Ещё некоторое время назад, до появления метеорологических спутников, учёные и подумать не могли, что в атмосфере Земли ежегодно образовывается около ста пятидесяти циклонов и шестидесяти антициклонов. Ранее многие циклоны были неведомы, поскольку возникали в местах, где не было метеорологических станций, которые смогли бы зафиксировать их появление.
В тропосфере, самом нижнем слое атмосферы Земли, беспрестанно появляются, развиваются и исчезают вихри. Одни из них настолько малы и незаметны, что проходят мимо нашего внимания, другие до того масштабны и настолько сильно влияют на климат Земли, что не считаться с ними нельзя (прежде всего это относится к циклонам и антициклонам).
Циклоны – это области низкого давления в атмосфере Земли, в центре которого давление значительно ниже, чем на периферии. Антициклон, наоборот, являет собою область высокого давления, которое достигает в центре своих наивысших показателей. Пребывая над северным полушарием, циклоны движутся против часовой стрелки и, подчиняясь силе Кориолиса, пытаются уйти вправо. Тогда как антициклон двигается в атмосфере по часовой стрелке и уклоняется в левую сторону (в Южном полушарии Земли всё происходит наоборот).
Несмотря на то, что циклоны и антициклоны – абсолютно противоположные по своей сути вихри, они прочно взаимосвязаны друг с другом: когда в одном регионе Земли давление уменьшается, в другом обязательно фиксируется его возрастание. Также для циклонов и антициклонов является общим механизм, который заставляет двигаться воздушные потоки: неоднородное нагревание разных участков поверхности и обороты нашей планеты вокруг своей оси.
Циклоны характеризует облачная, дождливая погода с сильными порывами ветра, возникающими из-за разницы давления атмосферы между центром циклона и его краями. Антициклон, наоборот, в летнюю пору характеризуется жаркой, безветренной, малооблачной погодой с очень немногочисленными осадками, тогда как зимой благодаря ему устанавливается ясная, но очень холодная погода.
Кольцо змеи
Циклоны (гр. «кольцо змеи») являют собой огромных размеров вихри, диаметр которых нередко может достигать нескольких тысяч километров. Формируются они в умеренных и полярных широтах, когда тёплые воздушные массы с экватора сталкиваются с движущимися навстречу сухими, холодными потоками с Арктики (Антарктиды) и образовывают между собой границу, которая называется атмосферным фронтом.
Холодный воздух, пытаясь преодолеть оставшийся внизу тёплый воздушный поток, на каком-то участке оттесняет часть его слоя назад – и тот приходит в столкновение с массами, следующими за ним. В результате столкновения давление между ними повышается и часть повернувшего назад тёплого воздуха, уступая напору, отклоняется в сторону, начиная эллипсоидное вращение.
Этот вихрь начинает захватывать прилегающие к нему слои воздуха, втягивает их во вращение и начинает передвигаться на скорости от 30 до 50 км/ч, при этом центр циклона движется с меньшей скоростью, чем его периферия. В результате через некоторое время диаметр циклона составляет от 1 до 3 тыс. км, а высота – от 2 до 20 км.
Там, где он движется, резко меняется погода, поскольку центр циклона имеет низкое давление, внутри него наблюдается недостаток воздуха, и чтобы его восполнить, начинают поступать холодные воздушные массы. Они вытесняют тёплый воздух вверх, где он остывает, а находящиеся в нём капли воды конденсируются и образуют облака, из которых выпадают осадки.
Продолжительность жизни вихря обычно составляет от нескольких дней до недель, но в некоторых регионах может просуществовать около года: обычно это области пониженного давления (например, Исландский или Алеутский циклоны).
Стоит заметить, что для экваториальной зоны подобные вихри не характерны, поскольку здесь не действует отклоняющая сила вращения планеты, необходимая для вихреобразного движения воздушных масс.
Самый южный, тропический циклон, формируется к экватору не ближе, чем в пяти градусах и характеризуется меньшим размером в диаметре, но более высокой скоростью ветра, нередко преобразовывающейся в ураган. По своему происхождению существуют такие типы циклонов, как вихрь умеренных широт и тропический циклон, порождающий смертоносные ураганы.
Вихри тропических широт
В семидесятых годах прошлого века тропический циклон Bhola обрушился на Бангладеш. Хотя скорость ветра, и сила была невелика и ему была присвоена лишь третья (из пяти) категория урагана, из-за огромного количества обрушившихся на землю осадков, вышедшая из берегов река Ганг затопила почти все острова, смыв все поселения с лица земли.
Последствия оказались катастрофичны: во время разгула стихии погибло от трёхсот до пятисот тысяч человек.
Тропический циклон гораздо опаснее вихря из умеренных широт: образуется он там, где температура океанической поверхности не ниже 26°, а разница между температурными показателями воздуха превышает два градуса, в результате чего усиливается испарение, влажность воздуха увеличивается, что способствует вертикальному поднятию воздушных масс.
Таким образом, появляется очень сильная тяга, захватывающая собой новые объёмы воздуха, которые нагрелись и набрали влажности над океанической поверхностью. Вращение нашей планеты вокруг своей оси придаёт подъёму воздуха вихреобразное движение циклона, который начинает вращаться на огромной скорости, нередко преобразовываясь в ураганы ужасающей силы.
