В стратосфере происходят преимущественно зональные переносы (что обуславливает существование широтной зональности) .

Движение воздуха происходит из областей высокого давления , создаваемого более плотным холодным воздухом, в более тёплые области с низким атмосферным давлением. Температура различается в связи с тем, что на разных широтах поверхность Земли по-разному прогревается солнцем и земная поверхность имеет различные физические свойства, особенно из-за её разделения на сушу и море. Кроме того на движение воздуха влияет вращение Земли вокруг своей оси и неоднородность её поверхности, что вызывает трение воздуха о почву и его увлечение . Первоначальным источником энергии всех циркуляционных процессов в атмосфере Земли является лучистая энергия Солнца. Энергия циркуляции атмосферы постоянно расходуется на трение, но непрерывно пополняется за счёт солнечного излучения .

Энциклопедичный YouTube

• 1 / 5

  Общая циркуляция атмосферы приводит к переносу вещества и энергии в атмосфере как в широтном, так и в меридианном направлениях, из-за чего являются важнейшим климатообразующим процессом, влияя на погоду в любом месте планеты . В тропосфере в ней участвуют пассаты , муссоны , а также переносы воздушных масс, связанные с циклонами и антициклонами (циклоническая деятельность).

  Глобальными элементами атмосферной циркуляции в тропосфере являются три (в каждом полушарии) циркуляционные ячейки - ячейка Хэдли , ячейка Феррела , полярная ячейка .

  В наиболее прогреваемых местах нагретый воздух имеет меньшую плотность и поднимается вверх, таким образом образуется зона пониженного атмосферного давления. Аналогичным образом образуется зона повышенного давления в более холодных местах. . Движение воздуха происходит из зоны высокого атмосферного давления в зону низкого атмосферного давления. Так как чем ближе к экватору и дальше от полюсов расположена местность, тем лучше она прогревается, в нижних слоях атмосферы существует преобладающее движение воздуха от полюсов к экватору . Однако, Земля также вращается вокруг своей оси, поэтому на движущийся воздух действует сила Кориолиса и отклоняет это движение к западу. В верхних слоях тропосферы образуется обратное движение воздушных масс: от экватора к полюсам. Его кориолисова сила постоянно отклоняет к востоку, и чем дальше, тем больше. И в районах около 30 градусов северной и южной широты движение становится направленным с запада на восток параллельно экватору. В результате попавшему в эти широты воздуху некуда деваться на такой высоте, и он опускается вниз к земле. Здесь образуется область наиболее высокого давления. Так образуются пассаты - постоянные ветры, дующие по направлению к экватору и на запад, и так как заворачивающая сила действует постоянно, при приближении к экватору пассаты дуют почти параллельно ему . Воздушные течения верхних слоёв, направленные от экватора к тропикам , называются антипассатами . Пассаты и антипассаты как бы образуют воздушное колесо, по которому поддерживается непрерывный круговорот воздуха между экватором и тропиками. Между пассатами Северного и Южного полушарий находится внутритропическая зона конвергенции .

  В течение года эта зона смещается от экватора в более нагретое летнее полушарие. В результате в некоторых местах, особенно в бассейне Индийского океана, где основное направление переноса воздуха зимой - с запада на восток, летом оно заменяется противоположным. Такие переносы воздуха называются тропическими муссонами. Циклоническая деятельность связывает зону тропической циркуляции с циркуляцией в умеренных широтах и между ними происходит обмен тёплым и холодным воздухом. В результате междуширотного обмена воздухом происходит перенос тепла из низких широт в высокие и холода из высоких широт в низкие, что приводит к сохранению теплового равновесия на Земле .

  На самом деле циркуляция атмосферы непрерывно изменяется, как из-за сезонных изменений в распределении тепла на земной поверхности и в атмосфере, так и из-за образования и перемещения в атмосфере циклонов и антициклонов. Циклоны и антициклоны перемещаются в общем по направлению к востоку, при этом циклоны отклоняются в сторону полюсов, а антициклоны - в сторону от полюсов .

  Таким образом образуются:

  Этому распределению давления соответствуют западный перенос в умеренных широтах и восточный перенос в тропических и высоких широтах. В Южном полушарии, зональность циркуляции атмосферы выражена лучше, чем в Северном, так как там в основном океаны. Ветер в пассатах изменяется слабо и эти изменения мало меняют характер циркуляции. В среднем около 80 раз в год в некоторых районах внутритропической зоны конвергенции, развиваются тропические циклоны , которые резко изменяют установившийся режим ветров и состояние погоды в тропиках, реже за их пределами. Во внетропических широтах циклоны менее интенсивны, чем тропические. Развитие и прохождение циклонов и антициклонов - явление повседневное. Меридиональные составляющие циркуляции атмосферы, связанные с циклонической деятельностью во внетропических широтах, быстро и часто меняются. Однако бывает, что в течение нескольких суток и иногда даже недель обширные и высокие циклоны и антициклоны почти не меняют своё положение. Тогда происходят противоположно направленные длительные меридиональные переносы воздуха, иногда во всей толще тропосферы, которые распространяются над большими площадями и даже над всем полушарием. Поэтому во внетропических широтах различают два основных типа циркуляции над полушарием или большим его сектором: зональный, с преобладанием зонального, чаще всего западного переноса, и меридиональный, со смежными переносами воздуха по направлению к низким и высоким широтам. Меридиональный тип циркуляции осуществляет значительно больший междуширотный перенос тепла, чем зональный .

  Циркуляция атмосферы также обеспечивает распределение влаги как между климатическими поясами, так и внутри них. Обилие осадков в экваториальном поясе обеспечивается не только собственным высоким испарением, но и переносом влаги (благодаря общей циркуляции атмосферы) из тропических и субэкваториальных поясов. В субэкваториальном поясе циркуляция атмосферы обеспечивает смену сезонов. Когда муссон дует с моря, идут обильные дожди. Когда муссон дует со стороны засушливой суши, наступает сезон засухи. Тропический пояс суше, чем экваториальный и субэкваториальный, так как общая циркуляция атмосферы переносит влагу к экватору. Кроме того, преобладают ветры с востока на запад, поэтому благодаря влаге, испарённой с поверхности морей и океанов, в восточных частях материков выпадает достаточно много дождей. Дальше на запад дождей не хватает, климат становится аридным. Так образуются целые пояса пустынь, таких как Сахара или пустыни Австралии .

  Примечания

  1. Атмосферы циркуляция // Энциклопедия «

  Лекция 16. Общая циркуляция атмосферы

  1. Общая циркуляция атмосферы. Факторы, определяющие общую циркуляцию атмосферы.

  2. Зоны давления и ветер на высоте.

  3. Центры действия атмосферы.

  1. Общая циркуляция атмосферы

  Под общей циркуляцией атмосферы обычно понимают совокупность течений воздуха крупных масштабов, благодаря которым осуществляется обмен его по горизонтали и вертикали.

  Другими словами общая циркуляция атмосферы – система крупномасштабных воздушных течений по Земле (т.е. течений, соизмеримых по размерам с большими частями материков и океанов).

  Основными крупномасштабными атмосферными движениями являются воздушные течения, обусловленные разностью температуры между различными широтами вблизи земной поверхности и на высотах. К ним относятся также воздушные течения в системе циклонов и антициклонов, тропосферные и стратосферные струйные течения, пассаты и муссоны. Именно эти виды воздушных течений играют важную роль в формировании погоды и климата. Мелкомасштабные движения (бризы, горно-долинные ветры, шквалы, смерчи и пр.) имеют местное значение, они зарождаются (шквалы, смерчи) или разрушаются под влиянием крупномасштабной циркуляции.

  Исследования общей циркуляции атмосферы начались в XVII–XVIII вв. с попыток объяснить пассатную циркуляцию. В середине XIX века Мори уже дал схему циркуляции атмосферы на всем земном шаре. В XIX–XX вв. основой для изучения общей циркуляции атмосферы служили карты средних значений метеоэлементов (температуры, давления, ветра, осадков). Были установлены сезонные характеристики ветра, давления, температуры и общие черты климата в разных районах земного шара. Но эти значения не могли дать исчерпывающей информации о многообразии непериодических процессов. Отсутствовали данные о распределении метеоэлементов на высотах, что увеличивало трудности.

  В результате переоценки роли средних карт приземного давления и ветра долгое время главенствовало представление о малой изменчивости характера атмосферных процессов в низких широтах, об устойчивости субтропических антициклонов, зимнего сибирского антициклона. С развитием синоптических карт появилась возможность изучать непериодические процессы.

