Специфика циркуляции атмосферы

Общая циркуляция атмосферы

Что такое циркуляция атмосферы?

Она может проявляться в глобальном масштабе, охватывая всю планету, или иметь локальный характер, наблюдаясь над отдельными регионами и акваториями. К местным видам циркуляции относят дневные и ночные бризы на побережьях, горно-долинные и ледниковые ветры и другие явления. Локальные процессы в определённое время и в определённых местах могут накладываться на общую систему циркуляции.

Глобальная циркуляция атмосферы порождает мощные воздушные потоки и вихри, которые развиваются и перемещаются в разных направлениях. К наиболее заметным атмосферным возмущениям относят циклоны и антициклоны — они являются характерными признаками общей циркуляции.

Движение воздушных масс происходит под воздействием центров атмосферного давления и сопровождается переносом влаги. Поскольку в атмосфере одновременно взаимодействуют потоки разных масштабов, циркуляция приобретает сложный характер.

На планетарном уровне перемещение воздушных масс определяется тремя главными факторами:

1. Зональное распределение солнечной радиации.
2. Суточное вращение Земли, вызывающее отклонение потоков от их градиентного направления.
3. Неоднородность подстилающей поверхности планеты.

Если бы Земля была однородной и не совершала вращения вокруг своей оси, то распределение температуры и давления у её поверхности подчинялось бы исключительно широтному принципу. В этом случае температура снижалась бы от экватора к полюсам. Тёплый воздух в экваториальной зоне поднимался бы вверх, а холодные массы на полюсах — опускались вниз.

Такое движение вызвало бы накопление воздуха в верхних слоях тропосферы над экватором, где формировалось бы высокое давление, в то время как над полюсами оно оставалось бы пониженным. При этом отток воздушных масс происходил бы в направлении от экватора к полюсам на высоте и в обратном направлении — у поверхности Земли.

Таким образом, различие температур является ключевой причиной циркуляции: оно обуславливает формирование зон разного давления — низкого на экваторе и высокого у полюсов.

На вращающейся Земле воздушные потоки в верхней тропосфере и нижних слоях стратосферы при движении к полюсам отклоняются: вправо — в Северном полушарии, влево — в Южном, постепенно превращаясь в западные ветры. В нижней тропосфере при оттоке от полюсов к экватору они также отклоняются: становятся восточными в северном полушарии и юго-восточными — в южном. Это отражает вторую, динамическую причину общей циркуляции — вращение Земли. Дополнительное влияние оказывает и подстилающая поверхность, поскольку суша и океаны распределены неравномерно.

Циклон

В нижних слоях тропосферы формируются вихри различного масштаба: одни остаются локальными и почти незаметными, другие же оказывают значительное воздействие на климат. К последним относятся циклоны и антициклоны.

В Северном полушарии движение воздуха в циклоне происходит против часовой стрелки, в Южном — по часовой стрелке. Их возникновение связано с вращением Земли и действием силы Кориолиса. Развиваясь, циклоны проходят стадии от зарождения до заполнения и чаще всего формируются на атмосферных фронтах.

Стадии развития циклона

Циклон зарождается на границе двух воздушных масс с разной температурой. Тёплый воздух проникает в область холодного, поднимаясь вверх и смещаясь к высоким широтам, а холодный — вталкивается в низкие. Так формируется волнообразный изгиб фронта, который движется с запада на восток. Эта фаза называетсяпервой стадией— стадией волны.

Затем тёплый воздух продолжает подниматься по фронтальной поверхности. Образовавшаяся волна растягивается до 1000 км и более, смещается на восток со скоростью около 100 км в сутки. Давление снижается, ветер усиливается, волна углубляется. Это вторая стадия — стадия молодого циклона.

Дальнейшее продвижение тёплого воздуха к северу образует тёплый фронт, а холодного — к югу формирует холодный фронт. При их сближении холодный фронт догоняет тёплый, и возникает фронт окклюзии. Тёплый воздух вытесняется вверх и завивается в спираль. Этот этап — третья стадия, стадия окклюдирования.

Заключительный этап — четвёртая стадия, или стадия заполнения. Тёплый воздух окончательно поднимается и охлаждается, температурные различия исчезают, движение циклона замедляется, и он постепенно распадается. В среднем цикл жизни циклона длится от 5 до 7 суток.

Циклоны приносят облачную, прохладную и дождливую погоду летом и оттепели зимой. Их скорость перемещения достигает 400–800 км в сутки летом и до 1000 км зимой.

Антициклоны

Они возникают позади холодного фронта молодого циклона, формируясь в холодных воздушных массах. Развитие антициклона проходит три основные стадии:

1. Молодой антициклон — подвижное барическое образование с постепенно растущим давлением в центре. Перемещается со скоростью циклона, расположенного впереди. Погода обычно ясная, тихая, с небольшой облачностью.
2. Стадия максимального развития — давление в центре достигает наибольших значений. Диаметр антициклона может составлять несколько тысяч километров. В его пределах формируются приземные и высотные инверсии, из-за чего при ясной погоде нередко наблюдаются туманы, дымка или слоистая облачность. Перемещение антициклона на этой стадии заметно замедляется.
3. Разрушение антициклона — барическое образование становится слабо подвижным и постепенно теряет силу. Давление падает, увеличивается облачность. Иногда процесс распада затягивается на многие недели, а иногда происходит сравнительно быстро.