Формируется тропический циклон лишь над океанической поверхностью между 5-20 градусами северной и южной широт, и оказавшись на суше, довольно быстро затухает. Размеры его обычно невелики: диаметр редко превышает 250 км, но вот давление центр циклона имеет чрезвычайно низкое (чем ниже, тем быстрее движется ветер, поэтому движение циклонов составляет обычно от 10 до 30 м/с, а порывы ветра превышают 100 м/с). Естественно, далеко не каждый тропический циклон несёт с собой гибель.
Существует четыре типа этого вихря:
- Возмущение – движется со скоростью, не превышающей 17м/с;
- Депрессия – движение циклона составляет от 17 до 20 м/с;
- Шторм – центр циклона движется на скорости до 38м/с;
- Ураган – движется тропический циклон на скорости, превышающей 39 м/с.
Центр циклона этого типа характеризуется таким явлением, как «глаз бури» – областью тихой погоды. Диаметр его обычно составляет около 30 км, но если тропический циклон разрушительной силы, может доходить и до семидесяти. Внутри глаза бури, воздушные массы имеют более тёплую температуру и меньшую влажность, чем в остальной части вихря.
Здесь нередко царит штиль, на границе осадки резко прекращаются, небо проясняется, ветер ослабевает, обманывая этим людей, которые решив, что опасность миновала, расслабляются и забывают о мерах предосторожности. Поскольку тропический циклон всегда движется с океана, он гонит перед собой огромные волны, которые, обрушившись на побережье, сметают всё с пути.
Учёные всё чаще фиксируют тот факт, что каждым годом тропический циклон становится опаснее и его активность постоянно возрастает (связано это с глобальным потеплением). Поэтому эти циклоны встречаются не только в тропических широтах, но и доходят до Европы в нетипичное для них время года: обычно они формируются в конце лета/начале осени и никогда не бывают весной.
Так, в декабре 1999 года на Францию, Швейцарию, Германию, и Великобританию набросился ураган «Лотар», мощный настолько, что метеорологи даже не смогли предсказать его появление из-за того, что датчики или зашкалили, или не сработали. «Лотар» оказался причиной гибели более семидесяти человек (в основном они стали жертвами дорожных аварий и падением деревьев), а лишь в одной Германии за несколько минут было уничтожено около 40 тыс. гектаров леса.
Антициклоны
Антициклоном называется вихрь, в центре которого высокое давление, на периферии – пониженное. Образовывается он в нижних слоях атмосферы Земли, когда холодные воздушные массы вторгаются в более тёплые. Возникает антициклон в субтропических и приполярных широтах, а скорость его передвижения составляет около 30 км/ч.
Антициклон является противоположностью циклона: воздух в нём не поднимается, а спускается. Для него характерно отсутствие влажности. Антициклон характеризуется сухой, ясной, и безветренной погодой, летом – жаркой, морозной – зимой. Также характерны значительные колебания температуры в течение суток (особенно сильна разница на континентах: например, в Сибири она составляет около 25 градусов). Объясняется это отсутствием осадков, которые обычно делают температурную разницу менее заметной.
Наименования вихрей
В середине прошлого столетия, антициклонам и циклонам начали давать имена: это оказалось намного удобней при обмене информацией об ураганах и движениях циклонов в атмосфере, поскольку давало возможность избегать путаницы, и уменьшить количество ошибок. За каждым именем циклона и антициклона скрывались данные о вихре, вплоть до его координат в нижнем слое атмосферы.
Прежде чем принять окончательное решение о том, как называется тот или иной циклон и антициклон, было рассмотрено достаточное число предложений: их предлагали обозначать цифрами, буквами алфавитов, названиями птиц, животных и т. д. Это оказалось настолько удобно и эффективно, что через некоторое время все циклоны и антициклоны получили имена (вначале они были женскими, а в конце семидесятых тропические вихри начали называть и мужскими наименованиями).
С 2002 года появилась услуга, предлагающая любому желающему назвать циклон или антициклон своим именем. Удовольствие — это не из дешёвых: стандартная цена на то, чтобы имя заказчика получил циклон, стоит 199 евро, а антициклон – 299 евро, так как антициклон возникает реже.
