10. Въздушни маси

10.5. Трансформация въздушни маси

Когато условията на циркулация се променят, въздушната маса като цяло се премества от източника на нейното образуване към съседни области, взаимодействайки с други въздушни маси.

Когато се движи, въздушната маса започва да променя свойствата си - те ще зависят не само от свойствата на източника на образуване, но и от свойствата на съседните въздушни маси, от свойствата на подстилащата повърхност, над която преминава въздушната маса, както и върху продължителността на времето, изминало от образуването на въздушната маса.маси.

Тези влияния могат да причинят промени в съдържанието на влага във въздуха, както и промени в температурата на въздуха в резултат на отделяне на латентна топлина или топлообмен с подлежащата повърхност.

i Процесът на промяна на свойствата на въздушната маса се нарича трансформация или

еволюция.

Трансформацията, свързана с движението на въздушната маса, се нарича динамична. Скоростта на движение на въздушната маса на различни височини ще бъде различна, наличието на скоростно изместване причинява турбулентно смесване. Ако долните слоеве на въздуха се нагреят, възниква нестабилност и се развива конвективно смесване.

Обикновено процесът на трансформация на въздушната маса продължава от 3 до 7 дни. Знак за неговия край е спирането на промените в температурата на въздуха от ден на ден, както близо до земната повърхност, така и на надморска височина - т.е. достигане на равновесна температура.

i Равновесната температура характеризира температурната характеристика на дадена

област в дадено времена годината.

Процесът на достигане на равновесна температура може да се разглежда като процес на образуване на нова въздушна маса.

Трансформацията на въздушните маси е особено интензивна, когато подстилащата повърхност се промени, например, когато въздушна маса се движи от сушата към морето.

Ярък пример е трансформацията на континенталния умерен въздух над Японско море през зимата.

10. Въздушни маси

Когато континенталният умерен въздух се движи над Японско море, той се трансформира във въздух, подобен по свойства на умерения морски въздух, който заема Тихия океан през зимата.

Континенталният умерен въздух се характеризира с ниска влажност и много ниски температуривъздух. Трансформацията на студения континентален въздух над Японско море е много интензивна, особено при внезапни нахлувания, когато въздушната маса е в начален етап на трансформация.

Основна роля в топлинната трансформация на въздуха в повърхностния слой играе турбулентният топлообмен между въздушната маса и подлежащата морска повърхност.

Интензивността на нагряване на студения въздух над морето е правопропорционална на температурната разлика между водата и въздуха. Според емпиричните оценки големината на топлинната трансформация на студения въздух близо до морската повърхност е право пропорционална на продукта

(T-Tw) t,

където T е температурата на континенталния въздух, Tw е температурата на морската повърхност, t е времето (в часове) на движение на континенталния въздух над морето.

Тъй като температурната разлика между въздуха на континенталния мусон и температурата на морската повърхност над Японско море надвишава 10-15 ° C край бреговете на Приморие, затоплянето на въздуха на морската повърхност става много бързо и зависи от път над морето.

Освен това, когато студен въздух навлезе в топлата под повърхността на Японско море, неговата нестабилност се увеличава. Големината на вертикалния температурен градиент в приземния слой (100-150 m) нараства бързо с височина.

Имайте предвид, че при слаб вятър въздухът се затопля повече, отколкото при силен вятър, но се затопля само тънкият повърхностен слой на атмосферата. При силен вятър в смесването участва слой въздух с по-голяма дебелина - до 1,5 km или повече. Интензивният турбулентен топлообмен, косвен индикатор за който е значителната честота на умерени и силни ветрове над морето, благоприятства бързото разпространение на топлия въздух нагоре. В същото време студената адвекция се увеличава с височината, което води до повишена нестабилност на въздушната маса.

Когато се движи над морето, континенталният въздух не само се затопля, но и се обогатява с влага, което също увеличава неговата нестабилност в съответствие с намаляването на нивата на кондензация.

10. Въздушни маси

Когато влажният въздух се издига в резултат на процеси на кондензация, възниква латентна топлина на изпарение. Освободената топлина на кондензация (латентна топлина на изпарение) се използва за загряване на въздуха. Когато влажният въздух се покачва, температурата спада според влажно-адиабатния закон, т.е. по-бавно, отколкото в случая на сух въздух.

С движението си над морето, придружено от затопляне и овлажняване, въздушната маса става нестабилна, поне в долния 1,5-километров слой на атмосферата. В него интензивно се развива не само динамична, но и топлинна конвекция. Това се доказва от образуването на купести облаци, които са деформирани затворени клетки. Под въздействието на вятъра тези клетки се простират под формата на вериги от крайбрежието на Приморие до западното крайбрежие на Япония, където дебелината им се увеличава и те произвеждат валежи.

Образуването на облаци над морето и промените в облачността по пътя на въздушната маса от своя страна водят до промени в температурата на въздуха. Получената облачност екранира изходящата радиация и създава противорадиация на атмосферата.

Освен това по периферията на облачната клетка се образуват низходящи въздушни течения. Докато се спуска, въздухът се отстранява от състоянието си на насищане и се нагрява адиабатно. Общият низходящ поток над морето може да допринесе значително за промените в температурата на въздуха над морето.

Освен това промяната в албедото играе роля в повишаването на температурата на въздуха: въздухът се движи през зимата от континента, където преобладава снежната покривка (албедо средно 0,7), към откритата повърхност на морето (албедо средно 0,2). Тези условия могат да повишат температурата на въздуха с 5-10 °C.

Натрупването на топъл въздух край източните брегове на Японско море активира образуването на облаци и валежи, което от своя страна влияе върху формирането на температурното поле на въздуха.

10.6. Термодинамична класификация на въздушните маси

От гледна точка на трансформацията на въздушните маси те се разделят на топли, студени и неутрални. Тази класификация се нарича термодинамична.

10. Въздушни маси

i Топла (студена) е въздушна маса, която е по-топла (по-студена)

неговата среда и в дадена област постепенно се охлажда (нагрява), опитвайки се да се доближи до термичното равновесие

Под заобикаляща средатук разбираме природата на подстилащата повърхност, нейното топлинно състояние, както и съседните въздушни маси.

Относително топла (студена) е въздушна маса, която е по-топла (по-студена) от околните въздушни маси и която продължава да се затопля (изстива) в дадена област, т.е. е студено (топло) в горния смисъл.

За да се определи дали въздушната маса в даден район се охлажда или затопля, трябва да се сравнят температурите на въздуха, измерени по едно и също време, или средните дневни температури на въздуха за няколко дни.

i Локална (неутрална) въздушна маса е масата, разположена в

топлинно равновесие със своята среда, т.е. ден след ден, запазвайки свойствата си без значителни промени.

Така трансформиращата се въздушна маса може да бъде както топла, така и студена, а след завършване на трансформацията става локална.

На картата OT 1000 500 студената въздушна маса съответства на корито или затворена зона на студ (студено петно), топла въздушна маса съответства на било или гореща точка.

Една въздушна маса може да се характеризира както с нестабилно, така и с стабилно равновесие. Това разделение на въздушните маси отчита един от най-важните резултати от топлообмена - вертикалното разпределение на температурата на въздуха и съответния тип вертикално равновесие. Стабилните (UVM) и нестабилните (UVM) въздушни маси са свързани с определени метеорологични условия.

Неутралните (местни) въздушни маси през всеки сезон могат да бъдат стабилни или нестабилни в зависимост от първоначалните свойства и посоката на трансформация на въздушната маса, от която се е образувала тази въздушна маса. Над континентите неутралните въздушни маси през лятото обикновено са нестабилни, през зимата

– стабилен. Над океаните и моретата такива маси често са стабилни през лятото и нестабилни през зимата.

Движение на въздушни маси

Целият въздух на Земята непрекъснато циркулира между екватора и полюсите. Въздухът, загрят на екватора, се издига, разделя се на две части, една част започва да се движи към Северен полюс, другата част - към южния полюс. Достигайки полюсите, въздухът се охлажда. На полюсите се извива и пада надолу.

Фигура 1. Принципът на завихряне на въздуха

Получават се два огромни вихри, всеки от които покрива цяло полукълбо, центровете на тези вихри са разположени на полюсите.
Слизайки на полюсите, въздухът започва да се връща обратно към екватора, на екватора нагрятият въздух се издига. След това отново се движи към полюсите.
В долните слоеве на атмосферата движението е малко по-сложно. В долните слоеве на атмосферата въздухът от екватора, както обикновено, започва да се движи към полюсите, но на 30-ия паралел пада надолу. Една част от него се връща към екватора, където отново се издига, другата част, падайки на 30-ия паралел, продължава да се движи към полюсите.

Фигура 2. Движение на въздуха в северното полукълбо

Концепция за вятър

Вятър – движението на въздуха спрямо земната повърхност (хоризонталният компонент на това движение), понякога се говори за възходящ или нисходящ вятър, като се вземе предвид неговия вертикален компонент.

Скоростта на вятъра

Оценка на скоростта на вятъра в точки, т.нар Скала на Бофорт, според който целият диапазон от възможни скорости на вятъра е разделен на 12 градации. Тази скала свързва силата на вятъра с различните му ефекти, като степента на бурно море, люлеене на клони и дървета, разпространение на дим от комини и др. Всяка градация по скалата на Beaufort има специфично име. Така нула по скалата на Бофорт съответства на спокойствие, т.е. пълна липса на вятър. Вятър в 4 точки, според Beaufortнарича се умерена и съответства на скорост 5–7 m/sec; при 7 бала - силен, със скорост 12-15 м/сек; при 9 бала - буря със скорост 18-21 м/сек; накрая, вятър от 12 бала Бофорт вече е ураган, с скорост над 29 м/сек . На земната повърхност най-често трябва да се сблъскаме с ветрове, чиито скорости са от порядъка на 4-8 м / сек и рядко надвишават 12-15 м / сек.Но все пак при бури и урагани с умерени ширини скоростта може да надвишава 30 м/сек, а на места поривите достигат до 60 м/сек. тропически ураганискоростта на вятъра достига до 65 м/сек, а отделните пориви до 100 м/сек.При дребномащабни вихри (торнадо, кръвни съсиреци) са възможни скорости над 100 м/сек.При т.нар. в горната тропосфера и долната стратосфера средната скорост на ветровете за дълъг период от време и на голяма площ може да достигне до 70–100 m/sec . Скоростта на вятъра на земната повърхност се измерва с анемометри с различни конструкции. Уредите за измерване на вятъра на наземните станции се монтират на височина 10–15 m над земната повърхност.

Таблица 1. СИЛА НА ВЯТЪРА.
Скала на Бофорт за определяне на силата на вятъра
Точки	Визуални знаци на сушата	Скорост на вятъра, км/ч	Условия за вятърна енергия
	Спокойно; димът се издига вертикално	По-малко от 1,6	Спокоен
	Посоката на вятъра се забелязва по отклонението на дима, но не и по ветропоказателя.	1,6–4,8	Тихо
	Вятърът се усеща от кожата на лицето; листата шумолят; редовно се обръщат ветропоказатели	6,4–11,2	лесно
	Листата и малките клонки са в постоянно движение; веят светлинни знамена	12,8–19,2	слаб
	Вятърът вдига прах и хартийки; тънки клони се люлеят	20,8–28,8	Умерен
	Разлистените дървета се люлеят; вълнички се появяват на земните водни тела	30,4–38,4	Свежо
	Дебели клони се люлеят; можете да чуете свистенето на вятъра в електрическите проводници; трудно се държи чадър	40,0–49,6	Силен
	Дърветата се люлеят; трудно е да вървиш срещу вятъра	51,2–60,8	Силен
	Клоните на дърветата се чупят; Почти невъзможно е да се върви срещу вятъра	62,4–73,6	Много силен
	Малки щети; вятърът къса димни капаци и керемиди от покривите	75,2–86,4	Буря
	Рядко се случва на сушата. Дърветата са изкоренени. Значителни щети по сградите	88,0–100,8	Силна буря
	На сушата се случва много рядко. Придружен от разрушения на голяма площ	102,4–115,2	Жестока буря
	Сериозно прекъсване (резултати 13–17 са добавени от Метеорологичното бюро на САЩ през 1955 г. и се използват в скалите на САЩ и Обединеното кралство)	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

Посока на вятъра

Посоката на вятъра се отнася до посоката, от която духа. Можете да посочите тази посока, като посочите или точката на хоризонта, откъдето духа вятърът, или ъгъла, образуван от посоката на вятъра с меридиана на мястото, т.е. неговия азимут. В първия случай има осем основни посоки на хоризонта: север, североизток, изток, югоизток, юг, югозапад, запад, северозапад. И осем междинни точки между тях: север-североизток, изток-североизток, изток-югоизток, юг-югоизток, юг-югозапад, запад-югозапад, запад-северозапад, север-северозапад. Шестнадесет референтни точки, показващи посоката, от която духа вятърът, имат съкращения:

Таблица 2. СЪКРАЩЕНИЯ НА РУМБЕРИТЕ
СЪС	н	IN	д	Ю	С		У
Централна кооперативна банка	NNE	ESE	ESE	ЮЗЗ	ЮЗЗ	WNW	W.N.W.
C.B.	NE	SE	S.E.	SW	S.W.	NW	NW
BCB	ENE	SSE	SSE	ЗЮЗ	ЗЮЗ	ССЗ	NNW
N – север, E – изток, S – юг, W – запад