  С введением анализа атмосферных фронтов было сделано несколько попыток создать схемы общей циркуляции атмосферы. В этих схемах большое значение в междуширотном обмене придавалось вертикальной циркуляции, представляемой в виде замкнутых и незамкнутых колес. При изображении междуширотного обмена между экватором и тропиками всеми исследователями принималось классическое представление о пассатной циркуляции, основу которой дали Галлей (1686) и Гадлей (1735) (ячейка Гадлея).

  Изучался и междуширотный обмен на высотах. Показано, что он осуществляется путем горизонтального переноса, в котором главную роль играют струйные течения.

  Очевидно, невозможно построить одну схему общей циркуляции атмосферы, которая бы полностью отражала многообразие ее характера над материками и океанами в разные сезоны года. В настоящее время при построении схем общей циркуляции атмосферы исходят из положения квазигеострофичности течений обшей циркуляции, т.е. приближены к геострофическому ветру. В слое трения течения отклоняются от геострофичности ветра и от изобар, но зная средний угол отклонения, можно восстановить по полю давления поле ветра.

  В свободной атмосфере, где отклонения течений общей циркуляции от геострофичности ветра невелики, течения можно назвать квазигеострофичным. Условия квазигеострофичности не выполняется на экваторе (сила Кориолиса равна нулю или ничтожно мала и не может уравновесить силу горизонтального барического градиента).

  Факторы, определяющие общую циркуляцию атмосферы:

  лучистая энергия Солнца;

  вращение Земли;

  влияние подстилающей поверхности;

  сила трения.

  Лучистая энергия Солнца приводит к нагреванию земной поверхности, а от нее путем теплообмена нагревается атмосфера. Около 2% поступающей энергии превращается в кинетическую.

  Рассмотрим гипотетический случай: Земля не вращается. На полюсах холодно, образовались устойчивые области высокого давления. На экваторе жарко, т.е. сформировалась область низкого давления, идет постоянный восходящий поток воздуха, выпадают осадки. Вдоль земной поверхности ветры дуют от полюсов к экватору, где воздух поднимается и растекается к полюсам (рисунок 68).

  Рисунок 68 – Циркуляции атмосферы на невращающейся планете

  Область высокого атмосферного давления вблизи полюсов и область низкого давления вблизи экватора, появление которых связано с термическими условиями (температурным режимом) называются термическими максимумами и минимумом. По образному выражению Шулейкина В.В., на экваторе находится нагреватель, а на полюсах – холодильники. Они создают тепловую машину, первого рода, вызывающую межширотный обмен воздуха. Термическая разница между широтами вызывает меридиональную составляющую атмосферной циркуляции.

  Вращение Земли . При решении теоретических задач по общей циркуляции атмосферы скорость вращения Земли обычно принимается постоянной, хотя установлено, что она подвержена сезонным и внутрисезонным изменениям.

  Вследствие вращения Земли значительно усложняется рассмотренная выше схема. В действие вступает отклоняющая сила Кориолиса. Массы воздуха, растекающиеся в верхних слоях атмосферы от экватора постепенно отклоняются в северном полушарии вправо, в южном – влево (так возникает зональная составляющая циркуляции атмосферы). На широтах 20–30° их движение становится параллельным экватору, и дальше им заворачивать некуда: подпирает идущий от экватора воздух. Воздуху как бы становится тесно, создаются полосы высокого атмосферного давления, образование которых связано с характером движения воздуха, а не с его температурой. Поэтому она называется динамическими областями высокого давления, от приполярных термических мах они отделяются динамическими областями относительно пониженного атмосферного давления (рисунок 69).

  

  Рисунок 69 – Общая циркуляция атмосферы

  В динамических областях высокого атмосферного давления воздух начинает опускаться, при опускании влажность его становится низкой. В этих широтах (с некоторыми отклонениями) по всем континентам Земли прослеживается полоса пустынь, полупустынь и сухих степей. В северном полушарии это пустыни Мексики, Аравии, Сахара, Ирана и Афганистана, Средней Азии, Тар, Такла-Макан, Гоби, горные пустыни Тибета; в южном – Атакама, Намиб, Калахари, пустыни в Австралии.

  От динамических максимумов, находящихся в тропических широтах, ветры устремляются в 2 стороны: к экватору и средним широтам. Постоянные ветры, дующие к экватору в северном полушарии, отклоняются вправо и из северных превращаются в северо-восточные (в южном аналогично, из южных в южно-восточные). В приэкваториальной области направление и тех, и других становится близким к восточному. Эти ветры носят название пассатов 1 .

  Ветры, дующие в сторону умеренных широт, под действием силы Кориолиса в конечном итоге превращаются в западные. Поэтому в средних широтах 45–60º преобладают западные ветры, составляющие западный перенос 2 (западные воздушные течения умеренных широт).

  Приполярные термические максимумы давления создают свои системы ветров, которые, растекаясь от полюсов к умеренным широтам и отклоняясь вправо (в северном полушарии) или влево (в южном) становятся северо-восточными и юго-восточными.

  В июне–августе Солнце находится в зените над тропическими широтами Северного полушария, соответственно в декабре–феврале – Южного полушария. Поэтому широта наибольшего прогревания (термический экватор) несколько смещается по сезонам, а вместе с ней – и термическая зона низкого давления 3 и динамические области повышенного и пониженного давления. Но их взаимное расположение сохраняется.

  Такая схема общей циркуляции атмосферы была бы при условии, что поверхность планеты была бы совершенно однородной, что одно и тоже количество солнечной радиации, поступающей на земную поверхность вызывало бы в любом месте земного шара повышение температуры на одну и ту же величину, а при одинаковой отдаче энергии – температура одинаково понижалась. На самом деле это не так!

  Различия в нагревании материков и океанов вызывают возникновение тепловой машины второго рода (по В.В. Шулейнину).

  Влияние подстилающей поверхности в создании сезонных особенностей общей циркуляции атмосферы велико. Поверхность суши в обоих полушариях распределяется неравномерно: суша занимает 39,3% площади в северном полушарии и 19,1% в южном. При этом в экваториальной зоне обоих полушарий материки занимают примерно одинаковую площадь, а в высоких и средних широтах отличия значительны. Особенно существенно то, что в южном полушарии благодаря Антарктиде между 80 и 90° ю.ш. суша занимает 100% площади, а между 40 и 60º ю.ш. только 0–4%. В северном полушарии 80–90ºс.ш. – 0–20%, 40–60º с.ш. – 43,5–61%.

  Материки имеют сложные очертания, горные системы заставляют ветры менять направление. Все это вносит свои коррективы в общую циркуляцию атмосферы.

  Влияние материков и океанов на температуру воздуха не ограничивается лишь приземным слоем, а распространяется на всю тропосферу путем турбулентного перемешивания.

  Так, в зимнее время на одинаковой широте материки имеют температуру Т 1 , а океаны – более высокую температуру Т 2 (Т 2 >Т 1). В соответствии с этими условиями, если выделить единичный объем воздуха, то он, проходя над материком вплоть до восточного берега, будет охлаждаться. Охлаждение будет тем медленнее, чем дальше от западного берега удалится воздух. Вступая на океан, он будет сначала быстро, а затем медленнее нагреваться. В результате изотермы примут волнообразный вид (рисунок 70).

  

  Рисунок 70 – Влияние подстилающей поверхности на распределение температуры воздуха

  Фактическое расположение изогипс на картах относительной барической топографии января близко к расположению изотерм. Летом влияние материков и океанов обратное, поэтому изотермы располагаются противоположно (волны тепла над сушей и холода над океанами), хотя и несколько сглажено.

  В южном полушарии изотермы следуют в широтном направлении, т.к. здесь в средних широтах нет чередующихся массивов суши и океанов, а Антарктида способствует формированию более низких температур, чем в Арктике.

  Сила трения уменьшает скорость ветра и отклоняет его направление от первоначального.

  Таким образом, зональность циркуляции проявляется в преобладании меридиональных составляющих барического градиента над широтными, а следовательно в преобладании широтных составляющих ветра над меридиональными. При этом то или иное направление ветра (западное или восточное) преобладает одновременно или постоянно в значительной по широте зоне земного шара. В тропиках – восточное; в умеренных широтах – западное (но резко меняется); на востоке Азии – велика меридиональная составляющая.

  2. Зоны давления и ветры на высотах

  В верхней тропосфере и стратосфере высокое атмосферное давление более-менее совпадает с высокой температурой, а низкое давление – с низкой температурой (рисунок 71).

