Факторы, определяющие общую циркуляцию атмосферы

Факторы, определяющие общую циркуляцию атмосферы:

1. 
   лучистая энергия Солнца;
   
2. 
   вращение Земли;
   
3. 
   влияние подстилающей поверхности;
   
4. 
   сила трения.
   

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

Рисунок 68 – Циркуляции атмосферы на невращающейся планете

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

Рисунок 69 – Общая циркуляция атмосферы

От динамических максимумов, находящихся в тропических широтах, ветры устремляются в 2 стороны: к экватору и средним широтам. Постоянные ветры, дующие к экватору в северном полушарии, отклоняются вправо и из северных превращаются в северо-восточные (в южном аналогично, из южных в южно-восточные). В приэкваториальной области направление и тех, и других становится близким к восточному. Эти ветры носят название пассатов⁵.

Ветры, дующие в сторону умеренных широт, под действием силы Кориолиса в конечном итоге превращаются в западные. Поэтому в средних широтах 45–60º преобладают западные ветры, составляющие западный перенос⁶ (западные воздушные течения умеренных широт).

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

В июне–августе Солнце находится в зените над тропическими широтами Северного полушария, соответственно в декабре–феврале – Южного полушария. Поэтому широта наибольшего прогревания (термический экватор) несколько смещается по сезонам, а вместе с ней – и термическая зона низкого давления⁷ и динамические области повышенного и пониженного давления. Но их взаимное расположение сохраняется.

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

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

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

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

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

Так, в зимнее время на одинаковой широте материки имеют температуру Т₁, а океаны – более высокую температуру Т₂ (Т₂>Т₁). В соответствии с этими условиями, если выделить единичный объем воздуха, то он, проходя над материком вплоть до восточного берега, будет охлаждаться. Охлаждение будет тем медленнее, чем дальше от западного берега удалится воздух. Вступая на океан, он будет сначала быстро, а затем медленнее нагреваться. В результате изотермы примут волнообразный вид (рисунок 70).

Рисунок 70 – Влияние подстилающей поверхности на распределение температуры воздуха

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

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