Атмосферна циркулация

Атмосферна циркулация - метеорологичните наблюдения на състоянието на въздушната обвивка на земното кълбо - атмосферата - показват, че тя изобщо не е в покой: с помощта на ветропоказатели и анемометри ние непрекъснато наблюдаваме прехвърлянето на въздушни маси от едно място на друго в формата на вятъра. Изследването на ветровете в различни части на земното кълбо показа, че движенията на атмосферата в онези по-ниски слоеве, които са достъпни за нашето наблюдение, имат съвсем различен характер. Има райони, където ветровите явления, подобно на други характеристики на времето, имат много ясно изразен характер на стабилност, известно желание за постоянство. В други райони ветровете променят характера си толкова бързо и често, посоката и силата им се променят така рязко и внезапно, сякаш нямаше законност в бързите им промени. С въвеждането на синоптичния метод за изучаване на непериодичните промени на времето стана възможно обаче да се забележи известна връзка между разпределението на налягането и движенията на въздушните маси; по-нататъшни теоретични изследвания от Ферел, Гулдберг и Мон, Хелмхолц, Бецолд, Обербек, Спрунг, Вернер Сименс и други метеоролози обясниха откъде и как възникват въздушните течения и как се разпределят върху земната повърхност и в масата на атмосферата. Внимателно проучване на метеорологични карти, изобразяващи състоянието на долния слой на атмосферата - времето на самата повърхност на земята - показа, че атмосферното налягане е разпределено доста неравномерно върху земната повърхност, обикновено под формата на области с по-ниско или по-високо налягане, отколкото в околната среда; според системата от ветрове, които възникват в тях, тези области представляват истински атмосферни вихри. Областите с ниско налягане обикновено се наричат ​​барометрични минимуми, барометрични депресии или циклони; областите с високо налягане се наричат ​​барометрични максимуми или антициклони. Цялото време в района, който те заемат, е тясно свързано с тези области, което се различава рязко за областите с ниско налягане от времето в областите със сравнително високо налягане. Движейки се по земната повърхност, посочените райони носят със себе си характерното за тях време и с движенията си предизвикват неговите непериодични промени. По-нататъшното проучване на тези и други области доведе до заключението, че тези типове разпределение на атмосферното налягане може също да имат различен характер в способността си да поддържат съществуването си и да променят позицията си на земната повърхност и се характеризират с много различна стабилност: има барометрични минимуми и максимуми, временни и постоянни. Докато първите - вихрите - са временни и не показват достатъчна стабилност и повече или по-малко бързо променят мястото си на земната повърхност, ту се засилват, ту отслабват и накрая напълно се разпадат за относително кратки периоди от време, областите с постоянни максимуми и минимумите са изключително стабилни и остават на едно и също място за много дълго време, без съществени промени. Различната стабилност на тези региони, разбира се, е тясно свързана със стабилността на времето и естеството на въздушните течения в района, който заемат: постоянните високи и ниски нива ще съответстват на постоянно, стабилно време и определена, непроменлива система от ветрове, оставащи с месеци на мястото на тяхното съществуване; временните вихри, с техните бързи, постоянни движения и промени, причиняват изключително променливо време и много нестабилна вятърна система за даден район. По този начин в долния слой на атмосферата, близо до земната повърхност, атмосферните движения са много разнообразни и сложни и освен това не винаги и не навсякъде имат достатъчна стабилност, особено в онези области, където преобладават временните вихри. Какви ще са движенията на въздушните маси в малко по-високите слоеве на атмосферата, обикновените наблюдения не говорят нищо; Само наблюденията на движението на облаците ни позволяват да мислим, че там, на определена височина над повърхността на земята, всички общи движения на въздушните маси са донякъде опростени, имат по-определен и по-равномерен характер. Междувременно не липсват факти, показващи огромното влияние на високите слоеве на атмосферата върху времето в по-ниските: достатъчно е например да се посочи, че посоката на движение на временните вихри очевидно е пряка зависи от движението на високите слоеве на атмосферата. Ето защо, още преди науката да започне да разполага с достатъчно факти, за да разреши въпроса за движението на високите слоеве на атмосферата, вече са се появили някои теории, които се опитват да обединят всички индивидуални наблюдения на движенията на долните слоеве на въздуха и създайте обща схема на цвета на атмосферата; Това например беше теорията за централната атмосфера, дадена от Мори. Но докато не се съберат достатъчен брой факти, докато връзката между налягането на въздуха в дадени точки и неговите движения не беше напълно изяснена, дотогава подобни теории, базирани повече на хипотези, отколкото на действителни данни, не можеха да дадат реална представа за това какво всъщност може се случва и се случва в атмосферата. Едва към края на миналия XIX век. За това са натрупани достатъчно факти и динамиката на атмосферата е развита до такава степен, че е станало възможно да се даде реална, а не гадателска картина на цвета на атмосферата. Честта да реши проблема с общата циркулация на въздушните маси в атмосферата принадлежи на американския метеоролог Уилям Феръл- решение толкова общо, пълно и правилно, че всички по-късни изследователи в тази област само разработват подробности или правят допълнителни допълнения към основните идеи на Ферел. Основната причина за всички движения в атмосферата е неравномерното нагряване на различни точки на земната повърхност от слънчевите лъчи. Неравномерното нагряване води до появата на разлика в налягането върху различни нагрети точки; и резултатът от разликата в налягането винаги и неизменно ще бъде движението на въздушните маси от места по-високи към места по-високи ниско налягане. Следователно, поради силното нагряване на екваториалните ширини и много ниската температура на полярните страни в двете полукълба, въздухът, съседен на земната повърхност, трябва да започне да се движи. Ако според наличните наблюдения изчислим средните температури на различни географски ширини, тогава екваторът ще бъде средно с 45 ° по-топъл от полюсите. За да се определи посоката на движение, е необходимо да се проследи разпределението на налягането върху земната повърхност и в масата на атмосферата. За да елиминира неравномерното разпределение на сушата и водата върху земната повърхност, което значително усложнява всички изчисления, Ферел направи предположението, че и сушата, и водата са равномерно разпределени по паралелите, и изчисли средните температури на различни паралели, намаляването на температурата като човек се издига на определена височина над земната повърхност, а налягането на дъното; и след това, използвайки тези данни, той вече е изчислил налягането на някои други височини. Следващата малка плоча представя резултата от изчисленията на Ферел и дава средното разпределение на налягането по географски ширини на повърхността на земята и на височини от 2000 и 4000 m.

Таблица 3. РАЗПРЕДЕЛЕНИЕ НА НАЛЯГАНЕТО ПО ШИРИНА НА ПРИЗЕМНИЯ ТЕРЕН И НА ВИСОЧИНИ 2000 И 4000 M
	Средно налягане в Северното полукълбо
На географска ширина:	80 ○	70 ○	60 ○	50 ○	40 ○	30 ○	20 ○	10 ○
На морското равнище	760,5	758,7	758,7	760,07	762,0	761,7	759,2	757,9
На 2000 м надморска височина	582,0	583,6	587,6	593,0	598,0	600,9	600,9	600,9
На 4000 м надморска височина	445,2	446,6	451,9	457,0	463,6	468,3	469,9	470,7
	Средно налягане в южното полукълбо
На географска ширина:	(екватор)	10 ○	20 ○	30 ○	40 ○	50 ○	60 ○	70 ○
На морското равнище	758,0	759,1	761,7	763,5	760,5	753,2	743,4	738,0
На 2000 м надморска височина	601,1	601,6	602,7	602,2	597,1	588,0	577,0	569,9
На 4000 м надморска височина	471,0	471,1	471,1	469,3	463,1	453,7	443,9	437,2

Ако засега оставим настрана най-долния слой на атмосферата, където разпределението на температурата, налягането и теченията е много неравномерно, тогава на определена височина, както може да се види от таблета, поради възходящия поток на нагрят въздух близо до екватора откриваме повишено налягане над последния, равномерно намаляващо към полюсите и тук достигайки най-ниската си стойност. При такова разпределение на налягането на тези височини над земната повърхност трябва да се образува колосален поток, покриващ цялото полукълбо и носещ маси от топъл, нагрят въздух, издигащ се близо до екватора до центровете на ниско налягане - до полюсите. Ако вземем предвид и отклоняващия ефект на центробежната сила, произтичаща от ежедневното въртене на земята около оста си, която трябва да отклони всяко движещо се тяло надясно от първоначалната посока в северните полукълба, наляво - в южните, полукълба, тогава при разглежданите височини във всяко полукълбо полученият поток очевидно ще се превърне в , в огромен вихър, който пренася въздушни маси в посока от югозапад на североизток в северното полукълбо, от северозапад на югоизток в южното полукълбо.

Наблюденията на движението на перести облаци и други подкрепят тези теоретични заключения. Тъй като кръговете на географската ширина се стесняват, приближавайки се до полюсите, скоростта на движение на въздушните маси в тези вихри ще се увеличи, но до определена граница; след това става по-постоянен. Близо до полюса навлизащите въздушни маси трябва да се спускат надолу, отстъпвайки място на новопостъпващия въздух, образувайки низходящ поток, а след това под тях те трябва да се връщат обратно към екватора. Между двата потока трябва да има неутрален слой въздух в покой на определена височина. По-долу обаче не се наблюдава такъв правилен пренос на въздушни маси от полюсите към екватора: предишната табела показва, че в долния слой въздух атмосферното налягане ще бъде най-високо отдолу, а не на полюсите, както би трябвало да бъде с правилното му разпределение, съответстващо на горното. Най-високото налягане в долния слой пада на ширина около 30°-35° в двете полукълба; следователно от тези центрове на високо налягане долните течения ще бъдат насочени както към полюсите, така и към екватора, образувайки две отделни вятърни системи. Причината за това явление, също теоретично обяснена от Ферел, е следната. Оказва се, че на определена височина над земната повърхност, в зависимост от промените в географската ширина на мястото, големината на градиента и коефициента на триене, меридионалната компонента на скоростта на движение на въздушните маси може да спадне до 0. Точно това се случва на географски ширини от ок. 30°-35°: тук, на определена надморска височина, не само че няма движение на въздуха към полюсите, но дори има, поради непрекъснатия му приток от екватора и от полюсите, неговото натрупване, което води до повишаване на налягането по-долу в тези географски ширини. Така на самата повърхност на земята във всяко полукълбо, както вече беше споменато, възникват две системи от течения: от 30 ° до полюсите духат ветрове, насочени средно от югозапад на североизток на север, от северозапад на югоизток на юг. полукълбо; от 30° до екватора ветровете духат от СИ до ЮЗ в северното полукълбо, от ЮИ до СЗ в южното полукълбо. Тези две последни системи от ветрове, духащи в двете полукълба между екватора и ширина 31°, образуват, така да се каже, широк пръстен, който разделя огромните вихри в долните и средните слоеве на атмосферата, пренасяйки въздух от екватора към полюси (виж също Атмосферно налягане). Там, където се образуват възходящи и низходящи въздушни течения, се наблюдават затишия; Именно това е произходът на екваториалните и тропическите зони на тишината; подобен пояс на мълчание трябва, според Ферел, да съществува на полюсите.

Къде обаче отива обратният въздушен поток, разпространяващ се от полюсите към екватора? Но трябва да се има предвид, че когато се отдалечаваме от полюсите, размерите на кръговете на ширината и следователно площите на пояси с еднаква ширина, заети от разпространяващи се въздушни маси, бързо се увеличават; че скоростта на потоците трябва да намалява бързо обратно пропорционално на увеличаването на тези площи; че на полюсите въздухът, много разреден в горните слоеве, накрая се спуска отгоре надолу, чийто обем намалява много бързо, когато налягането се увеличава надолу. Всички тези причини напълно обясняват защо е трудно и дори направо невъзможно да се проследят тези обратни долни потоци на известно разстояние от полюсите. Това е в общи линии схемата на общата циркулация на атмосферата, предполагаща равномерно разпределение на земята и водата по паралелите, дадена от Ферел. Наблюденията го потвърждават напълно. Само в долния слой на атмосферата въздушните течения, както отбелязва самият Ферел, ще бъдат много по-сложни от тази схема именно поради неравномерното разпределение на земята и водата и разликата в нагряването им от слънчевите лъчи и охлаждането им в липсата или намаляването на слънчевата светлина; Планините и хълмовете също оказват голямо влияние върху движенията на най-долните слоеве на атмосферата.

Внимателното изследване на атмосферните движения в близост до земната повърхност като цяло показва, че вихровите системи представляват основната форма на такива движения. Започвайки с грандиозните вихри, които според Ферел обхващат цялото полукълбо, вихри,как могат да се нарекат? първа поръчкав близост до земната повърхност трябва да се наблюдават вихрови системи, последователно намаляващи по размер, до и включително елементарни малки и прости вихри. В резултат на взаимодействието на потоци с различни скорости и посоки в областта на вихрите от първи ред, близо до земната повърхност, вихри от втори ред- постоянните и временните барометрични максимуми и минимуми, споменати в началото на тази статия, които по своя произход са, така да се каже, производни на предишни вихри. Изследването на образуването на гръмотевични бури доведе А. В. Клосовски и други изследователи до заключението, че тези явления не са нищо повече от сходни по структура, но несравнимо по-малки по размер в сравнение с предишните, вихри от трети ред.Тези вихри изглежда възникват в покрайнините на барометричните минимуми (вихри от втори ред) точно по същия начин, както малки, много бързо въртящи се и изчезващи водовъртежи се образуват около голяма вдлъбнатина, образувана във водата от гребло, с което гребем, когато плаваме лодка. Точно по същия начин барометричните минимуми от втори порядък, които са мощни въздушни кръгове, по време на движението си образуват по-малки въздушни вихри, които в сравнение с минимума, който ги образува, са много малки по размер.

Ако тези вихри са придружени от електрически явления, които често могат да бъдат причинени от съответните условия на температура и влажност във въздуха, течащ към центъра на барометричния минимум по дъното, тогава те се появяват във формата гръмотевични бурипридружени от обичайните явления на електрически разряд, гръмотевици и светкавици. Ако условията не са благоприятни за развитието на гръмотевични явления, ние наблюдаваме тези вихри от трети ред под формата на бързо преминаващи бури, шквалове, проливни дъждове и т.н. Има обаче всички основания да мислим, че тези три категории, толкова различни в мащабът на явлението, вихровите движения на атмосферите не са изчерпани. Структурата на явленията торнадо, кръвни съсиреци и др. показва, че при тези явления имаме работа и с истински вихри; но размерите на тези вихри от четвърти редоще по-малко, дори по-незначително, отколкото гръмотевичните вихрушки. Следователно изследването на атмосферните движения ни води до заключението, че движенията на въздушните маси възникват предимно - ако не изключително - чрез образуването на вихри. Възникнали под влияние на чист температурни условия, вихри от първи ред, покриващи цялото полукълбо, пораждат вихри с по-малки размери близо до земната повърхност; те от своя страна причиняват появата на още по-малки вихри. Изглежда, че има постепенно диференциране на по-големите вихри в по-малки; но основният характер на всички тези вихрови системи остава абсолютно същият, от по-големите до най-малките по размер, дори при торнадо и кръвни съсиреци.

По отношение на вихрите от втори ред - постоянни и временни барометрични максимуми и минимуми - остава да се каже следното. Изследванията на Hoffmeyer, Teisserand de Bor и Hildebrandson показват тясна връзка между появата и особено движението на временните максимуми и минимуми с промените, претърпени от постоянните максимуми и минимуми. Самият факт, че последните, при всякакви промени във времето в районите около тях, много малко променят своите граници или контури, показва, че тук имаме работа с някои постоянни причини, които лежат над влиянието на обикновените метеорологични фактори. Според Teisserant de Bor разликите в налягането, причинени от неравномерното нагряване или охлаждане на различни части от земната повърхност, обобщени под влиянието на непрекъснато нарастване на първичния фактор за повече или по-малко дълъг период от време, пораждат големи барометрични максимуми и минимуми. Ако първопричината действа непрекъснато или за достатъчно дълго време, резултатът от нейното действие ще бъдат постоянни, стабилни вихрови системи. След като са достигнали известни размери и достатъчна интензивност, такива постоянни максимуми и минимуми вече са детерминанти или регулатори на времето в огромни области в тяхната обиколка. Такива големи, постоянни върхове и спадове бяха получени в напоследък, когато стана ясна ролята им в метеорологичните явления на страните около тях, името центрове на действие на атмосферата.Поради неизменността в конфигурацията на земната повърхност и произтичащата от това непрекъснатост на влиянието на първопричината, обуславяща тяхното съществуване, положението на такива максимуми и минимуми върху земното кълбо е съвсем определено и непроменимо до известна степен. Но в зависимост от различните условия техните граници и интензивността им могат да варират в определени граници. И тези промени в тяхната интензивност и техните очертания, от своя страна, трябва да повлияят на времето не само в съседни, но понякога дори в доста далечни страни. По този начин изследването на Teisserant de Bor напълно установи зависимостта на времето в Европа от един от следните центрове на действие: аномалии отрицателен характер, придружени от понижение на температурата в сравнение с нормалното, са причинени от засилването и разширяването на Сибирския висок или засилването и напредването на Азорския висок; аномалии с положителен характер - с повишаване на температурата в сравнение с нормалното - са в пряка зависимост от движението и интензивността на исландския минимум. Хилдебрандсън отиде още по-далеч в тази посока и доста успешно се опита да свърже промените в интензивността и движенията на двата посочени атлантически центъра с промените не само в Сибирския висок, но и в центровете на налягане в Индийския океан.

Въздушни маси

Наблюденията за времето стават широко разпространени през втората половина на 19 век. Те бяха необходими за съставянето на синоптични карти, показващи разпределението на налягането и температурата на въздуха, вятъра и валежите. В резултат на анализа на тези наблюдения се формира представа за въздушните маси. Тази концепция направи възможно комбинирането на отделни елементи, идентифицирането различни условиявремето и дават своите прогнози.