  

  Рисунок 71 – Зональное распределение давления и потоков воздуха в верхней тропосфере и в нижней стратосфере. Справа – направление барических градиентов вдоль меридиана в соответствующих зонах

  Температура в тропосфере падает от низких широт к высоким. Поэтому и горизонтальный барический градиент направлен из низких широт в высокие. Это можно проследить и по высоте изобарической поверхности 300мб (гПа): зимой над экватором она лежит на высоте 9700 м., над полюсами гораздо ниже – 8100–8400м.

  При таком распределении температуры и давления горизонтальный барический градиент направлен от экватора к полюсам, а геострофический ветер – с запада на восток в обоих полушариях.

  Таким образом, в верхней тропосфере и нижней стратосфере мы имеем два планетарных циклонических вихря с центрами близ полюсов и господствующий западный перенос воздуха. За исключением экваториальных широт, где дуют восточные ветры, т.к. в сравнительно узкой зоне вблизи экватора барический градиент будет направлен к экватору.

  В стратосфере имеет место явление стратосферного обращения ветра. Это явление связано с сезонным изменением температуры стратосферы. Полярная стратосфера летом значительно теплее тропической (температура соответственно -45ºС и -70º–90ºС). Поэтому меридиональный барический градиент давления летом также меняется на противоположный. Это можно проследить, начиная с велопаузы или стратонуля (рисунок 72). В соответствии с направлением горизонтального барического градиента в верхней стратосфере над летним полушарием возникнет околополюсный антициклон и восточный перенос воздуха.

  Зимой во всей толще стратосферы сохраняется западный перенос воздуха.

  

  Рисунок 72 – Зональное распределение давления и потоков воздуха в стратосфере выше 20–25 км (летом Северного полушария). Справа – направление барического градиента вдоль меридиана

  3. Центры действия атмосферы

  На картах, отображающих распределение среднее многолетнее давление на уровне моря в январе или июле можно заметить, области повышенного или пониженного давления, которые очерчены замкнутыми изобарами. Такие области называются центрами действия атмосферы (ЦДА).

  Центр действия атмосферы (ЦДА) – область низкого или высокого давления на многолетней средней карте, являющаяся статистическим результатом преобладания в данном районе барических систем одного знака над барическими системами другого знака.

  Они делятся на перманентные и сезонные.

  Перманентные (от лат. permanentis – постоянный, беспрерывный) – действуют в течении всего года. К таким относятся экваториальная депрессия, океанические субтропические антициклоны, океанические субполярные депрессии. Они могут иметь годовой ход интенсивности: субтропические мах летом развиты лучше и распространяются на более высокие широты; океанические депрессии высоких широт достигают наибольшей глубины зимой и слабо выражены на летних картах.

  Сезонные – обнаруживаются на картах только летних или зимних месяцев. В противоположном сезоне меняют свой знак. Это сибирский и канадский максимумы, азиатский минимум и др.

  На карте января экваториальная депрессия лежит между 15º с.ш. и 25º ю.ш., минимальные значения давления между 5 и 10º ю.ш. (давление ниже 1015 гПа). Обнаруживаются три области замкнутых изобар над южными материками.

  Субтропические зоны повышенного давления 30–35º широты. В южном полушарии над океанами области замкнутых изобар, над материками – области относительно низкого давления. В северном полушарии над океанами замкнутые изобары (Азорский и Гавайский (Гонолульский) максимумы).

  Умеренные и субполярные широты Южного полушария заняты почти сплошной зоной пониженного давления. В Северном полушарии – область пониженного давления только над океанами: Исландский и Алеутский минимумы; над материками область повышенного давления – Азиатский и Канадский максимумы.

  Полярные широты заняты областью относительно повышенного давления, особенно над Антарктидой.

  Среднее значение давления для Земли на уровне моря 1013,25 гПа, а на уровне местности – 982 гПа.

  Общую циркуляцию атмосферы можно представить как несколько взаимосвязанных зональных звеньев:

  Высокоширотное (полярное) звено простирается от полюсов до широт 65°. До высоты 2–3 км. Преобладают восточные ветры, выше – западный перенос. Особенно сильны восточные ветры в полярной области южного полушария в связи с наличием здесь ледяного покрова. В северном полушарии эти ветры имеют наибольшую скорость в Гренландии, Сибири и Канаде. Эти восточные, приносящие полярный воздух ветры, встречаясь с более теплыми, западными ветрами, образуют арктический фронт.

  Среднеширотное (умеренное) звено расположено между 65 и 30–25º широты, т.е. между субтропическим полюсом высокого давления и поясом субполярной депрессии. В северном полушарии в этой области преобладает движение воздуха с юго-запада на северо-восток; в южном – с северо-запада на юго-восток. Эти ветры, обычно называемые западным переносом, удерживаются между 30 и 60° широты каждого полушария. В течение всего года в этой области часты бури, грозы и шквалы. Указанные ветры наблюдаются здесь в течении всего года, но их скорость зимой больше, чем летом. В южном полушарии зону, где наблюдаются эти ветры, называют «ревущие сороковые», т.к. ветры здесь весьма устойчивы и развивают над сплошной водной поверхностью, непрерывающейся крупными материками, особенно большую скорость. С высотой западный перенос усиливается. Междуширотный обмен тепла и холода осуществляют циклоны и антициклоны.

  Низкоширотно е (тропическое) звено находится между 25–30º широты и экватором. Здесь господствуют пассаты: воздух вблизи земной поверхности двигается с сильной восточной составляющей к экватору. Над экватором наблюдается восходящее движение воздуха. Начиная с высоты 1–2 км. У тропиков и до верхней границы тропосферы у экватора, т.е. над пассатами дуют западные ветры.

  1 от исп.Viento di pasada – ветер перехода; ветер, благоприятствующий переходу. В эпоху парусного флота пассаты, именно благодаря постоянству с успехом использовались мореплавателями

  2 Жители Западной Европы знают, что «погода приходит с запада», поэтому спальные районы городов – западные, а промышленные – восточные.

  3 в июле она распологается между 35° с.ш. и 5° ю.ш.; в январе – между 15° с.ш. и 25° ю.ш.; р <1013гПа; параллель с самым низким атмосферным давлением в июле – 15° с.ш., в январе – 5–10º ю.ш.

  Неравномерность поступления солнечной радиации в те или иные регионы Земли служит главной причиной циркуляции Вм атмосферы с образованием циклонов и антициклонов. Циркуляция атмосферы – важнейший климатообразующий процесс, способствующий переносу тепла и влаги из одних регионов в другие и определяющий характер К. в любой точке поверхности земного шара. Существование циркуляции атмосферы обусловлено, главным образом, неоднородным распределением атмосферного давления, вызванным в основном различным притоком солнечной радиации в тех или иных широтах, различными физическими свойствами земной поверхности (суши, моря и льда), а также отклоняющим влиянием вращения Земли на воздушные потоки.

  Совокупность этих причин определяет местонахождение и перемещение постоянных и сезонных центров действия атмосферы, т.е. обширных областей атмосферы с преобладанием антициклонов (областей повышенного атмосферного давления) или циклонов (областей с пониженным атмосферным давлением). Размещение центров действия атмосферы отражает наиболее устойчивые особенности общей циркуляции атмосферы. Различают постоянные центры действия атмосферы, проявляющиеся в течение всего года – экваториальную депрессию; области высокого атмосферного давления над тридцатыми широтами северного и южного полушарий (Азорский антициклон (max) , Северо-Тихоокеанский / Гавайский max, Южно-Атлантический max, Южно-Индийский max, Южно-Тихоокеанский max); депрессии субполярных широт (Исландская депрессия (min), Алеутский min, Субантарктический min); полярные области высокого атмосферного давления (Арктический антициклон (max), Антарктический max), а также сезонные центры действия атмосферы, образование которых связано с интенсивным прогревом или охлаждением внутренних районов материков в летний и зимний сезоны – например, Азиатский антициклон, Канадский антициклон, Сахаро-Аравийский min, Южно-Азиатский min. Атмосферное давление само по себе не имеет большого непосредственного значения для климатов, но косвенное его значение нельзя недооценивать. В результате неравномерного распределения атмосферного давления возникает движение воздуха относительно земной поверхности, обычно горизонтальное, которое направлено от области высокого давления к низкому. Это движение не что иное, как ветер.

  Существование постоянных центров действия определяет формирование постоянных ветров. Для тропического пояса характерна пассатная циркуляция.

