Циркуляція повітря у позатропічних широтах
Основний вид циркуляції нижніх шарів атмосфери на обертової Землі визначається існуванням на земній кулі “нагрівача” і “холодильників”, створюють різниці температур між екватором і полюсами. Роботою такої гігантської теплової машини першого роду (за Ст. Ст. Шулейкіну) з нагрівачем, розташованим в екваторіальній зоні (і взагалі в низьких широтах), і “холодильниками, розташованими у високих широтах північної та південної півкуль, забезпечується зазначений вид циркуляції атмосфери в нижньому (15-20 км) шарі в усі сезони року.
Звичайно, ця теплова машина має дещо умовний характер, оскільки джерела тепла і холоду в атмосфері не строго розташовані між екватором і полюсами. В результаті меридіонального обміну вздовж одного і того ж меридіана нерідко розташовуються перемежовуються вогнища холоду і тепла, тому термодинамічні процеси в атмосфері відбуваються значно складніше, ніж у машинах, які використовуються в техніці.
Междуширотный обмін мас повітря підтримує майже постійне розподіл температури, яке значно відрізняється від створюваного радіаційним рівновагою. Цьому сприяють також альбедо і різноманітність видів атмосферного руху, від невеликих турбулентних вихорів до таких великих циркуляційних систем, як циклони і антициклони. При цьому в холодному півкулі (у північному – взимку і в південному – влітку) енергія, що витрачається на рух повітря, завжди більше, ніж в теплому (у північному – влітку і на південному – взимку), оскільки в тому півкулі, де має місце зима, горизонтальні градієнти температури і тиск у всій тропосфері значно зростають. Крім того, існують і різниці температур, що виникають внаслідок неоднакового нагрівання і охолодження материків і океанів. Дійсно, в холодне півріччя, особливо в середніх і низьких широтах, материки швидко охолоджуються і є джерелами холоду, в той час як океани внаслідок особливостей теплообміну в них і великої теплоємності води, накопичуючи влітку теплову енергію, взимку є джерелами тепла. У літнє півріччя, навпаки, материки, нагріваючись швидше, служать джерелами тепла, а океани – холоду. Внаслідок цього між материками і океанами здійснюється циркуляція, має сезонний характер. Хоча така циркуляція значною мірою і поглинається більш потужної циркуляцією, створюваної тепловими відмінностями між екватором і полюсами, однак вона все ж проявляється в сезонної зміни повітряних течій біля поверхні землі між материками і океанами. Цей процес чинного в атмосфері теплообміну внаслідок температурного відмінності між материками і океанами певною мірою можна розглядати як роботу теплової машини другого роду (за Ст. Ст. Шулейкіну).
Постійне виникнення, перехід і руйнування численних циклонів і антициклонів сильно ускладнюють атмосферну циркуляцію. Тому в районах найбільш активною циклонічною і антициклональної діяльності неможливо спостерігати роботу теплових машин в скільки-небудь явному вигляді. У зв’язку з цим лише в окремих районах земної кулі більш чітко виражені мусонні течії.
Внетропические циклони і антициклони є як би механізмами так званого макротурбулентного обміну повітря між низькими і високими широтами. В результаті макротурбулентного обміну знижується температура повітря в екваторіальній зоні і підвищується у високих широтах (див. табл. 12 і 13). Іншим фактором междуширотного перенесення тепла є, звичайно, морські течії. Один лише Гольфстрім виносить в Північну Атлантику на 1 см2 площі в рік тепло в кількості 80 – 100 ккал, майже дорівнює кількості тепла, одержуваного на ту ж площу океаном у вигляді сумарної радіації. В зоні холодних течій, навпаки, океан втрачає багато тепла. Зокрема, у Каліфорнійського узбережжя океан втрачає на 1 см2 у рік 60 ккал, а отримує у вигляді приходить сумарної радіації лише 100 ккал/см2 рік.
Нерідко взимку над Арктикою не тільки в тропосфері, але і в стратосфері виявляється область тепла, а над середніми широтами північної півкулі – область холоду. Пояснюється це могутніми процесами междуширотного повітрообміну, коли в результаті тривалої і інтенсивної діяльності циклонів холодні маси повітря вторгаються з півночі на південь на кілька тисяч кілометрів, а теплі маси повітря виносяться в зворотному напрямку.
Междуширотный обмін прагне знищити теплові відмінності між низькими і високими широтами. Завдяки междуширотному обміну відбувається зустріч якісно різних повітряних мас і освіта фронтальних зон з великими горизонтальними градієнтами температури, вологості, тиску і швидкості вітру (див. главу п’яту).
При здійсненні макротурбулентного обміну висотне поле тиску і вітру різко відрізняється від середніх сезонних. На малюнку 65 наведено один із випадків звичайного меридіонального перетворення поля тиску у поверхні землі і на AT 300 мб, спостерігалося 10 січня 1964 р. В цей день над Західною Сибіром біля поверхні землі перебував виключно глибокий циклон з тиском у центрі нижче 980 мб, а над Європою – потужний антициклон з тиском понад 1040 мб (рис. 65, а). Відповідно до меридиональным перетворенням поля тиску
Поле тиску 10 січня 1964 р. в 15 годин
На висоті близько 9 км (рис. 65, б) північ Флориди і Ньюфаундленду чітко простежується струминне протягом з максимальними швидкостями на поверхні 300 мб, рівними 50 м/сек. Дещо менші за швидкості струменеві течії спостерігалися на півдні Східного Сибіру (40-50 м/сек). Над Європою, навпаки, були лише слабкі вітри. При порівнянні приземної карти і AT 300 за 10 січня 1964 р. з відповідними середніми картами, зображеними на рисунках 32 та 35, неважко переконатися в істотному розходженні між ними.
Таким чином, під внетропических широтах атмосферні процеси носять переважно неперіодичний характер, обумовлений інтенсивною циклонічною і антициклональної діяльністю. Частота виникнення та інтенсивність розвитку баричних утворень визначаються загальними тут сезонними змінами горизонтальних градієнтів температури і тиску в тропосфері між екватором і полюсами з істотними корективами, внесеними підстильною поверхнею.
У низьких широтах циркуляція атмосфери відбувається незрівнянно менш інтенсивно, так як величини междуширотных градієнтів температури в тропосфері невеликі. Циклонічна і антициклональна діяльність тут відбувається досить слабо. Виняток становлять зрідка виникають тропічні циклони. Тому сезонні явища, що визначаються термічними умовами, тут висловлюються більш виразно, ніж у внетропических широтах.
(2 votes, average: 3.50 out of 5)