Въздушна маса е голям обем въздух с хоризонтални размери от няколкостотин или хиляди километра и вертикални размери от порядъка на 5 km, характеризиращ се с приблизително еднаква температура и влажност и движещ се като една системав едно от теченията на общата циркулация на атмосферата (GCA)

Еднаквостта на свойствата на въздушната маса се постига чрез формирането й върху хомогенна подстилаща повърхност и при сходни радиационни условия. Освен това са необходими такива условия на циркулация, при които въздушната маса ще се задържи дълго време в зоната на образуване.

Стойностите на метеорологичните елементи във въздушната маса се променят леко - запазва се непрекъснатостта им, хоризонталните градиенти са малки. Когато анализираме метеорологичните полета, докато оставаме в дадена въздушна маса, линейната графична интерполация може да се използва с достатъчно приближение, когато се провеждат, например, изотерми.

Рязко увеличаване на хоризонталните градиенти на метеорологичните стойности, приближаване на рязък преход от една стойност към друга или поне промяна на величината и посоката на градиентите се случва в прехода (фронтална зона) между две въздушни маси. Псевдопотенциалната температура на въздуха, която отразява както действителната температура на въздуха, така и неговата влажност, се приема като най-характерна характеристика на определена въздушна маса.

Псевдопотенциална температура на въздуха - температурата, която въздухът би поел по време на адиабатичен процес, ако първо цялата водна пара, съдържаща се в него, се кондензира при безкрайно намаляващо налягане и падне от въздуха и освободената латентна топлина отиде да загрее въздуха, а след това въздухът беше доведен под стандартно налягане.

Тъй като по-топлата въздушна маса обикновено е и по-влажна, разликата в псевдопотенциалните температури на две съседни въздушни маси може да бъде значително по-голяма от разликата в техните действителни температури. Псевдопотенциалната температура обаче варира бавно с височината в дадена въздушна маса. Това свойство помага да се определи наслояването на въздушните маси една над друга в тропосферата.

Везни на въздушни маси

Въздушните маси са от същия порядък като основните течения на общата циркулация на атмосферата. Линейният обхват на въздушните маси в хоризонтална посока се измерва в хиляди километри. Вертикално въздушните маси се простират на няколко километра от тропосферата, понякога до горната й граница.

При локални циркулации, като например бриз, планинско-долинни ветрове, сешоари, въздухът в циркулационния поток също е повече или по-малко изолиран по свойства и движение от околната атмосфера. В този случай обаче е невъзможно да се говори за въздушни маси, тъй като мащабът на явленията тук ще бъде различен.

Например, ивица, покрита от бриз, може да бъде широка само 1-2 десетки километра и следователно няма да получи достатъчно отражение върху синоптична карта. Вертикалната мощност на бризовото течение също е няколкостотин метра. Така при локалните циркулации нямаме работа с независими въздушни маси, а само с нарушено състояние в рамките на въздушните маси на малко разстояние.

Обектите, възникващи в резултат на взаимодействието на въздушните маси - преходни зони (фронтални повърхности), фронтални облачни системи от облачност и валежи, циклонални смущения, имат същия порядък на величина като самите въздушни маси - сравними по площ с големи части от континенти или океани и времето им съществуване - повече от 2 дни ( маса 4):

Въздушната маса има ясни граници, които я отделят от другите въздушни маси.

Наричат ​​се преходни зони между въздушни маси с различни свойства предни повърхности.

В рамките на една и съща въздушна маса може да се използва графична интерполация с достатъчно приближение, например при чертане на изотерми. Но когато се движите през фронталната зона от една въздушна маса към друга, линейната интерполация вече няма да даде правилна представа за действителното разпределение на метеорологичните елементи.

Центрове за образуване на въздушни маси

Въздушната маса придобива ясни характеристики в източника на образуване.

Източникът на образуване на въздушна маса трябва да отговаря на определени изисквания:

Хомогенността на подлежащата повърхност на водата или земята, така че въздухът в огнището да е подложен на достатъчно подобни влияния.

Хомогенност на радиационните условия.

Условия на циркулация, които насърчават стационарен въздух в дадена област.

Центровете на образуване обикновено са области, където въздухът се спуска и след това се разпространява в хоризонтална посока - антициклоналните системи отговарят на това изискване. Антициклоните са по-склонни от циклоните да бъдат ниско движещи се, така че образуването на въздушни маси обикновено се случва в обширни ниско движещи се (квазистационарни) антициклони.

В допълнение, изискванията на източника са изпълнени от бавно движещи се и дифузни топлинни депресии, които възникват над нагрети земни площи.

И накрая, образуването на полярен въздух се случва отчасти в горните слоеве на атмосферата в бавно движещи се, обширни и дълбоки централни циклони на високи географски ширини. В тези системи за налягане се случва трансформацията (трансформацията) на тропическия въздух, изтеглен във високи географски ширини в горните слоеве на тропосферата, в полярен въздух. Всички изброени системи на налягане могат да се нарекат и центрове на въздушни маси не от географска, а от синоптична гледна точка.

Географска класификация на въздушните маси

Въздушните маси се класифицират на първо място според центровете на тяхното формиране, в зависимост от местоположението им в една от зоните на ширина - Арктика или Антарктика, полярни или умерени ширини, тропически и екваториални.

Според географската класификация въздушните маси могат да бъдат разделени на основни географски типове в зависимост от географската ширина, в която се намират центровете им:

Арктически или Антарктически въздух (AV),

Полярен или умерен въздух (MF или HC),

Тропически въздух (телевизия). Освен това тези въздушни маси се разделят на морски (m) и континентални (k): mAV и kAV, muv и kUV (или mPV и kPV), mTV и kTV.

Екваториални въздушни маси (EA)

Що се отнася до екваториалните ширини, тук има конвергенция (конвергенция на потоци) и издигане на въздуха, така че въздушните маси, разположени над екватора, обикновено се донасят от субтропичната зона. Но понякога се появяват независими екваториални въздушни маси.

Понякога, в допълнение към огнищата в тесния смисъл на думата, се идентифицират области, където през зимата въздушните маси се трансформират от един тип в друг, когато се движат. Това са райони в Атлантическия океан на юг от Гренландия и в Тихия океан над Берингово и Охотско море, където cPV се превръща в mPV, райони над югоизточна Северна Америка и южно от Япония в Тихия океан, където cPV се превръща в mPV по време на зимния мусон, и област в Южна Азия, където азиатският CP се превръща в тропически въздух (също в мусонния поток)

Трансформация на въздушни маси

Когато условията на циркулация се променят, въздушната маса като цяло се премества от източника на нейното образуване към съседни области, взаимодействайки с други въздушни маси.

Когато се движи, въздушната маса започва да променя свойствата си - те ще зависят не само от свойствата на източника на образуване, но и от свойствата на съседните въздушни маси, от свойствата на подстилащата повърхност, над която преминава въздушната маса, както и върху продължителността на времето, изминало от образуването на въздушната маса.маси.

Тези влияния могат да причинят промени в съдържанието на влага във въздуха, както и промени в температурата на въздуха в резултат на отделяне на латентна топлина или топлообмен с подлежащата повърхност.

Процесът на промяна на свойствата на въздушна маса се нарича трансформация или еволюция.

Трансформацията, свързана с движението на въздушната маса, се нарича динамична. Скоростта на движение на въздушната маса на различни височини ще бъде различна, наличието на скоростно изместване причинява турбулентно смесване. Ако долните слоеве на въздуха се нагреят, възниква нестабилност и се развива конвективно смесване.

Още от дете съм очарован от невидимите движения около нас: лекият ветрец, който кръжи есенни листав тесен двор или мощен зимен циклон. Оказва се, че тези процеси имат напълно разбираеми физични закони.

Какви сили карат въздушните маси да се движат?

Топлият въздух е по-лек от студения – този прост принцип може да обясни движението на въздуха на планетата. Всичко започва от екватора. Тук слънчеви лъчипадат върху повърхността на Земята под прав ъгъл и малка частица екваториален въздух получава малко повече топлина от своите съседи. Тази топла частица става по-лека от своите съседи, което означава, че започва да се носи нагоре, докато загуби цялата топлина и започне да се спуска отново. Но движението надолу вече се случва в тридесетте географски ширини на Северното или Южното полукълбо.

Ако нямаше допълнителни сили, въздухът щеше да се движи от екватора към полюсите. Но има не една, а няколко сили наведнъж, които принуждават въздушните маси да се движат:

• Сила на плаваемост. Когато топлият въздух се издига, а студеният остава отдолу.
• Кориолисова сила. Ще ви разкажа за това малко по-надолу.
• Релеф на планетата. Комбинации от морета и океани, планини и равнини.

Отклоняваща сила на въртенето на Земята

За метеоролозите би било по-лесно, ако планетата ни не се въртеше. Но се върти! Това генерира отклоняващата сила на въртенето на Земята или силата на Кориолис. Поради движението на планетата, тази много „лека“ частица въздух не само се измества, да речем, на север, но и се измества надясно. Или се форсира на юг и се отклонява наляво.

Така възникват постоянни ветрове от западна или източна посока. Може би сте чували за West Winds или Roaring Forties? Тези постоянни въздушни движения са възникнали именно поради силата на Кориолис.

Морета и океани, планини и равнини

Последното объркване идва от релефа. Разпределението на сушата и океана променя класическата циркулация. По този начин в южното полукълбо има много по-малко земя, отколкото в северното полукълбо и нищо не пречи на въздуха да се движи над водната повърхност в желаната посока, няма планини или големи градове, докато Хималаите коренно променят циркулацията на въздуха в техния район.

Взаимодействие между океана и атмосферата.

27. Циркулация на въздушните маси.

© Владимир Каланов,
"Знанието е сила".

Движението на въздушните маси в атмосферата се определя от топлинните условия и промените в атмосферното налягане. Съвкупността от главни въздушни течения над планетата се нарича обща атмосферна циркулация. Основните мащабни атмосферни движения, които съставляват общата циркулация на атмосферата: въздушни течения, струйни течения, въздушни потоци в циклони и антициклони, пасати и мусони.

Движение на въздуха спрямо земната повърхност - вятър- възниква, защото атмосферното налягане в различните части на въздушната маса не е еднакво. Общоприето е, че вятърът е хоризонтално движение на въздуха. Всъщност въздухът обикновено се движи не успоредно на повърхността на Земята, а под лек ъгъл, т.к. атмосферното налягане се променя в хоризонтална и вертикална посока. Посоката на вятъра (север, юг и т.н.) означава накъде духа вятърът. Силата на вятъра се отнася до неговата скорост. Колкото по-високо е, толкова по-силен е вятърът. Скоростта на вятъра се измерва в метеорологични станции на височина 10 метра над Земята в метри в секунда. На практика силата на вятъра се измерва в точки. Всяка точка съответства на два до три метра в секунда. При сила на вятъра 9 вече се счита за буря, а при вятър 12 се счита за ураган. Общият термин "буря" означава всеки много силен вятър, независимо от силата. Скоростта на силните ветрове, например по време на тропически ураган, достига огромни стойности - до 115 m / s или повече. Вятърът се усилва средно с височината. На повърхността на Земята скоростта му се намалява от триене. През зимата скоростта на вятъра обикновено е по-висока, отколкото през лятно време. Най-високите скорости на вятъра се наблюдават в умерените и полярните ширини в тропосферата и долната стратосфера.

Моделът на промените в скоростта на вятъра над континентите на ниска надморска височина (100–200 m) не е напълно ясен. тук скоростта на вятъра достига най-високите си стойности следобед и най-ниските си стойности през нощта. Това се наблюдава най-добре през лятото.

Много силни ветрове, преди бури, се случват през деня в пустините на Централна Азия, а през нощта има пълно спокойствие. Но вече на надморска височина от 150–200 m се наблюдава точно обратната картина: максимална скорост през нощта и минимална през деня. Същата картина се наблюдава както през лятото, така и през зимата в умерените ширини.

Поривистите ветрове могат да причинят много проблеми на пилотите на самолети и хеликоптери. Движещите се в различни посоки въздушни струи, при удари, пориви, ту отслабват, ту се засилват, създават голяма пречка за движението на самолета - появява се неравност - опасно нарушаване на нормалния полет.

Наричат ​​се ветрове, духащи от планинските вериги на охладен континент към топло море бора. Това е силен, студен, поривист вятър, който обикновено духа през студения сезон.

Много хора познават бора в района на Новоросийск, на Черно море. Тук са създадени такива природни условия, че скоростта на бурята може да достигне 40 и дори 60 m/s, а температурата на въздуха пада до минус 20°C. Борът се среща най-често между септември и март, средно 45 дни в годината. Понякога последствията от него бяха следните: пристанището замръзна, лед покри кораби, сгради, насип, покриви бяха откъснати от къщи, вагони се обърнаха, кораби бяха изхвърлени на брега. Бор се наблюдава и в други региони на Русия - на езерото Байкал, на Нова Земля. Бора е известна на средиземноморското крайбрежие на Франция (където се нарича мистрал) и в Мексиканския залив.

Понякога в атмосферата се появяват вертикални вихри с бързо спираловидно движение на въздуха. Тези вихрушки се наричат ​​торнадо (в Америка ги наричат ​​торнадо). Торнадото може да бъде с диаметър няколко десетки метра, понякога до 100–150 м. Изключително трудно е да се измери скоростта на въздуха вътре в торнадо. Въз основа на естеството на разрушенията, причинени от торнадо, оценените стойности на скоростта могат да бъдат 50–100 m/s, а при особено силни вихри - до 200–250 m/s с голям вертикален компонент на скоростта . Налягането в центъра на издигащия се стълб на торнадо пада с няколко десетки милибара. Милибарите обикновено се използват за определяне на налягането в синоптичната практика (заедно с милиметри живачен стълб). За да конвертирате барове (милибари) в mm. Има специални таблици за живачната колона. В системата SI атмосферното налягане се измерва в хектопаскали. 1gPa=10 2 Pa=1mb=10 -3 bar.

Торнадото не трае дълго - от няколко минути до няколко часа. Но дори и за това кратко време успяват да създадат много неприятности. Когато торнадо (над сушата, торнадото понякога се нарича кръвни съсиреци) се приближи до сгради, разликата между налягането вътре в сградата и в центъра на кръвния съсирек води до факта, че сградите изглежда експлодират отвътре - стените се разрушават , изхвърчат стъкла и дограми, откъртват се покриви, понякога няма жертви. Има случаи, когато торнадо издига хора, животни и различни предмети във въздуха и ги носи на десетки или дори стотици метри. В движението си торнадото се движат на няколко десетки километра над морето и още повече над сушата. Разрушителната сила на торнадото над морето е по-малка, отколкото над сушата. В Европа кръвните съсиреци са редки, те се срещат по-често в азиатската част на Русия. Но торнадата са особено чести и разрушителни в Съединените щати. Прочетете повече за торнадо и торнадо на нашия уебсайт в раздела.

Атмосферното налягане е много променливо. Зависи от височината на въздушния стълб, неговата плътност и ускорението на гравитацията, което варира в зависимост от географската ширина и надморска височина. Плътността на въздуха е масата на единица обем. Плътността на влажния и сухия въздух се различава значително само при високи температури и висока влажност. С понижаване на температурата плътността се увеличава; с надморска височина плътността на въздуха намалява по-бавно от налягането. Плътността на въздуха обикновено не се измерва директно, а се изчислява с помощта на уравнения, базирани на измерени температури и налягания. Плътността на въздуха се измерва косвено от забавянето на изкуствените спътници на Земята, както и от наблюдения на разпространението на изкуствени облаци от натриеви пари, създадени от метеорологични ракети.