Атмосфер представляет собой чрезвычайно подвижную среду. В ней постоянно происходят перемещения в горизонтальном и вертикальном направление по отношению к з.п. разных по масштабу объёма воздуха с различной скоростью. Наибольшее разнообразие движений воздуха наблюдается тропосфере, особенно в приземное слое. Передвижение воздушных масс в атмосфере играют большую роль в погодообразующих процессах. Благодаря им происходит перенос очагов тепла и холода, водяного пара, формирование облачности, сложных и опасных для авиации погодных условий. Горизонтальное движение воздушных масс относительно з.п. представляет собой ветер. В свободной атмосфере в однородных воздушных массах движение частиц воздуха происходит в результате совместного действия трех сил: барического градиента, Кориолиса и центробежной. Под влиянием горизонтальной составляющей градиента давления частичка воздуха начинает двигаться ускоренно перпендикулярно изобарам в сторону низкого давления. Одновременно с возникновением скорости начинает действовать сила Кориолиса, отклоняющая вектор ветра от первоначального направления в северном полушарии вправо. Изменение скорости и направление ветра будет происходить до тех пор, пока не наступит равновесие действующих в атмосфере сил. Тогда частица воздуха начинает двигаться вдоль изобар таким образом, что низкое давление всегда будет оставаться слева от направления движения, высокой-справа. Такое установившееся движение воздуха при отсутствии сил трения называется градиентным ветром. Градиентный ветер при прямолинейных изобарах принято называть геострофическим ветром, при криволинейных – геоциклострофическим
16. Основные силы, определяющиеся движение воздуха в слое трения
В свободной атмосфере в однородных воздушных массах движение частиц воздуха происходит в результате совместного действия трех сил: барического градиента, Кориолиса и центробежной. Но и вязкие силы т.е. силы трения. В результате их действия ветер, наблюдаемый у Земли, отличается от градиентного как по скорости, так и по направлению.
17. Направление движения воздуха в циклоне (антициклоне) в северном полушарии
В циклоне барический градиент направлен к центру и уравновешивается суммой сил Кориолиса и центробежной. При этом движение воздуха в циклоне происходит против часовой стрелки. В антициклонах барический градиент направлен от центра и в сумме с центробежной силой уравновешивается силой Кориолиса. При этом движение воздуха в антициклоне происходит по часовой стрелке. В общем случае для циклонов и антициклонов равенство действующих на частицу воздуха сил можно записать в виде: . Здесь знак «+» для циклона, а «-» для антициклона. При одном и том же барическом градиенте скорость градиентного ветра в антициклоне должна быть больше, чем в циклоне. В реальной атмосфере скорость градиентного ветра в циклоне практически всегда больше, чем в антициклоне, так как здесь большие градиенты давления.
18. Движение воздуха в циклоне (антициклоне) вблизи земной поверхности
В циклоне барический градиент уравновешивается силами Кориолиса, трения, центробежной, а в антициклоне равнодействующая барического градиента и центробежной силы уравновешиваются равнодействующей сил Кориолиса и сил трения. При таком расположение сил очевидно, что в циклоне у з.п. воздух движется против часовой стрелки и направлен к центру циклона. А в антициклоне, движение будет происходить по часовой стрелке и направлено под некоторым углом к изобарам от цента антициклона к периферии. Это в свою очередь приводит к тому, что в циклоне вследствие сходимости воздушных потоков в центральной части начинают развиваться восходящие потоки воздуха, которые приводят к формированию сложных для полетов условий погоды. Формируется низкая сплошная облачность, осадки в виде дождя или снега в зависимости от сезона года, видимость ограничена. В антициклоне – вследствие расходимости потоков от центра к периферии у земли на высотах в центральной части антициклона начинает развиваться компенсирующий нисходящий поток воздуха, который приводит к размыванию облачности, если она имела место, и к улучшению для полетов условий погоды.
Антициклон
Антициклон - область повышенного атмосферного давления с замкнутыми концентрическими изобарами на уровне моря и с соответствующим распределением ветра. В низком антициклоне - холодном, изобары остаются замкнутыми только в самых нижних слоях тропосферы (до 1,5 км), а в средней тропосфере повышенное давление вообще не обнаруживается; возможно также наличие над таким антициклоном высотного циклона.
Высокий антициклон - теплый и сохраняет замкнутые изобары с антициклонической циркуляцией даже и в верхней тропосфере. Иногда антициклон бывает многоцентровым. Воздух в антициклоне в северном полушарии движется, огибая центр по часовой стрелке (то есть отклоняясь от барического градиента вправо), в южном полушарии - против часовой стрелки. Для антициклона характерно преобладание ясной или малооблачной погоды. Вследствие охлаждения воздуха от земной поверхности в холодное время года и ночью в антициклоне возможно образование приземных инверсий и низких слоистых облаков (St) и туманов. Летом над сушей возможна умеренная дневная конвекция с образованием кучевых облаков. Конвекция с образованием кучевых облаков наблюдается и в пассатах на обращенной к экватору периферии субтропических антициклонов. При стабилизации антициклона в низких широтах возникают мощные, высокие и теплые субтропические антициклоны. Стабилизация антициклонов происходит также в средних и в полярных широтах. Высокие малоподвижные антициклоны, нарушающие общий западный перенос средних широт, называются блокирующими.
Синонимы: область высокого давления, область повышенного давления, барический максимум.
Антициклоны достигают размера несколько тысяч километров в поперечнике. В центре антициклона давление обычно 1020-1030 мбар, но может достигать 1070-1080 мбар. Как и циклоны, антициклоны перемещаются в направлении общего переноса воздуха в тропосфере, то есть с запада на восток, отклоняясь при этом к низким широтам. Средняя скорость перемещения антициклона составляет около 30 км/ч в Северном полушарии и около 40 км/ч в Южном, но нередко антициклон надолго принимает малоподвижное состояние.
Признаки антициклона:
- Ясная или малооблачная погода
- Отсутствие ветра
- Отсутствие осадков
- Устойчивый характер погоды (заметно не меняется во времени, пока существует антициклон)
В летний период антициклон приносит жаркую малооблачную погоду. В зимний период антициклон приносит сильные морозы, иногда также возможен морозный туман.
