (знак изменения давления воздуха учитывался) дана в табл. 16.

Примечания и ссылки

1. Флоран Беухер , Руководство по тропической метеорологии: от пассатов к циклону , т.  1, Париж, Метео-Франс ,25 мая 2010 г., 897  с. , гл.  3 («Среднезональный климат»), с.  49-68
2. , с.  98
3. (in) (244 КБ)
4. .
5. (in) AM Thompson , W.-K. Тао , К. Э. Пикеринг , Дж. Р., Скала и Дж. Симпсон , «  Глубокая тропическая конвекция и образование озона  » , Бюллетень Американского метеорологического общества , Американское метеорологическое общество , т.  78, п о  6,1997 г., стр.  1043-1054 )
6. (in) Т. Корти , Б. П. Луо , К. Фу , Х. Фемель и Т. Петер , Влияние перистых облаков на перенос тропосферы в стратосферу , Атмосферная химия и физика , Американское метеорологическое общество ,
   3 июля 2006 г., стр.  2539-2547
7. , с.  99
8. ↑ и Флоран Бойхер , Руководство по тропической метеорологии: от пассатов к циклону , т.  1, Париж, Метео-Франс ,25 мая 2010 г., 897  с. , гл.  2 («Энергетический баланс»), с.  41 — 43Раздел 2.8
9. .
10. Ричард Ледюк и Раймон Жерве , « Знакомство с метеорологией» , Монреаль, Университет Квебека ,1985 г., 320  с. , стр.  72 (раздел 3.6 Основные характеристики общего обращения)
11. ↑ и (fr)

Почему дует ветер Минимумы и максимумы
Типы	Тепловое антициклон  • барометрического Крит  • субтропический Крит  • барометрического Creux  • муссон корыта  • Cyclone внетропического  • Cyclone субтропического  • Cyclone после тропического  • Тропического циклона  • Cyclone полярной  • вырубленной Депрессии  • Полярного депрессия  • тепловой депрессия  • Погода Shortwave  • Тропических волны  • Vortex полярным
Полуперманентная депрессия	Исландский низкий  • Алеутская депрессия  • Азиатская депрессия
Полуперманентные максимумы	Антициклон Атлантический (Азорские острова / Бермудские острова)  • антициклон Сибирский  • Североамериканский высокий  • Антициклон острова Св. Елены  • антициклон Остров Пасхи  • Гавайский антициклон  • антициклон Маскарен  • Антарктический антициклон
Классические траектории непостоянных депрессий	Альберта Клиппер  • Впадина в Генуэзском заливе (иногда)  • Нористер  • Зимние штормы в Европе  • Синоптические штормы континентальные США
Метеорологический глоссарий • Шкала Саффира-Симпсона

Метеорологический портал

Зональное распределение давления и ветра у земной поверхности и в нижней тропосфере

У земной поверхности и в нижней тропосфере зональное распределение давления и ветра сложнее, чем в вышележащих слоях.

Имеется зона с пониженным давлением по обе стороны экватора. Параллель с самым низким давлением приходится в январе на 5-10° ю. ш., а в июле — на 15° с. ш. Это — зона экваториальной депрессии, распространяющаяся больше на то полушарие, в котором в данном месяце лето. В направлении к высоким широтам от этой зоны давление в каждом полушарии растет, и максимальные значения давления мы находим в январе под 30-32° северной и южной широты, а в июле — под 33-37° с. ш. и 26-30° ю. ш. Это — две субтропические зоны повышенного давления.

От субтропиков к еще более высоким широтам давление падает, особенно сильно в южном полушарии. Под 75-65° с. ш. и под 60-65° ю. ш. наблюдается минимальное давление в двух субполярных зонах низкого давления, а еще дальше в направлении к полюсам давление снова растет.

Итак, зональность в распределении давления в нижней тропосфере сложнее, чем в распределении температуры. Температура у земной поверхности непрерывно падает от низких широт к высоким. Давление же от экваториальной зоны сначала растет к субтропикам, затем падает к субполярным широтам и снова растет к полюсам.