В Европа плътността на въздуха на повърхността на Земята е 1,258 kg/m3, на височина 5 km - 0,735, на височина 20 km - 0,087, а на височина 40 km - 0,004 kg/m3.

Колкото по-къс е въздушният стълб, т.е. колкото по-високо е мястото, толкова по-малко е налягането. Но намаляването на плътността на въздуха с височината усложнява тази връзка. Уравнението, изразяващо закона за промяна на налягането с височина в атмосфера на покой, се нарича основно уравнение на статиката. От него следва, че с увеличаване на надморската височина промяната в налягането е отрицателна, а при издигане на същата височина колкото по-голям е спадът на налягането, толкова по-голяма е плътността на въздуха и ускорението на гравитацията. Основната роля тук принадлежи на промените в плътността на въздуха. От основното уравнение на статиката може да се изчисли стойността на вертикалния градиент на налягането, който показва промяната на налягането при движение на единица височина, т.е. намаляване на налягането на единица вертикално разстояние (mb/100 m). Градиентът на налягането е силата, която движи въздуха. В допълнение към силата на градиента на налягането в атмосферата действат инерционни сили (кориолисови и центробежни сили), както и сили на триене. Всички въздушни течения се разглеждат спрямо Земята, която се върти около оста си.

Пространственото разпределение на атмосферното налягане се нарича поле на налягането. Това е система от повърхности с равно налягане или изобарни повърхности.

Вертикално сечение на изобарни повърхности над циклона (H) и антициклона (B).
Повърхностите се изчертават през равни интервали на натиск p.

Изобарните повърхнини не могат да бъдат успоредни една на друга и на земната повърхност, т.к температурата и налягането постоянно се променят в хоризонтална посока. Следователно изобарните повърхности имат разнообразен външен вид - от плитки „басейни“, огънати надолу, до опънати „хълмове“, огънати нагоре.

Когато хоризонтална равнина пресича изобарни повърхнини се получават криви - изобари, т.е. линии, свързващи точки с еднакви стойности на налягането.

Изобарните карти, които се изграждат въз основа на резултатите от наблюдения в определен момент от времето, се наричат ​​синоптични карти. Изобарните карти, съставени от средни дългосрочни данни за месец, сезон, година, се наричат ​​климатологични.

Средногодишни карти на абсолютния релеф на изобарната повърхност 500 mb за декември - февруари.
Височини в геопотенциални декаметри.

На синоптичните карти се приема интервал от 5 хектопаскала (hPa) между изобарите.

На карти на ограничена област изобарите могат да се прекъсват, но на карта на цялото земно кълбо всяка изобара е естествено затворена.

Но дори и на ограничена карта често има затворени изобари, които ограничават зони с ниско или високо налягане. Области с ниско налягане в центъра са циклони, а областите с относително високо налягане са антициклони.

Под циклон имаме предвидогромен вихър в долния слой на атмосферата, с ниско атмосферно налягане в центъра и възходящо движение на въздушните маси. В циклон налягането се увеличава от центъра към периферията и въздухът се движи обратно на часовниковата стрелка в северното полукълбо и по посока на часовниковата стрелка в южното полукълбо. Възходящото движение на въздуха води до образуване на облаци и валежи. От космоса циклоните изглеждат като въртящи се облачни спирали в умерените ширини.

Антициклон- Това е зона на високо налягане. Възниква едновременно с развитието на циклон и представлява вихър със затворени изобари и най-високо налягане в центъра. Ветровете в антициклон духат по посока на часовниковата стрелка в северното полукълбо и обратно на часовниковата стрелка в южното полукълбо. В антициклон винаги има низходящо движение на въздуха, което предотвратява появата на тежка облачност и продължителни валежи.

По този начин мащабната атмосферна циркулация в умерените ширини постоянно се свежда до образуването, развитието, движението и след това до затихването и изчезването на циклони и антициклони. Циклоните, които възникват отпред, разделяйки топли и студени въздушни маси, се движат към полюсите, т.е. транспортират топъл въздух до полярните ширини. Напротив, антициклоните, които възникват в задната част на циклоните в студена въздушна маса, се преместват към субтропичните ширини, пренасяйки там студен въздух.

Над европейската територия на Русия се появяват средно 75 циклона годишно. Диаметърът на циклона достига 1000 km или повече. В Европа има средно 36 антициклона годишно, някои от които имат централно налягане над 1050 hPa. Средното налягане на морското равнище в Северното полукълбо е 1013,7 hPa, а в Южното полукълбо е 1011,7 hPa.

През януари в северната част на Атлантическия и Тихия океан се появяват области с ниско налягане, наречено ниско налягане. исландскиИ Алеутски падини. депресия, или барични минимуми, се характеризират с минимални стойности на налягането - средно около 995 hPa.

През същия период от годината над Канада и Азия възникват зони с високо налягане, наречени канадски и сибирски антициклони. Най-високото налягане (1075–1085 hPa) се регистрира в Якутия и Красноярския край, а минималното е при тайфуните над Тихия океан (880–875 hPa).

Депресии се наблюдават в райони, където често се появяват циклони, които, докато се движат на изток и североизток, постепенно се запълват и отстъпват място на антициклони. Азиатските и канадските антициклони възникват поради присъствието на огромните континенти Евразия и Северна Америка на тези ширини. В тези райони през зимата антициклоните доминират над циклоните.

През лятото над тези континенти моделът на полето на налягане и циркулацията се променя радикално и зоната на образуване на циклони в Северното полукълбо се измества към по-високи географски ширини.

В умерените ширини на южното полукълбо циклоните, които възникват над хомогенната повърхност на океаните, движейки се на югоизток, се сблъскват с ледовете на Антарктида и стагнират тук, имайки ниско въздушно налягане в центровете си. През зимата и лятото Антарктика е заобиколена от пояс с ниско налягане (985–990 hPa).

В субтропичните ширини атмосферната циркулация е различна над океаните и в районите, където се срещат континенти и океани. Има зони с високо налягане над Атлантическия и Тихия океан в субтропиците на двете полукълба: това са Азорските и южноатлантическите субтропични антициклони (или ниски нива на налягане) в Атлантическия океан и Хавайските и южните тихоокеански субтропични антициклони в Тихия океан.

Екваториалната област постоянно получава най-голямо количество слънчева топлина. Следователно в екваториалните ширини (до 10° северна и южна ширина по екватора) по време на през цялата годинаПоддържа се ниско атмосферно налягане, а в тропическите ширини в диапазона 30–40° с.ш. и С. – повишена, в резултат на което се образуват постоянни въздушни течения, насочени от тропиците към екватора. Тези въздушни течения се наричат пасати. Търговските ветрове духат през цялата година, като променят интензивността си само в незначителни граници. Това са най-стабилните ветрове на земното кълбо. Силата на хоризонталния баричен градиент насочва въздушните потоци от области с високо налягане към области с ниско налягане в меридионална посока, т.е. на юг и север. Забележка: хоризонталният градиент на налягане е разликата в налягането за единица разстояние, нормално спрямо изобарата.

Но меридионалната посока на пасатите се променя под въздействието на две инерционни сили - отклоняващата сила на въртенето на Земята (силата на Кориолис) и центробежната сила, както и под въздействието на силата на триене на въздуха върху земната повърхност. Силата на Кориолис влияе на всяко тяло, движещо се по меридиана. Нека 1 kg въздух в северното полукълбо се намира на шир µ и започва да се движи със скорост Vпо меридиана на север. Този килограм въздух, както всяко тяло на Земята, има линейна скорост на въртене U=ωr, Където ω е ъгловата скорост на въртене на Земята, и r– разстояние до оста на въртене. Според закона за инерцията този килограм въздух ще поддържа линейна скорост U, които е имал на шир µ . Движейки се на север, той ще се окаже на по-високи географски ширини, където радиусът на въртене е по-малък и линейната скорост на въртене на Земята е по-малка. Така това тяло ще изпревари неподвижните тела, разположени на същия меридиан, но на по-високи географски ширини.

За наблюдател това ще изглежда като отклонение на това тяло надясно под въздействието на някаква сила. Тази сила е силата на Кориолис. По същата логика килограм въздух в Южното полукълбо ще се отклони наляво от посоката на движение. Хоризонталната компонента на силата на Кориолис, действаща върху 1 kg въздух, е равна на SC=2wVsinY. Той отклонява въздуха, действайки под прав ъгъл спрямо вектора на скоростта V. В Северното полукълбо той отклонява този вектор надясно, а в Южното полукълбо - наляво. От формулата следва, че силата на Кориолис не възниква, ако тялото е в покой, т.е. работи само когато въздухът се движи. В земната атмосфера величините на хоризонталния градиент на налягането и силата на Кориолис са от един и същи порядък, така че понякога почти се балансират взаимно. В такива случаи движението на въздуха е почти праволинейно и не се движи по градиента на налягането, а по изобарата или близо до нея.

Въздушните течения в атмосферата обикновено имат вихров характер, следователно при такова движение центробежната сила действа върху всяка единица въздушна маса P=V/R, Където V- скорост на вятъра и Р– радиус на кривина на траекторията на движение. В атмосферата тази сила винаги е по-малка от силата на градиента на налягането и следователно остава, така да се каже, сила с „местно значение“.

Що се отнася до силата на триене, която възниква между движещия се въздух и повърхността на Земята, тя забавя скоростта на вятъра до известна степен. Това се случва така: по-ниските обеми въздух, които са намалили хоризонталната си скорост поради неравностите на земната повърхност, се прехвърлят нагоре от по-ниските нива. Така триенето срещу земната повърхност се предава нагоре, като постепенно отслабва. Забавянето на скоростта на вятъра се забелязва при т.нар планетарен граничен слой, в размер на 1,0 - 1,5 км. над 1,5 km влиянието на триенето е незначително, поради което се наричат ​​по-високи слоеве въздух свободна атмосфера.

В екваториалната зона линейната скорост на въртене на Земята е най-голяма и съответно силата на Кориолис е най-голяма тук. Следователно в тропическата зона на северното полукълбо пасатите почти винаги духат от североизток, а в южното полукълбо - от югоизток.

Ниското налягане в екваториалната зона се наблюдава постоянно, през зимата и лятото. Нарича се лента с ниско налягане, която обхваща цялото земно кълбо по екватора екваториален падин.

Набирайки сила над океаните на двете полукълба, два потока пасати, движещи се един към друг, се втурват към центъра на екваториалната падина. На линията за ниско налягане те се сблъскват, образувайки т.нар интертропична зона на конвергенция(конвергенция означава "конвергенция"). В резултат на това „сближаване“ се получава възходящо движение на въздуха и изтичането му над пасатите към субтропиците. Този процес създава условия за съществуване на зона на конвергенция постоянно, през цялата година. В противен случай събиращите се въздушни течения на пасатите бързо биха запълнили котловината.

Възходящите движения на влажен тропически въздух водят до образуването на дебел слой купесто-дъждовни облаци с дължина 100–200 km, от които падат тропически дъждове. Така се оказва, че интертропичната зона на конвергенция става мястото, където дъждът се излива от парата, събрана от пасатите над океаните.

Това е опростена, схематична картина на атмосферната циркулация в екваториалната зона на Земята.

Наричат ​​се ветрове, които променят посоката си със сезоните мусони. Арабската дума "mawsin", което означава "сезон", дава името на тези постоянни въздушни течения.

Мусоните, за разлика от струйните течения, се появяват в определени райони на Земята, където два пъти годишно преобладаващите ветрове се движат в противоположни посоки, образувайки летните и зимните мусони. Летният мусон е поток от въздух от океана към континента, зимният мусон е от континента към океана. Има тропически и извънтропични мусони. В Североизточна Индия и Африка зимните тропически мусони се комбинират с пасатите, докато летните югозападни мусони напълно унищожават пасатите. Най-мощните тропически мусони се наблюдават в северната част на Индийския океан и Южна Азия. Екстратропичните мусони произхождат от мощни, стабилни зони с високо налягане, които възникват над континента. зимно времеи намалени - през лятото.

Характерни в това отношение са районите на руския Далечен изток, Китай и Япония. Например Владивосток, разположен на географската ширина на Сочи, поради действието на извънтропичния мусон, е по-студен през зимата от Архангелск, а през лятото често има мъгла, валежи, а от морето идва влажен и хладен въздух.

Много тропически страни в Южна Азия получават влага от проливните дъждове на летния тропически мусон.

Всички ветрове са резултат от взаимодействието на различни физически фактори, възникващи в атмосферата над определени географски области. Местните ветрове включват бризове. Те се появяват близо до бреговете на морета и океани и имат ежедневна промяна на посоката: през деня духат от морето към сушата, а през нощта от сушата към морето. Това явление се обяснява с разликата в температурите над морето и сушата различно времедни. Топлинният капацитет на сушата и морето е различен. През деня при топло време слънчевите лъчи нагряват сушата по-бързо от морето и налягането над сушата намалява. Въздухът започва да се движи към по-ниско налягане - духа морски бриз. Вечерта се случва обратното. Земята и въздухът над нея излъчват топлина по-бързо от морето, налягането става по-високо от това над морето и въздушните маси се устремяват към морето - то духа бриз на сушата. Бризовете са особено отчетливи при тихо слънчево време, когато нищо не им пречи, т.е. няма други въздушни течения, които лесно да заглушат бризовете. Скоростта на вятъра рядко е по-висока от 5 m/s, но в тропиците, където температурната разлика между повърхността на морето и сушата е значителна, бризът понякога духа със скорост от 10 m/s. В умерените ширини бризовете проникват на дълбочина 25–30 km в територията.

Бризовете, строго погледнато, са същите мусони, само че в по-малък мащаб - те имат дневен цикъли промяната в посоката зависи от смяната на нощта и деня, докато мусоните имат годишен цикъли променят посоката в зависимост от времето на годината.

Океанските течения, срещащи по пътя си бреговете на континентите, се разделят на два клона, насочени по бреговете на континентите на север и юг. В Атлантическия океан южният клон образува Бразилското течение, измиващо бреговете на Южна Америка, а северното разклонение е топлото Гълфстрийм, преминаващо в Северноатлантическо течение и под името Севернокапско течение достига до Колския полуостров .

В Тихия океан северният клон на екваториалното течение преминава в Куро-Сиво.

По-рано споменахме сезонното топло течение край бреговете на Еквадор, Перу и Северно Чили. Обикновено се случва през декември (не всяка година) и причинява рязко намаляване на улова на риба край бреговете на тези страни поради факта, че има много малко планктон в топлата вода - основният хранителен ресурс за рибата. Рязкото повишаване на температурата на крайбрежните води предизвиква развитието на купесто-дъждовни облаци, от които падат обилни дъждове.

Рибарите иронично наричат ​​това топло Течение Ел Ниньо, което означава „коледен подарък” (от испански el ninjo – бебе, момче). Но ние искаме да подчертаем не емоционалното възприемане на това явление от чилийски и перуански рибари, а неговата физическа причина. Факт е, че повишаването на температурата на водата край бреговете на Южна Америка се дължи не само на топли течения. Промените в общата ситуация в системата океан-атмосфера в обширните пространства на Тихия океан също се предизвикват от атмосферен процес, наречен „ Южна осцилация" Този процес, взаимодействайки с теченията, определя всички физически явления, случващи се в тропиците. Всичко това потвърждава, че циркулацията на въздушните маси в атмосферата, особено над повърхността на Световния океан, е сложен, многоизмерен процес. Но въпреки цялата сложност, мобилност и променливост на въздушните течения, все още има определени модели, поради които основните мащабни, както и локалните процеси на атмосферна циркулация се повтарят от година на година в определени райони на Земята.

