Циркуляция атмосферы

           Выделяют  циклоны фронтальные, центральные, тропические и термические депрессии.

           Фронтальные циклоны образуются на арктическом и полярном фронтах. Летом наиболее активен арктический фронт, так как увеличивается различие в свойствах арктической и полярной воздушных масс. Зимой наиболее существенна разница в свойствах между тропической и полярной воздушными массами и активизируется полярный фронт. В стадии молодости циклон обрисовывается одной замкнутой изобарой, в нем хорошо развит теплый сектор, ограниченный теплым и холодным фронтами. Фронты проходят через центр циклона, являясь, собственно, двумя ветвями единого фронта. Ветры в циклонах дуют от периферии к центру против часовой стрелки в Северном полушарии. Одновременно происходит поднятие воздуха и растекание его в верхней части циклона. Холодный фронт движется быстрее теплого, в результате площадь теплого сектора уменьшается и циклон переходит в стадию зрелости. Стадия зрелости - максимальная стадия развития циклона, он обрисовывается несколькими замкнутыми изобарами, занимает огромную площадь в тысячи квадратных километров. В стадии разрушения - окклюзии - холодный фронт смыкается с теплым фронтом, теплый воздух вытесняется вверх, у подстилающей поверхности взаимодействуют два холодных воздуха. Если они имеют одинаковую температуру, циклон прекращает свое развитие, если разную - циклон может активизироваться.

            Циклоны обычно существуют несколько суток, двигаясь с запала на восток со скоростью около 20-30 км/ч. На фронте возникает серия циклонов, в серии по три-четыре циклона. Каждый следующий циклон находится на более молодой стадии развития и двигается быстрее.

              Циклоны нагоняют друг друга, смыкаются, образуя центральные циклоны — второй тип циклона. Благодаря малоподвижным центральным циклонам поддерживается область пониженного давления над океанами в умеренных широтах.

            Различают циклопы низкие и высокие. Низкие циклоны — теплые, высокие — холодные. Теплые циклоны формируются в пределах нижней и средней тропосферы. В центре циклона наблюдается самая высокая температура. Над низким циклоном наверху располагается антициклон. Высокие циклоны холодные. Они захватывают всю тропосферу и могут вторгаться в стратосферу. Изобары в нем вогнутые, температура в центре — низкая.

            Тропические циклоны. Родина тропических вихрей – океанские просторы в приэкваториальной области примерно между 10–15° северной и южной широт, их диаметр – несколько сотен километров, а высота – от 5 до 15 км. Тропические циклоны могут возникать в любое время года в тропических частях всех океанов, за исключением юго-восточной части Тихого океана и южной части Атлантики. Наиболее часто (в 87% случаев) тропические циклоны возникают между широтами 5° и 20°. В более высоких широтах они возникают лишь в 13% случаев. Никогда не отмечалось возникновение циклонов севернее 35° северной широты и южнее 22° южной широты. Тропические циклоны, достигшие значительной интенсивности, в каждом районе имеют свое название. В восточной части Тихого океана и в Атлантике их называют ураганами, в странах полуострова Индостан – циклонами или штормами, на Дальнем Востоке – тайфунами. Тайфунам Тихого океана и ураганам Атлантики присваивают имена согласно установленным спискам. Для тайфунов используются четыре списка имен, для ураганов установлен один. Каждому тайфуну или урагану, образовавшемуся в данном календарном году, кроме имени присваивается порядковый номер двухзначная цифра года: например, 0115, что означает пятнадцатый по счету номер тайфуна в 2001.

            Чаще всего они образуются в северной части тропической зоны Тихого океана: здесь, в среднем, за год прослеживается около 30 циклонов. В умеренные широты тропические циклоны выходят в период с конца июня по начало октября, а наиболее активны в августе-октябре. Отличительной особенностью циклонов этой группы является то, что они термически однородны (т.е. нет температурных контрастов между различными частями вихря), в них сосредоточено колоссальное количество энергии, они приносят с собой штормовые ветры и сильные осадки.

            Тропические циклоны образуются там, где наблюдается высокая температура поверхности воды (выше 26°), а разность температур вода-воздух более 2°. Это приводит к усилению испарения, увеличению запасов влаги в воздухе, что, в известной степени, определяет накопление тепловой энергии в атмосфере и способствует вертикальному подъему воздуха. Появляющаяся мощная тяга увлекает все новые и новые объемы воздуха, нагревшиеся и увлажнившиеся над водной поверхностью. Вращение Земли придает подъему воздуха вихревое движение, и вихрь становится подобным гигантскому волчку, энергия которого грандиозна. Центральную часть воронки называют «глазом бури». Это феноменальное явление, которое поражает особенностями своего «поведения». Когда глаз бури хорошо выражен, на его границе осадки внезапно прекращаются, небо проясняется, а ветер значительно ослабевает, иногда до штиля. Форма глаза бури может быть самой разной, она постоянно меняется. Иногда встречается даже двойной глаз. Средний диаметр глаза бури в хорошо развитых циклонах равен 10–25 км, а в разрушительных он составляет 60–70 км.

