Циклон - система, характеризующаяся вихревым движением двух или трех разнородных масс воздуха и, следовательно, наличием атмосферных фронтов. Поперечник хорошо развитого циклона составляет около 1000 км, замкнутые изобары наблюдаются до высоты 5 км и выше.
Глубина циклона характеризуется давлением в его центре, которое может быть 980-1005 мбар (барический минимум).
В жизни циклона от возникновения до исчезновения можно отметить:
начальную стадию развития, или стадию возникновения циклона – от первых признаков зарождения до появления первой замкнутой изобары;
стадию молодого циклона или углубления;
стадию максимального развития;
стадию заполнения циклона.
Циклон не обязательно проходит все стадии развития, Молодой циклон может начать заполняться, не получив максимального развития. Это деление носит условный характер, между стадиями нет резких границ.
В каждой стадии отмечаются различия в характеристиках погоды. Продолжительность каждой стадии колеблется от нескольких часов до нескольких суток.
Направление перемещения циклона может существенно измениться с течением времени. Как правило, циклоны движутся с запада на восток с составляющей, направленной к высоким широтам (рис. 4.15.).
Скорости перемещения циклонов колеблются в широких пределах: 0 50 км/ч.
Циклоны часто проходят сериями: вслед за первым циклоном идет второй, за ним третий и т.д. В серии может быть до пяти циклонов. В среднем период прохождения каждой серии равен 5,5 сут.
Образование и развитие циклонов. Внетропические циклоны возникают на главных фронтах – умеренном (полярном) и арктическом, разделяющих воздушные массы разной температуры, и в циклоническую циркуляцию втягиваются две различные по своим свойствам массы воздуха (рис. 4.16.).
Начальная стадия развития циклона обусловливается деформацией фронтальной поверхности и может быть отождествлена с волной малой амплитуды и длиной 600-1000 км и более, возникающей на прямолинейном участке малоподвижного (стационарного) фронта. На основном фронте протяженностью в несколько тысяч километров возникает обычно несколько таких волн, перемещающихся чаще всего с запада на восток.
В передней части возникающего циклона возмущение принимает характер теплого фронта, в тылу же возмущение получает характер холодного фронта.
Стадия молодого циклона характеризуется наличием теплого сектора, т.е. сектора с теплым воздухом и ограниченного спереди теплым фронтом, сзади - холодным. Изобары в теплом секторе почти прямолинейны, угол между фронтами 90.
Холодный фронт в развивающемся циклоне движется быстрее теплого.
В молодом циклоне можно выделить три зоны, резко отличающиеся по условиям погоды.
Зона I– передняя и центральная части холодного сектора циклона перед теплым фронтом. Чем ближе к центру циклона и линии теплого фронта, тем мощнее система облаков и тем вероятнее выпадение обложных осадков. Наблюдается падение давления.
Зона II– тыловая часть холодного сектора циклона за холодным фронтом. Здесь погода определяется свойствами холодного фронта и холодной неустойчивой воздушной массы. При достаточной влажности и значительной неустойчивости воздушной массы выпадают ливневые осадки. Атмосферное давление за линией холодного фронта растет.
Зона III– теплый сектор.
Холодный фронт постепенно нагоняет теплый, и наступает момент, когда теплый и холодный фронты циклона смыкаются. Центральная область циклона у земной поверхности вся заполняется холодным воздухом, а теплый воздух оттесняется в более высокие слои.
Этот процесс называется окклюзией (окклюдированием) циклона, а сложный фронт, образовавшийся от соединения теплого и холодного, - фронтом окклюзии.
Скорость ветра в циклоне достигает максимума непосредственно после начала окклюзии, которая является поворотным пунктом в развитии циклона: циклон находится в стадии максимального развития. Барическая депрессия достигает наибольшей глубины у земной поверхности. В последующей наступает стадия заполнения циклона. Атмосферное давление начинает расти, скорость ветра уменьшается, и возмущение постепенно затухает.
Перемещение фронтов. Линии фронтов на картах погоды проходят вдоль осей барических ложбин, поэтому при прохождении фронта ветер довольно резко изменяет свое направление.
Вектор ветра в каждой точке перед и за линией фронта можно разложить на две составляющие: касательную и нормальную к линии фронта. Для перемещения фронта имеет значение лишь нормальная составляющая скорости ветра, величина которой зависит от угла между изобарами и линией фронта.
Погода на теплом фронте. Теплый воздух натекает на холодный, поднимается вверх над клином холодного воздуха и охлаждается. Содержащийся в нем водяной пар достигает насыщения и конденсируется, образуя мощную облачную систему, состоящую из слоисто-дождевых Ns, высокослоистых Аsи перисто-слоистых Сsоблаков, постепенно переходящих одни в другие и образующих вместе как бы гигантский клинообразный массив, сужающийся вперед. Нижняя граница этого облачного массива приблизительно совпадает с верхней границей фронтального слоя. Впереди и несколько выше фронтальной поверхности возникают перистые облака –Cirrus(Ci).
Под поверхностью теплого фронта в массах холодного воздуха обычно образуются разорванно-слоистые облака – Stratusfractus(Stfr).
На рис. 4.17 приведена схема вертикального строения облачной системы теплого фронта.
Перед линией теплого фронта образуется зона обложных осадков, наибольшая ширина которой при дожде достигает 300 км, а при снеге – 400 км. Это связано с тем, что снег из высокослоистых облаков чаще достигает земной поверхности, в то время как дождь в летнее время обычно при падении испаряется и до земной поверхности не доходит.
Внутри области осадков часто наблюдается туман, обусловленный притоков водяного пара в холодный воздух за свет испарения осадков, а также адиабатическим охлаждением воздуха в связи с падением давления. Ширина зоны тумана может достигать 100-200 км.
Предфронтальный туман теплого фронта чаще всего образуется в холодное время года. Плохая видимость и сильный ветер являются основными трудностями, которые могут встретиться при пересечении теплого фронта. Кроме того, зимой здесь возможно обледенение судна. После прохождения теплого фронта наступает потепление, но с моросящими осадками, туманом, сильным ветром.