Завършваме главата с някои примери за използване на вятърна енергия. Хората използват енергията на вятъра от незапомнени времена, откакто са се научили да плават в морето. Тогава се появяват вятърни мелници, а по-късно - вятърни двигатели - източници на електричество. Вятърът е вечен източник на енергия, чиито запаси са неизброими. За съжаление, използването на вятъра като източник на електроенергия е много трудно поради променливостта на неговата скорост и посока. Въпреки това, с помощта на вятърни електрически двигатели, стана възможно доста ефективно използване на вятърната енергия. Остриетата на вятърната мелница я принуждават почти винаги да „държи носа си“ във вятъра. Когато вятърът е достатъчно силен, токът отива директно към консуматорите: за осветление, хладилни агрегати, уреди за различни цели и за зареждане на батерии. Когато вятърът утихне, батериите отдават натрупаната електроенергия в мрежата.

В научните станции в Арктика и Антарктика електричеството от вятърни двигатели осигурява светлина и топлина и захранва радиостанции и други потребители на електроенергия. Разбира се, във всяка изследователска станция има дизелови генератори, за които трябва да имате постоянен запас от гориво.

Още първите навигатори са използвали силата на вятъра спонтанно, без да вземат предвид системата от ветрове и океански течения. Те просто не знаеха нищо за съществуването на такава система. Знанията за ветровете и теченията са натрупани в продължение на векове и дори хилядолетия.

Един от неговите съвременници е китайският мореплавател Джън Хе през 1405-1433 г. ръководи няколко експедиции, които преминават по така наречения Голям мусонен път от устието на река Яндзъ до Индия и източните брегове на Африка. Запазени са сведения за мащаба на първата от тези експедиции. Състоеше се от 62 кораба с 27 800 участници. За ветроходни експедиции китайците използвали знанията си за моделите мусонни ветрове. Те напуснаха Китай за морето в края на ноември - началото на декември, когато духа североизточният зимен мусон. Попътен вятър им помогнал да стигнат до Индия и Източна Африка. Те се върнаха в Китай през май - юни, когато започна летният югозападен мусон, който стана южен в Южнокитайско море.

Да вземем пример от едно по-близко до нас време. Ще говорим за пътешествията на известния норвежки учен Тор Хейердал. С помощта на вятъра, или по-скоро с помощта на пасатите, Хейердал успя да докаже научната стойност на двете си хипотези. Първата хипотеза беше, че островите на Полинезия в Тихия океан, според Хейердал, биха могли да бъдат обитавани някога в миналото от хора от Южна Америка, които са прекосили голяма част от Тихия океан на своите примитивни плавателни съдове. Тези плавателни съдове бяха салове, изработени от балсово дърво, което се отличава с факта, че след дълъг престой във водата не променя плътността си и следователно не потъва.

Хората от Перу са използвали такива салове от хиляди години, дори преди империята на инките. Тор Хейердал през 1947 г. изплете сал от големи балсови трупи и го нарече "Кон-Тики", което означава Слънце-Тики - божеството на предците на полинезийците. Вземайки петима любители на приключенията "на борда" на сала си, той потегля с платна от Каляо (Перу) до Полинезия. В началото на пътуването салът беше носен от Перуанското течение и югоизточния пасат, а след това започна да работи източният пасат на Тихия океан, който духаше редовно на запад почти три месеца без прекъсване и след 101 дни Кон-Тики благополучно пристигна на един от островите на архипелага Туамоту (сега Френска Полинезия).

Втората хипотеза на Хейердал е, че той смята за напълно възможно културата на олмеките, ацтеките, маите и други племена от Централна Америка да е пренесена от Древен Египет. Това било възможно, според учения, защото някога в древността хората са плавали през Атлантическия океан на папирусови лодки. Пасатите също помагат на Хейердал да докаже валидността на тази хипотеза.

Заедно с група съмишленици той направи две плавания на папирусови лодки „Ра-1” и „Ра-2”. Първата лодка („Ra-1“) се разпадна, преди да достигне американския бряг на няколко десетки километра. Екипажът беше в сериозна опасност, но всичко завърши добре. Лодката за второто пътуване („Ра-2“) е изплетена от „специалисти от висок клас“ - индианци от Централните Анди. Напускайки пристанището на Сафи (Мароко), папирусовата лодка „Ра-2“ прекоси Атлантическия океан след 56 дни и достигна остров Барбадос (приблизително 300–350 км от бреговете на Венецуела), покривайки 6100 км пътуване. Отначало лодката се движеше от североизточния пасат, а от средата на океана - от източния пасат.

Научната природа на втората хипотеза на Хейердал е доказана. Но беше доказано и нещо друго: въпреки успешния резултат от пътуването, лодка, изплетена от снопове папирус, тръстика, тръстика или други водни растения, не е подходяща за плаване в океана. Такъв „корабостроителен материал“ не трябва да се използва, т.к той бързо се намокря и потъва във водата. Е, ако все още има аматьори, обсебени от желанието да прекосят океана с някакъв екзотичен кораб, нека имат предвид, че салът от балсово дърво е по-надежден от папирусовата лодка, а също и че такова пътуване е винаги и в във всеки случай опасно.

© Владимир Каланов,
"Знанието е сила"

Диаграма на атмосферната циркулация

Въздух в атмосфератае в постоянно движение. Движи се както в хоризонтална, така и във вертикална посока.

Основната причина за движението на въздуха в атмосферата е неравномерното разпределение слънчева радиацияи хетерогенност на подлежащата повърхност. Те причиняват неравномерна температура на въздуха и съответно атмосферно налягане над земната повърхност.

Разликата в налягането създава движение на въздуха, което се движи от области с високо към ниско налягане. При движението си въздушните маси се отклоняват от силата на въртене на Земята.

(Спомнете си как се отклоняват телата, движещи се в северното и южното полукълбо.)

Вие, разбира се, сте забелязали как в горещ летен ден върху асфалта се образува лека мъгла. Този загрят, лек въздух се издига. Подобна, но много по-мащабна картина може да се наблюдава на екватора. Много горещ въздух постоянно се издига, образувайки възходящи потоци.

Следователно тук близо до повърхността се образува пояс с постоянно ниско налягане.
Въздухът, издигащ се над екватора в горните слоеве на тропосферата (10-12 km), се разпространява към полюсите. Постепенно се охлажда и започва да пада над приблизително 30 t° северна и южна ширина.

Това създава излишен въздух, който допринася за образуването на атмосфера в приземния слой тропическа зонависоко налягане.

В полярните региони въздухът е студен, тежък и потъва, причинявайки движения надолу. В резултат на това се образува високо налягане в повърхностните слоеве на полярния пояс.

Между тропическите и полярните пояси на високо налягане в умерените ширини се образуват активни атмосферни фронтове. Масово по-студеният въздух измества по-топлия въздух нагоре, причинявайки възходящи потоци.

В резултат на това в умерените ширини се образува повърхностен пояс с ниско налягане.

Карта климатични зониЗемята

Ако земната повърхност беше хомогенна, поясите на атмосферното налягане биха се простирали на непрекъснати ивици. Повърхността на планетата обаче е редуване на вода и земя, които имат различни свойства. Сушито се затопля и изстива бързо.

Океанът, напротив, се нагрява и бавно отдава топлината си. Ето защо поясите на атмосферното налягане са разкъсани на отделни участъци - области на високо и ниско налягане. Някои от тях съществуват през цялата година, други - през определен сезон.

На Земята редовно се редуват пояси с високо и ниско налягане. Високото налягане е на полюсите и близо до тропиците, ниското е на екватора и в умерените ширини.

Видове атмосферна циркулация

В земната атмосфера има няколко мощни връзки в циркулацията на въздушните маси. Всички те са активни и са присъщи на определени географски ширини. Поради това те се наричат ​​зонални типове атмосферна циркулация.

На повърхността на Земята въздушните течения се движат от тропическия пояс на високо налягане към екватора. Под въздействието на силата, произтичаща от въртенето на Земята, те се отклоняват надясно в Северното полукълбо и наляво в Южното полукълбо.

Така се образуват постоянни мощни ветрове - пасати. В северното полукълбо пасатите духат от североизток, а в южното полукълбо - от югоизток. И така, първият зонален тип атмосферна циркулация е попътен вятър.

От тропиците въздухът се движи към умерените ширини. Отклонени от силата на въртенето на Земята, те започват постепенно да се движат от запад на изток. Именно този поток от Атлантическия океан обхваща умерените ширини на цяла Европа, включително Украйна. Западният въздушен транспорт в умерените ширини е вторият зонален тип планетарна атмосферна циркулация.

Също така е естествено въздухът да се движи от циркумполярните зони с високо налягане към умерените ширини, където налягането е ниско.

Под въздействието на отклоняващата сила на въртенето на Земята този въздух се движи от североизток в Северното полукълбо и от югоизток в Южното полукълбо. Източният субполярен поток от въздушни маси формира третия зонален тип атмосферна циркулация.

На картата на атласа намерете географските зони, където Различни видовезонална циркулация на въздуха.

Поради неравномерното нагряване на сушата и океана, зоналният модел на движение на въздушните маси е нарушен. Например в източната част на Евразия в умерените ширини западният въздушен транспорт работи само за шест месеца - през зимата. През лятото, когато континентът се затопли, въздушните маси с прохладата на океана се придвижват към сушата.

Ето как се осъществява преносът на мусонен въздух. Промяна на посоката на движение на въздуха два пъти годишно - характерна особеностмусонна циркулация. Зимният мусон е поток от относително студен и сух въздух от континента към океана.

Летен мусон- движение на влажен и топъл въздух в обратна посока.

Зонални типове атмосферна циркулация

Има три основни зонален тип атмосферна циркулация: попътен вятър, западен въздушен транспорт и източен субполярен поток от въздушни маси. Мусонният въздушен транспорт нарушава общия модел на атмосферна циркулация и представлява азонален тип циркулация.

Обща атмосферна циркулация (страница 1 от 2)

Министерство на науката и образованието на Република Казахстан

Академия по икономика и право на името на U.A. Джолдасбекова

Факултет по хуманитарни науки и Стопанска академия

Дисциплина: Екология

По темата: „Обща циркулация на атмосферата“

Изпълнител: Царская Маргарита

Група 102 А

Проверил: Омаров Б.Б.

Талдикорган 2011 г

Въведение

1. Общи сведения за атмосферната циркулация

2. Фактори, определящи общата циркулация на атмосферата

3. Циклони и антициклони.

4. Ветрове, влияещи върху общата циркулация на атмосферата

5. Ефект на сешоар

6. Обща циркулационна диаграма “Planet Machine”

Заключение

Списък на използваната литература

Въведение

На страниците научна литератураНапоследък често се появява понятието обща циркулация на атмосферата, чието значение се разбира от всеки специалист по свой начин. Този термин се използва систематично от специалисти, занимаващи се с география, екология и горната част на атмосферата.

Метеоролозите и климатолозите, биолозите и лекарите, хидролозите и океанолозите, ботаниците и зоолозите и разбира се еколозите проявяват все по-голям интерес към общата циркулация на атмосферата.

Няма консенсус дали тази научна посока се е появила наскоро или изследванията тук продължават от векове.

По-долу предлагаме дефиниции на общата циркулация на атмосферата като набор от науки и изброяваме факторите, които го влияят.

Даден е определен списък от постижения: хипотези, разработки и открития, които отбелязват добре известни етапи в историята на тази наука и дават определена представа за обхвата на проблемите и задачите, които разглежда.

Описани са отличителните черти на общата циркулация на атмосферата и е представена най-простата схема на общата циркулация, наречена „планетна машина“.

1. Общи сведения за атмосферната циркулация

Общата циркулация на атмосферата (лат. Circulatio - въртене, гръцки atmos - пара и sphaira - топка) е съвкупност от мащабни въздушни течения в тропосферата и стратосферата. В резултат на това въздушните маси се обменят в пространството, което допринася за преразпределението на топлина и влага.

Общата циркулация на атмосферата е циркулацията на въздуха върху земното кълбо, което води до преместването му от ниски ширини към високи ширини и обратно.

Общата циркулация на атмосферата се определя от зоните с високо атмосферно налягане в полярните райони и тропическите ширини и зоните с ниско налягане в умерените и екваториалните ширини.

Движението на въздушните маси се извършва както в ширинна, така и в меридионална посока. В тропосферата атмосферната циркулация включва пасати, западни въздушни течения от умерени ширини, мусони, циклони и антициклони.

Причината за движението на въздушните маси е неравномерното разпределение на атмосферното налягане и нагряването от Слънцето на повърхността на сушата, океаните, леда на различни географски ширини, както и отклоняващия ефект върху въздушния поток от въртенето на Земята.

Основните модели на атмосферната циркулация са постоянни.

В долната стратосфера струйните въздушни течения в умерените и субтропичните ширини са предимно западни, а в тропичните - източни и се движат със скорости до 150 m/s (540 km/h) спрямо земната повърхност.

В долната тропосфера преобладаващите посоки на въздушния транспорт се различават в различните географски зони.

В полярните ширини източни ветрове; в умерените райони - западните с чести прекъсвания от циклони и антициклони; пасатите и мусоните са най-стабилни в тропическите ширини.

Поради разнообразието на подстилащата повърхност във формата на общата циркулация на атмосферата възникват регионални отклонения - локални ветрове.

2. Фактори, определящи общата циркулация на атмосферата

– Неравномерно разпределение на слънчевата енергия върху земната повърхност и, като следствие, неравномерно разпределение на температурата и атмосферното налягане.

– Кориолисови сили и триене, под въздействието на които въздушните потоци придобиват широчинна посока.

– Влияние на подстилащата повърхност: наличие на континенти и океани, разнородност на релефа и др.

Разпределението на въздушните течения на земната повърхност е зонално. В екваториалните ширини има затишие или се наблюдават слаби променливи ветрове. IN тропическа зонадоминират пасатите.

Пасатите са постоянни ветрове, духащи от 30 географски ширини до екватора, които имат североизточна посока в северното полукълбо и югоизточна посока в южното полукълбо. На 30-35? с. и С. – зона на спокойствие, т.нар. "конски ширини".

В умерените ширини преобладават западните ветрове (югозапад в северното полукълбо, северозапад в южното полукълбо). В полярните ширини духат източни ветрове (в северното полукълбо, североизточно, в южното полукълбо, югоизточни ветрове).

В действителност вятърната система над земната повърхност е много по-сложна. IN субтропичен поясВ много райони пасатният транспорт е нарушен от летните мусони.

В умерените и субполярните ширини циклоните и антициклоните оказват огромно влияние върху характера на въздушните течения, а на източното и северното крайбрежие - мусоните.

Освен това в много райони възникват местни ветрове поради характеристиките на територията.

3. Циклони и антициклони.

Атмосферата се характеризира с вихрови движения, най-големите от които са циклоните и антициклоните.

Циклонът е възходящ атмосферен вихър с ниско налягане в центъра и система от ветрове от периферията към центъра, насочени обратно на часовниковата стрелка в северното полукълбо и по посока на часовниковата стрелка в южното полукълбо. Циклоните се делят на тропични и извънтропични. Помислете за извънтропичните циклони.

Диаметърът на екстратропичните циклони е средно около 1000 km, но има и повече от 3000 km. Дълбочина (налягане в центъра) – 1000-970 hPa или по-малко. В циклон духат силни ветрове, обикновено до 10-15 м/сек, но могат да достигнат 30 м/сек и повече.

Средната скорост на циклона е 30-50 км/ч. Най-често циклоните се движат от запад на изток, но понякога идват от север, юг и дори изток. Зоната с най-голяма честота на циклоните е 80-та ширина на северното полукълбо.

Циклоните носят облачно, дъждовно, ветровито време, охлаждане през лятото, затопляне през зимата.