  Схема распределения давления и ветров на земной поверхности

  Пассат – это постоянный ветер тропических широт, его возникновение связано с оттоком воздуха из области высокого давления над тридцатыми широтами в область экваториальной депрессии. Под воздействием силы Кориолиса пассаты в северном полушарии имеют северо-восточное направление, в южном полушарии – юго-восточное направление. Пассаты тропической зоны характеризуются удивительным постоянством направления и относительно равномерной скоростью. Поэтому в тропических широтах образуется пояс восточных ветров. Зона тропических восточных ветров по обе стороны экватора, включая и внутритропическую зону конвергенции, занимает самую большую площадь по сравнению с остальными звеньями общей циркуляции атмосферы.

  Для внетропической зоны характерен западный перенос воздуха и в этих широтах формируется поле западных ветров. Западные ветры – это постоянные ветры умеренных широт. Их формирование обусловлено падением температуры воздуха и атмосферного давления от субтропиков (области высокого давления над тридцатыми широтами) к субполярным широтам. Меридионально направленные (вследствие существования барического градиента) воздушные течения отклоняются силой Кориолиса вправо в северном полушарии и влево – в южном, т.е. в обоих случаях с запада на восток. Зона западного переноса Вм отличается интенсивной циклонической деятельностью.

  Зоны общей циркуляции меняют свое положение в соответствии с годовым ходом высоты Солнца, что является причиной устойчивого чередования преобладающих направлений ветра на окраинах этих зон. Хотя их смещение и незначительно, но оно играет большую роль в формировании климатических условий переходных климатических поясов (субарктического, субтропического, субэкваториального).

  Ветер – одно из основных понятий метеорологии. Различают прямое воздействие ветра: рельефообразующий фактор, влияет на форму растений, способствует переносу семян растений, вызывает морские течения, регулирует дальность распространения морских и материковых влияний и т.д. Но большее значение, чем прямое воздействие ветра, имеют его косвенные эффекты, ибо именно ветру мы обязаны сменами погоды, связанными с перемещением различных Вм с их разнообразными свойствами.

  Воздушные массы – относительно однородные части тропосферы, соизмеримые с большими частями материков и океанов и обладающие определенными общими свойствами (температурой, влажностью, давлением и т.д.); формируются над однородной подстилающей поверхностью, в однородных радиационных условиях; перемещаются как целое в одном из течений общей циркуляции атмосферы (что в значительной степени определяет характер климатических условий) и отделяются друг от друга атмосферными фронтами. По происхождению различают: арктические, антарктические, умеренных широт, тропические и экваториальные Вм с подразделением их (кроме экваториальных) на морской и континентальный типы.

  Фронтальные зоны, формирующиеся в зоне контакта Вм, обладают большой неустойчивостью атмосферы. Для арктического и полярного атмосферных фронтов характерно образование циклонов, крупных атмосферных вихрей. Циркуляция воздуха в вихрях направлена в северном полушарии против, а южном – по часовой стрелке, с отклонением к центру циклона в нижних слоях атмосферы. В различных частях циклона отмечаются значительные температурные контрасты. Прохождение циклонов обычно сопровождается усилением облачности и осадков, изменением температуры воздуха и резкой сменой погоды.

  

  Схема развития фронтального циклона (по С.П. Хромову)

  Во внутритропической зоне конвергенции (зоны столкновения в атмосфере пассатов Северного и Южного полушарий, или пассата и экваториального муссона) наблюдаются сильные восходящие токи воздуха, приводящие к образованию мощной облачности и выпадению обильных ливневых осадков.

  На территории Северных материков, большая часть которых располагается в умеренном, субарктическом и субтропическом поясах, господствует западный перенос Вм умеренных широт. Исландский и Алеутский барические минимумы, которые формируются над океаническими бассейнами в районе 60 0 с.ш., служат зонами конвергенции Вм, развития фронтальных процессов и формирования циклонов, которые смещаются с запада на восток, с океанов на материки и определяют режим погод на значительных пространствах Северных материков. Наиболее сильно влияние западных ветров проявляется в западно-приокеанических секторах Евразии и Северной Америки в субарктическом, умеренном поясах, где формируются морские типы климата, отличающиеся теплой для данных широт зимой, прохладным летом и большим количеством осадков, выпадающих в течение всего года с небольшим преобладанием зимних осадков. В западно-приокеаническом секторе субтропического пояса формируется средиземноморский климат с влажной зимой (влияние западных ветров) и сухим жарким летом (из-за летнего положения субтропических антициклонов).

  В пределах южных тропических материков, основная площадь территории которых расположена в экваториально-тропических широтах, господствует пассатная циркуляция. В тропических широтах всех южных тропических материков пассаты непосредственно участвуют в образовании климатов восточных побережий. На восток Южной Америки, Австралии и Южной Африки пассаты приносят мТВ. Они способствуют выпадению осадков на восточных склонах береговых поднятий. В летнее время количество осадков увеличивается, т.к. усиливается пассатная циркуляция и влагосодержание Вм возрастает. С продвижением вглубь континентов, Вм трансформируются и количество осадков снижается. Более быстрое превращение мТВ в кТВ происходит в холодный период. Для этих районов характерны тропические влажные (пассатно влажные) климаты.

  Особенно большую роль циркуляция пассатного типа играет в формировании климата северной, наиболее широкой части Африки, которая к тому же расположена в непосредственном соседстве с огромным материковым блоком Евразии. Северо-восточный пассат устойчиво наблюдается в течение всего года между 30 0 и 17 0 с.ш. над территорией северной Африки. Вм, перенесенные пассатным потоком, формируются в области повышенного давления тридцатых широт, располагающейся над севером Африки и Аравией. По своим свойствам это кТВм, которые очень сухие и осадков не дают. Поэтому, в зоне влияния этого воздушного потока формируется самая большая по площади пустыня мира – Сахара. Сахару называют «детищем северо-восточного пассата».

  В зимний период над внутренними районами Северных материков развиваются обширные области с высоким атмосферным давлением: Канадский, Северо-Американский, Азиатский антициклоны. Наибольшей устойчивостью отличается Азиатский антициклон, центр которого расположен над северной Монголией и южным Забайкальем. Вм, формирующиеся в этих областях повышенного давления, отличаются сухостью и очень низкими температурами. Растекание Вм из Азиатского антициклона обусловливает снижение температур и отсутствие зимних осадков на огромных пространствах Северной, Центральной, Восточной Азии.

  В летний период внутренние районы материков прогреваются, над ними формируются барические депрессии, в которые затягиваются Вм с окраин материков. Например, летние муссонноподобные ветры с Мексиканского залива, столкновение тихоокеанский и атлантических Вм над внутренними районами Мексиканского нагорья с развитием внутритропической конвергенции; аналогичные процессы развиваются летом южного полушария над внутренними районами Южной Африки.

  На фоне общей циркуляции атмосферы в ряде регионов проявляется местная циркуляция, обусловленная географическими особенностями соответствующей территории: характером рельефа, резкими контрастами температуры воздуха, подстилающей поверхностью и др. Существует много локально обусловленных ветров, носящих местные наименования. Среди местных ветров обособленные группы образуют бризовые ветры, горно-долинные ветры, нисходящие (фёновые) ветры, синоптические региональные ветры (их формирование связано со специфической, чаще других повторяющейся, синоптической ситуацией): сирокко, самум, хамсин, вилли-вилли и др.; штормовые (торнадо, смерч, тайфун) ветры.

  Циркуляция атмосферы . Систему перемещения воздуха над материками и океанами под влиянием энергии Солнца называют циркуляцией атмосферы . В результате неравномерного нагревания земной поверхности, а также влияния отклоняющей силы вращения Земли вокруг своей оси образуются пояса с разным атмосферным давлением. Воздух перемещается из поясов с более высоким атмо сферным давлением в пояса с более низким атмосферным давлением. Это является основной причиной циркуляции атмосферы.

  Необходимо учитывать, что пояса атмосферного давления могут смещаться по сезонам года. На это влияют различия в нагревании материков и океанов.

  Летом материки нагреваются быстрее и больше, чем океаны; теплый легкий воздух устремляется вверх, создавая над поверхностью материка разреженное пространство, - давление понижается. Поэтому воздух перемещается с океанов с более высоким давлением на сушу, где наблюдается низкое давление. Зимой, наоборот, суша охлаждается быстрее, а океан остается длительное время более теплым, и воздух перемещается с суши на море. Также надо отметить, что летом Северное полушарие нагревается больше, зимой - меньше. Поэтому пояса давления летом смещаются к северу, а зимой - к югу. Это отражается и на перемещении воздуха между поясами.