Вся система облачности находится перед теплым фронтом, поэтому по характеру изменения облачности можно судить о приближении теплого фронта.
При появлении перистых облаков начинается сначала медленное, а затем постепенное ускоряющееся падение давления, которое прекращается незадолго до прохождения линии фронта; после ее прохождения давление остается неизменным или медленно понижается, а иногда растет.
Изменение скорости и направления ветра также является хорошим признаком приближения теплого фронта. По мере падения давления скорость ветра постепенно увеличивается, достигая наибольшей величины перед прохождением фронта. Направление ветра медленно отклоняется влево, а в момент прохождения линии фронта резко поворачивает вправо (в северном полушарии).
Холодный фронт. Структура холодных фронтов различается в зависимости от того, быстро или медленно они движутся. По этой причине различают:
холодные фронты 1-го рода – медленно движущиеся фронты, у которых облачность и осадки располагаются в основном за линией фронта (острый угол с изобарами);
холодные фронты 2-го рода – быстро движущиеся фронты, у которых облачность и осадки расположены в основном перед линией фронта (угол с изобарами близок к прямому).
При холодном фронте 1-го рода происходит вытеснение масс теплого воздуха вторгающегося под него клином холодного воздуха. Здесь характер облачности представляет собой зеркальное изображение облачности теплого фронта (рис.4.18,а.). Непосредственно перед линией фронта возникают кучево-дождевые облака Cb, из которых выпадают ливневые осадки, сопровождаемые грозами. Ширина зоны ливневой облачности - несколько десятков километров. Облачная системаNs-Asс обложными осадками располагается за линией фронта. Ширина зоны облачности, ее мощность и, соответственно, ширина зоны осадков примерно вдвое меньше, чем у теплого фронта. Под основной системой облачности образуются облакаStfr.
Таким образом, в отличие от теплого фронта система облачности холодного воздуха 1-го рода не позволяет заранее обнаружить его приближение.
Холодный фронт 2-го рода отличается тем, что быстрое перемещение вала холодного воздуха вызывает перед линией фронта бурный подъем оттесняемого теплого воздуха, а нисходящие движения воздушных потоков препятствуют распространению облачной системы непосредственно за линией фронта.
Возникающая облачная система представляет собой в основном вал мощных облаков Сb(рис. 4.18,б.). При их растекании в небольшом количестве могут образоваться Ci, Cc, Ac и Sc, а под ними, в зоне выпадающих ливневых осадков, обычно наблюдаются St fr или Сu fr.
Рис. 4.18. Схема строения облачности
а - холодного фронта 1-го рода; б – холодного фронта 2-го рода
Позади линии фронта в холодной массе воздуха наблюдаются нисходящие движения воздуха, особенно значительные в передней части клина холодного воздуха. Поэтому внутримассовые облака здесь не возникают. Вскоре после прохождения линии фронта наступает быстрое прояснение, вплоть до полного; лишь через несколько часов, когда нисходящие движения затухнут и фронтальная поверхность достаточно приподнимется, могут появиться свойственные холодной неустойчивой массе конвективные облака и ливневые осадки.
Ливневые осадки при прохождении холодного фронта 2-го рода непродолжительны (от нескольких минут до 1 ч), поскольку ширина зоны осадков небольшая, а скорость перемещения фронта значительная.
В вале кучево-дождевых облаков холодного фронта 2-го рода иногда встречаются разрывы или менее развитая облачность нижнего и среднего ярусов. На отдельных участках фронта развивается грозовая деятельность, которая, затухнув на одних участках, может появиться на соседних.
Направление ветра при прохождении холодных фронтов обоих родов изменяется так же, как и в случае теплого фронта, но поворот вправо (в северном полушарии) в момент прохождения линии холодного фронта – более значительный и резкий. Одновременно резко усиливается скорость ветра.
При приближении холодного фронта наблюдается непродолжительное, обычно слабое, но постепенно ускоряющееся падение давления. Тотчас по прохождении линии фронта начинается рост давления, обусловленный заменой теплого воздуха холодным.
Температура воздуха после прохождения линии фронта понижается. Скачок температуры зависит от характера сменяющихся масс.
Холодным фронтом обоих родов свойственны предфронтовые шквалы. Для воздуха за холодным фронтом характерно нисходящее движение, которое становится особенно интенсивным в передней части холодного клина, где благодаря трению создается крутой наклон фронтальной поверхности. Холодный воздух, обрушиваясь вниз, как бы перекатывается вперед, подобно гусеницам танка, причем скорость его продвижения нормально к линии фронта во всех случаях оказывается больше, чем соответствующая составляющая скорость теплого воздуха в нижних слоях. Обрушивание холодного воздуха приводит к вытеснению вверх теплого воздуха и к возникновению вдоль фронта вихря с горизонтальной осью; с этим вихрем и связаны явления фронтальных шквалов.
Особенно интенсивное нисходящее движение имеет место в голове холодного воздуха. Опускающийся с высоты нескольких километров, этот воздух адиабатически нагревается, и благодаря этому скачок температуры вдоль фронта сглаживается. В некоторых случаях внутри холодного клина возникает вторичный холодный фронт, отделяющий нагревшийся воздух "головы" от воздуха, лежащего дальше от линии фронта и не захваченного в такой степени нисходящим движением.
Этот второй холодный фронт идет на расстоянии нескольких километров за размывшимся основным фронтом. При его прохождении наблюдается скачок температуры, ветры и шквалы, но облачной системы он не имеет. Это явление называют раздвоением холодного фронта.
В барических ложбинах в тылу циклона иногда формируются вторичные холодные фронты. Они имеют систему облаков, сходную с системой облаков холодного фронта 2-го рода, однако вертикальная протяженность облаков меньше протяженности облаков основных холодных фронтов.
Фронты окклюзии соединяют в себе черты теплого и холодного фронтов, но часто выражены менее резко.
В системе фронтов окклюзии взаимодействуют три воздушные массы, из которых наиболее теплая уже не соприкасается с земной поверхностью. Поэтому, помимо приземной линии, имеется линия верхнего фронта. При образовании этого фронта могут быть три случая: нейтральная, теплая и холодная окклюзии.
