7. Общая циркуляция атмосферы

Неравномерное распределение тепла в атмосфере приводит к неравномерному распределению атмосферного давления, а от распределения давления зависит движение воздуха, или воздушные течения на вращающейся Земле. В нижних слоях атмосферы на движение воздуха также влияет трение.

Совокупность основных воздушных течений, которые реализуют го­ризонтальный и вертикальный обмен масс воздуха, - общая циркуля­ция атмосферы

Ее проявление в первую очередь зависит от постоянно возникающих в атмосфере волн и вихрей, перемещающихся с различ­ной скоростью.

Это образование атмосферных возмущений - циклонов и антициклонов - характерная черта атмосферной циркуляции. Общая циркуляция атмосферы является одной из характеристик состояния кли­матической системы. С перемещениями воздуха связаны основные из­менения погоды.

Состояние глобальной климатической системы определяет характер климатообразующих процессов - атмосферной циркуляции, теплооборота и влагооборота, проявляющихся в различных географических регионах. В связи с этим типы локальных климатов зависят от широты, распределения суши и моря, орографии, почвы, растительного и снеж­ного покрова, океанических течений.

Движение воздуха относительно земной поверхности называют ветром, всю систему воздушных течений на Земле — общей циркуляцией атмосферы.

Вихревые движения крупного масштаба — циклоны и антициклоны, постоянно возникающие в атмосфере, делают эту систему особенно сложной.

С перемещениями воздуха в процессе общей циркуляции связаны основные изменения погоды: воздушные массы, пере­мещаясь из одних областей Земли в другие, приносят с собой новые условия температуры, влажности, облачности и пр.

Кроме общей циркуляции атмосферы, существуют местные циркуляции: бризы, горно-долинные ветры и др.; возникают так­же сильные вихри малого масштаба — смерчи, тромбы.

Ветер вызывает волнение водных поверхностей, многие океа­нические течения, дрейф льдов; он является важным фактором эрозии и рельефообразования.

Общей циркуляцией атмосферы называют систему крупномасштабных воздушных течений над Земным шаром, т. е. таких течений, которые по своим размерам соизмеримы с большими частями материков и океанов.

От общей циркуляции атмосферы отличают местные циркуляции, такие, как бризы на побережьях морей, горно-долинные ветры, ледниковые ветры и др. Эти мест­ные циркуляции временами и в определенных районах нала­гаются на течения общей циркуляции.

На ежедневных синоптических картах погоды видно, как в каждый данный момент распределяются течения общей цир­куляции над большими площадями Земли или над всем Земным шаром и как непрерывно меняется это распределение. Разнооб­разие проявлений общей циркуляции атмосферы в особенности зависит от того, что в атмосфере постоянно возникают огромные волны и вихри, по-разному развивающиеся и по-разному перемещающиеся. Это образование атмосферных возмущений — ци­клонов и антициклонов — является самой характерной чертой общей циркуляции атмосферы.

Квазигеострофичность течений общей циркуляции

Течения общей циркуляции в большей части атмосферы яв­ляются квазигеострофическими. Это значит, что они достаточно приближаются к геострофическому ветру, т. е. малокриволинейны, мало подвержены трению и связаны с распределением давления таким образом, что направлены почти по изобарам. Только в слое трения течения существенно отличаются от гео­строфического ветра и значительно отклоняются от изобар; од­нако, приняв известный из опыта средний угол отклонения, мы и в этом случае можем по полю давления восстановить поле ветра.

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

Пассаты— это устойчивые в общем восточные ветры уме­ренной скорости (в среднем 5—8 м/сек у земной поверхности), дующие в каждом полушарии на обращенной к экватору сто­роне субтропической зоны высокого давления. Однако субтро­пические зоны даже на средних картах (а тем более на картах ежедневных) распадаются на отдельные антициклоны. Таким образом, пассаты — это ветры в обращенных к экватору частях субтропических антициклонов.

Распределение давления меняется в тропиках день ото дня мало. Поэтому пассаты обладают большой устойчивостью на­правления. Но все же, поскольку субтропические антициклоны день ото дня перемещаются, направления пассатных ветров также, в общем, подвержены некоторым изменениям. Схема переноса воздуха в зоне пассатов. Кривые — изобары субтропических антициклонов, сплошные стрелки — ветры у зем­ной поверхности, двойные стрелки — ветры над уровнем трения.