  В экваториальных широтах из-за высокой солнечной радиации в течение года давление всегда пониженное. Это объясняется тем, что нагревающийся от земной поверхности воздух над экватором постоянно поднимается (восходящие воздушные потоки) и растекается к северу и югу от экватора в сторону тропических широт. Вследствие вращения Земли вокруг оси движущийся воздух отклоняется к востоку. В верхних слоях тропосферы на высоте 10-12 км он постепенно охлаждается. Над тропиками между 20¨ и 30¨ с. и ю. ш. остывший на высоте воздух начинает опускаться (нисходящие воздушные потоки). Поэтому в тропических широтах воздух, опускаясь, образует в приземном слое (у поверхности) повышенное давление. Здесь в течение года наблюдаются сплошные пояса повышенного давления.

  В полярных широтах, над ледниками Антарктиды и Гренландии, дрейфующими ледяными полями Арктики в течение года наблюдаются низкие температуры воздуха и повышенное давление в течение года (воздух холодный и тяжелый).

  Рис. 10. Общая схема циркуляции атмосферы

  Из поясов высокого давления (тропических и полярных широт) воздух у поверхности Земли движется к умеренным широтам. Здесь он нагревается и поднимается. Вследствие этого в умеренных широтах обоих полушарий формируются пояса пониженного давления.

  Таким образом, распределение атмосферного давления по земной поверхности носит ярко выраженный зональный характер. На Земле формируются пояса низкого (экваториальный и умеренные) и высокого давления (тропические и полярные). Возникающие пояса давления являются причиной перемещения воздуха в разных широтах, над сушей и морем, и определяют общую циркуляцию атмосферы (рис. 10).

  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).

  

  Рис. 11. Образование летнего и зимнего муссонов

  

  Рис. 12. Распределение величины атмосферных осадков в зависимости от широты местности

  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, северозапад 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. км 3 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.

  Список литературы

  1. География 8 класс. Учебное пособие для 8 класса учреждений общего среднего образования с русским языком обучения /Под редакцией профессора П. С. Лопуха - Минск «Народная асвета» 2014

  Циркуляция атмосферы

  Движение воздушных масс

  Весь воздух Земли непрерывно циркулирует между экватором и полюсами. Нагретый у экватора воздух поднимается вверх, разделяется на две части, одна часть начинает двигаться к северному полюсу, другая часть - к южному полюсу. Доходя до полюсов, воздух охлаждается. У полюсов он закручивается и опускается вниз.

  Рисунок 1. Принцип закручивания воздуха

  Получается два огромных вихря, каждый из которых охватывает по целому полушарию, центры этих вихрей находятся у полюсов.
  Опустившись у полюсов, воздух начинает двигаться обратно к экватору, у экватора нагретый воздух поднимается вверх. Затем опять движется к полюсам.
  В нижних слоях атмосферы движение несколько сложнее. В нижних слоях атмосферы воздух от экватора как обычно начинает двигаться к полюсам, но у 30-ой параллели опускается вниз. Одна его часть возвращается к экватору, где снова поднимается вверх, другая его часть, опустившись у 30-ой параллели вниз, продолжает движение к полюсам.

  

  Рисунок 2. Движение воздуха северного полушария

  Понятие ветра

  Ветер – движение воздуха относительно земной поверхности (горизонтальная составляющая этого движения), иногда говорят о восходящем или о нисходящем ветре, учитывая и его вертикальную составляющую.

  Скорость ветра

  Оценка скорости ветра в баллах, так называемая шкала Бофорта ,по которой весь интервал возможных скоростей ветра делится на 12 градаций. Эта шкала связывает силу ветра с различными его эффектами, такими, как степень волнения на море, качание ветвей и деревьев, распространение дыма из труб и т.п. Каждая градация по шкале Бофорта носит определенное название. Так, нулю шкалы Бофорта соответствует штиль, т.е. полное отсутствие ветра. Ветер в 4 балла,по Бофорту называется умеренным и соответствует скорости 5–7 м/сек; в 7 баллов – сильным, со скоростью 12–15 м/сек;в 9 баллов – штормом, со скоростью 18–21 м/сек;наконец, ветер в 12 баллов по Бофорту – это уже ураган, со скоростью свыше 29 м/сек. У земной поверхности чаще всего приходится иметь дело с ветрами, скорости которых порядка 4–8 м/сек и редко превышают 12–15 м/сек.Но все же в штормах и ураганах умеренных широт скорости могут превышать 30 м/сек, а в отдельных порывах достигать 60 м/сек.В тропических ураганах скорости ветра доходят до 65 м/сек,а отдельные порывы – до 100 м/сек.В маломасштабных вихрях (смерчи, тромбы) возможны скорости и более 100 м/сек.В так называемых струйных течениях в верхней тропосфере и в нижней стратосфере средняя скорость ветра за длительное время и на большой площади может доходить до 70–100 м/сек. Скорость ветра у земной поверхности измеряется анемометрами разной конструкции. Приборы для измерения ветра на наземных станциях устанавливаются на высоте 10–15 м над земной поверхностью.

  Таблица 1. СИЛА ВЕТРА.
  Шкала Бофорта для определения силы ветра
  Баллы	Визуальные признаки на суше	Скорость ветра, км/ч	Термины, определяющие силу ветра
  	Спокойно; дым поднимается вертикально	Менее 1,6	Штиль
  	Направление ветра заметно по отклонению дыма, но не по флюгеру	1,6–4,8	Тихий
  	Ветер ощущается кожей лица; шелестят листья; поворачиваются обычные флюгеры	6,4–11,2	Легкий
  	Листья и мелкие веточки находятся в постоянном движении; развеваются легкие флаги	12,8–19,2	Слабый
  	Ветер поднимает пыль и бумажки; раскачиваются тонкие ветви	20,8–28,8	Умеренный
  	Качаются покрытые листвой деревья; появляется рябь на водоемах суши	30,4–38,4	Свежий
  	Качаются толстые ветви; слышен свист ветра в электропроводах; трудно удерживать зонт	40,0–49,6	Сильный
  	Качаются стволы деревьев; трудно идти против ветра	51,2–60,8	Крепкий
  	Ломаются ветви деревьев; практически невозможно идти против ветра	62,4–73,6	Очень крепкий
  	Небольшие повреждения; ветер срывает дымовые колпаки и черепицу с крыш	75,2–86,4	Шторм
  	На суше бывает редко. Деревья выворачиваются с корнями. Значительные разрушения строений	88,0–100,8	Сильный шторм
  	На суше бывает очень редко. Сопровождается разрушениями на большом пространстве	102,4–115,2	Жестокий шторм
  	Сильные разрушения (Баллы 13–17 были добавлены Бюро погоды США в 1955 и применяются в шкалах США и Великобритании)	116,8–131,2	Ураган
  	132,8–147,2
  	148,8–164,8
  	166,4–182,4
  	184,0–200,0
  	201,6–217,6

  Направление ветра

  Под направлением ветра подразумевают направление, откуда он дует. Указать это направление можно, назвав либо точку горизонта, откуда дует ветер, либо угол, образуемый направлением ветра с меридианом места, т.е. его азимут. В первом случае различают восемь основных румбов горизонта: север, северо-восток, восток, юго-восток, юг, юго-запад, запад, северо-запад. И восемь промежуточных румбов между ними: север-северо-восток, восток-северо-восток, восток-юго-восток, юг-юго-восток, юг-юго-запад, запад-юго-запад, запад-северо-запад, север-северо-запад. Шестнадцать румбов, указывающих направление, откуда дует ветер, имеют сокращенные обозначения:

  Таблица 2. СОКРАЩЁННЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ РУМБОВ
  С	N	В	E	Ю	S		W
  CCB	NNE	ВЮВ	ESE	ЮЮЗ	SSW	ЗСЗ	WNW
  CB	NE	ЮВ	SE	ЮЗ	SW	СЗ	NW
  BCB	ENE	ЮЮВ	SSE	ЗЮЗ	WSW	ССЗ	NNW
  N – норд, E – ост, S – зюйд, W – вест