Нейтральная имеет место, когда массы холодного воздуха, движущиеся за холодным фронтом, имеют одинаковую температуру с холодным воздухом, перемещающимся впереди теплого фронта (рис. 4.19, а, б, в.). В момент смыкания холодных масс фронт отрывается от земной поверхности и возникает верхний фронт. Характер облачности при этом будет определяться системами облачности как теплого, так и холодного фронтов. В последующем будет происходить размывание облачности и дальнейшее вытеснение теплого воздуха вверх.
Рис. 4.19 Схемы:
а, б, в – образование фронтов окклюзии; г – строения облачности теплого
фронта окклюзии; д – то же, холодного фронта окклюзии
Выбор пути в условиях циклона умеренных широт
В средних и полярных широтах часто возникают глубокие циклона, которые сильно развиты, обладают большой активностью, весьма осложняют мореплавание и представляют серьезную опасность для большинства судов. Обычно они бывают осенью, зимой и в первой половине весны. Давление в центре этих циклонов часто падает до 950-960 мбар. Барометрическая тенденция, т.е. изменение давления за последние 3 ч в передней части циклона составляет 8-10, а нередко – 15-19 мбар.
Прохождение глубоких циклонов сопровождается штормами ураганной силы – скорость ветра часто достигает 40 м/сек и более, а осадки и туманы резко понижают видимость, поэтому их прогнозирование имеет большое значение для безопасности мореплавания. Условия погоды в различных частях циклона неодинаковы. Это объясняется в основном тем, что в циклоне фронты почти всегда имеют одно и то же расположение: теплый – в правой (передней) половине циклона, а холодный – в тыловой.
Смена и характер погоды в циклоне зависят от того, какая часть его проходит через район плавания судна. Например, если глубокий циклон движется с запада на восток (как обычно наблюдается) и судно совершает плавание в южной его части с востока на запад, то погода будет изменяться следующим образом (рис. 4.20.).
Перед теплым фронтом падает давление, появляются перистые облака плохой погоды, а затем – перисто-слоистые. Последние постепенно сменяются более плотными – высокослоистыми, а несколько позднее – слоисто-дождевыми облаками, из которых выпадают продолжительные обложные осадки. Далее судно пересечет линию теплого фронта. При этом юго-восточный ветер перейдет в юго-западный. Наступит заметное потепление. Судно окажется в теплом секторе циклоне, где осадки прекратятся и появится туман, часто с моросью, давление без существенных изменений, ветер сильный, волнение – самое сильное в циклоне, так как зачастую в теплом секторе, который является подветренным, изобары сгущены и спрямлены, т.е. ветер сильный при большом разгоне (на большом расстоянии ветер примерно одного направления).
С приближением холодного фронта туман постепенно рассеивается и может наступить временное прояснение, после чего давление снова резко упадет. Перед прохождением холодного фронта появятся высококучевые облака, а затем – мощные кучевые и кучево-дождевые, из которых могут выпадать интенсивные ливневые осадки с грозами, сопровождаемые сильными шквалистыми ветрами.
После пересечения судном линии холодного фронта наступает похолодание. При этом ветер юго-западный быстро сменится на западный, а затем - на северо-западный; давление возрастет, видимость становится хорошей. Если ливневые осадки при прохождении фронта перейдут в обложные, то с началом увеличения давления они вскоре прекратятся и наступит прояснение и общее улучшение погоды.
Если судно находится в северной части циклона, где нет фронтов, но проходит через центральную его область, то смена погоды вначале будет происходить так же, как и в первом случае. При этом по мере приближения центральной области циклона ветер постепенно поворачивает влево и усиливается. В центральной области штормовые ветры ураганной силы, очень сильное и беспорядочное волнение, осадки, значительно ухудшающие видимость, делают плавание судов особенно тяжелым и опасным.
Таким образом, если судно обойдет южную и центральную штормовые части хорошо развитого глубокого циклона с севера, то оно будет совершать плавание в сравнительно спокойной и безопасной обстановке и потому скорее сможет достигнуть намеченного пункта, несмотря на то, что ему придется пройти большой путь.
Выбрать наиболее благоприятный, безопасный и экономически выгодный путь для плавания данного судна в зависимости от условий погоды можно на основании получаемых по радио прогнозов погоды, синоптических консультаций и уточнения их при плавании по местным признакам и с помощью судовых радиотехнических средств.
При выборе наиболее благоприятного курса через область сильного волнения и большой зыби обязательно нужно принимать во внимание глубину моря и избегать мест, на которых глубина резко уменьшается, т.к. крутизна волн резко увеличивается.
Школьный этап всероссийской олимпиады школьников по географии 7 класс
1. Каков численный масштаб плана, на котором расстояние от автобусной остановки до стадиона, составляющее 750 м, изображено отрезком длиной 3 см.
1) 1: 25 2) 1: 250 3) 1: 2500 4) 1: 25 000 5) 1: 250 000 (1 балл)
2 . Определите правильно среднесуточную температуру воздуха по следующим данным:
в 6 ч. – 10º С; в 12 ч. – 15º С; в 18 ч. – 13º С; в 20 ч. – 11º С:
1) 11º С 2) 5º С 3) 12,25º С 4) 9, 25º С 5) 16,25º С
(1 балл)
3 Наука, изучающая географические названия:
1) геодезия; 2) картография; 3) топонимика; 4) топография (1балл)
4. Выберите дату, когда оба полушария Земли освещены одинаково:
5 . Хвойные породы деревьев, медведи, белки, рябчики типичны для природной зоны:
1) широколиственных лесов; 2) степи;
3) тайги; 4) полупустынь и пустынь. (1 балл)
6. Длина экватора Земли составляет:
10 000 км; 2) 20 000 км; 3) 30 000 км; 4) 40 000 км. (1 балл)
7. Самая многоводная река в мире – это:
1) Енисей; 2) Амазонка; 3) Конго; 4) Нил. (1 балл)
8. Как называется международный север?
1) Вест; 2) Ост; 3) Зюйд; 4) Норд (1 балл)
9. Какой газ преобладает в земной атмосфере? (1 балл)
1) Кислород; 2) Азот; 3) Водород; 4) Углекислый газ
10) . Как называется континент, появившийся на Земле около 300 млн лет назад?