При этом меридиональный барический градиент направлен от субтропиков к экватору, от субтропиков же к субполярным широтам и от полюса к субполярным широтам; направление барического градиента, таким образом, несколько раз меняется вдоль меридиана (рис. 91). С этим согласуется и зональное распределение ветра, о чем будет сказано ниже.

Рис. 91. Зональное распределение давления и переносов воздуха у земной поверхности и в нижней тропосфере (схема).
Справа — направление барических градиентов вдоль меридиана в соответ-ствующих зонах.

Местные эффекты

Ячейки Хэдли, Феррела и Полярные клетки дают общее представление об атмосферной циркуляции. Однако местные эффекты очень важны и модулируют эту циркуляцию и создают субклетки. На последние влияют разница в поверхностном трении, способность поглощать и дифференцированно выделять тепло между океанами и сушей, а также суточный цикл солнечного света. Он работает даже в микромасштабе. Например, в случае морского бриза воздух с берега, нагретый Солнцем, поднимается вверх и заменяется более прохладным воздухом из воды. Ночью земля теряет тепло быстрее, чем вода, и направление ветра меняется на противоположное.

В более широком масштабе этот суточный цикл может стать сезонным или даже многолетним. Теплый воздух экваториальных континентов и западной части Тихого океана поднимается вверх, движется на восток или запад в зависимости от обстоятельств, пока не достигает тропопаузы, затем опускается в Атлантическом , Индийском или Восточном Тихом океане, более холодный.

Кровообращение Уокера

Нормальная конвективная циркуляция Уокера

Уменьшение пассатов нарушает цикл Уокера и позволяет горячей воде течь дальше на восток.

Усиление ветров растягивает область, покрытую кровообращением Уокера, и укрепляет ее.

Тихоокеанская ячейка, которая полностью океаническая, особенно важна. Ему было дано имя Уолкер клеток в честь сэра Гилберта Уокера , директора в начале XX — го  века метеорологических обсерваторий Индии . Он пытался найти способ предсказывать муссонные ветры. Хотя он и потерпел неудачу, его работа привела его к открытию периодического изменения давления между Индийским и Тихим океанами, которое он назвал Южным колебанием . Две другие идентичные клетки находятся недалеко от экватора в Индийском океане и в Южной Атлантике.

Гумбольдта , исходя из Антарктиды, охлаждает побережье Южной Америки. Следовательно, существует большая разница температур между западом и востоком этого огромного океана, что вызывает прямую циркуляцию, подобную циркуляции Хэдли. Наблюдается конвекция в западной части около Азии и Австралии и опускание в области высокого давления вдоль побережья Южной Америки. Это создает сильную обратную циркуляцию с востока, которая производит эффект каракатицы  : уровень моря в западной части Тихого океана на 60 см выше, чем на востоке.

Движение воздуха в этой циркуляции влияет на температуру во всей системе, которая циклически создает необычно теплые или холодные зимы через несколько лет. Это также может изменить частоту ураганов.

Эль-Ниньо и Южное колебание

Поведение ячейки Уокера — главный ключ к пониманию явления Эль-Ниньо (на английском языке ENSO или Эль-Ниньо — Южное колебание). Если конвективная активность снижается в западной части Тихого океана по не совсем понятным причинам, клетка разрушается. Западная циркуляция на высоте уменьшается или прекращается, что перекрывает подачу холодного воздуха в восточную часть Тихого океана, а восточный возвратный поток с поверхности ослабевает.

Это позволяет теплой воде, скопившейся в западной части Тихого океана, спускаться по склону в сторону Южной Америки, что изменяет температуру поверхности моря в этой области в дополнение к нарушению морских течений. Это также полностью меняет систему облаков и дождя, а также создает необычные температуры в Северной и Южной Америке, Австралии и на юго-востоке Африки .

Между тем в Атлантике сильные западные ветры, которые обычно блокируются циркуляцией Уокера, теперь могут достигать необычной силы. Эти сильные ветры отсекают восходящие столбы влажного воздуха от гроз, которые обычно превращаются в ураганы, и таким образом сокращают их количество.