В тропическите ширини се образуват тропически циклони (урагани, тайфуни), това е един от най-опасните и опасни явленияприрода. Диаметърът им е няколкостотин километра (300-800 км, рядко повече от 1000 км), но се характеризират с голяма разлика в налягането между центъра и периферията, което причинява силни ураганни ветрове, тропически дъждове и силни гръмотевични бури.

Антициклонът е низходящ атмосферен вихър с повишено налягане в центъра и система от ветрове от центъра към периферията, насочени по посока на часовниковата стрелка в северното полукълбо и обратно на часовниковата стрелка в южното полукълбо. Размерите на антициклоните са същите като тези на циклоните, но в късния етап на развитие те могат да достигнат до 4000 km в диаметър.

Атмосферното налягане в центъра на антициклоните обикновено е 1020-1030 hPa, но може да достигне и повече от 1070 hPa. Най-честотата на антициклоните е над субтропичните зони на океаните. Антициклоните се характеризират с частично облачно време без валежи, със слаби ветрове в центъра, силни студове през зимата и топлина през лятото.

4. Ветровете, влияещи върху общата циркулация на атмосферата

Мусони. Мусоните са сезонни ветрове, които променят посоката си два пъти годишно. През лятото духат от океана към сушата, през зимата - от сушата към океана. Причината за образуването му е неравномерното нагряване на земята и водата според сезоните на годината. В зависимост от зоната на образуване мусоните се делят на тропични и извънтропични.

Екстратропичните мусони са особено изразени в източния край на Евразия. Летният мусон носи влага и прохлада от океана, докато зимният мусон духа от континента, понижавайки температурата и влажността.

Тропическите мусони са най-силно изразени в басейна на Индийския океан. Летният мусон духа от екватора, той е противоположен на пасата и носи облачност, валежи и омекотява лятна жега, зима - съвпада с търговския вятър, укрепва го, носейки сухота.

Местни ветрове. Местните ветрове имат локално разпространение, образуването им е свързано с характеристиките на дадена територия - близостта на водните тела, естеството на релефа. Най-често срещаните са бриз, бора, фен, планинско-долинен и катабатичен вятър.

Бризове (лек вятър - fr) - ветрове по бреговете на морета, големи езера и реки, променяйки посоката си на противоположна два пъти на ден: дневният бриз духа от резервоара към брега, нощният бриз - от брега към резервоара . Бризът се причинява от ежедневните колебания на температурата и съответно налягането над сушата и водата. Те улавят слой въздух 1-2 км.

Скоростта им е ниска - 3-5 m/s. Много силен морски бриз през деня се наблюдава по западните пустинни брегове на континентите в тропическите ширини, измити от студени течения и студена вода, издигайки се от брега в зоната на възход.

Там той нахлува на десетки километри във вътрешността и произвежда силен климатичен ефект: намалява температурата, особено през лятото с 5-70 C, а в Западна Африка до 100 C, повишава относителната влажност на въздуха до 85%, насърчава образуването на мъгла и роса.

В покрайнините могат да се наблюдават явления, подобни на дневния морски бриз големи градове, където има циркулация на по-студен въздух от предградията към центъра, тъй като „топлинни петна“ съществуват над градовете през цялата година.

Планинско-долинните ветрове имат дневна периодичност: през деня вятърът духа нагоре по долината и по планинските склонове, през нощта, напротив, охладеният въздух се спуска. Покачването на въздуха през деня води до образуването на купести облаци над склоновете на планините; през нощта, когато въздухът се спуска и адиабатно се затопля, облачността изчезва.

Ледниковите ветрове са студени ветрове, които постоянно духат от планинските ледници надолу по склоновете и долините. Те се причиняват от охлаждане на въздуха над леда. Скоростта им е 5-7 m/s, дебелината им е няколко десетки метра. Те са по-интензивни през нощта, тъй като се усилват от склонови ветрове.

Обща атмосферна циркулация

1) Поради наклона на земната ос и сферичността на земята, екваториалните региони получават повече слънчева енергия от полярните региони.

2) На екватора въздухът се нагрява → разширява → издига → образува се зона с ниско налягане. 3) На полюсите въздухът се охлажда → става по-плътен → пада надолу → образува се зона с високо налягане.

4) Поради разликата в атмосферното налягане въздушните маси започват да се движат от полюсите към екватора.

Посоката и скоростта на ветровете също се влияят от:

• свойства на въздушните маси (влажност, температура...)
• подлежаща повърхност (океани, планински вериги и др.)
• въртене на земното кълбо около оста си (сила на Кориолис)1) обща (глобална) система от въздушни течения над земната повърхност, чиито хоризонтални размери са сравними с континентите и океаните, а дебелината от няколко километра до десетки километра.

Пасати - Това са постоянни ветрове, духащи от тропиците към екватора.

Причина: На екватора винаги има ниско налягане (възходящи течения), а в тропиците винаги има високо налягане (низходящи течения).

Поради действието на силата на Кориолис: пасатите на северното полукълбо имат североизточна посока (отклоняват се надясно)

Пасати в южното полукълбо - югоизток (отклонете се наляво)

Североизточни ветрове(в Северното полукълбо) и югоизточни ветрове(в южното полукълбо).
Причина: въздушните течения се движат от полюсите към умерените ширини и под въздействието на силата на Кориолис се отклоняват на запад. Западните ветрове са ветрове, духащи от тропиците до умерените ширини главно от запад на изток.

Причина: в тропическия регион има високо налягане, а в умерените ширини то е ниско, така че част от въздуха от района на E.D. площ N,D,. При движение под въздействието на силата на Кориолис въздушните течения се отклоняват на изток.

Западните ветрове носят топъл и влажен въздух в Естония, т.к въздушни маси се образуват над водите на топлото Северноатлантическо течение.

Въздухът в циклона се движи от периферията към центъра;

В централната част на циклона въздухът се издига и

Охлажда се, така че се образуват облаци и валежи;

По време на циклони преобладава облачно време със силни ветрове:

през лятото– дъждовно и хладно,
през зимата– с размразявания и снеговалежи.

Антициклон- Това е област с високо атмосферно налягане с максимум в центъра.
въздухът в антициклона се движи от центъра към периферията; в централната част на антициклона въздухът се спуска и нагрява, влажността му намалява, облаците се разсейват; По време на антициклоните се установява ясно, безветрено време:

през лятото е горещо,

през зимата е мразовит.

Атмосферна циркулация

Определение 1

Тираже система за движение на въздушни маси.

Циркулацията може да бъде обща в световен мащаб и локална циркулация, която протича върху отделни територии и акватории. Местната циркулация включва дневни и нощни ветрове, които се срещат по бреговете на моретата, планински долинни ветрове, ледникови ветрове и др.

Местната циркулация в определени моменти и на определени места може да бъде насложена върху общите циркулационни течения. С общата циркулация на атмосферата в нея възникват огромни вълни и вихри, които се развиват и движат по различен начин.

Такива атмосферни смущения са циклоните и антициклоните, които са характерни особеностиобща атмосферна циркулация.

В резултат на движението на въздушните маси, което се случва под въздействието на центровете на атмосферното налягане, районите се осигуряват с влага. В резултат на факта, че в атмосферата едновременно съществуват въздушни движения от различни мащаби, които се припокриват, атмосферната циркулация е много сложен процес.

Не мога да разбера нищо?

Опитайте се да помолите учителите си за помощ

Движението на въздушните маси в планетарен мащаб се влияе от 3 основни фактора:

Зонално разпределение на слънчевата радиация;

Аксиално въртене на Земята и, като следствие, отклонение на въздушните потоци от посоката на градиента;

Нееднородност на земната повърхност.

Тези фактори усложняват общата циркулация на атмосферата.

Ако Земята беше хомогенна и не се въртешеоколо оста си - тогава температурата и налягането на повърхността на земята ще съответстват на топлинните условия и ще имат географска ширина. Това означава, че намаляването на температурата ще се случи от екватора към полюсите.

При това разпределение топлият въздух на екватора се издига, а студеният въздух на полюсите потъва. В резултат на това той ще се натрупва на екватора в горната част на тропосферата и налягането ще бъде високо, а на полюсите ще бъде ниско.

На височина въздухът ще изтича в същата посока и ще доведе до намаляване на налягането над екватора и увеличаването му над полюсите. Изтичането на въздух близо до земната повърхност ще се случи от полюсите, където налягането е високо, към екватора в меридионална посока.

Оказва се, че топлинната причина е първата причина за циркулацията на атмосферата – различните температури водят до различно налягане на различните географски ширини. В действителност налягането е ниско над екватора и високо на полюсите.

На униформа въртяща сеНа Земята в горната тропосфера и долната стратосфера ветровете, когато текат към полюсите, в северното полукълбо трябва да се отклонят надясно, в южното полукълбо - наляво и в същото време да станат западни.

В долната тропосфера ветровете, които текат от полюсите към екватора и се отклоняват, ще станат източни в северното полукълбо и югоизточни в южното полукълбо. Втората причина за атмосферната циркулация е ясно видима - динамична. Зоналната съставка на общата циркулация на атмосферата се определя от въртенето на Земята.

Подстилащата повърхност с неравномерно разпределение на земята и водата оказва значително влияние върху общата циркулация на атмосферата.

Циклони

Долният слой на тропосферата се характеризира с вихри, които се появяват, развиват и изчезват. Някои вихри са много малки и остават незабелязани, докато други имат голямо влияниевърху климата на планетата. На първо място, това се отнася за циклоните и антициклоните.

Определение 2

Циклоне огромен атмосферен вихър с ниско налягане в центъра.

В северното полукълбо въздухът в циклон се движи обратно на часовниковата стрелка, в южното полукълбо - по посока на часовниковата стрелка. Циклоничната активност в средните ширини е характеристика на атмосферната циркулация.

Циклоните възникват поради въртенето на Земята и отклоняващата сила на Кориолис и в развитието си преминават през етапи от зараждането до запълването. По правило циклоните възникват на атмосферните фронтове.

Две въздушни маси с противоположни температури, разделени от фронт, са привлечени в циклон. Топлият въздух на интерфейса се инжектира в област със студен въздух и се отклонява към високи географски ширини.

Балансът е нарушен и студеният въздух в задната част е принуден да проникне в ниските географски ширини. Получава се циклоничен фронтален завой, който представлява огромна вълна, движеща се от запад на изток.

Етапът на вълната е първи етапразвитие на циклони.

Топлият въздух се издига и плъзга по челната повърхност в предната част на вълната. Получените вълни с дължина $1000$ km или повече са нестабилни в космоса и продължават да се развиват.

В същото време циклонът се движи на изток със скорост $100$ км на ден, налягането продължава да пада, а вятърът става по-силен, амплитудата на вълната се увеличава. Това втори етап– стадий на млад циклон.

На специални карти младият циклон е очертан от няколко изобари.

Когато топлият въздух се придвижва към високите ширини, се образува топъл фронт, а когато студеният въздух се придвижва към тропическите ширини, той се образува студен фронт. И двата фронта са части от едно цяло. Топлият фронт се движи по-бавно от студения фронт.

Ако студен фронт настигне топъл фронт и се слее с него, a оклузия отпред. Топлият въздух се издига и се усуква в спирала. Това трети етапразвитие на циклон - етап на оклузия.

Четвърти етап– попълването му е окончателно. Топлият въздух най-накрая се изтласква нагоре и се охлажда, температурните контрасти изчезват, циклонът става студен по цялата си площ, забавя се и накрая се запълва. От началото до запълването животът на един циклон продължава от $5$ до $7$ дни.

Бележка 1

Циклоните носят облачно, хладно и дъждовно времепрез лятото и размразяване през зимата. Летните циклони се движат със скорост $400$-$800$ км на ден, зимните - до $1000$ км на ден.

Антициклони

Циклоналната активност е свързана с появата и развитието на фронтални антициклони.

Определение 3

Антициклоне огромен атмосферен вихър с високо налягане в центъра.

Антициклоните се образуват в задната част на студения фронт на млад циклон в студен въздух и имат свои собствени етапи на развитие.

Има само три етапа в развитието на антициклон:

Етап на млад антициклон, който е образувание с ниско подвижно налягане. Обикновено се движи със същата скорост като циклона пред него. В центъра на антициклона налягането постепенно се повишава. Преобладава ясно, безветрено, частично облачно време;

На втория етап настъпва максималното развитие на антициклона. Това вече е формация с високо налягане най-големият натискВ центъра. Максимално развитият антициклон може да бъде с диаметър до няколко хиляди километра. В центъра му се образуват повърхностни и височинни инверсии. Времето е ясно и тихо, но високата влажност причинява мъгла, мъгла и слоести облаци. В сравнение с млад антициклон, най-развитият антициклон се движи много по-бавно;

Третият етап е свързан с разрушаването на антициклона. Това е високо, топло и заседнало барично образувание.Етапът се характеризира с постепенно спадане на атмосферното налягане и развитие на облачност. Разрушаването на антициклона може да се случи в продължение на няколко седмици, а понякога и месеци.

Обща атмосферна циркулация

Обектите на изследване на общата циркулация на атмосферата са движещи се циклони и антициклони от умерени ширини с техните бързо променящи се метеорологични условия: пасати, мусони, тропически циклони и др. Типични характеристики на общата циркулация на атмосферата, стабилни във времето или повтарящи се по-често от други, се разкриват чрез осредняване на метеорологични елементи за дълги периоди от време. дългосрочни периоди на наблюдение,

На фиг. 8, 9 е показано средното многогодишно разпределение на вятъра на земната повърхност през януари и юли. През януари, т.е.

През зимата в Северното полукълбо гигантски антициклонални вихри са ясно видими над Северна Америка и особено интензивен вихър над Централна Азия.

През лятото антициклоналните вихри над сушата се унищожават поради затоплянето на континента, а над океаните такива вихри се засилват значително и се разпространяват на север.

Налягане на земната повърхност в милибари и преобладаващи въздушни течения

Поради факта, че в тропосферата въздухът в екваториалните и тропическите ширини се нагрява много по-интензивно, отколкото в полярните райони, температурата и налягането на въздуха постепенно намаляват в посока от екватора към полюсите. Както казват метеоролозите, планетарният градиент на температурата и налягането е насочен в средната тропосфера от екватора към полюсите.

(В метеорологията градиентът на температурата и налягането се приема в обратна посока в сравнение с физиката.) Въздухът е силно подвижна среда. Ако Земята не се въртеше около оста си, тогава в долните слоеве на атмосферата въздухът ще тече от екватора към полюсите, а в горните слоеве ще се върне обратно към екватора.

Но Земята се върти с ъглова скорост от 2n/86400 радиана в секунда. Частиците на въздуха, движещи се от ниски към високи географски ширини, запазват високи линейни скорости спрямо земната повърхност, придобити през ниски географски ширини, и следователно се отклоняват, докато се движат на изток. В тропосферата се формира пренос на въздух запад-изток, който е отразен на фиг. 10.

Такъв редовен режим на тока обаче се наблюдава само на карти със средни стойности. „Моментните снимки“ на въздушните течения дават много разнообразни, всеки път нови, неповтарящи се позиции на циклони, антициклони, въздушни течения, зони на среща на топъл и студен въздух, т.е. атмосферни фронтове.

Атмосферните фронтове играят голяма роля в общата циркулация на атмосферата, тъй като в тях се извършват значителни трансформации на енергията на въздушните маси от един тип в друг.

На фиг. Фигура 10 схематично показва положението на главните фронтални сечения в средната тропосфера и близо до земната повърхност. Много метеорологични явления са свързани с атмосферните фронтове и фронталните зони.