1) Лавразия 2) Пангея 3) Гондвана (1 балл)
11. Кто, когда и при каких обстоятельствах дал величайшему из океанов Земного шара общепринятое теперь название «Тихий океан»? (3 балла)
12. В южном полушарии расположен второй по величине остров Земного шара. Честь доставить миру первые точные сведения о природе этого острова, жизни и быте его населения выпала на долю русского путешественника, показавшего образцы высокой человечности по отношению к первобытным народам.Какой это остров, и какому русскому путешественнику принадлежит заслуга его исследования? (3 балла)
13. Именем какого русского путешественника назван остров, на котором он похоронен? За каким архипелагом, в который этот остров входит, закреплено название военно- морского чина этого путешественника? Его имя дано одному из морей Тихого океана. Какому?
(3 балла)
14. Назовите самое глубокое озеро. (3 балла)
15. Назовите самую многоводную реку. (3 балла)
16. Назовите величайшую пустыню Земного шара. (3 балла)
17.Какое государство находится в центре Рима? (3 балла)
18. Как называется самое мощное течение Мирового океана? (3 балла)
19.Какая сила движет плиты литосферы? (3 балла)
20. По каким горам проходит условная граница между Европой и Азией? (3 балла)
21. Почему Мировой океан един? (3 балла)
22. Какое учение стало главным в географии и почему? (3 балла)
23. Почему границы климатических поясов проходят не по параллелям, а отклоняются то к северу, то к югу? (3 балла)
24. Почему в умеренных широтах чаще всего образуются вихри? (3 балла)
25. Почему в разных районах земли плотность населения неодинакова? (3 балла)
октябрь 1520 года, Ф. Магеллан, океан был удивительно тихим и спокойным.
остров Новая Гвинея, Н.Н. Миклухо – Маклай
остров Беринга, Командорские острова, Витус Беринг
15. Амазонка
17. Ватикан
18. Течение Западных ветров.
19. Потоки вещества мантии.
20. По Уральским горам.
21. Все океаны, из которых состоит Мировой океан, соединены проливами.
22. О природных комплексах и о географической оболочке.
23. На них влияет рельеф, циркуляция атмосферы, океанические течения.
24. В умеренных широтах сталкиваются тёплые и холодные течения; в атмосфере, соответственно, сталкиваются тёплые и холодные воздушные массы, образуются области низкого и высокого атмосферного давления, что приводит образованию вихрей.
25. Плотность населения зависит от природных условий и ресурсов, времени освоения территории и занятия населения.
Воздушные массы - это крупные массы воздуха тропосферы и нижней стратосферы, которые формируются над определенной территорией суши или океана и обладают относительно однородными свойствами - температурой, влажностью, прозрачностью. Они движутся как одно целое и в одном направлении в системе общей циркуляции атмосферы.
Воздушные массы занимают площадь в тысячи квадратных километров, их мощность (толщина) достигает до 20-25 км. Перемещаясь над поверхностью с иными свойствами, они нагреваются или охлаждаются, увлажняются или становятся суше. Теплой или холодной называют воздушную массу, которая теплее (холоднее) окружающей ее среды. Различают четыре зональных типа воздушных масс в зависимости от районов формирования: экваториальные, тропические, умеренные, арктические (антарктические) воздушные массы (рис. 13). Они отличаются, прежде всего, температурой и влажностью. Все типы воздушных масс, кроме экваториальных, делятся на морские и континентальные в зависимости от характера поверхности, над которой они сформировались.
Экваториальная воздушная масса формируется в экваториальных широтах, поясе пониженного давления. Обладает достаточно высокими температурами и влажностью, близкой к максимальной, и над сушей, и над морем. Континентальная тропическая воздушная масса формируется в центральной части материков в тропических широтах. Она обладает высокой температурой, низкой влажностью, сильной запыленностью. Морская тропическая воздушная масса образуется над океанами в тропических широтах, где преобладают довольно высокие температуры воздуха и отмечается высокая влажность.
Континентальная умеренная воздушная масса формируется над материками в умеренных широтах, господствует в Северном полушарии. Ее свойства изменяются по сезонам. Летом довольно высокая температура и влажность, характерны осадки. Зимой низкие и крайне низкие температуры и невысокая влажность. Морская умеренная воздушная масса формируется над океанами с теплыми течениями в умеренных широтах. Летом она прохладнее, зимой - теплее, отличается значительной влажностью.
Континентальная арктическая (антарктическая) воздушная масса формируется над льдами Арктики и Антарктиды, обладает крайне низкими температурами и небольшой влажностью, высокой прозрачностью. Морская арктическая (антарктическая) воздушная масса образуется над периодически замерзающими морями и океанами, ее температура несколько выше, влажность больше.
Воздушные массы находятся в постоянном движении, при их встрече образуются переходные зоны, или фронты. Атмосферный фронт - пограничная зона между двумя воздушными массами, обладающими разными свойствами. Ширина атмосферного фронта достигает десятков километров. Атмосферные фронты могут быть теплыми и холодными в зависимости от того, какой воздух надвигается на территорию и какой вытесняется (рис. 14). Чаще всего атмосферные фронты возникают в умеренных широтах, где встречаются холодный воздух из полярных широт и теплый из тропических широт.
Прохождение фронта сопровождается изменениями в погоде. Теплый фронт перемещается в сторону холодного воздуха. С ним связаны потепление, слоисто-дождевые облака, приносящие моросящие осадки. Холодный фронт перемещается в сторону теплого воздуха. Он приносит обильные кратковременные ливневые осадки, часто со шквалистыми ветрами и грозами, и похолодание.
Циклоны и антициклоны
В атмосфере при встрече двух воздушных масс возникают крупные атмосферные вихри - циклоны и антициклоны. Они представляют плоские вихри воздуха, охватывающие тысячи квадратных километров при высоте всего 15-20 км.