  Циркуляция атмосферы

  Циркуляция атмосферы - метеорологические наблюдения над состоянием воздушной оболочки земного шара - атмосферы - показывают, что она вообще не находится в покое: при помощи флюгеров и анемометров мы постоянно наблюдаем в виде ветра перенос масс воздуха с одного места на другое. Изучение ветров в различных местностях земного шара показало, что перемещения атмосферы в тех нижних слоях, которые доступны нашему наблюдению, имеют весьма различный характер. Существуют местности, где явления ветра, как и прочие особенности погоды обладают весьма ясно выраженным характером устойчивости, известным стремлением к постоянству. В других же местностях ветры так быстро и часто меняют свой характер, так резко и внезапно изменяется их направление и сила, как будто бы никакой законности в их быстрых сменах не существовало. С введением синоптического метода для изучения непериодических изменений погоды явилась, однако, возможность подметить некоторую связь между распределением давления и передвижениями масс воздуха; дальнейшие теоретические исследования Ферреля, Гульдберга и Мона, Гельмгольца, Бецольда, Обербека, Шпрунга, Вернера Сименса и других метеорологов разъяснили, откуда и как возникают воздушные потоки и как они распределяются по земной поверхности и в массе атмосферы. Внимательное изучение метеорологических карт, изображающих состояние нижнего слоя атмосферы, - погоду у самой поверхности земли, показало, что давление атмосферы распределяется по земной поверхности довольно неравномерно, обыкновенно в виде областей с более низким или с более высоким, чем в окружающем районе, давлением; по системе ветров, в них возникающей, эти области представляют собою настоящие атмосферные вихри. Области пониженного давления принято называть обыкновенно барометрическими минимумами, барометрическими депрессиями или циклонами; области повышенного давления называются барометрическими максимумами или антициклонами. С этими областями теснейшим образом связана и вся погода в занимаемом ими районе, резко отличающаяся для областей пониженного давления от погоды в областях сравнительно высокого давления. Перемещаясь по земной поверхности, упомянутые области переносят с собою и характерную, им свойственную погоду, и своими перемещениями вызывают ее непериодические изменения. Дальнейшее изучение тех и других областей привело к тому заключению, что эти типы распределения атмосферного давления могут иметь еще различный характер по способности сохранять свое существование и менять свое положение на земной поверхности, отличаются очень не одинаковою устойчивостью: существуют барометрические минимумы и максимумы временные и постоянные. В то время, как первые - вихри - временные и не обнаруживают достаточной устойчивости и более или менее быстро переменяют свое место на земной поверхности, то усиливаясь, то ослабевая и, наконец, совершенно распадаясь в сравнительно короткие промежутки времени, области постоянных максимумов и минимумов обладают чрезвычайно большой устойчивостью и в течение весьма продолжительного времени держатся, без существенных изменений, на одном и том же месте. С различною устойчивостью этих областей теснейшим образом связана, конечно, и устойчивость погоды и характер воздушных течений в занимаемом ими районе: постоянным максимумам и минимумам будут соответствовать и постоянная, устойчивая погода и определенная, неизменная система ветров, месяцами держащиеся на месте их существования; временные же вихри при своих быстрых, постоянных перемещениях и изменениях вызывают крайне переменчивую погоду и очень непостоянную для данного района систему ветров. Таким образом, в нижнем слое атмосферы, вблизи земной поверхности, перемещения атмосферы отличаются большим разнообразием и сложностью, а кроме того, не всегда и не везде обладают и достаточной устойчивостью, особенно в тех районах, где преобладают вихри временного характера. Каковы будут движения масс воздуха в несколько более высоких слоях атмосферы, обычные наблюдения не говорят ничего; только наблюдения над движениями облаков позволяют думать, что там - на некоторой высоте над поверхностью земли, все вообще движения воздушных масс несколько упрощаются, носят более определенный и более однообразный характер. А между тем нет недостатка в фактах, указывающих на огромное влияние высоких слоев атмосферы на погоду в нижних: достаточно, напр., указать, что направление передвижения временных вихрей стоит, по-видимому, в прямой зависимости от движения высоких слоев атмосферы. Поэтому еще прежде, чем наука стала располагать достаточным количеством фактов, чтобы решать вопрос о перемещениях высоких слоев атмосферы, явились уже некоторые теории, пытавшиеся объединить все отдельные наблюдения над движениями нижних слоев воздуха и создать общую схему Ц. атмосферы; такова, напр., была теория Ц. атмосферы, данная Мори. Но, пока не было собрано достаточного числа фактов, пока не было вполне выяснено соотношение между давлением воздуха в данных пунктах и ею перемещениями, до тех пор подобные теории, основанный более на гипотезах, чем на фактических данных, не могли дать реального представления о том, что в действительности может совершаться и совершается в атмосфере. Только к концу минувшего XIX в. накопилось достаточно для этого фактов и динамика атмосферы была разработана настолько, что явилась возможность дать действительную, а не гадательную картину Ц. атмосферы. Честь решения вопроса об общем круговороте масс воздуха в атмосфере принадлежит американскому метеорологу Уильяму Феррелю - решения, настолько общего, полного и верного, что все позднейшие исследователи в этой области только разрабатывали детали или вносили дальнейшие дополнения в основные идеи Ферреля. Основною причиною всех движений в атмосфере является неравномерное нагревание различных точек земной поверхности солнечными лучами. Неодинаковость нагревания влечет за собою возникновение разности давлений над различно нагретыми точками; а результатом разности давлений всегда и неизменно явится передвижение масс воздуха от мест более высокого к местам более низкого давления. Поэтому, вследствие сильного нагревания экваториальных широт и очень низкой температуры полярных стран в обоих полушариях, воздух, прилегающий к земной поверхности, должен придти в движение. Если, по имеющимся наблюдениям, подсчитать средние температуры различных широт, то экватор окажется в среднем на 45° теплее полюсов. Для определения направления движения необходимо проследить распределение давления но земной поверхности и в массе атмосферы. Чтобы исключить сильно осложняющее все расчеты неравномерное распределение суши и вод по земной поверхности, Феррель сделал предположение, что и суша, и вода равномерно распределены по параллелям, и подсчитал средние температуры различных параллелей, понижение температуры по мере поднятия на некоторую высоту над земною поверхностью и давление внизу; а затем по этим данным он уже вычислил и давление на некоторых других высотах. Следующая небольшая табличка представляет результат подсчетов Ферреля и дает распределение давления в среднем по широтам на поверхности земли и на высотах 2000 и 4000 м.

  Таблица 3. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ПО ШИРОТАМ НА ПОЫЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ И НА ВЫСОТАХ 2000 И 4000 М
  	Среднее давление в Северном полушарии
  На широте:	80 ○	70 ○	60 ○	50 ○	40 ○	30 ○	20 ○	10 ○
  На уровне моря	760,5	758,7	758,7	760,07	762,0	761,7	759,2	757,9
  На высоте 2000 м	582,0	583,6	587,6	593,0	598,0	600,9	600,9	600,9
  На высоте 4000 м	445,2	446,6	451,9	457,0	463,6	468,3	469,9	470,7
  	Среднее давление в Южном полушарии
  На широте:	(экватор)	10 ○	20 ○	30 ○	40 ○	50 ○	60 ○	70 ○
  На уровне моря	758,0	759,1	761,7	763,5	760,5	753,2	743,4	738,0
  На высоте 2000 м	601,1	601,6	602,7	602,2	597,1	588,0	577,0	569,9
  На высоте 4000 м	471,0	471,1	471,1	469,3	463,1	453,7	443,9	437,2

  Если оставить пока в стороне самый нижний слой атмосферы, где распределение температуры, давления, а также и течений очень неравномерно, то на некоторой высоте, как видно из таблички, вследствие восходящего тока нагретого воздуха близ экватора, мы находим над этим последним повышенное давление, равномерно уменьшающееся к полюсам и здесь достигающее своей наименьшей величины. При таком распределении давления на этих высотах над земной поверхностью должен образоваться грандиозный поток, охватывающий целое полушарие и относящий поднимающиеся вблизи экватора массы теплого, нагретого воздуха к центрам низкого давления, - к полюсам. Если принять в расчет еще отклоняющее действие центробежной силы, происходящей от суточного вращения земли вокруг своей оси, которое должно отклонить всякое движущееся тело вправо от первоначального направления в северном, влево - в южном полушариях, то на рассматриваемых высотах в каждом полушарии образовавшийся поток превратится, очевидно, в огромный вихрь, переносящий массы воздуха в направлении от юго-запада к северо-востоку в северном, от северо-запада к юго-востоку - в южном полушарии.