Интересным примером резких изменений в формировании различных воздушных масс служит Евразия . В летнее время над её центральными районами формируется область низкого давления, куда засасывается воздух с соседних океанов. Особенно сильно это проявляется в Южной и Восточной Азии : бесконечная вереница циклонов несет влажный тёплый воздух вглубь материка. Зимой ситуация резко меняется: над центром Евразии формируется область высокого давления - Азиатский максимум , холодные и сухие ветры из центра которого (Монголия , Тыва , Юг Сибири), расходящиеся по часовой стрелке, разносят холод вплоть до восточных окраин материка и вызывают ясную, морозную, практически бесснежную погоду на Дальнем Востоке , в Северном Китае . В западном направлении антициклоны влияют менее интенсивно. Резкие снижения температуры возможны только, если центр антициклона переместится к западу от точки наблюдения, потому что ветер меняет направление с южного на северный. Подобные процессы часто наблюдаются на Восточно-Европейской равнине .
Стадии развития антициклонов
| Предположительно, эта страница или раздел нарушает авторские права.
Eё содержимое, вероятно, скопировано с www.iki.rssi.ru/books/2008astafieva.pdf практически без изменений. |
В жизни антициклона, так же, как и циклона, выделяют несколько стадий развития:
1. Начальная стадия (стадия возникновения), 2. Стадия молодого антициклона, 3. Стадия максимального развития антициклона, 4. Стадия разрушения антициклона.
Наиболее благоприятные условия для развития антициклона складываются, когда его приземный центр располагается под тыловой частью высотной барической ложбины на АТ500, в зоне значительных горизонтальных градиентов геопотенциала (высотная фронтальная зона). Усиливающим эффектом является сходимость изогипс при их циклонической кривизне изогипс, которая по потоку увеличивается. Здесь происходит накопление воздушных масс, что обусловливает динамический рост давления.
Давление у Земли повышается при понижении температуры в вышележащем слое атмосферы (адвекция холода). Наибольшая адвекция холода наблюдается за холодным фронтом в тылу циклона или в передней части усиливающихся антициклонов, где происходит адвективное повышение давления и где формируется область нисходящих движений воздуха.
Обычно стадии возникновения антициклона и молодого антициклона объединяют в одну из-за небольших отличий в структуре термобарического поля.
В начале своего развития антициклон имеет обычно вид отрога, возникшего в тылу циклона. На высотах антициклонические вихри в начальной стадии не прослеживаются. Стадия максимального развития антициклона характеризуется наибольшим давлением в центре. В последней стадии антициклон разрушается. У поверхности Земли в центре антициклона давление понижается.
Начальная стадия развития антициклона
В начальной стадии развития приземный антициклон располагается под тыловой частью высотной барической ложбины, а барический гребень на высотах сдвинут в тыловую часть относительно приземного барического центра. Над приземным центром антициклона в средней тропосфере располагается густая система сходящихся изогипс. (рис. 12.7). Скорости ветра над приземным центром антициклона и несколько правее в средней тропосфере достигают 70-80 км/ч. Термобарическое поле благоприятствует дальнейшему развитию антициклона.
Согласно анализу уравнения тенденции вихря скорости ∂∂κκHtgmHHHHnsnnsnns=++l(), здесь ∂∂Ht>0 (∂Ω∂t<0): при наличии значительных горизонтальных градиентов геопотенциала (>0), имеют место сходимость изогипс (H>0) при их циклонической кривизне (>0), которая увеличивается по потоку (Hnnsκκs>0).
При таких скоростях в области сходимости воздушных течений происходит значительное отклонение ветра от градиентного (т.е. движение становится нестационарным). Развиваются нисходящие движения воздуха, давление растет, в результате чего антициклон усиливается.
На приземной карте погоды антициклон очерчивается одной изобарой. Разность давления между центром и периферией антициклона составляет 5-10 мб. На высоте 1-2 км антициклонический вихрь не выявляется. Область динамического роста давления, обусловленная сходимостью изогипс, распространяется на всё пространство, занятое приземным антициклоном.
Приземный центр антициклона располагается практически под термической ложбиной. Изотермы средней температуры слоя в передней части относительно приземного центра антициклона отклоняются от изогипс влево, что соответствует адвекции холода в нижней тропосфере. В тыловой части относительно приземного центра располагается термический гребень, и наблюдается адвекция тепла
Адвективный (термический) рост давления у земной поверхности охватывает переднюю часть антициклона, где адвекция холода особенно заметна. В тылу антициклона, где имеет место адвекция тепла, наблюдается адвективное падение давления. Линия нулевой адвекции, проходящая через гребень, делит область входа ВФЗ на две части: переднюю, где имеет место адвекция холода (адвективное повышение давления), и тыловую, где имеет место адвекция тепла (адвективное падение давления).