Циклон - атмосферный вихрь огромного (от сотен до нескольких тысяч километров) диаметра с пониженным давлением воздуха в центре, с системой ветров от периферии к центру против часовой стрелки в Северном полушарии. В центре циклона наблюдаются восходящие потоки воздуха (рис. 15). В результате восходящих потоков воздуха в центре циклонов формируются мощные облака и выпадают атмосферные осадки.
Летом во время прохождения циклонов температура воздуха снижается, а зимой повышается, начинается оттепель. Приближение циклона вызывает пасмурную погоду и изменение направления ветра.
В тропических широтах от 5 до 25° обоих полушарий возникают тропические циклоны. В отличие от циклонов умеренных широт они занимают меньшую площадь. Тропические циклоны возникают над теплой морской поверхностью в конце лета - начале осени и сопровождаются мощными грозами, выпадением ливневых осадков и ветрами штормовой силы, обладают огромной разрушительной силой.
В Тихом океане тропические циклоны называют тайфунами, в Атлантическом - ураганами, у берегов Австралии - вилли-вилли. Тропические циклоны переносят большое количество энергии от тропических широт в направлении умеренных, что делает их важной составляющей глобальных процессов циркуляции атмосферы. За свою непредсказуемость тропическим циклонам дают женские имена (например, «Катрин», «Джульетта» и др.).
Антициклон - атмосферный вихрь огромного диаметра (от сотен до нескольких тысяч километров) с областью повышенного давления у земной поверхности, с системой ветров от центра к периферии по часовой стрелке в Северном полушарии. В антициклоне наблюдаются нисходящие потоки воздуха.
Как зимой, так и летом для антициклона характерны безоблачное небо и безветрие. Во время прохождения антициклонов погода солнечная, летом жарко, а зимой очень холодно. Антициклоны образуются над ледовыми покровами Антарктиды, над Гренландией, Арктикой, над океанами в тропических широтах.
Свойства воздушных масс определяются районами их формирования. При их перемещении из мест своего формирования в другие они постепенно меняют свои свойства (температуру и влажность). Благодаря циклонам и антициклонам между широтами осуществляется обмен теплом и влагой. Смена циклонов и антициклонов в умеренных широтах приводит к резким изменениям погоды.
Основную площадь внетропических широт занимают умеренные пояса. Именно в них протекают атмосферные процессы, играющие ведущую роль в циркуляции атмосферы, формировании погоды и климата этих и сопредельных широт. Умеренные широты характеризуются западным переносом воздуха во всей толще атмосферы, обусловленным термическими и динамическими причинами. Исключение составляют восточные окраины материков, где развит муссонный перенос воздушных масс.
В нижней тропосфере основу западного переноса составляют западные ветры внешних полярных периферий субтропических океанических барических максимумов. Последние являются как бы «ветроразделами» Земли, от которых ветры оттекают и к экватору (пассаты), и к умеренным широтам. Западные ветры лучше выражены и наиболее устойчивы в южном полушарии. Там, южнее субтропического пояса высокого давления, ярко выраженного зимой, но сохраняющегося в виде почти непрерывной полосы даже летом, находится постоянный пояс пониженного давления вокруг Антарктиды. В северном полушарии существенная неоднородность подстилающей поверхности (материки и океаны), значительные сезонные контрасты всех метеорологических характеристик и быстрая их изменчивость в
меридиональном направлении приводят к большой неустойчивости атмосферных процессов. Поэтому западные ветры здесь в чистом виде присущи океанам и западным половинам материков и выявляются лишь из статистического анализа многолетних данных.
Циклоны и антициклоны. Характерной особенностью умеренных широт является разнообразие воздушных масс: арктических (антарктических), полярных (они господствующие), тропических, как морских, так и континентальных, смещающихся с запада на восток и трансформирующихся при этом. Между различными воздушными массами постоянно возникают и также меняют свое положение атмосферные фронты, на которых образуются неустойчивые волны, дающие начало циклонам и антициклонам умеренных широт – крупномасштабным атмосферным вихрям с разными системами ветров, осложняющими западный перенос воздуха. Их постоянное возникновение, развитие, перемещение в восточном направлении и разрушение – основная особенность атмосферной циркуляции умеренных и сопредельных широт, которую называют циклонической деятельностью.
Рис. 65. Схема развития фронтального циклона (по С. П. Хромову)
Циклоны умеренных широт – огромные плоские восходящие воздушные вихри с системой ветров, дующих в северном полушарии против часовой стрелки, а в южном – по часовой стрелке и сходящихся к их центру. У земной поверхности они характеризуются пониженным давлением.
Циклоны – плоские вихри: их горизонтальные размеры достигают 1000 – 3000 км (в диаметре), тогда как вертикальные – от 2 до 10 км. Давление в циклонах колеблется от 1000 до 950 мб, ветры могут достигать скорости 25 м/с и более.
В своем развитии циклоны проходят несколько стадий – от зарождения до заполнения. Своим образованием циклоны обязаны волновым возмущениям атмосферы на фронтах в условиях вращающейся Земли, вследствие чего заметную роль в этом процессе играет сила Кориолиса. На поверхности раздела разных по температуре воздушных масс теплый воздух начинает внедряться в область холодного воздуха и отклоняться от субширотного направления в высокие широты. Нарушение равновесия вынуждает холодных воздух в тыловой части волны внедряться в низкие широты. Развивается циклоническое движение воздуха, и возникает циклонический изгиб фронта – огромная волна, которая начинает двигаться с запада на восток (рис. 65).
Различные значения барической ступени в холодном и теплом воздухе обусловливают уже на начальной стадии развития циклона низкое давление в его теплой части, из-за чего теплый воздух начинает подниматься и скользить по фронтальной поверхности в передней части волны. Такова первая стадия развития циклона – стадия волны.
Если длина вновь возникшей волны 1000 км и больше, то она оказывается неустойчивой в пространстве и продолжает свое развитие; при этом циклон смещается на восток со скоростью до 100 км в сутки. Давление продолжает понижаться, ветры – усиливаться, а амплитуда волны – увеличиваться, причем понижение давления распространяется вверх до высоты 5–6 км. Наступает вторая стадия – молодого циклона, при которой он обычно оконтуривается на приземных картах давления несколькими изобарами.