Тук възникват циклонални и антициклонални вихри, образуват се гъсти облаци и валежни зони, вятърът се усилва.

При преминаване на атмосферен фронт през дадена точка обикновено ясно се наблюдава забележимо захлаждане или затопляне и рязко се променя целият характер на времето. Интересни особености се откриват в структурата на стратосферата.

Планетарна фронтална зона в средната тропосфера

Ако топлината се намира в тропосферата близо до екватора; въздушните маси са студени на полюсите, а в стратосферата, особено в топлата половина на годината, ситуацията е точно обратната; тук на полюсите въздухът е относително по-топъл, а на екватора е студен.

Градиентите на температурата и налягането са насочени в обратна посока спрямо тропосферата.

Влиянието на отклоняващата сила на въртенето на Земята, което доведе до образуването на пренос запад-изток в тропосферата, създава зона на източно-западни ветрове в стратосферата.

Средно разположение на осите на струйния поток в Северното полукълбо през зимата

Най-високите скорости на вятъра и следователно най-високата кинетична енергия на въздуха се наблюдават в струйните потоци.

Образно казано, струйните течения са въздушни реки в атмосферата, реки, протичащи на горната граница на тропосферата, в слоевете, разделящи тропосферата от стратосферата, т.е. в слоевете, близки до тропопаузата (фиг. 11 и 12).

Скоростта на вятъра в струйните течения достига 250 - 300 км/ч - през зимата; и 100 - 140 км/ч - през лятото. Така нискоскоростен самолет, попаднал в такъв реактивен поток, може да лети „назад“.

Средно местоположение на осите на струйния поток в Северното полукълбо през лятото

Дължината на струйните потоци достига няколко хиляди километра. Под струйните течения в тропосферата се наблюдават по-широки и по-малко бързи въздушни "реки" - планетарни височинни фронтални зони, които също играят голяма роля в общата циркулация на атмосферата.

Появата на високи скорости на вятъра в струйните потоци и в планетарните височинни фронтални зони се дължи на наличието тук на голяма разлика в температурите на въздуха между съседните въздушни маси.

Наличието на разлика в температурата на въздуха или както се казва "температурен контраст" води до увеличаване на вятъра с височина. Теорията показва, че такова увеличение е пропорционално на хоризонталния температурен градиент на въпросния въздушен слой.

В стратосферата, поради обръщането на меридионалния градиент на температурата на въздуха, интензивността на струйните течения намалява и те изчезват.

Въпреки големия обхват на планетарните височинни фронтални зони и струйни течения, те като правило не обхващат цялото земно кълбо, а завършват там, където хоризонталните температурни контрасти между въздушните маси отслабват. Най-честите и драматични температурни контрасти възникват в полярния фронт, който разделя въздуха на умерените ширини от тропическия въздух.

Положение на оста на височинната фронтална зона с незначителен меридионален обмен на въздушни маси

Планетарни фронтални зони с голяма надморска височина и струйни течения често се срещат в системата на полярния фронт. Въпреки че средно планетните височинни фронтални зони имат посока от запад на изток, в отделни случаи посоката на техните оси е много различна. Най-често в умерените ширини имат вълнообразен характер. На фиг.

13, 14 са показани позициите на осите на височинните фронтални зони при стабилен западно-източен пренос и при развит меридионален обмен на въздушни маси.

Важна особеност на въздушните течения в стратосферата и мезосферата над екваториалните и тропическите райони е наличието там на няколко слоя въздух с почти противоположни посоки на силни ветрове.

Възникването и развитието на тази многопластова структура на вятърното поле тук се променя на определени, но не напълно съвпадащи интервали от време, което може да служи и като някакъв прогностичен знак.

Ако към това добавим, че явлението рязко затопляне в полярната стратосфера, което редовно се случва през зимата, е свързано по някакъв начин с процесите в стратосферата, протичащи в тропическите ширини, и с тропосферните процеси в умерените и високите ширини, тогава ще става ясно колко сложни и причудливи тези атмосферни условия развиват процеси, които пряко влияят върху метеорологичния режим в умерените ширини.

Положение на оста на височинната фронтална зона със значителен меридионален обмен на въздушни маси

Състоянието на подстилащата повърхност, особено състоянието на горния активен слой вода в Световния океан, е от голямо значение за формирането на мащабни атмосферни процеси. Повърхността на Световния океан съставлява почти 3/4 от цялата повърхност на Земята (фиг. 15).

Морски течения

Поради високия си топлинен капацитет и способността си да се смесват лесно, океанските води съхраняват топлина за дълго време по време на срещи с топъл въздух в умерените ширини и през цялата година в южните ширини. Съхранената топлина се пренася далеч на север от морските течения и затопля близките райони.

Топлинният капацитет на водата е няколко пъти по-голям от топлинния капацитет на почвата и скалите, които изграждат земята. Нагрятата водна маса служи като топлинен акумулатор, с който захранва атмосферата. Трябва да се отбележи, че земята отразява слънчевите лъчи много по-добре от повърхността на океана.

Повърхността на снега и леда отразява особено добре слънчевите лъчи; 80-85% от цялата слънчева радиация, падаща върху снега, се отразява от него. Повърхността на морето, напротив, абсорбира почти цялата радиация, която пада върху нея (55-97%). В резултат на всички тези процеси атмосферата директно от Слънцето получава само 1/3 от цялата входяща енергия.

Той получава останалите 2/3 от енергията си от подлежащата повърхност, нагрята от Слънцето, предимно от водната повърхност. Преносът на топлина от подлежащата повърхност към атмосферата се осъществява по няколко начина. първо, голям бройСлънчевата топлина се изразходва за изпаряване на влага от повърхността на океана в атмосферата.

Когато тази влага кондензира, се отделя топлина, която затопля околните слоеве въздух. Второ, подлежащата повърхност отдава топлина на атмосферата чрез турбулентен (т.е. вихров, неподреден) топлообмен. Трето, топлината се пренася чрез топлинно електромагнитно излъчване. В резултат на взаимодействието на океана с атмосферата в последната настъпват важни промени.

Слоят на атмосферата, в който прониква топлината и влагата на океана, в случай на нахлуване на студен въздух върху топлата повърхност на океана, достига 5 km или повече. В случаите, когато топъл въздух нахлува в студената водна повърхност на океана, височината, до която се простира влиянието на океана, не надвишава 0,5 km.

В случаите на нахлуване на студен въздух дебелината на неговия слой, който се влияе от океана, зависи преди всичко от големината на температурната разлика вода-въздух. Ако водата е по-топла от въздуха, тогава се развива мощна конвекция, т.е. неуредени възходящи движения на въздуха, които водят до проникване на топлина и влага във високите слоеве на атмосферата.

Напротив, ако въздухът е по-топъл от водата, тогава конвекция не възниква и въздухът променя свойствата си само в най-долните слоеве. По-горе топъл токГълфстрийм в Атлантическия океан, с нахлуването на много студен въздух, преносът на топлина от океана може да достигне до 2000 cal/cm2 на ден и се простира до цялата тропосфера.

Топлият въздух може да загуби 20-100 cal/cm2 на ден над повърхността на студения океан. Промените в свойствата на въздуха, падащ върху топла или студена океанска повърхност, се случват доста бързо - такива промени могат да бъдат забелязани на ниво от 3 или 5 км в рамките на един ден след началото на инвазията.

Какви увеличения на температурата на въздуха могат да възникнат в резултат на нейната трансформация (промяна) над подлежащата водна повърхност? Оказва се, че през студената половина на годината атмосферата над Атлантика се затопля средно с 6°, а понякога може да се затопли с 20° на ден. Атмосферата може да се охлади с 2-10° на ден. Смята се, че в Северния Атлантически океан, т.е.

където се осъществява най-интензивният пренос на топлина от океана към атмосферата, океанът отделя 10-30 пъти повече топлина, отколкото получава от атмосферата. Естествено е запасите от топлина в океана да се попълват от притока на топли океански води от тропическите ширини. Въздушните течения разпределят получената от океана топлина на хиляди километри. Затоплящото влияние на океаните през зимата води до факта, че разликата в температурата на въздуха между североизточните части на океаните и континентите е 15-20 ° на ширини 45-60 ° близо до земната повърхност и 4-5 ° в средна тропосфера. Например затоплящият ефект на океана върху климата на Северна Европа е добре проучен.

През зимата северозападната част на Тихия океан е под влиянието на студения въздух на азиатския континент, така нареченият зимен мусон, който се простира на 1-2 хиляди км дълбоко в океана в повърхностния слой и 3-4 хиляди km в средната тропосфера (фиг. 16) .

Годишни количества топлина, пренесена от морските течения

През лятото над океана е по-студено, отколкото над континентите, така че въздухът, идващ от Атлантически океан, охлажда Европа, а въздухът на азиатския континент се затопля Тихи океан. Описаната по-горе картина обаче е типична за средни условия на циркулация.

Ежедневните промени в големината и посоката на топлинните потоци от подстилащата повърхност към атмосферата и обратно са много разнообразни и оказват голямо влияние върху промените в самите атмосферни процеси.

Има хипотези, според които особеностите на развитието на топлообмена между различните части на подстилащата повърхност и атмосферата определят устойчивия характер на атмосферните процеси за дълги периоди от време.

Ако въздухът се затопли над аномално (над нормалното) топлата водна повърхност на една или друга част от Световния океан в умерените ширини на Северното полукълбо, тогава в средната тропосфера се образува зона с високо налягане (хребет на налягането). , по чиято източна периферия започва преносът на студени въздушни маси от Арктика, а по западната му част - преносът на топъл въздух от тропическите ширини на север. Тази ситуация може да доведе до запазване на дълготрайна метеорологична аномалия на земната повърхност в определени райони - сухо и горещо или дъждовно и хладно през лятото, мразовито и сухо или топло и снежна зима. Облачността играе много важна роля във формирането на атмосферните процеси, като регулира притока на слънчева топлина към земната повърхност. Облачната покривка значително увеличава дела на отразената радиация и по този начин намалява нагряването на земната повърхност, което от своя страна влияе върху характера на синоптичните процеси. Оказва се донякъде подобно обратна връзка: естеството на атмосферната циркулация влияе върху създаването на облачни системи, а облачните системи от своя страна влияят върху промените в циркулацията. Изброихме само най-важните от изследваните „земни“ фактори, които влияят върху формирането на времето и циркулацията на въздуха. Активността на Слънцето играе особена роля в изследването на причините за промените в общата ЦИРКУЛАЦИЯ на атмосферата. Тук е необходимо да се прави разлика между промените в циркулацията на въздуха на Земята във връзка с промените в общия поток на топлина, идваща от Слънцето към Земята в резултат на колебания в стойността на така наречената слънчева константа. Въпреки това, както показват последните изследвания, в действителност това не е строго постоянна стойност. Енергията на атмосферната циркулация непрекъснато се попълва от енергията, изпращана от Слънцето. Следователно, ако общата енергия, изпратена от Слънцето, варира значително, това може да повлияе на промените в циркулацията и времето на Земята. Този въпрос все още не е достатъчно проучен. Що се отнася до промените в слънчевата активност, добре известно е, че различни смущения се появяват на повърхността на Слънцето, слънчеви петна, факули, флокули, изпъкналости и т.н. Тези смущения причиняват временни промени в състава на слънчевата радиация, ултравиолетовия компонент и корпускулярния ( т.е. състояща се от заредени частици, главно протони) радиация от Слънцето. Някои метеоролози смятат, че промените в слънчевата активност са свързани с тропосферните процеси в земната атмосфера, т.е. с времето.

Последното твърдение изисква допълнителни изследвания, главно поради факта, че добре проявеният 11-годишен цикъл на слънчева активност не се вижда ясно в метеорологичните условия на Земята.

Известно е, че има цели школи от метеорологични синоптици, които доста успешно предсказват времето във връзка с промените в слънчевата активност.

Вятър и обща атмосферна циркулация

Вятърът е движението на въздуха от области с по-високо атмосферно налягане към области с по-ниско налягане. Скоростта на вятъра се определя от големината на разликата в атмосферното налягане.

Влиянието на вятъра в корабоплаването трябва постоянно да се отчита, тъй като той причинява дрейф на кораби, бурни вълни и др.
Поради неравномерното нагряване на различни части на земното кълбо съществува система от атмосферни течения в планетарен мащаб (обща атмосферна циркулация).

Въздушният поток се състои от отделни вихри, които се движат произволно в пространството. Следователно скоростта на вятъра, измерена във всяка точка, се променя непрекъснато във времето. Най-големите колебания в скоростта на вятъра се наблюдават в приводния слой. За да може да се сравняват скоростите на вятъра, височина от 10 метра над морското равнище е взета като стандартна височина.

Скоростта на вятъра се изразява в метри в секунда, силата на вятъра в точки. Връзката между тях се определя по скалата на Бофорт.

Скала на Бофорт

Колебанията в скоростта на вятъра се характеризират с коефициента на порив, който се разбира като отношение максимална скоростпориви на вятъра до средната му скорост, получена за 5 - 10 минути.
С увеличаване на средната скорост на вятъра коефициентът на пориви намалява. При висока скорост на вятъра коефициентът на пориви е приблизително 1,2 - 1,4.

Пасатите са ветрове, които духат целогодишно в една посока в зоната от екватора до 35° с.ш. w. и до 30° ю. w. Стабилна посока: в северното полукълбо - североизток, в южното полукълбо - югоизток. Скорост - до 6 m/s.

Мусоните са ветрове от умерените ширини, духащи от океана към континента през лятото и от континента към океана през зимата. Достигнете скорости от 20 m/s. Мусоните носят сухо, ясно и студено време на брега през зимата и облачно време с дъжд и мъгла през лятото.

Бризовете възникват поради неравномерното нагряване на водата и земята през деня. През деня вятърът се издига от морето към сушата (морски бриз). През нощта от охладения бряг - към морето (брегов бриз). Скорост на вятъра 5 – 10 m/s.

Локалните ветрове възникват в определени райони поради характеристиките на релефа и се различават рязко от общия въздушен поток: те възникват в резултат на неравномерно нагряване (охлаждане) на подстилащата повърхност. Подробна информация за местните ветрове е дадена в посоките на плаване и хидрометеорологичните описания.

Бора е силен и поривист вятър, насочен надолу по планински склон. Носи значително охлаждане.

Наблюдава се в райони, където ниска планинска верига граничи с морето, през периоди, когато атмосферното налягане се повишава над сушата и температурата намалява в сравнение с налягането и температурата над морето.

В района на Новоросийския залив бурата действа през ноември - март със средна скорост на вятъра около 20 m / s (индивидуалните пориви могат да бъдат 50 - 60 m / s). Продължителността на действие е от един до три дни.

Подобни ветрове се наблюдават на Нова Земля, на средиземноморското крайбрежие на Франция (мистрал) и край северните брегове на Адриатическо море.

Сироко - горещ и влажен вятър от централната част Средиземно морепридружен от облаци и валежи.

Торнадото са вихрушки над морето с диаметър до няколко десетки метра, състоящи се от водни пръски. Те издържат до четвърт ден и се движат със скорост до 30 възела. Скоростта на вятъра в торнадо може да достигне до 100 m/s.

Бурните ветрове се появяват предимно в райони с ниско атмосферно налягане. Тропическите циклони достигат особено голяма сила, като скоростта на вятъра често надвишава 60 m/s.

Силни бури се наблюдават и в умерените ширини. При движение топлите и студените въздушни маси неизбежно влизат в контакт помежду си.

Преходната зона между тези маси се нарича атмосферен фронт. Преминаването на фронта е съпроводено с рязка промяна на времето.