Противоположностью Эль-Ниньо является Ла-Нинья . В этом случае конвекция в западной части Тихого океана увеличивается, что усиливает клетку Уокера, приносящую более холодный воздух вдоль побережья Америки. Последний дает более холодные зимы в Северной Америке и больше ураганов в Атлантике. Поскольку горячая вода под высоким давлением выталкивается на запад, это позволяет холодной воде из глубин подниматься вверх к побережью Южной Америки, что обеспечивает лучшую поставку питательных веществ для рыбы и обеспечивает отличную рыбалку. Однако при ясной погоде в одном и том же регионе наблюдаются продолжительные периоды засухи.

Внетропические циклоны

В течение года во внетропических широтах каждого полушария возникают многие сотни циклонов. Размеры внетропических циклонов весьма значительны. Хорошо развитый циклон может иметь в поперечнике 2-3 тыс. км. Это значит, что он может одновременно покрывать несколько западноевропейских стран и определять режим погоды на этой огромной территории.

Вертикальное распространение циклона меняется по мере его развития. В первое время циклон заметно выражен лишь в нижней части тропосферы. В передней части циклона, с притоком воздуха из низких широт, температуры повышены; в тыловой, с притоком воздуха из высоких широт, напротив, понижены.

Но при последующем развитии циклон становится высоким. При этом температура воздуха в циклоне в общем понижается, а температурный контраст между передней и тыловой частью более или менее сглаживается. Возможно и проникновение циклона в стратосферу.

Тропопауза над хорошо развитым циклоном прогнута вниз в виде воронки. Температура нижней стратосферы над циклоном при этом повышена.

Температурные контрасты в области циклона объясняются тем, что циклон возникает и развивается на главном фронте (полярном или арктическом) между воздушными массами разной температуры. В циклоническую циркуляцию втягиваются обе эти массы.

В дальнейшем развитии циклона теплый воздух оттесняется в верхнюю часть тропосферы и сам подвергается там радиационному выхолаживанию. Горизонтальное распределение температуры в циклоне становится более равномерным, и циклон начинает затухать.

Давление в центре циклона (глубина циклона) в начале его развития, конечно, ненамного отличается от среднего: это может быть, например, 1000-1010 мб. Однако в особенно глубоких циклонах давление понижается до 960-950 мб.

Вместе с углублением циклона растут и занимаемая им площадь, и барические градиенты, и скорости ветра в нем. Ветры в глубоких циклонах сильные и иногда достигают штормовых скоростей на больших территориях.
Жизнь циклона продолжается вообще несколько суток. В первой половине своего существования циклон углубляется, во второй — заполняется и, наконец, исчезает вовсе (затухает). В некоторых случаях существование циклона оказывается длительным, особенно если он объединяется с другими циклонами, образуя одну общую глубокую, обширную и малоподвижную область низкого давления, так называемый центральный циклон.

Погода

Погода не постоянна, у нас может быть сегодня ясная погода, а завтра начаться ураган.

Характеристики погоды:

1. Температура

2. Влажность

3. Атмосферное давление

4. Облачность

5. Осадки

6. Ветер

Очень часто бывает, что две воздушнее массы (холодная и теплая) сталкиваются или одна заходит на другую, линию где эти массы соединяются называют атмосферный фронт.

При прохождение атмосферного фронта погода резко меняется (так как меняются воздушные массы)

Теплый фронт — образуется когда теплый воздух движется в сторону холодного.

Как меняется погода: появляется облачность, выпадают осадки

Холодный фронт — образуется когда холодный воздух движется в сторону теплого.

Холодный воздух подтекает под теплый и выталкивает его наверх.

Как меняется погода: наступает похолодание, усиливается ветер.

Распределение осадков на Земле

Атмосферные осадки на земной поверхности распределяются неравномерно (рис. 12). Главные причины неравномерного распределения осадков — температура воздуха и общая циркуляция атмосферы. Распределение осадков на Земле также зависит от положения территории относительно Мирового океана, близости теплых или холодных течений, рельефа. (Изучите факторы распределения атмосферных осадков на земном шаре.)

Температура воздуха и общая циркуляция атмосферы определяют зональное выпадение атмосферных осадков.