При продвижении теплого воздуха в высокие широты формируется теплый фронт, при перемещении холодного воздуха в сторону тропиков – холодный фронт. Оба эти фронта сопрягаются в центре циклона и являются частями единого целого, подчеркивая волновое возмущение атмосферы. На космических снимках фронты в циклонах выражены в виде сплошной широкой полосы облачности в зоне теплого фронта в передней части циклона и в центре и более узкой полосы в зоне холодного фронта в тыловой части циклона.
В молодом циклоне выделяются различные части: передний край перед теплым фронтом, теплый сектор между двумя фронтами, тыловая часть – за холодным фронтом (рис. 66). На главных полярных фронтах теплый сектор образуется из тропического воздуха, а остальная часть циклона – из полярного воздуха. На арктическом (антарктическом) фронте теплый сектор циклона образуется из полярного воздуха, а остальная часть циклона – из арктического (антарктического) воздуха.
Холодный фронт всегда движется быстрее теплого, поэтому теплый сектор циклона постепенно сокращается. Когда холодный фронт догоняет теплый и смыкается с ним, образуется фронт окклюзии. При этом теплый воздух вытесняется вверх и закручивается в виде спирали против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой – в южном. Циклон достигает третьей стадии своего развития – окклюдирования. При этом давление в циклоне падает до 980 – 960 гПа, замкнутая циркуляция распространяется до высот более 5 км, диаметр достигает 1,5 – 2 тыс. км.
Затем наступает четвертая (заключительная) стадия развития циклона – его заполнение. Фронт окклюзии постепенно размывается, теплый воздух окончательно оттесняется вверх и при этом адиабатически охлаждается. Облачные системы заполняющихся циклонов приобретают вид закрученных спиралей. Температурные контрасты в циклоне исчезают, он становится холодным по всей своей площади и объему, замедляет движение и окончательно заполняется. Вся жизнь циклона от зарождения до заполнения длится 5–7 дней.
Рис. 66. Циклон умеренных широт в плане и его профили. Названия облаков указаны в таблице 2
С циклонами связаны пасмурная погода, прохладная летом и теплая зимой, и осадки.
С развитием циклонической деятельности связано также возникновение и развитие фронтальных антициклонов. Антициклоны – это нисходящие атмосферные вихри, соизмеримые по размерам с циклонами, с приземной областью высокого давления, с антициклонической системой ветров от центра к периферии по часовой стрелке в северном полушарии и против часовой – в южном. Возникновение и развитие антициклонов тесно связано с развитием циклонов – это единый процесс эволюции фронтальной зоны. Иными словами, циклоны и антициклоны – парагенетические (т. е. тесно связанные между собой) образования.
Антициклоны образуются в тылу холодного фронта молодого циклона в холодном воздухе и тоже проходят ряд стадий. Сначала возникает молодой низкий холодный антициклон, очень подвижный, смещающийся вслед за циклоном. Потом наступает стадия максимального развития: при этом антициклон становится высоким и малоподвижным. В нем образуется слой инверсии, выше которого воздух довольно теплый за счет адиабатического нагревания при опускании, а внизу холоднее из-за эффективного излучения, особенно зимой над сушей. В этой стадии антициклон называют блокирующим, поскольку он препятствует западному переносу воздушных масс вплоть до больших высот. Наконец, наступает заключительная стадия разрушения, когда опускание воздуха прекращается. Хотя антициклоны образуются во фронтальных зонах, фронт через них не проходит, а окаймляет их с трех сторон. С антициклонами связаны безоблачная сухая погода, жаркая летом, морозная зимой.
Рис. 67. Серия циклонов на климатическом фронте, находящихся на разных стадиях развития. 1–4 – стадии развития циклонов
Циклоны и антициклоны возникают над зонами контрастов температур и давлений. Поэтому на земном шаре внетропическая циклоническая деятельность осуществляется преимущественно на главных арктическом (антарктическом) и полярных фронтах, а наиболее активными местами циклогенеза являются зоны встреч воздуха над холодными и теплыми океаническими течениями. В северном полушарии это зоны конвергенции течений Лабрадорского и Гольфстрима, Курильского и Куросио. В южном полушарии основным местом циклогенеза являются «ревущие» (40 – 50°) широты, где встречаются теплые и холодные воздушные массы, особенно там, где в течение Западных ветров вливаются теплые течения вдоль западных окраин океанов.
Вместе с тем зимой, когда контрасты температур и других свойств различных воздушных масс максимальны, циклоническая деятельность проявляется и в других местах. В частности, активный циклогенез происходит в это время над Северным, Средиземным и Черным морями, на внутримассовом полярном фронте между теплым морским и холодным континентальным полярным воздухом.
Циклоны и антициклоны возникают на климатических фронтах один за другим, т. е. последовательно во времени. Наиболее типичной является картина, когда на арктическом или полярном фронте последовательно расположены серии разновозрастных циклонических вихрей, находящихся на разных стадиях своего развития – от самых молодых на западных краях фронтов до заполняющихся на восточных (рис. 67). Так же последовательно возникают антициклоны.
И циклоны, и антициклоны (точнее, их центры) перемещаются в умеренных широтах в направлении общего переноса воздуха с запада на восток, т. е. под перемещением циклонов и антициклонов подразумевается движение их как единой системы (при этом ветры в разных частях этих вихрей могут иметь различное направление). Однако при движении на восток циклоны уклоняются к высоким широтам, а антициклоны – в сторону тропиков.
Поступательное движение циклонов в северном полушарии на северо-восток (см. рис. 67) обусловлено отчасти тем, что ветры в них, дующие против часовой стрелки, на южных перифериях усиливаются западным переносом и как бы оттесняют циклоны к северу (рис. 68, а). В южном полушарии циклоны смещаются к юго-востоку. Существует также мнение, что отклонению циклонов к высоким широтам способствует вторжение теплого воздуха в теплые сектора соответственно с юга в северном полушарии и с севера в южном.