            Тропические циклоны в зависимости от их интенсивности:

1. Тропическое возмущение  – скорости ветра небольшие  (менее 17 м/с).

 2. Тропическая депрессия – скорость ветра достигает 17–20 м/с.

3. Тропический шторм  – скорость ветра до 38 м/с.

4. Тайфун (ураган) – скорость  ветра превышает 39 м/с.

            В жизненном цикле тропического циклона выделяют четыре стадии:

1. стадия формирования. Начинается с появления первой замкнутой изобары (изобара – линия равного давления). Давление в центре циклона опускается до 990 гПа. Лишь около 10% тропических депрессий получает дальнейшее развитие.

2. стадия молодого циклона или стадия развития. Циклон начинает быстро углубляться, т.е. отмечается интенсивное падение давления. Ветры ураганной силы образуют вокруг центра кольцо радиусом 40–50 км.

3. стадия зрелости. Падение давления в центре циклона и увеличение скорости ветра постепенно прекращаются. Область штормовых ветров и интенсивных ливней увеличивается в размерах. Диаметр тропических циклонов в стадии развития и в зрелой стадии может колебаться от 60–70 км до 1000 км.

4. стадия затухания. Начало заполнения циклона, роста давления в его центре). Затухание происходит при перемещении тропического циклона в зону более низких температур поверхности воды или при переходе на сушу. Это связано с уменьшением притока энергии (тепла и влаги) с поверхности океана, а при выходе на сушу еще и с увеличением трения о подстилающую поверхность.

           Термические депрессии возникают на суше из-за сильного нагрева участка поверхности, поднятия и растекания воздуха нал ним, в результате у подстилающей поверхности образуется область пониженного давления.

           Антициклон — плоский нисходящий атмосферный вихрь, проявляющийся у земной поверхности областью повышенного давления, с системой ветров от центра к периферии по часовой стрелке в Северном полушарии и против часовой — в Южном.

            Антициклоны подразделяются на  фронтальные, субтропические антициклоны  динамического происхождения и  стационарные.

            В умеренных широтах в холодном воздухе возникают фронтальные антициклоны. В стадии молодости антициклон представляет собой небольшой нисходящий вихрь. Фронт через него не проходит, а окаймляет его по периферии, так как воздушные массы в антициклоне не соприкасаются. В стадии зрелости он достигает наибольшего развития, в стадии старости начинает разрушаться. Антициклоны в умеренных широтах перемещаются сериями с запада на восток со скоростью 20 — 30 км/ч. Последний заключительный антициклон достигает субтропиков, стабилизируется и образует субтропический антициклон динамического происхождения. К ним относятся постоянные барические максимумы на океанах. Стационарный антициклон возникает над сушей в зимний период в результате сильного выхолаживания участка поверхности.

            Местные ветры – ветры, возникающие на ограниченных участках территории в результате влияния местных причин. К местным ветрам термического происхождения относятся бризы, горно-долинные ветры, влияние рельефа вызывает образование фенов и боры.

            Бризы - это ветры у береговой линии морей и больших озёр, имеющие резкую суточную смену направления. Днём морской бриз дует в нижнем слое, имеющем высоту несколько сотен метров (иногда в слое более километра) в направлении на берег, а ночью береговой бриз дует с берега на море. Скорость ветра при бризах - около 3 - 5 м/с, в тропиках - больше. Бризы выражены отчетливо в тех случаях, когда погода ясная и общий перенос воздуха слаб, как это бывает, например, во внутренних частях антициклонов.

            Горно-долинные ветры, ветры в горных районах, меняющие направление дважды в сутки: днём долинный ветер дует вверх по долинам и горным склонам, ночью горный ветер дует в обратном направлении. Горно-долинные ветры – местная (локальная) циркуляция, обусловленная различиями в нагревании и охлаждении атмосферы над горами и над равниной. Днём воздух над хребтами и долинами нагревается сильнее, чем на тех же уровнях над равниной, и больше расширяется. Поэтому на верхних уровнях возникает падение давления (горизонтальный барический градиент), направленное от гор к равнине, и перенос воздуха в том же направлении. Этот верхний отток воздуха в сторону равнины создаёт внизу падение давления от равнины к горам и, как следствие, долинный ветер. Ночью условия распределения температуры и давления обратные, почему и возникает горный ветер. Эта циркуляция между долиной и горами дополняется ночным опусканием охлажденного воздуха по горным склонам и дневным восхождением по ним нагретого воздуха. Скорость горно-долинных ветров невелика, но в отдельных случаях может достигать 10 м/сек.

            Фен – сильный и порывистый ветер с высокой температурой и низкой относительной влажностью воздуха, дующий с гор в долины во многих горных системах. Редкое природное явление, которое можно наблюдать в горах Алтая, Альпах, на Кавказе, в Сочи.