Таким образом, суммарно, область роста давления охватывает центральную и переднюю части антициклона. Наибольший рост давления у поверхности Земли (где совпадают области адвективного и динамического роста давления) отмечается в передней части антициклона. В тыловой части, где динамический рост накладывается на адвективное падение (адвекция тепла) суммарный рост у поверхности Земли будет ослаблен. Однако, до тех пор, пока область значительного динамического роста давления занимает центральную часть приземного антициклона, где адвективное изменение давления равно нулю, будет иметь место усиление возникшего антициклона.
Итак, в результате усиливающего динамического роста давления в передней части входа ВФЗ происходит деформация термобарического поля, приводящая к образованию высотного гребня. Под этим гребнем у Земли и оформляется самостоятельный центр антициклона. На высотах, где повышение температуры вызывает рост давления, область роста давления смещается в тыловую часть антициклона, в сторону области повышения температуры.
Стадия молодого антициклона
Термобарическое поле молодого антициклона в общих чертах соответствует структуре предыдущей стадии: барический гребень на высотах по отношению к приземному центру антициклона заметно сдвинут в тыловую часть антициклона, а над его передней частью располагается барическая ложбина.
Центр антициклона у поверхности Земли располагается под передней частью барического гребня в зоне наибольшего сгущения сходящихся по потоку изогипс, антициклоническая кривизна которых вдоль потока уменьшается. При такой структуре изогипс условия для дальнейшего усиления антициклона наиболее благоприятны.
Сходимость изогипс над передней частью антициклона благоприятствует динамическому росту давления. Здесь также наблюдается адвекция холода, что также благоприятствует адвективному росту давления.
В тыловой части антициклона наблюдается адвекция тепла. Антициклон является термически асимметричным барическим образованием. Термический гребень несколько отстает от барического гребня. Линии нулевого адвективного и динамического изменений давления в этой стадии начинают сближаться.
У поверхности Земли отмечается усиление антициклона – он имеет несколько замкнутых изобар. С высотой антициклон быстро исчезает. Обычно во второй стадии развития замкнутый центр выше поверхности АТ700 не прослеживается.
Стадия молодого антициклона завершается переходом его в стадию максимального развития.
Стадия максимального развития антициклона
Антициклон является мощным барическим образованием с высоким давлением в приземном центре и расходящейся системой приземных ветров. По мере его развития вихревая структура распространяется всё выше и выше (рис. 12.8). На высотах над приземным центром ещё существует густая система сходящихся изогипс с сильными ветрами и значительными градиентами температуры.
В нижних слоях тропосферы антициклон по-прежнему, располагается в массах холодного воздуха. Однако, по мере заполнения антициклона однородным тёплым воздухом на высотах появляется замкнутый центр высокого давления. Линии нулевого адвективного и динамического изменений давления проходят через центральную часть антициклона. Это указывает на то, что динамический рост давления в центре антициклона прекратился, а область наибольшего роста давления перешла на его периферию. С этого момента начинается ослабление антициклона.
Стадия разрушения антициклона
В четвертой стадии развития антициклон является высоким барическим образованием с квазивертикальной осью. Замкнутые центры высокого давления прослеживаются на всех уровнях тропосферы, координаты высотного центра практически совпадают с координатами центра у Земли (рис. 12.9).
С момента усиления антициклона температура воздуха на высотах повышается. В системе антициклона происходит опускание воздуха, и, следовательно, его сжатие и нагревание. В тыловой части антициклона происходит поступление тёплого воздуха (адвекция тепла) в его систему. В результате продолжающейся адвекции тепла и адиабатического нагревания воздуха антициклон заполняется однородным тёплым воздухом, а область наибольших горизонтальных контрастов температуры перемещается на периферию. На над приземным центром располагается очаг тепла.
Антициклон становится термически симметричным барическим образованием. Соответственно уменьшению горизонтальных градиентов термобарического поля тропосферы, адвективные и динамические изменения давления в области антициклона значительно ослабевают.
Из-за расходимости воздушных течений в приземном слое атмосферы давление в системе антициклона понижается, и он постепенно разрушается, что на начальном этапе разрушения более заметно у земной поверхности.
Некоторые особенности развития антициклонов
Эволюция циклонов и антициклонов существенно различается с точки зрения деформации термобарического поля. Возникновение и развитие циклона сопровождается возникновением и развитием термической ложбины, антициклона – возникновением и развитием термического гребня.
Для последних стадий развития барических образований характерно совмещение барических и термических центров, изогипсы и становятся практически параллельными, замкнутый центр прослеживается на высотах, причём, координаты высотного и приземного центров практически совпадают совмещаются (говорят о квазивертикальности высотной оси барического образования). Деформационные различия термобарического поля при формировании и развитии циклона и антициклона приводят к тому, что циклон постепенно заполняется холодным воздухом, антициклон – тёплым воздухом.
Не все возникающие циклоны и антициклоны проходят четыре стадии развития. В каждом отдельном случае могут встретиться те или другие отклонения от классической картины развития. Нередко, возникающие у поверхности Земли барические образования не имеют условий для дальнейшего развития и могут исчезнуть уже в начале своего существования. С другой стороны, имеют место ситуации, когда старое затухающее барическое образование возрождается и активизируется. Такой процесс называют регенерацией барических образований.