Развиваясь и перемещаясь, циклоны в конце концов достигают заключительных стадий, нагоняют друг друга и становятся малоподвижными. Циклоны при этом образуют одну общую глубокую обширную область низкого давления в субарктических широтах, которую называют центральным циклоном. В северном полушарии они образуются на севере Атлантического и Тихого океанов, где на климатических картах отмечаются такие центры действия атмосферы, как Исландский и Алеутский минимумы. Активная циклоническая деятельность зимой в умеренных широтах и на арктическом фронте в районе Баренцева и Карского морей формирует там глубокую барическую ложбину, протягивающуюся от Исландского минимума. Вторая аналогичная ложбина простирается от него до моря Баффина. Оси ложбин совпадают с теплыми течениями.
Циклоны, возникающие на внутримассовом полярном фронте между атлантическим морским и континентальным полярным воздухом, смещаются через Центральную Европу на Восточно-Европейскую равнину и далее – на север Западной Сибири. Путь зимних циклонов Средиземноморской ветви полярного фронта лежит через Балканский полуостров, Украину, центральные районы европейской России и далее на северо-восток. С этими циклонами зимой связаны оттепели и выпадение большого количества осадков. На степень проявления циклогенеза отчасти влияют и орографические особенности материков: так, в Северной Америке некоторой преградой на пути северотихоокеанских циклонов к востоку служат Кордильеры.
В южном полушарии циклоны образуют пояс низкого давления вокруг Антарктиды с цепочкой обособленных внутри него барических минимумов.
Таким образом, барические минимумы субполярных широт, особенно хорошо выраженные зимой над океанами и совпадающие с районами положительных температурных аномалий, формируются и поддерживаются приходящими сюда циклонами.
Отклонение антициклонов из умеренных широт к тропикам можно объяснить тем, что ветры в них, дующие по часовой стрелке в северном полушарии и против часовой стрелки в южном, усиливаются западным переносом на их полярных окраинах, что придает движению антициклонов меридиальную составляющую (см. рис. 68, б). В северном полушарии антициклоны смещаются к юго-востоку, в южном – к северо-востоку. Замыкающие антициклоны, вторгаясь из умеренных широт в субтропические, постоянно регенерируют и поддерживают там области повышенного давления – океанические субтропические барические максимумы: Северо-Атлантический, Северо-Тихоокеанский, Южно-Атлантический, Южно-Тихоокеанский и Южно-Индийский. Таким образом, все центры действия атмосферы – постоянные и сезонные барические минимумы и максимумы имеют комплексное – и термическое, и динамическое происхождение.
Благодаря меридиональной составляющей фронтальные циклоны и антициклоны участвуют в междуширотном обмене воздуха от субтропиков до субполярных широт. В этом обмене немаловажную роль играют и ветры внутри циклонов и антициклонов. По тыловой западной периферии антициклонов и передней восточной периферии циклонов они переносят теплые массы воздуха от низких широт в сторону полюсов. По тыловой западной периферии циклонов и передней восточной периферии антициклонов холодные массы воздуха вторгаются вплоть до тропиков.
Так сами циклоны и антициклоны, наряду с ветрами по их периферии, осуществляют обмен воздушными массами в меридиональном направлении. Но зональная составляющая все же преобладает, что выражается в перемещении циклонов и антициклонов в умеренных и сопредельных широтах с запада на восток.
Иная – муссонная – циркуляция возникает во внетропических (прежде всего в умеренных и субтропических) широтах на восточных побережьях материков. Здесь четко выражено резкое изменение преобладающего направления ветров зимой и летом на противоположное, что связано с различным сезонным нагреванием суши и океана и перестройкой вслед за температурой давления и изменения положения центров действия атмосферы в этих широтах. Подобные ветры называются муссонами внетропических широт (см. рис. 64). Рассмотрим их на примере северного полушария. Летом циркуляция здесь определяется субтропическими океаническими максимумами, смещающимися к северу, и барическими минимумами над континентами. По западным перифериям Северо-Атлантического и Северо-Тихоокеанского максимумов относительно теплые морские тропические и полярные воздушные массы перемещаются с юга и юго-востока на нагретые континенты – Азию и Северную Америку. Это перемещение осуществляется в виде серий циклонов, зарождающихся на контакте морского и континентального воздуха и следующих по направлению воздушных потоков к северу и северо-западу. С циклонами на континенты приходят массы морского тропического или полярного (в зависимости от широты места) воздуха, насыщенного влагой, которая изливается в виде обильных муссонных дождей, особенно на восточных склонах гор и их предгорьях.
Зимой в этих районах циркуляция воздушных масс определяется сезонными континентальными Канадским и Азиатским максимумами и ярко выраженными Исландским и Алеутским минимумами над океанами. Устойчивые северо-западные ветры приносят с материков на их восточные побережья сухой и холодный континентальный полярный воздух, снижая температуру зимой нередко до отрицательных
значений даже на Великой Китайской равнине. Китайские метеорологи установили, что между зонами экваториально-тропических муссонов (с повторяемостью более 60%) и вне-тропических муссонов (с повторяемостью менее 40%) существует узкая полоса без муссонов. Это свидетельствует о различной природе этих муссонных полей.
В Северной Америке на восточных побережьях внетропических широт муссонная циркуляция ослаблена и муссонность климата почти не выражена.
Своеобразна атмосферная циркуляция в высоких широтах. Здесь проявляется ее термическая составляющая, которая выражается в преобладании ветров восточных направлений. Особенно хорошо выражены юго-восточные ветры по окраинам Антарктиды; там они усиливаются стоковым эффектом (стеканием холодного воздуха вниз с высокого ледникового щита) и устойчиво дуют со скоростью до 20 м/с. В северном полушарии устойчивые северо-восточные ветры отмечаются лишь по южной окраине Гренландии, где они дуют из Гренландского максимума в Исландский минимум. В высоких широтах Азии и Северной Америки в циркуляции атмосферы отмечена муссонная тенденция (повторяемость ветров – менее 40%). Зимой там дуют холодные и сухие южные ветры из Азиатского и Канадского максимумов. Летом направление ветров меняется на обратное – они дуют с холодного Северного Ледовитого океана на прогретую сушу в направлении термических депрессий над Сибирью и Северной Канадой. Однако эти ветры не дают муссонного климатического эффекта, в частности обилия и сезонности в количестве осадков.