Для экваториального пояса характерно максимальное количество осадков — до 2000 мм в год. На склонах некоторых гор выпадает до 6000—7000 мм, а, например, на склонах вулкана Камерун (Африка) — 10 000 мм. Большое количество осадков обусловлено высокой влажностью, а также господством восходящих потоков воздуха, благоприятствующих образованию облаков. Абсолютный максимум осадков приходится на предгорья Гималаев (Черапунджи — 12 000 мм). В тропических поясах выпадает за год наименьшее количество осадков (100—250 мм). Это Сахара, пустыни Аравии, Западной Австралии и другие территории земного шара. Минимальное количество характерно для пустыни Атакама (0,01 мм). Особенно бедны осадками западные побережья материков, омываемые холодными течениями (Перуанским, Калифорнийским, Бенгельским, Западно-Австралийским). Восточные побережья материков в тропиках (Флорида, юго-восточные части Азии и Африки, Восточная Австралия) орошаются дождями, приносимыми пассатами и муссонами.

В умеренных широтах в условиях пониженного атмосферного давления количество осадков увеличивается. Значительное количество осадков в умеренных широтах Северного полушария связано с западными ветрами. Однако существуют различия из-за большой площади материков. На западе (Западная Европа, северо-запад Северной Америки, западные склоны Анд) под влиянием морских воздушных масс осадки достигают 2000—3000 мм и более. В центральной части количество осадков составляет от 600 мм на западе до 300 мм на востоке. В районах действия муссонов (восточные побережья Северной Америки и Евразии) количество осадков увеличивается до 1000 мм.

Холодные области полярных широт в обоих полушариях отличаются малым количеством осадков (менее 250 мм). Основными причинами являются слабая солнечная радиация, низкие температуры воздуха, ничтожная величина испарения.

На всей Земле за год выпадает 520 тыс. км3 осадков. Из них над океанами — 79 % и над сушей — 21 %. В области экватора осадков выпадает много, почти половина всех осадков Земли. В тропических и полярных поясах (в областях высокого давления) осадков выпадает мало — там располагается большинство тропических и арктических пустынь земного шара.

От чего зависит количество осадков:

1) Температуры воздуха

чем выше температуры, тем испарение больше

2) Морских течений:

Теплое течение способствует образованию осадков (воздух над ними теплый и влажный, а следовательно легко поднимается и в соседних областях выпадают осадки)
Холодное течение не способствует образованию осадков (над ними небольшое испарение и воздух из-за этого холодный, почти не насыщенный влагой)

3) Циркуляции атмосферы

• Если воздух перемещается с водоема с теплым течением на сушу, это способствует выпадению осадков

• Если воздух перемещается с водоема с холодным течением, это не способствует выпадению осадков

4) Высоты точки

• В горах насыщенные влагой воздушные массы поднимаются вверх и вследствие охлаждения и конденсации (превращения пара в жидкость) выпадают осадки на наветренных склонах.

• Например, больше осадков выпадет на восточных склонах Гималаев. Эти склоны называются наветренными, так как на них дует ветер.

5) Количество осадков меняется соблюдая меридиональную и широтную зональность

• От экватора к полюсам — широтная зональность

• В Тропическом и умеренном поясе количество осадков уменьшается при движении вглубь континента — меридиональная зональность (например, в Санкт — Петербурге, который находится на берегу финского залива осадков выпадет больше, чем в Тыве, находящейся в центральной части континента)

Строение атмосферы

Верхние её границы растворяются в космосе и четко не обозначены. Нижняя граница находится на уровне земли.

Самое важное о каждом слое:

1) Тропосфера

• Тропосфера — самый нижний слой атмосферы. Мы дышим воздухом тропосферы.

• Толщина над полюсами составляет 8-10 км, в умеренных широтах — 10-12 км, а над экватором — 16-18 км.

• В тропосфере сосредоточена большая масса воздуха атмосферы.

• Погода формируется в тропосфере

• Движения масс воздуха горизонтальные (ветер) и вертикальные (конвекция)

• Температура в тропосфере падает каждый 1000 м на 6 градусов

2) Стратосфера

• Стратосфера — слой атмосферы, расположенный над тропосферой на высоте от 8 до 50 км.