            Бора – сильный и порывистый ветер, дующий преимущественно в холодное время года вниз по горному склону и приносящий значительное похолодание (в отличие от фёна). Наблюдается в местностях, где невысокий горный хребет граничит с тёплым морем; например, на Адриатическом побережье Югославии вблизи Триеста, на С. Черноморского побережья Кавказа между Туапсе и Новороссийском, и особенно в самом Новороссийске (где называется норд-ост), на берегах Байкала, на Новой Земле и т.п. Бора (сильный ветер) образуется при вторжениях масс холодного воздуха, который, переваливая невысокий хребет, сравнительно мало нагревается адиабатически и с большой скоростью «падает» по подветренному склону под действием градиента давления и силы тяжести.

 

                  1.2.5 Мелкомасштабные вихри

 

            К мелкомасштабным вихрям относятся смерчи и тромбы (торнадо). Вихри над морем называются смерчами, нал сушей — тромбами. Для них характерны небольшие размеры (диаметр 100—300 м), большая скорость ветра, большая разность давления внутри вихря и вблизи него. Сам вихрь двигается со скоростью 30 — 40 км/ч, но скорость ветра в нем достигает 100 м/с. Возникают тромбы обычно поодиночке, смерчи — сериями. Например, 23 ноября 1981 г. у побережья Англии в течение пяти часов сформировалось 105 смерчей.

            Зарождаются смерчи и тромбы обычно в тех же местах, что и тропические циклоны, в жарком влажном климате. Основным источником энергии служит конденсация водяных паров, при которой выделяется энергия. Большое число тромбов (торнадо) в США объясняется приходом влажного теплого воздуха с Мексиканского залива. Виден тромб благодаря втягиванию пыли и конденсации водяных паров. При движении смерчи и тромбы вырывают деревья, разрушают постройки, переносят людей, животных.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Погода

Теплооборот, влагооборот и циркуляция атмосферы формируют погоду и климат в географической оболочке.

            Погода - состояние атмосферы в данный момент над определенной территорией. Существуют понятия - погода суток и погода момента. В центральных областях и в Сибири под погодой подразумевается сильный ветер, на севере России - ненастье.

            Погода характеризуется совокупностью метеоэлементов: температурой, давлением, влажностью, осадками, облачностью. Погода отличается изменчивостью, многообразием и повторяемостью.

            Систематические  наблюдения за погодой позволили выделить комплексные типы погод (классификация принадлежит Е.Е. Федорову). Типы объединены в три большие группы: погоды безморозные, с переходом температуры через ноль, морозные погоды.

Безморозные погоды образуются при положительном радиационном балансе и положительных температурах воздуха. Здесь выделяются следующие классы погод: суховейно-засушливые (с температурами выше 22С° и относительной влажностью менее 40 %), умерено-засушливые (с относительной влажностью более 40%), малооблачные, облачные днем, облачные ночью, пасмурные с осадками, пасмурные без осадков и влажнотропические. Первые три класса характерны для антициклона, четыре следующие образуются при прохождении фронтов. Влажнотропическая погода характерна для экваториальных широт, она формируется благодаря конвекции и послеполуденным осадкам.

            Погоды с переходом температуры воздуха через ноль отмечаются в умеренных широтах в переходные сезоны года, когда радиационный баланс равен нулю. В течение суток наблюдается переход температур через ноль: если среднесуточная температура положительная, то ночью температура опускается ниже нуля; и наоборот, если среднесуточная температура отрицательная, то днем температура поднимается до положительных значений. Погоды ясная днем и облачная днем наблюдаются при прохождении фронтов ночью или днем.

            Морозные погоды формируются в зимний сезон при отрицательном радиационном балансе и отрицательных температурах воздуха. В этой группе выделяют слабо морозные погоды (с температурами до - 12.4С°), умеренно-морозные (от - 12.5 до - 22.4С°), значительно-морозные (от - 22.5 до - 32.4°С), жестоко-морозные погоды (от -32.5 до -42.4С°) и крайне морозные (температуры ниже -42.5С°).

            По происхождению погоды делятся на внутримассовые и фронтальные. Внутримассовые, связанные с одной воздушной массой подразделяются на движущиеся и  местные. Погоды движущихся воздушных масс могут быть теплыми и холодными. Погода теплой движущейся массы наблюдается в основном зимой  в теплом секторе циклона. Для нее характерны туманы, моросящие осадки, пониженное давление и повышенные температуры. Погода холодной воздушной массы  часто наблюдается летом при вторжении арктической воздушной массы. В это время температура падает, давление растет, облака при такой погоде не формируются, осадков не бывает.

            В местной воздушной массе летом развивается конвективная погода с мощной конвекцией, кучевыми облаками и ливневыми осадками, зимой – погода радиационного выхолаживания с сильными морозами.