Муссоны — это устойчивые сезонные режимы воздушных течений с резким изме­нением преобладающего направления ветра от зимы к лету и от лета к зиме. В каждой муссонной области есть зимний муссон и летний муссон с взаимно противоположными или, по крайней мере, с резко различными преобладающими направлениями. Устойчивость муссонов связана с устойчивым распределением атмосферного давления в течение каждого сезона, а их сезон­ная смена — с коренными изменениями в распределении давле­ния от сезона к сезону.

Распределение муссонных областей по Земному шару

Типы атмосферной циркуляции во внетропических широтах

В зависимости от непериодически меняющихся особенностей циклонической деятельности в каждом сезоне года можно раз­личать во внетропических широтах разные типы, атмосферной циркуляции. Такие типы циркуляции можно выделить как для определенных секторов Земного шара, так и для целого полу­шария, Основное разделе­ние: на зональный (широтный) и меридиональный типы цирку­ляции. При зональном типе циркуляции над значительной частью полушария или даже над всем полушарием господствует хорошо выраженный западный перенос воздуха. На высотных картах бариче­ской топографии изогипсы в этом типе циркуляции проходят в общем зонально, с запада на восток. При меридиональном типе циркуляции во внетропических широтах имеются интенсивные высокие и мало­подвижные циклоны и антициклоны, расположенные бок о бок. Это холодные центральные циклоны и теплые так называемые блокирующие антициклоны. Обмен воздуха и тепла между высокими и низкими широтами Земли происходит в этом типе интенсивнее, чем в зональном типе.

Каждый из описанных, типов циркуляции обычно господ­ствует над более или менее значительной частью полушария, иногда почти над всем полушарием. Вследствие особенностей механизма циклонической деятельности оба типа переходят один в другой, т. е. в течение года много раз сменяются.

Под местными ветрами понимают ветры, характерные только для определенных географических районов. Во-первых, местные ветры могут быть проявлением местных циркуляции, независимых от общей циркуляции атмосферы, налагающихся на нее. Таковы, например, бризы по берегам морей и больших озер Во-вторых, местные ветры могут представлять собой мест­ные изменения (возмущения) течений общей циркуляции атмосферы под влиянием орографии или топографии местности. Та­ков, например, фен — теплый ветер, дующий по горным склонам в долины, когда течение общей циркуляции переваливает горный хребет В-третьих, местными ветрами называют и такие сильные или обладающие особыми свойствами ветры в некотором районе, которые, по существу, являются течениями общей циркуляции. Интенсивность их проявления и их характерность для данного географического района являются следствием самого механизма общей циркуляции, самого географического распределения синоптических процессов. В этом значении называют местным ветром, например, сирокко на Средиземном море. Кроме сирокко, известны многочисленные местные ветры в различных местах Земли, носящие особые названия, такие, как самум, хамсин, афганец и пр. Другие типы: бризы, горно-долинные ветры, ледниковые ветры, бора, шквалы, маломасштабные вихри

Влияние географической широты на климат

Географическая широта определяет зональность в распределении элементов климата. Солнечная радиация поступает на верхнюю грани­цу атмосферы в зависимости от географической широты, которая опре­деляет полуденную высоту Солнца и продолжительность облучения. Поглощенная радиация распределяется сложнее, так как зависит от облачности, альбедо земной поверхности, степени прозрачности воздуха. Зональность лежит и в основе распределения температуры воздуха, которое зависит не только от поглощенной радиации, но и от циркуляци­онных условий. Зональность в распределении температуры приводит к зональности других метеорологических величин климата.

Влияние географической широты на распределение метеорологичес­ких величин становится заметнее с высотой, когда ослабевает влияние других факторов климата, связанных с земной поверхностью.

Неравномерное распределение тепла в атмосфере приводит к неравномерному распределению атмосферного давления, а от распределения давления зависит движение воздуха, или воздушные течения на вращающейся З. В нижних слоях атмосферы на движение воздуха также влияет трение..

8. Климатообразующие процессы определяются астрономическими и такими географическими факторами климата, как широта, распределе­ние суши и моря, строение поверхности суши почва, растительный и снежный покров, морские льды, океанические теч.

Микроклиматические условия на­блюдаются в самом нижнем, приземном слое воздуха, в котором обитают сельскохозяйственные культуры. Здесь на особенности атмосферного режима влияют детали строения и состояния зем­ной поверхности.

Климат испытывает существенные и даже коренные измене­ния на протяжении геологических эпох. Эти изменения связаны с изменениями в строении земной поверхности и в составе ат­мосферы, а также с различными причинами астрономического характера.

Например, изменения во вращении Земли вокруг Солнца, изменения плотности материи в межпланетном пространстве и в особенности, изме­нения в солнечной активности.