• Не образуются облака

• Наблюдаются устойчивые воздушные течения

• Температура начинает расти

• Здесь находится озоновый слой

В стратосфере на высоте 25 — 35 км находится озоноый слой

Озоновый слой поглощает ультрафиолетовые лучи, не пропуская их к Земле (озоновый слой является жизненно необходимым, большие дозы ультрафиолета являются губительными для живых организмов)

3) Мезосфера

• Слой расположен на высоте 50 — 80 км

• Температура снижается до — 90 градусов

4) Термосфера

• Слой расположен на высоте 80 — 800 км

• Температура резко растет

5) Экзосфера

• Расположена выше 800 км

• Постепенно переходит в космическое пространство

• Состоит из самых легких газов (водорода, гелия)

Циркуляция атмосферы в России

Наибольшая часть российской территории расположена в умеренных широтах, где распространены умеренные воздушные массы. На севере государства хозяйствуют воздушные массы арктического направления, а в южных областях дуют тропические ветры.

Умеренные воздушные массы подразделяются на континентальные и морские, так как они образуются над сушей и над океаном. Со стороны Атлантики движутся морские умеренные воздушные массы, приносящие воздух повышенной влажности и оказывающие влияние на Восточно-Европейскую равнину. Зимой такое воздушное течение порождает потепление, туманы, а также снегопад. Морские умеренные воздушные массы могут преобразоваться в континентальные в результате продвижения в середину континента. Дальневосточные области России расположены под влиянием тихоокеанских морских воздушных течений.

На климат северных побережий России оказывают влияние арктические воздушные течения, которые формируются над Северным Ледовитым океаном. Такие воздушные течения способны проникают на равнины в глубь территории государства.

Южные территории России на протяжении всего года подвержены тропическим воздушным массам, приносящим сухой теплый воздух со стороны Азии и Африки. Со стороны Средиземноморья и Атлантики на Европейскую часть России воздействуют морские воздушные массы.

Воздушные массы имеют рубежи – атмосферные фронты. Над российской территорией образуются полярный и арктический фронты. В зависимости от сезона позиция фронтов изменяется. Летом на дальневосточных территориях России и в западной части Восточно-Европейской равнины усиленно действуют циклоны. Антициклоны более свойственны для южных частей Восточно-Европейской равнины. Восточная Сибирь зимой подвержена действию стойких антициклонов.

Перемещаясь над российской территорией воздушные массы обладают свойством преобразовываться и обретать новые качества.

Постоянные и сезонные ветры

Распределение поясов высокого и низкого давления на Земле вызывает возникновение постоянных ветров — пассатов, западных ветров умеренных широт, полярных восточных ветров, сезонных ветров — муссонов.

Ветры тропических широт

Пассаты — это ветры, которые дуют круглый год преимущественно над океаном от тропиков Северного и Южного полушарий к экватору, т. е. из области высокого давления в область низкого давления (см. рис. 10). Под влиянием вращения Земли вокруг оси пассаты отклоняются в Северном полушарии вправо, т. е. дуют с северо-востока на юго-запад, а в Южном — влево и направлены с юго-востока на северо-запад.

Ветры умеренных широт

От тропических поясов высокого давления воздух поступает не только к экватору, но и в умеренные широты, где преобладает низкое давление. Вследствие вращения Земли воздушные течения постепенно отклоняются к востоку. Так они приобретают преимущественно западное направление. Такие ветры, действующие постоянно, называют западными ветрами. Они усиливаются в зимнее время и в течение года обеспечивают западный перенос воздуха.

Ветры полярных областей

В полярных областях Земли воздух перемещается от полярных областей высокого давления в сторону пониженного давления умеренных широт. Это преобладающие северо-восточные ветры в Северном полушарии и юго-восточные — в Южном. Под влиянием вращения Земли ветры усиливаются и принимают восточное направление (откуда дуют) и способствуют общему восточному переносу воздуха. Антарктические ветры, в отличие от арктических, устойчивы и имеют большие скорости.