Но если у различных циклонов наблюдается более определённое сходство в этапах развития, то антициклоны, по сравнению с циклонами, имеют гораздо большие отличия в развитии и форме. Нередко антициклоны проявляются как вялые и пассивные системы, которые заполняют пространство между гораздо более активными циклоническими системами. Иногда антициклон может достичь значительной интенсивности, но такое развитие в большинстве связано с циклоническим развитием в соседних областях.
Рассматривая структуру и общее поведение антициклонов, можно разделить их на следующие классы. (по Хромову С.П.).
- Промежуточные антициклоны – это быстро движущиеся области повышенного давления между отдельными циклонами одной и той же серии, возникающих на одном и том же главном фронте – по большей части имеют вид гребней без замкнутых изобар, либо с замкнутыми изобарами по горизонтальным размерам того же порядка, что и движущиеся циклоны. Развиваются внутри холодного воздуха.
- Заключительные антициклоны – заключающие развитие серии циклонов, возникающих на одном и том же главном фронте. Они также развиваются внутри холодного воздуха, но обычно имеют несколько замкнутых изобар и могут иметь значительные горизонтальные размеры. Имеют тенденцию по мере развития к приобретению малоподвижного состояния.
- Стационарные антициклоны умеренных широт, т.е. длительно существующие малоподвижные антициклоны в арктическом или полярном воздухе, горизонтальные размеры которых сравнимы иногда со значительной частью материка. Обычно это зимние антициклоны над материками и являются, главным образом, результатом развития антициклонов второго тира (реже – первого).
- Субтропические антициклоны – длительно существующие малоподвижные антициклоны, наблюдающиеся над океаническими поверхностями. Эти антициклоны периодически усиливаются вторжениями из умеренных широт полярного воздуха с подвижными заключительными антициклонами. В тёплый сезон субтропические антициклоны хорошо выражены на средних месячных картах только над океанами (над континентами располагаются размытые области пониженного давления). В холодный сезон субтропические антициклоны имеют тенденцию сливаться с холодными антициклонами над континентами.
- Арктические антициклоны – более или менее устойчивые области повышенного давления в арктическом бассейне. Являются холодными, поэтому вертикальная мощность их ограничивается нижней тропосферой. В верхней части тропосферы они сменяются полярной депрессией. В возникновении арктических антициклонов большую роль играет охлаждение от подстилающей поверхности, т.е. они являются местными антициклонами.
Высота, до которой простирается антициклон, зависит от температурных условий в тропосфере. Подвижные и заключительные антициклоны обладают низкими температурами в нижних слоях атмосферы и температурной асимметрией в вышележащих. Они относятся к средним или низким барическим образованиям.
Высота стационарных антициклонов умеренных широт растет по мере их стабилизации, сопровождающейся потеплением атмосферы. Чаще всего это высокие антициклоны, с замкнутыми изогипсами в верхней тропосфере. Зимние антициклоны над сильно выхоложенной сушей, например, над Сибирью, могут быть низкими или средними, поскольку нижние слои тропосферы здесь очень выхоложены.
Субтропические антициклоны являются высокими – тропосфера в них тёплая.
Арктические антициклоны, являющиеся, в основном, термическими, – низкие.
Нередко высокие тёплые и малоподвижные антициклоны, развивающиеся в средних широтах, на длительное время (порядка недели и более) создают макромасштабные нарушения зонального переноса и отклоняет траектории подвижных циклонов и антициклонов от западно-восточного направления. Такие антициклоны носят название блокирующих антициклонов. Центральные циклоны вместе с блокирующими антициклонами определяют направление основных течений общей циркуляции в тропосфере.
Высокие и тёплые антициклоны и холодные циклоны являются, соответственно, очагами тепла и холода в тропосфере. В районах между этими очагами создаются новые фронтальные зоны, усиливаются контрасты температуры и снова возникают атмосферные вихри, которые проходят тот же цикл жизни.
География постоянных антициклонов
- Антарктический антициклон
- Бермудский антициклон
- Гавайский антициклон
- Гренландский антициклон
- Северотихоокеанский антициклон
- Южно-Атлантический антициклон
- Южно-Индийский антициклон
- Южно-Тихоокеанский антициклон
Антициклон является антиподом циклона. Давление атмосферы в этом воздушном вихре царит повышенное. Два воздушных потока, встретившись, начинают переплетаться в виде спирали. Только у антициклонов давление атмосферы по мере приближения к центру возрастает. А в самом центре воздух начинает спускаться, образуя нисходящие потоки. Затем воздушные массы рассеиваются, и антициклон постепенно затухает.
Почему образуется антициклон
Антициклоны появляются как бы в противовес циклонам. Восходящие потоки воздуха, вырывающиеся из центра циклонов, создают избыточную массу. И эти потоки начинают перемещаться, но уже в обратном направлении. При этом по размерам антициклоны намного превосходят своих "собратьев", так как в диаметре могут достигать 4-ех тысяч километров.
В антициклонах, которые появились в северном полушарии, воздушный поток вращается по часовой стрелке, а у тех, что прилетают с юга, поток вращается против направления часовой стрелки.
Где образуются антициклоны
Антициклоны, как и циклоны, образуются только над определенными участками суши, в определенных климатических поясах. Чаще всего они зарождаются над бескрайними просторами Арктики и Антарктики. Еще один вид зарождается в тропиках.