  Наблюдения над движением перистых облаков и другие подтверждают эти теоретические выводы. По мере того, как суживаются, с приближением к полюсам, круги широт, скорость движения воздушных масс в этих вихрях будет возрастать, но до известного предела; затем она делается более постоянной. Вблизи полюса притекающие массы воздуха должны опускаться вниз, уступая место вновь притекающему воздуху, образуя нисходящий поток, а затем понизу должны течь обратно к экватору. Между обоими потоками должен находиться на некоторой высоте нейтральный слой воздуха, находящегося в покое. Внизу, однако, такого правильного переноса масс воздуха от полюсов к экватору не наблюдается: предшествующая табличка показывает, что в нижнем слое воздуха давление атмосферы будет внизу наивысшим не на полюсах, каким оно должно было бы быть при правильном, соответствующем верхнему, его распределении. Наивысшее давление в нижнем слое падает на широту около 30°-35° в обоих полушариях; следовательно, от этих центров повышенного давления нижние течения будут направляться и к полюсам, и к экватору, образуя две обособленные системы ветров. Причина этого явления, теоретически также разъясненного Феррелем, заключается в следующем. Оказывается, что на некоторой высоте над земною поверхностью, в зависимости от изменения широты места, величины градиента и коэффициента трения, меридиональная слагающая скорости движения масс воздуха может упасть до 0. Это именно и происходит в широтах ок. 30°-35°: здесь на некоторой высоте не только поэтому не существует движения воздуха, по направлению к полюсам, но даже идет, вследствие его непрерывного притока от экватора и от полюсов, его накопление, которое и ведет к повышению в этих широтах давления внизу. Таким образом, у самой поверхности земли в каждом полушарии возникают, как уже упомянуто, две системы течений: от 30° к полюсам дуют ветры, направленные в среднем от юго-запада к северо-востоку в северном, от северо-запада к юго-востоку в южном полушарии; от 30° к экватору дуют ветры от СВ к ЮЗ в северном, от ЮВ к СЗ в южном полушарии. Эти две последние системы ветров, дующих в обоих полушариях между экватором и широтою 31°, образуют как бы широкое кольцо, разделяющее в нижних и средних слоях атмосферы оба грандиозных вихря, переносящие воздух от экватора к полюсам (см. также Давление атмосферы). Там, где образуются восходящие и нисходящие потоки воздуха, наблюдаются затишья; таково именно происхождение экваториального и тропических поясов тишины; подобный же пояс тишины должен, по Феррелю, существовать и на полюсах.

  Куда же, однако, девается растекающийся от полюсов к экватору по низу обратный поток воздуха? Но необходимо принять во внимание, что по мере удаления от полюсов размеры кругов широт, а следовательно, и площади поясов равной ширины, занимаемые растекающимися массами воздуха, быстро возрастают; что скорость потоков должна быстро уменьшаться обратно пропорционально увеличению этих площадей; что на полюсах, наконец, опускается сверху вниз сильно разреженный в верхних слоях воздух, объем которого весьма быстро уменьшается по мере возрастания книзу давления. Все эти причины объясняют вполне, почему трудно, и даже прямо невозможно, уследить на некотором расстояния от полюсов за этими обратными нижними потоками. Такова в общих чертах схема общей циркуляционной атмосферы в предположении равномерного распределения суши и вод по параллелям, данная Феррелем. Наблюдения вполне ее подтверждают. Только в нижнем слое атмосферы воздушные течения будут, как это указывает и сам Феррель, много сложнее этой схемы именно вследствие неравномерности распределения суши и вод, и неодинаковости их нагревания лучами солнца и их охлаждения при отсутствии или уменьшении инсоляции; горы и возвышенности также немало влияют на перемещения самых нижних слоев атмосферы.

  Внимательное изучение перемещений атмосферы вблизи земной поверхности показывает вообще, что вихревые системы представляют собою основную форму таких перемещений. Начиная с грандиозных вихрей, обнимающих, по Феррелю, каждый целое полушарие, вихрей, как их можно назвать, первого порядка, вблизи земной поверхности приходится наблюдать последовательно уменьшающиеся в своих размерах вихревые системы, до элементарно малых и простых вихрей включительно. Как результат взаимодействия различных по своим скоростям и направлениям потоков в области вихрей первого порядка, вблизи земной поверхности возникают вихри второго порядка - упомянутые в начале настоящей статьи постоянные и временные барометрические максимумы и минимумы, представляющие по своему происхождению как бы производную предыдущих вихрей. Изучение образования гроз привело А. В. Клоссовского и других исследователей к заключению, что и эти явления суть не что иное, как подобные же по строению, но несравненно меньшие по размерам сравнительно с предыдущими, вихри третьего порядка. Эти вихри возникают, по-видимому, на окраинах барометрических минимумов (вихрей второго порядка) совершенно подобно тому, как вокруг крупного углубления, образуемого на воде веслом, которым мы гребем при плавании на лодке, образуются мелкие, весьма быстро крутящиеся и исчезающие водовороты. Совершенно таким же образом барометрические минимумы второго порядка, представляющие собою мощные воздушные круговороты, при своем движении образуют более мелкие воздуховороты, имеющие, по сравнению с образующим их минимумом, очень незначительные размеры.

  Если эти вихри сопровождаются электрическими явлениями, что может быть нередко вызвано соответствующими условиями температуры и влажности в притекающем к центру барометрического минимума по низу воздухе, то они являются в виде грозовых вихрей, сопровождаемых обычными явлениями электрического разряда, громом и молнией. Если условия не благоприятствуют развитию грозовых явлений, эти вихри третьего порядка мы наблюдаем в виде быстро преходящих бурь, шквалов, ливней и т. п. Есть, однако, полное основание думать, что и этими тремя категориями, столь различными по масштабу явления, вихревые движения атмосферы не исчерпываются. Строение смерчей, тромбов и т. п. явлений показывает, что и в этих явлениях мы имеем дело также с настоящими вихрями; но размеры этих вихрей четвертого порядка еще меньше, еще незначительнее, чем вихрей грозовых. Изучение движений атмосферы приводит нас, таким образом, к заключению, что перемещения воздушных масс происходят преимущественно - если не исключительно - путем возникновения вихрей. Возникая под влиянием чисто температурных условий, вихри первого порядка, охватывающие каждый целое полушарие, дают начало вблизи земной поверхности вихрям меньших размеров; эти, в свою очередь, являются причиной возникновения еще более мелких вихрей. Происходит как бы постепенная дифференцировка более крупных вихрей в более мелкие; но основной характер всех этих вихревых систем остается совершенно один и тот же, начиная с более крупных и до самых незначительных по своим размерам, даже у смерчей и тромбов.

  Относительно вихрей второго порядка - постоянных и временных барометрических максимумов и минимумов - остается сказать еще следующее. Исследования Гофмейера, Тейссеран де Бора и Гильдебрандсона указали на тесную связь между возникновением и особенно перемещением максимумов и минимумов временных с изменениями, претерпеваемыми максимумами и минимумами постоянными. Уже то, что эти последние при всевозможных изменениях погоды в окружающих их областях весьма мало изменяют свои границы или контуры, указывает, что здесь мы имеем дело с некоторыми постоянно действующими причинами, лежащими выше воздействия обычных факторов погоды. По Тейссеран де Бору, разности давления, обусловленные неравномерностью нагревания или охлаждения различных частей земной поверхности, суммируясь под влиянием непрерывного нарастания первичного фактора в течение более или менее продолжительного промежутка времени, дают начало крупным барометрическим максимумам и минимумам. Если первичная причина действует непрерывно или достаточно продолжительно, результатом ее действия явятся постоянные, устойчивые вихревые системы. Достигнув известных размеров и достаточной интенсивности, такие постоянные максимумы и минимумы являются уже определителями или регуляторами погоды на огромных районах в их окружности. Такие крупные, постоянные максимумы и минимумы получили в последнее время, когда выяснилась их роль в явлениях погоды окружающих их стран, название центров действия атмосферы. Вследствие неизменности в конфигурации земной поверхности и вытекающей отсюда непрерывности воздействия первичной причины, вызывающей их существование, положение таких максимумов и минимумов на земном шаре является вполне определенным и неизменным до известной степени. Но, в зависимости от различных условий, их границы и их интенсивность могут в известных пределах изменяться. А эти изменения их интенсивности и их очертаний, в свою очередь, должны отозваться на погоде не только соседних, а иногда даже и довольно отдаленных стран. Так, исследования Тейссеран де Бора вполне установили зависимость погоды в Европе от одного из следующих центров действия: аномалии отрицательного характера, сопровождающиеся понижением температуры сравнительно с нормальною, вызываются усилением и расширением Сибирского максимума или же усилением и надвиганием Азорского максимума; аномалии положительного характера - с повышением температуры против нормальной - находятся в прямой зависимости от перемещения и интенсивности Исландского минимума. Гильдебрандсон пошел в этом направлении еще далее и вполне успешно попытался связать изменения в интенсивности и передвижения двух названных Атлантических центров с изменениями не только Сибирского максимума, но и центров давления на Индийском океане.