Сезонные ветры

Постоянно действующая общая циркуляция атмосферы нарушается сезонной циркуляцией. В отличие от постоянных ветров сезонное перемещение воздуха связано с меридиональным перемещением воздуха и вызвано температурными различиями между сушей и морем и неодинаковым давлением над ними. Такие сезонные ветры, меняющие свое направление два раза в год, называют муссонами. Летние муссоны дуют с прохладных океанов с высоким давлением на нагретые материки с низким давлением. Они приносят прохладный насыщенный влагой воздух и вызывают выпадение осадков. Зимний муссон дует с материков с высоким давлением на океан с низким давлением. Он несет холодный и сухой воздух, малооблачную сухую погоду (рис. 11). Действие внетропических муссонов проявляется в восточных частях материков, где с ними соседствуют огромные пространства океанов (на Дальнем Востоке России, в Японии, на Аляске). (Найдите на карте атласа области действия пассатов, западных ветров, полярных восточных ветров, муссонов.)

В тропических широтах Земли муссоны связаны с различиями в температуре и давлении зимой и летом между Северным и Южным полушариями. Они способствуют обмену воздуха между полушариями (Тропическая Африка к северу от экватора, Восточная Африка к югу от экватора, Индостан, Индокитай, Восточный Китай и др).

Климатологические фронты

Постоянное расчленение барического поля Земли на циклоны и антициклоны приводит к тому, что и воздух тропосферы всегда расчленяется на воздушные массы, разделенные фронтами.
Многолетние средние положения главных фронтов в разные сезоны будем называть климатологическими фронтами.

В действительности положение и число фронтов могут резко отличаться от многолетнего среднего распределения. Фронты возникают, перемещаются и размываются в связи с циклонической деятельностью

Но сейчас следует рассмотреть среднее положение фронтов, важное для понимания распределения на Земле климатических условий.

В январе в северном полушарии на средней карте обнаруживаются два арктических фронта: один — на севере Атлантического океана и на севере Евразии, другой — на севере Североамериканского материка и над архипелагом арктического сектора Америки.

В более низких широтах, между 30 и 50° с. ш., обнаруживается цепь полярных фронтов, отделяющих области преобладания полярного воздуха (воздуха умеренных широт) от областей преобладания тропического воздуха. Полярные фронты проходят: над Атлантическим океаном; над Средиземным морем; над Тихим океаном; над югом США.

Аналогично в южном полушарии обнаруживаются антарктические фронты, окружающие материк Антарктиды, и четыре полярных фронта под 40-50° ю. ш. над океанами.

Внутри тропиков обнаруживаются тропические фронты, которые на климатологических картах сливаются или почти сливаются в один общий фронт.

В июле арктические и антарктические фронты занимают положения, близкие к январским. Полярные фронты в северном полушарии несколько смещены к северу в сравнении с январем. Полярные фронты над южным полушарием несколько смещены к экватору. Наконец, тропические фронты в июле смещены в северное полушарие. Они также объединяются на средней карте в один общий фронт.

Таким образом, от января к июлю все климатологические фронты более или менее смещаются к северу, а от июля к январю — к югу.

Квазигеострофичность течений общей циркуляции

Течения общей циркуляции в большей части атмосферы являются квазигеострофическими. Это значит, что они достаточно приближаются к геострофическому ветру, т. е. малокриволинейны, мало подвержены трению и связаны с распределением давления таким образом, что направлены почти по изобарам. Только в слое трения течения существенно отличаются от геострофического ветра и значительно отклоняются от изобар.

Конечно, строго геострофическими течения не будут и над слоем трения; как правило, они и там имеют ускорения и направлены не строго по изобарам, отчего зависят изменения барического поля. Но все же в свободной атмосфере отклонения течений общей циркуляции от геострофического ветра невелики, почему и можно называть эти течения квазигеострофическими.

Условие квазигеострофичности не выполняется также на экваторе и вблизи него как у земной поверхности, так и в свободной атмосфере; отклоняющая сила вращения Земли здесь равна нулю или ничтожно мала и не может уравновешивать силу барического градиента.