Географически антициклоны более привязаны к определенным широтам, так что в метеорологии принято называть их по месту образования. Так, например, метеорологи выделяют Азорский и Бермудский, Сибирский и Канадский, Гавайский и Гренландский. Замечено, что тот антициклон, который зарождается в Арктике, намного мощнее Антарктического.
Признаки антициклона
Определить, что над какой-то частью нашей планеты навис антициклон, очень просто. Здесь будет царить ясная, безветренная погода, безоблачное небо и абсолютное отсутствие осадков. Летом антициклоны приносят с собой удушающую жару и даже засуху, которая часто приводит к лесным пожарам. А зимой эти вихри одаривают сильными трескучими морозами. Нередко в такой период можно наблюдать морозные туманы.
Самым катастрофическим по последствиям принято считать блокирующий антициклон. Он создает неподвижную область над определенной территорией и не пропускает воздушные потоки. Такой способен держаться в течение 3-5 дней, очень редко дольше полумесяца. В результате на этой территории становится невыносимо, аномально жарко, засушливо. Последний такой мощный блокирующий антициклон наблюдался в 2012 году в Сибири, где он господствовал в течение трех месяцев.
Погода на территории нашей страны неустойчива. Особенно это проявляется в европейской части России. Это происходит из-за того, что встречаются разные воздушные массы: теплые и холодные. Воздушные массы отличаются по свойствам: температуре, влажности, запыленности, давлению. Атмосферная циркуляция позволяет воздушным массам перемещаться из одной части в другую. Там, где соприкасаются разные по свойствам воздушные массы, формируются атмосферные фронты .
Атмосферные фронты наклонены к поверхности Земли, их ширина достигает от 500 до 900 км, а в длину они простираются на 2000-3000 км. Во фронтальных зонах возникает поверхность раздела двух типов воздуха: холодного и теплого. Такая поверхность называется фронтальной . Как правило, эта поверхность наклонена в сторону холодного воздуха - он как более тяжелый располагается под ней. А теплый воздух, более легкий, располагается над фронтальной поверхностью (см. рис. 1).
Рис. 1. Атмосферные фронты
Линия пересечения фронтальной поверхности с поверхностью Земли образует линию фронта , которую кратко также называют фронтом .
Атмосферный фронт - переходная зона между двумя разнородными воздушными массами.
Теплый воздух, как более легкий, поднимается вверх. Поднимаясь, он охлаждается, насыщается водяными парами. В нем образуются облака и выпадают осадки. Поэтому прохождение атмосферного фронта всегда сопровождается выпадением осадков.
В зависимости от направления перемещения, движущиеся атмосферные фронты подразделяются на теплые и холодные. Теплый фронт образуется при натекании теплого воздуха на холодный. Линия фронта при этом перемещается в сторону холодного воздуха. После прохождения теплого фронта наступает потепление. Теплый фронт образует сплошную полосу облаков длиной в сотни километров. Идут затяжные моросящие дожди, и наступает потепление. Подъем воздуха при наступлении теплого фронта происходит более медленно по сравнению с холодным фронтом. Предвестником приближающегося теплого фронта служат образующиеся высоко в небе перистые и перисто-слоистые облака (см. рис. 2).
Рис. 2. Теплый атмосферный фронт ()
Образуется при подтекании холодного воздуха под теплый, при этом линия фронта перемещается в сторону теплого воздуха, который вытесняется наверх. Как правило, движется холодный фронт очень быстро. Это вызывает сильные ветры, обильные, часто ливневые осадки с грозами, а зимой метели. После прохождения холодного фронта наступает похолодание (см. рис. 3).
Рис. 3. Холодный фронт ()
Атмосферные фронты бывают стационарными и движущимися. Если воздушные потоки не перемещаются ни в сторону холодного, ни в сторону теплого воздуха вдоль линии фронта, такие фронты называются стационарными . Если воздушные потоки имеют скорость перемещения, перпендикулярную линии фронта, и перемещаются либо в сторону холодного, либо в сторону теплого воздуха, такие атмосферные фронты называются движущимися . Атмосферные фронты возникают, движутся и разрушаются примерно за несколько дней. Роль фронтальной деятельности в формировании климата более ярко выражена в умеренных широтах, поэтому для большей части России характерна неустойчивая погода. Самые мощные фронты возникают при соприкосновении основных типов воздушных масс: арктических, умеренных, тропических (см. рис. 4).
Рис. 4. Образование атмосферных фронтов на территории России
Зоны, отражающие их многолетние положения, называют климатическими фронтами . На границе между арктическим и умеренным воздухом, над северными районами России, формируется арктический фронт. Воздушные массы умеренных широт и тропическиеразделяет полярный умеренный фронт, который расположен преимущественно южнее границ России. Главные климатические фронты не образуют сплошных полос линий, а разбиты на отрезки. Многолетние наблюдения показали, что арктический и полярный фронты смещаются зимой к югу, а летом к северу. На востоке страны арктический фронт зимой достигает побережья Охотского моря. К северо-востоку от него господствует очень холодный и сухой арктический воздух. В европейской России арктический фронт перемещается не столь далеко. Здесь сказывается отепляющее воздействие Северо-Атлантического течения. Ветви полярного климатического фронта протягиваются над южными территориями нашей страны только летом, зимой они пролегают над Средиземным морем и Ираном и изредка захватывают Черное море.