  Воздушные массы

  Наблюдения за погодой получили достаточно широкое распространение во второй половине 19 века. Они были необходимы для составления синоптических карт, показывающих распределение давления и температуры воздуха, ветра и осадков. В результате анализа этих наблюдений сложилось представление о воздушных массах. Это понятие позволило объединять отдельные элементы, выявлять различные условия погоды и давать её прогнозы.

  Воздушной массой называется большой объём воздуха, имеющий горизонтальные размеры несколько сотен или тысячи километров и вертикальные размеры – порядка 5 км, характеризующийся примерной однородностью температуры и влажности и перемещающийся как единая система в одном из течений общей циркуляции атмосферы (ОЦА)

  Однородность свойств воздушной массы достигается формированием её над однородной подстилающей поверхностью и в сходных радиационных условиях. Кроме того, необходимы такие циркуляционные условия, при которых воздушная масса длительно задерживалась бы в районе формирования.

  Значения метеорологических элементов в пределах воздушной массы меняются незначительно – сохраняется их непрерывность, горизонтальные градиенты малы. При анализе метеорологических полей до тех пор, пока мы остаемся в данной воздушной массе, можно с достаточным приближением применять линейную графическую интерполяцию при проведении, например, изотерм.

  Резкое возрастание горизонтальных градиентов метеорологических величин, приближающееся к скачкообразному переходу от одних значений к другим, или, по крайней мере, изменение величины и направления градиентов происходит в переходной (фронтальной зоне) между двумя воздушными массами. В качестве наиболее характерного признака той или иной воздушной массы принимается псевдопотенциальная температура воздуха, отражающая и действительную температуру воздуха и его влажность.

  Псевдопотенциальная температура воздуха – температура, которую бы принял воздух при адиабатическом процессе, если бы сначала весь содержащийся в нём водяной пар сконденсировался при неограниченно падающем давлении и выпал из воздуха и выделившаяся скрытая теплота пошла бы на нагревание воздуха, а затем воздух был бы приведён под стандартное давление.

  Поскольку более тёплая воздушная масса обычно бывает и более влажной, то разность псевдопотенциальных температур двух соседних воздушных масс бывает значительно большей, чем разность их действительных температур. Вместе с тем, псевдопотенциальная температура медленно изменяется с высотой в пределах данной воздушной массы. Это её свойство помогает определять напластование воздушных масс одной над другой в тропосфере.

  Масштабы воздушных масс

  Воздушные массы имеют тот же порядок, что и основные течения общей циркуляции атмосферы. Линейная протяженность воздушных масс в горизонтальном направлении измеряется тысячами километров. По вертикали воздушные массы простираются вверх на несколько километров тропосферы, иногда до её верхней границы.

  При местных циркуляциях, таких, например, как бризы, горно-долинные ветры, фены, воздух в циркуляционном потоке также более или менее обособлен по свойствам и движению от окружающей атмосферы. Однако в этом случае говорить о воздушных массах нельзя, поскольку масштаб явлений здесь будет иной.

  Например, полоса, охваченная бризом, может иметь ширину всего 1-2 десятка километров, и потому не получит достаточного отражения на синоптической карте. Вертикальная мощность бризового течения также равна нескольким сотням метров. Таким образом, при местных циркуляциях мы имеем дело не с самостоятельными воздушными массами, а лишь с возмущённым состоянием внутри воздушных масс на небольшом протяжении.

  Объекты, возникающие в результате взаимодействия воздушных масс – переходные зоны (фронтальные поверхности), фронтальные облачные системы облачности и осадков, циклонические возмущения, имеют тот же порядок величины, что и сами воздушные массы – сравнимы по площади с большими частями материков или океанов и время их существования – более 2-х суток (табл. 4 ):

  Воздушная масса имеет чёткие границы, отделяющие её от других воздушных масс.

  Переходные зоны между воздушными массами, обладающими различными свойствами, называются фронтальными поверхностями.

  В пределах одной и той же воздушной массы можно с достаточным приближением применять графическую интерполяцию, например, при проведении изотерм. Но при переходе через фронтальную зону из одной воздушной массы в другую линейная интерполяция уже не даст правильного представления о действительном распределении метеорологических элементов.

  Очаги формирования воздушных масс

  Воздушная масса приобретает чёткие характеристики в очаге формирования.

  Очаг формирования воздушных масс должен отвечать определённым требованиям:

  Однородность подстилающей поверхности воды или суши, чтобы воздух в очаге подвергался достаточно сходным воздействиям.

  Однородность радиационных условий.

  Циркуляционные условия, способствующие стационированию воздуха в данном районе.

  Очагами формирования обычно бывают области, где воздух опускается, а затем распространяется в горизонтальном направлении - этому требованию отвечают антициклонические системы. Антициклоны чаще, чем циклоны, бывают малоподвижными, поэтому формирование воздушных масс обычно и происходит в обширных малоподвижных (квазистационарных) антициклонах.

  Кроме того, требованиям очага отвечают малоподвижные и размытые термические депрессии, возникающие над нагретыми участками суши.

  Наконец, формирование полярного воздуха происходит частично в верхних слоях атмосферы в малоподвижных, обширных и глубоких центральных циклонах в высоких широтах. В этих барических системах происходит трансформация (превращение) тропического воздуха, втянутого в высокие широты в верхних слоях тропосферы, в полярный воздух. Все перечисленные барические системы также можно назвать очагами воздушных масс уже не с географической, а с синоптической точки зрения.

  Географическая классификация воздушных масс

  Воздушные массы классифицируют, прежде всего, по очагам их формирования в зависимости от расположения в одном из широтных поясов – арктическом, или антарктическом, полярном, или умеренных широт, тропическом и экваториальном.

  Согласно географической классификации, воздушные массы можно подразделить на основные географические типы по тем широтным зонам, в которых располагаются их очаги:

  Арктический или антарктический воздух (АВ),

  Полярный, или умеренный, воздух (ПВ или УВ),

  Тропический воздух (ТВ). Данные воздушные массы, кроме того, подразделяют на морские (м) и континентальные (к) воздушные массы: мАВ и кАВ, мУВ и кУВ (или мПВ и кПВ), мТВ и кТВ.

  Экваториальные воздушные массы (ЭВ)

  Что касается экваториальных широт, здесь происходит конвергенция (сходимость потоков) и подъём воздуха, поэтому располагающиеся над экватором воздушные массы обычно приносятся из субтропической зоны. Но иногда выделяют самостоятельные экваториальные воздушные массы.

  Иногда, кроме очагов в точном смысле слова, выделяют районы, где зимой воздушные массы трансформируются из одного типа в другой при их перемещении. Это районы в Атлантике южнее Гренландии и в Тихом океане над Беринговым и Охотским морями, где кПВ превращается в мПВ, районы над Юго-восточной частью Северной Америки и к югу от Японии в Тихом океане, где кПВ превращается в мПВ в процессе зимнего муссона, и район на юге Азии, где азиатский кПВ превращается в тропический воздух (также в муссонном потоке)

  Трансформация воздушных масс

  При изменении циркуляционных условий воздушная масса как единое целое смещается из очага своего формирования в соседние районы, взаимодействуя с другими воздушными массами.

  При перемещении воздушная масса начинает изменять свои свойства – они уже будут зависеть не только от свойств очага формирования, но и от свойств соседних воздушных масс, от свойств подстилающей поверхности, над которой проходит воздушная масса, а также от длительности времени, прошедшего с момента образования воздушной массы.

  Эти влияния могут вызвать изменения в содержании влаги в воздухе, а также изменение температуры воздуха в результате высвобождения скрытой теплоты или теплообмена с подстилающей поверхностью.

  Процесс изменения свойств воздушной массы называется трансформацией или эволюцией.

  Трансформация, связанная с движением воздушной массы, называется динамической. Скорости перемещения воздушной массы на разных высотах будут различными, наличие сдвига скоростей вызывает турбулентное перемешивание. Если нижние слои воздуха нагреваются, то возникает неустойчивость и развивается конвективное перемешивание.

  Обычно процесс трансформации воздушной массы продолжается от 3 до 7 суток. Пр