Возникновение внетропических циклонов

Атмосферные возмущения внетропических широт возникают преимущественно на главных фронтах тропосферы, т. е. на фронтах между полярным (умеренным) и тропическим воздухом или между арктическим и полярным воздухом.

Этот процесс можно рассматривать как возникновение на поверхности главного фронта огромных волн, с длинами порядка 1000 км и более. На главном фронте, протяжением в несколько тысяч километров, возникает обычно несколько волн, перемещающихся по фронту чаще всего с запада на восток.

При этом в долинах фронтальных волн развивается циклоническое движение и давление падает: образуются циклоны. Центр каждого циклона лежит на фронте; фронт, таким образом, проходит через внутреннюю часть циклона (рис. 105). В передней части циклона фронт продвигается к высоким широтам и имеет здесь характер теплого фронта. В тыловой части циклона фронт продвигается к низким широтам и имеет здесь характер холодного фронта. Тот и другой являются участками единого главного фронта. Соответственно возникают в циклоне и системы облаков и осадков, свойственные фронтам.

Сами фронты в циклоне обостряются вследствие существующей там сходимости воздушных течений. Язык теплого воздуха в циклоне, между теплым и холодным фронтом, носит название теплого сектора циклона. В нем наблюдаются в циклоне самые высокие температуры у земной поверхности. Циклон в этой стадии развития — с теплым сектором — называется молодым циклоном; с течением времени он углубляется, т. е. давление в его центре падает. Сам циклон перемещается по фронту обычно в восточном направлении. При этом холодный фронт в области циклона постепенно нагоняет медленнее перемещающийся теплый фронт и, наконец, смыкается с ним. Происходит так называемая окклюзия циклона. В окклюдированном циклоне теплого сектора у земной поверхности уже нет — теплый воздух теперь оттеснен холодным воздухом в верхнюю часть тропосферы, где он охлаждается путем излучения, а сам циклон становится холодным и высоким. Скорость его перемещения убывает, а давление в центре начинает повышаться — начинается затухание циклона.

Рис. 105. Схема развития фронтального циклона а, б — начальные стадии, в — молодой циклон, г, д — окклюдированный циклон

На каждом полярном фронте возникает обычно не единичный циклон, а серия циклонов из нескольких членов, перемещающихся вдоль фронта один за другим. Вследствие уменьшения скорости перемещения после окклюзии циклоны серии обычно нагоняют друг друга и могут, в конце концов, объединиться в одну обширную высокую и малоподвижную депрессию — центральный циклон. Так как циклоны движутся с составляющими, направленными к высоким широтам, центральный циклон образуется в довольно высоких широтах, субполярных или близких к субполярным. Обычная продолжительность существования серии циклонов около недели, но центральный циклон может существовать и дольше.

Муссоны

В некоторых областях Земли перенос воздуха в нижней половине тропосферы носит название муссонов. Муссоны — это устойчивые сезонные режимы воздушных течений с резким изменением преобладающего направления ветра от зимы к лету и от лета к зиме. В каждом месте области муссонов в течение каждого из двух основных сезонов существует режим ветра с резко выраженным преобладанием одного направления над другими. При этом в другом сезоне преобладающее направление ветра будет противоположным или близким к противоположному. Таким образом, в каждой мус-сонной области есть зимний муссон и летний муссон с взаимно противоположными или, по крайней мере, с резко различными преобладающими направлениями.

В случае муссонов, как и в случае пассатов, устойчивость распределения вовсе не означает, что в течение сезона над данным районом удерживается один и тот же антициклон или одна и та же депрессия. Муссоны наблюдаются в тех районах, где циклоны и антициклоны обладают достаточной устойчивостью и резким сезонным преобладанием одних над другими.

Особенно резко выраженные и устойчивые муссоны наблюдаются в тропических широтах.

Основную причину тропических муссонов можно видеть в различном нагревании полушарий в течение года. Если по обе стороны от экватора находится океан, то указанные сезонные смещения зон давления невелики и муссоны не получают особого развития. Но, например, над материком Африки распределение давления меняется от января к июлю сильно. В связи с этим направление барических градиентов над тропической Африкой от сезона к сезону резко меняется в широкой полосе, что и является здесь причиной муссонов.