Происходят и некоторые колеба­ния климатических условий на протяжении тысячелетий и сто­летий и еще более коротких промежутков времени. Так, напри­мер, в большей части Земного шара, особенно в средних и вы­соких широтах, в первой половине текущего столетия замечено определенное потепление. Такие колебания климата в настоящее гремя связывают преимущественно (но не только) с измене­ниями общей циркуляции атмосферы,

Климатическая система - атмосфера, гидросфера, литосфера, криосфера и биосфера.

Глобальный климат - статистическая совокупность состояний, проходимых климатической системой за пери­оды времени в несколько десятилетий.

Физические процессы, определяющие внешние воздействия на климатическую систему, а также основные взаимодействия между звенья­ми климатической системы называют климатообразующими факто­рами.

Компоненты климатической системы и различные процессы, влияющие на формирование и изменения климата, делят на внешние и внутренние.

Компоненты климатической системы атмосфера - океан – поверхность

К внешним процессам относят: приток солнечной радиации, измене­ния состава атмосферы, вызванные процессами в литосфере и прито­ком аэрозолей и газов из космоса; изменения очертаний океанов, суши, орографии, растительности.

К внутренним процессам относят: взаимодействия атмосферы с оке­аном, с поверхностью суши и льдом (теплообмен, испарение, осадки), взаимодействие лед-океан, изменение газового и аэрозольного соста­ва атмосферы, облачность, снежный и растительный покров, рельеф и очертания материков.

Сопоставление внешних и внутренних процессов показывает, что часть из них присутствует в обоих процессах.

В конечном итоге глобальный климат формируется процессами, происходящими в климатической системе. В современной теории климата в качестве внутренней климатичес­кой системы рассматривается совокупность двух ее подсистем - ат­мосферы и океана. Другие составляющие климатической системы счи­таются внешними.

Наконец, в качестве внутренней климатической сис­темы можно рассматривать только атмосферу. Тогда внешними климатообразующими факторами следует считать характеристики, определя­ющие особенности энергетического взаимодействия между атмосфе­рой и другими компонентами климатической системы, распределение на поверхности Земли океанов и материков, особенности рельефа зем­ной поверхности, а внутренними климатообразующими факторами - об­щую циркуляцию атмосферы и влагооборот (влагоциркуляция).

Состоянию глобального климата соответствуют свои закономернос­ти в теплообороте, влагообороте и атмосферной циркуляции. Эти климатообразующие факторы определяют многолетний режим метеорологи­ческих величин и явлений погоды.

Локальный климат

Состоянию глобального климата соответствуют свои закономернос­ти в теплообороте, влагообороте и атмосферной циркуляции. Эти климатообразующие факторы определяют многолетний режим метеорологи­ческих величин и явлений погоды.

Распределение метеорологических величин в пространстве и во вре­мени определяет распределение локальных климатов на земном шаре. Локальный климат - совокупность атмосферных условий за много­летний период, характерный для данной местности в зависимости от ее географического положения.

Теплооборот, влагооборот и атмосферная циркуляция как климатообразующие факторы

В атмосферных условиях теплооборот характеризует сложные про­цессы получения, передачи, переноса и потери тепла в системе Земля - атмосфера.

Прямая солнечная радиация, прошедшая через атмосфе­ру, и рассеянная радиация, частично от нее отражаются, но в большей части поглощаются ею и нагревают верхние слои почвы и водоемов.

Земная поверхность испускает невидимую инфракрасную радиацию, которую в большей части поглощает атмосфера и нагревается.

Атмос­фера излучает инфракрасную радиацию, большую часть которой погло­щает земная поверхность.

Одновременно земная и атмосферная ради­ации непрерывно излучаются в мировое пространство и вместе с отра­женной солнечной радиацией уравновешивают приток солнечной ради­ации к Земле.

Часть лучистой энергии идет на нагревание земной по­верхности и атмосферы.

Между атмосферой и земной поверхностью происходит постоянный влагооборот.

С водной поверхности, почвы, растительности в атмосфе­ру испаряется вода, на что затрачивается большое количество тепла из почвы и верхних слоев воды. В реальных условиях в атмосфере водя­ной пар конденсируется, вследствие этого возникают облака и туманы.

Осадки, выпадающие из облаков, уравновешивают испарение в целом для всего земного шара. Количество осадков и распределение их в пространстве и во времени определяют особенности растительного по­крова и земледелия.

От распределения количества осадков, их измен­чивости, зависит гидрологический режим водоемов. Промерзание по­чвы, режим многолетней мерзлоты обусловлены высотой снежного по­крова.