Во взаимодействии воздушных масс принимают участие циклоны и антициклоны - крупные движущиеся атмосферные вихри, переносящие атмосферные массы.
Область низкого атмосферного давления с определенной системой ветров, дующих от краев к центру и отклоняющихся против часовой стрелки.
Область высокого атмосферного давления с определенной системой ветров, дующих от центра к краям и отклоняющихся по часовой стрелке.
Циклоны имеют внушительные размеры, простираются в тропосферу на высоту до 10 км, а в ширину до 3000 км. В циклонах давление увеличивается, а в антициклонах - понижается. В северном полушарии дующие к центру циклонов ветры отклоняются под воздействием силы осевого вращения земли вправо (воздух закручивается против часовой стрелки), а в центральной части воздух поднимается вверх. В антициклонах направленные к окраинам ветры отклоняются тоже вправо (воздух закручивается по часовой стрелке), а в центральной части воздух опускается из верхних слоев атмосферы вниз (см. рис. 5, рис. 6).
Рис. 5. Циклон
Рис. 6. Антициклон
Фронты, на которых зарождаются циклоны и антициклоны, почти никогда не бывают прямолинейными, для них характерны волнообразные изгибы (см. рис. 7).
Рис. 7. Атмосферные фронты (синоптическая карта)
В образовавшихся заливах теплого и холодного воздуха образуются вращающиеся волчки атмосферных вихрей (см. рис. 8).
Рис. 8. Образование атмосферного вихря
Постепенно они обособляются от фронта и начинают перемещаться и переносить воздух самостоятельно со скоростью 30-40 км/ч.
Атмосферные вихри живут до разрушения 5-10 дней. А интенсивность их образования зависит от свойств подстилающей поверхности (температуры, влажности). Ежедневно в тропосфере формируется несколько циклонов и антициклонов. В течение года их образуются сотни. Ежедневно наша страна находится под воздействием какого-либо атмосферного вихря. Поскольку в циклонах воздух поднимается вверх, с их приходом всегда связана пасмурная погода с осадками и ветрами, прохладная летом и теплая зимой. В течение всего времени пребывания антициклона господствует безоблачная сухая погода, жаркая летом и морозная зимой. Этому способствует медленное опускание воздуха вниз из более высоких слоев тропосферы. Опускающийся воздух нагревается и становится менее насыщенным влагой. В антициклонах ветры слабые, а во внутренних их частях наблюдается полное безветрие - штиль (см. рис. 9).
Рис. 9. Движение воздуха в антициклоне
В России циклоны и антициклоны приурочены к основным климатическим фронтам: полярному и арктическому. А также формируются на границе между морскими и континентальными воздушными массами умеренных широт. На западе России циклоны и антициклоны возникают и перемещаются в направлении общего переноса воздуха с запада на восток. На Дальнем Востоке в соответствии с направлением муссонов. При движении с западным переносом на востоке циклоны отклоняются к северу, а антициклоны - к югу (см. рис. 10). Поэтому пути прохождения циклонов в России чаще всего проходят по северным районам России, а антициклонов - по южным. В связи с этим атмосферное давление на севере России ниже, много дней подряд может быть ненастная погода, на юге больше солнечных дней, сухое лето и малоснежная зима.
Рис. 10. Отклонение циклонов и антициклонов при движении с запада
Районы прохождения интенсивных зимних циклонов: Баренцево, Карское, Охотское моря и северо-запад Русской равнины. Летом циклоны наиболее часты на дальнем Востоке и на западе Русской равнины. Антициклональные погоды преобладают весь год на юге Русской равнины, на юге Западной Сибири, а зимой над всей Восточной Сибирью, где устанавливается азиатский максимум давления.
Движение и взаимодействие воздушных масс, атмосферные фронты, циклоны и антициклоны изменяют погоду, влияют на нее. Данные об изменениях погоды наносятся на специальные синоптические карты для дальнейшего анализа погодных условий на территории нашей страны.
Движение атмосферных вихрей приводит к изменению погоды. Её состояние на каждый день фиксируется на специальных картах - синоптических (см. рис. 11).
Рис. 11. Синоптическая карта
Наблюдения за погодой осуществляются обширной сетью метеорологических станций. Затем результаты наблюдений передаются в центры гидрометеорологических данных. Здесь они обрабатываются, и информация о погоде наносится на синоптические карты. На картах показывают атмосферное давление, фронты, температуру воздуха, направление и скорость ветра, облачность и осадки. Распределение атмосферного давления свидетельствует о положении циклонов и антициклонов. Изучив закономерности протекания атмосферных процессов можно прогнозировать погоду. Точный прогноз погоды - исключительно сложное дело, поскольку трудно учесть весь комплекс взаимодействующих факторов в их постоянном развитии. Поэтому даже краткосрочные прогнозы гидрометцентра не всегда оправдываются.
Источник).).
Домашнее задание
- Почему в зоне атмосферного фронта выпадают осадки?
- В чем главное отличие циклона от антициклона?