Атмосферният фронт може да бъде неподвижен или в движение. Има топъл, студен и оклузионен фронт. Основните атмосферни фронтове са: арктически, полярен и тропически. На синоптичните карти фронтовете се изобразяват като линии (фронтова линия).

Топъл фронт се образува, когато топлите въздушни маси атакуват студените. На метеорологичните карти топлият фронт се отбелязва с плътна линия с полукръгове по предната част, показващи посоката на по-студения въздух и посоката на движение.

С приближаването на топлия фронт налягането започва да пада, облаците се сгъстяват и започват да падат обилни валежи. През зимата при преминаване на фронт обикновено се появяват ниски слоести облаци. Температурата и влажността бавно се повишават.

С преминаването на фронта температурите и влажността обикновено се повишават бързо и ветровете се усилват. След преминаването на фронта посоката на вятъра се променя (вятърът се обръща по посока на часовниковата стрелка), падането на налягането спира и започва лекото му повишаване, облаците се разсейват и валежите спират.

Студен фронт се образува, когато студените въздушни маси атакуват по-топлите (фиг. 18.2). На метеорологичните карти студеният фронт се изобразява като плътна линия с триъгълници по предната част, показващи по-високи температури и посока на движение. Налягането пред фронта пада силно и неравномерно, корабът се озовава в зона на дъждове, гръмотевични бури, шквалове и силни вълни.

Фронт на оклузия е фронт, образуван от сливането на топъл и студен фронт. Изглежда като плътна линия с редуващи се триъгълници и полукръгове.

Участък от топъл фронт

Напречно сечение на студен фронт

Циклонът е атмосферен вихър с огромен диаметър (от стотици до няколко хиляди километра) с ниско налягане на въздуха в центъра. Въздухът в циклон циркулира обратно на часовниковата стрелка в северното полукълбо и по посока на часовниковата стрелка в южното полукълбо.

Има два основни вида циклони – извънтропични и тропически.

Първите се формират в умерени или полярни ширини и имат диаметър от хиляда километра в началото на развитието и до няколко хиляди в случай на така наречения централен циклон.

Тропическият циклон е циклон, образуван в тропически ширини; това е атмосферен вихър с ниско атмосферно налягане в центъра със скорост на вятъра, подобна на буря. Формираните тропически циклони се движат заедно с въздушните маси от изток на запад, като постепенно се отклоняват към високи географски ширини.

Такива циклони се характеризират и с т.нар „Окото на бурята“ е централна зона с диаметър 20–30 км със сравнително ясно и безветрено време. Годишно в света се наблюдават около 80 тропически циклона.

Изглед на циклон от космоса

Пътища на тропическите циклони

В Далечния изток и Югоизточна Азия тропическите циклони се наричат ​​тайфуни (от китайски тай фън - голям вятър), а в Северна и Южна Америка– урагани (на испански: huracán, по името на индийския бог на вятъра).
Общоприето е, че бурята се превръща в ураган, когато скоростта на вятъра надвишава 120 km/h, а при скорост от 180 km/h ураганът се нарича силен ураган.

7. Вятър. Обща атмосферна циркулация

Лекция 7. Вятър. Обща атмосферна циркулация

Вятър – Това е движението на въздуха спрямо земната повърхност, при което преобладава хоризонталната компонента.Когато се разглежда движението на вятъра нагоре или надолу, вертикалният компонент също се взема предвид. Вятърът се характеризира посока, бързина и устрем.

Причината за вятъра е разликата в атмосферното налягане в различни точки, определена от хоризонталния градиент на налягането. Налягането не е еднакво главно поради различната степен на нагряване и охлаждане на въздуха и намалява с надморската височина.

За да получите представа за разпределението на налягането върху повърхността на земното кълбо, налягането, измерено по едно и също време в различни точки и нормализирано на една и съща височина (например морско ниво), се прилага към географските карти. Точките с еднакъв натиск са свързани с линии - изобари.

По този начин се идентифицират зони с високо (антициклони) и ниско (циклони) налягане и посоките на тяхното движение за прогнозиране на времето. Използвайки изобари, можете да определите степента на промяна на налягането с разстоянието.

В метеорологията концепцията е приета хоризонтален градиент на наляганетое промяната на налягането на 100 km по хоризонтална линия, перпендикулярна на изобарите от високо налягане към ниско налягане. Тази промяна обикновено е 1-2 hPa/100 km.

Движението на въздуха става по посока на градиента, но не по права линия, а по по-сложен начин, който се причинява от взаимодействието на сили, които отклоняват въздуха поради въртенето на земята и триенето. Под влияние на въртенето на Земята движението на въздуха се отклонява от градиента на налягането надясно в северното полукълбо и наляво в южното полукълбо.

Най-голямото отклонение се наблюдава на полюсите, а на екватора е близо до нулата. Силата на триене намалява както скоростта на вятъра, така и отклонението от градиента в резултат на контакт с повърхността, както и вътре във въздушната маса поради различни скоростив слоевете на атмосферата. Комбинираното въздействие на тези сили отклонява вятъра от градиента над сушата с 45-55o, над морето - със 70-80o.

С увеличаване на надморската височина скоростта на вятъра и неговото отклонение се увеличават до 90° на ниво около 1 km.

Скоростта на вятъра обикновено се измерва в м/сек, по-рядко в км/час и точки. Посоката се приема за посоката, на която духа вятърът, определена в пеленги (има 16 от тях) или ъглови градуси.

Използва се за наблюдение на вятъра перка, който се монтира на височина 10-12 м. За краткотрайни наблюдения на скоростта при полеви опити се използва ръчен анемометър.

Анеморумбометърви позволява дистанционно да измервате посоката и скоростта на вятъра , анеморбографнепрекъснато записва тези показатели.

Денонощното изменение на скоростта на вятъра над океаните почти не се наблюдава и е добре изразено над сушата: в края на нощта - минимум, следобед - максимум. Годишният цикъл се определя от моделите на общата циркулация на атмосферата и е различен в различните региони на земното кълбо. Например в Европа през лятото има минимална скорост на вятъра, през зимата е максимална. В Източен Сибир е обратното.

Посоката на вятъра на определено място се променя често, но ако вземете предвид честотата на ветровете от различни посоки, можете да определите, че някои се появяват по-често. За изучаване на посоките по този начин се използва графика, наречена роза на ветровете. На всяка права линия от всички референтни точки се нанася наблюдаваният брой ветрови събития за необходимия период и получените стойности на референтните точки се свързват с линии.

Вятърът помага да се поддържа постоянството на газовия състав на атмосферата, смесването на въздушните маси, транспортирането на влажен морски въздух във вътрешността, осигурявайки им влага.

Неблагоприятният ефект на вятъра върху селското стопанство може да се прояви в повишено изпарение от повърхността на почвата, причинявайки суша; при висока скорост на вятъра е възможна ветрова ерозия на почвите.

При опрашване на полета с пестициди и при напояване с пръскачки трябва да се вземат предвид скоростта и посоката на вятъра. Посоката на преобладаващите ветрове трябва да се знае при полагане на горски ивици и снегозадържане.

Местни ветрове.

Местните ветрове се наричат ветрове, които са характерни само за определени географски области.Те са от особено значение за влиянието си върху метеорологично време, произходът им е различен.

бриз – ветрове в близост до бреговата линия на морета и големи езера, които имат рязка дневна промяна в посоката. През деня морски бриздуха на брега от морето, а през нощта - бриз на сушатаудари от сушата към морето (фиг. 2).

Те са силно изразени при ясно време през топлия сезон, когато общият въздушен транспорт е слаб. В други случаи, например по време на преминаването на циклони, бризовете могат да бъдат маскирани от по-силни течения.

Движението на вятъра по време на бриз се наблюдава на разстояние от няколкостотин метра (до 1-2 км), със средна скорост 3 - 5 м/сек, а в тропиците - дори повече, като прониква десетки километри дълбоко в сушата или море.

Развитието на бриза е свързано с ежедневните промени в температурата на земната повърхност. През деня сушата се нагрява повече от повърхността на водата, налягането над нея става по-ниско и се образува пренос на въздух от морето към сушата. През нощта земята се охлажда по-бързо и по-силно и въздухът се прехвърля от сушата към морето.

Дневният бриз понижава температурата и повишава относителната влажност, което е особено силно изразено в тропиците. Например в Западна АфрикаКогато морският въздух се придвижи към сушата, температурата може да падне с 10°C или повече, а относителната влажност може да се увеличи с 40%.

Бризове се наблюдават и по бреговете на големи езера: Ладога, Онега, Байкал, Севан и др., както и на големи реки. Но в тези райони бризовете са по-малки в своето хоризонтално и вертикално развитие.

Планинско-долинни ветровесе наблюдават в планинските системи главно през лятото и са подобни на бризовете по своята дневна честота. През деня те взривяват долината и по планинските склонове в резултат на нагряване от слънцето, а през нощта, когато се охладят, въздухът тече надолу по склоновете. Нощното движение на въздуха може да причини замръзване, което е особено опасно през пролетта, когато градините цъфтят.

Фьон –топъл и сух вятър, който духа от планините към долините.В същото време температурата на въздуха се повишава значително и влажността му намалява, понякога много бързо. Те се наблюдават в Алпите, в Западен Кавказ, на южния бряг на Крим, в планините на Централна Азия, Якутия, по източните склонове на Скалистите планини и в други планински системи.

Фен се образува, когато въздушен поток пресече хребет. Тъй като от подветрената страна се създава вакуум, въздухът се засмуква надолу под формата на вятър надолу. Спускащият се въздух се нагрява по сухоадиабатния закон: с 1°C на всеки 100 m спускане.

Например, ако на надморска височина от 3000 m въздухът е с температура -8o и относителна влажност 100%, тогава, слизайки в долината, той ще се загрее до 22o, а влажността ще падне до 17%. Ако въздухът се издига по наветрения склон, тогава водната пара се кондензира и се образуват облаци, валежите падат и спускащият се въздух ще бъде още по-сух.

Продължителността на сешоарите варира от няколко часа до няколко дни. Сешоарът може да причини интензивно топене на снега и наводнения, изсушаване на почвите и растителността, докато умрат.

Бора–това е силен, студен, поривист вятър, който духа от ниски планински вериги към по-топло море.

Най-известната бура е в Новоросийския залив на Черно море и на адриатическото крайбрежие близо до град Триест. Подобен на бора по произход и проявление северв района на

Баку, мистрална средиземноморския бряг на Франция, Нортсерв Мексиканския залив.

Бора се създава, когато студени въздушни маси преминават през крайбрежното било. Въздухът тече надолу под действието на гравитацията, развивайки скорост над 20 m/sec, докато температурата спада значително, понякога с повече от 25°C. Бора избледнява на няколко километра от брега, но понякога може да покрие значителна част от морето.

В Новоросийск бурата се наблюдава около 45 дни в годината, най-често от ноември до март, с продължителност до 3 дни, рядко до седмица.

Обща атмосферна циркулация

Обща атмосферна циркулация– това е сложна система от големи въздушни течения, които пренасят много големи маси въздух Глобус .

В атмосферата близо до земната повърхност в полярните и тропическите ширини се наблюдава източен пренос, а в умерените ширини - западен.

Движението на въздушните маси се усложнява от въртенето на Земята, както и от топографията и влиянието на области с високо и ниско налягане. Отклонението на ветровете от преобладаващите посоки е до 70°.

В процеса на нагряване и охлаждане на огромни въздушни маси над земното кълбо се образуват области с високо и ниско налягане, които определят посоката на планетарните въздушни течения. Въз основа на дългосрочни средни стойности на налягането на морското равнище са идентифицирани следните модели.

От двете страни на екватора има зона на ниско налягане (през януари - между 15o северна ширинаи 25o ю.ш., през юли – от 35o с.ш. до 5o S). Тази зона, т.нар екваториална депресия, се простира повече до полукълбото, където е лято през даден месец.

В посока на север и юг от него налягането се повишава и достига максимални стойности при субтропични зонивисоко кръвно налягане(през януари - на 30 - 32o северна и южна ширина, през юли - на 33-37o с.ш. и 26-30o ю.ш.). От субтропиците до умерени зониналягането спада, особено значително в южното полукълбо.

Минималното налягане е на две субполярни зони с ниско налягане(75-65o с.ш. и 60-65o ю.ш.). По-нататък към полюсите налягането отново нараства.

Меридионалният баричен градиент също се намира в съответствие с промените в налягането. Тя е насочена от субтропиците от една страна - към екватора, от друга - към субполярните ширини, от полюсите към субполярните ширини. Зоналната посока на ветровете е в съответствие с това.

Североизточните и югоизточните ветрове често духат над Атлантическия, Тихия и Индийския океан - пасати. Западните ветрове в южното полукълбо, на ширини 40-60°, се огъват около целия океан.

В северното полукълбо в умерените ширини западните ветрове са постоянно изразени само над океаните, а над континентите посоките са по-сложни, въпреки че преобладават и западните.

Източните ветрове на полярните ширини се наблюдават ясно само в покрайнините на Антарктида.

В южната, източната и северната част на Азия има рязка промяна в посоката на ветровете от януари до юли - това са области мусон. Причините за мусоните са подобни на причините за бризовете. През лятото континенталната част на Азия се нагрява силно и върху нея се разпространява зона с ниско налягане, където се втурват въздушни маси от океана.

Полученият летен мусон причинява големи количества валежи, често с проливен характер. През зимата над Азия се установява високо налягане поради по-интензивното охлаждане на сушата в сравнение с океана и студеният въздух се придвижва към океана, образувайки зимния мусон с ясно и сухо време. Мусоните проникват на повече от 1000 km в слой над сушата до 3-5 km.

Въздушни маси и тяхната класификация.

Въздушна маса- това е много голямо количество въздух, което заема площ от милиони квадратни километри.

В процеса на общата циркулация на атмосферата въздухът се разделя на отделни въздушни маси, които се задържат дълго време на обширна територия, придобиват определени свойства и причиняват различни видове време.

Премествайки се в други райони на Земята, тези маси носят със себе си собствени климатични модели. Преобладаването на въздушни маси от определен тип (типове) в определен район създава характерния климатичен режим на района.

Основните разлики във въздушните маси са: температура, влажност, облачност, съдържание на прах. Например през лятото въздухът над океаните е по-влажен, по-студен и по-чист, отколкото над сушата на същата географска ширина.

Колкото по-дълго въздухът се задържа над една област, толкова повече претърпява промени, така че въздушните маси се класифицират според географски областикъдето са се образували.

Има основни видове: 1) Арктика (Антарктика), които се движат от полюсите, от зони с високо налягане; 2) умерени ширини„полярни” – в северното и южното полукълбо; 3) тропически– преминават от субтропиците и тропиците към умерените ширини; 4) екваториален– образуват се над екватора. Във всеки тип се разграничават морски и континентални подтипове, които се различават главно по температура и влажност в рамките на типа. Въздухът, който е в постоянно движение, се движи от зоната на образуване към съседните и постепенно променя свойствата си под въздействието на подлежащата повърхност, като постепенно се превръща в маса от различен тип. Този процес се нарича трансформация.

Студвъздушните маси са тези, които се движат повече топла повърхност. Те причиняват охлаждане в зоните, където идват.

Докато се движат, те се нагряват от земната повърхност, така че в масите възникват големи вертикални температурни градиенти и се развива конвекция с образуването на купести и купесто-дъждовни облаци и валежи.

Въздушните маси, движещи се към по-студена повърхност, се наричат топлоот масите. Те носят затопляне, но самите те охлаждат отдолу. В тях не се развива конвекция и преобладават слоестите облаци.

Съседните въздушни маси са разделени една от друга от преходни зони, които са силно наклонени към земната повърхност. Тези зони се наричат ​​фронтове.