Внетропические муссоны занимают важное место в системе обшей циркуляции атмосферы и в районах их устойчивого развития оказывают большое влияние на климат.
Внетропические муссоны распространены в районах восточных побережий материков в умеренных широтах. При летнем муссоне ветры дуют с океана на материк, зимой - с материка на океан, что обусловлено различием нагревания и охлаждения материков и океанов в течение года и связанным с этим распределением давления воздуха. Над сушей летом устанавливается область пониженного давления, зимой -"повышенного; над океанами же, наоборот: летом преобладает высокое давление, зимой - низкое, что и определяет направление ветров летнего и зимнего муссонов. Хорошо выражены внетропические муссоны на Дальнем Востоке России, в Китае, Японии. В этих районах зимний северо-западный муссон образуется под влиянием азиатского антициклона, способствующего выносу холодного сухого воздуха из Сибири на восточное побережье Азиатского континента. Поэтому во Владивостоке, расположенном на широте Сочи, зимой холоднее, чем в Архангельске. Летний же юго-восточной муссон приносит сюда с океана и Японского моря влажный прохладный воздух с большим количеством осадков и частыми туманами.
Важным фактором межширотного обмена энергией являются тропические циклоны, которые отличаются от вне- тропических меньшими размерами (в поперечнике обычно 400-600 км, редко до 1000 км), большими перепадами давления воздуха между периферией и центром и, следовательно, большими горизонтальными градиентами давления, большими скоростями ветра (25-30 м/с, отмечались скорости 50-100 м/с), обильными ливневыми осадками с сильными грозами. По существу, весь тропический циклон представляет собой сплошное грозовое облако. Только в самом центре его находится область диаметром в несколько десятков километров, в которой ясная безветренная погода «глаз бури».
Зарождаются циклоны в тропической зоне над океанами в широтах от 0 до 20° обоих полушарий. Условиями образования их являются высокая температура на поверхности океана (не ниже 27 °С) и большая влажность воздуха, что обеспечивает большую энергию неустойчивости воздуха, необходимую д ля развития циклона.
Тропические циклоны, возникающие на востоке Азии, называют тайфунами, в Индийском океане - орканами, в Атлантическом океане - ураганами.
На рис. 2.9 показаны пути перемещения тропических циклонов. Зарождаясь в тропиках, циклоны перемещаются в северо-западном направлении к высоким широтам со скоростью 10-15 км/ч. Переходя в умеренные широты, они меняют направление движения на северо-восточное, при этом скорость их возрастает. При выходе на сушу тропические циклоны быстро затухают, но при этом успевают принести огромные разрушения, связанные с сильным ветром и наводнениями. При движении в более высокие широты над водой циклон приобретает свойства внетропического циклона и также затухает. Иногда тихоокеанские тайфуны доходят до Камчатки.
На земном шаре в среднем за год возникает от 80 до 120 тропических циклонов.
Важной составляющей общей циркуляции атмосферы являются струйные течения, представляющие собой сравнительно узкие потоки воздуха, с почти горизонтальной осью, характеризующиеся большими горизонтальными и вертикальными сдвигами ветра (градиентами скорости, т.е. изменениями скорости на единицу расстояния).
Протяженность струйных течений - тысячи километров (иногда опоясывают земной шар), ширина - несколько сотен, а толщина-несколько километров.
Нижний предел скорости для струйного течения принят 30 м/с, максимальные скорости по оси могут достигать 50 и 100 м/с, наблюдались скорости и 200 м/с (720 км/ч).
Струйные течения бывают тропосферные и стратосферные. Тропосферные, в свою очередь, подразделяются на струйные течения умеренных широт, субтропические и экваториальные.
Струйные течения умеренных широт образуются в области высотных фронтальных зон, являющихся переходным слоем между теплым и холодным воздухом с большими градиентами температуры и давления, а также причиной больших скоростей геострофического ветра. Они располагаются на высоте 8-10 км зимой и 9-12 км летом. В зоне тропосферных струйных течений тропопауза скачком повышается от высоких широт к низким.
Тропосферные струйные течения, являясь составной частью западного переноса, имеют направление с запада на восток.
Стратосферные струйные течения наблюдаются на высотах 25-30 км со скоростями ветра до 200 км/ч. От сезона к сезону (лето-зима) меняют направление на обратное. Имеются стратосферные струйные течения на высотах до 60 км.
Струйные течения переносят по земному шару различные примеси: продукты распада радиоактивных веществ, частицы пыли, вулканического пепла. Особое значение они имеют для авиации.
Все рассмотренные виды циркуляции атмосферы, входящие в состав общей циркуляции (пассаты, тропические и внетропические муссоны, ветры западного и восточного переноса, тропические циклоны, внетропические циклоны и антициклоны, струйные течения), обеспечивают обмен воздушными массами между океанами и материками, между высокими и низкими широтами, перенос влаги с океанов на континенты.
Внутризональный обмен происходит в основном за счет потоков воздуха на высотах вдоль параллелей (квазигеост- рофический ветер), межширотный обмен - за счет меридиа- нальной составляющей в приземном слое, а в умеренных широтах - в основном за счет циклонов и антициклонов.
Циклоническая деятельность является также причиной междусуточной изменчивости погоды.
Местные ветры. Местный ветер - это ветер в определенном ограниченном районе, обладающий характерными особенностями, связанными с географией этого района. Он может быть: проявлением местной циркуляции, независимой от общей циркуляции атмосферы (бризы, горнодолинные ветры); результатом воздействия местной топографии на течения общей циркуляции атмосферы (фен, бора и др.); проявлением конвекции, иногда вихревого характера (пыльная буря); течением обшей циркуляции с такими особыми для данного района свойствами, как сухость, за- пыление, низкая температура и др. (афганец, хамсин).
 |
|||
Бризы. Бризами называются ветры, возникающие возле береговой линии моря и других крупных водоемов и имеющие отчетливо выраженную суточную смену направления. Днем ветер дует с моря на сушу - это морской бриз, а ночью с суши на море - береговой бриз (рис. 2.10). Причиной бриза является разность температуры воздуха над морем и над сушей, вследствие которой и возникает замкнутая термическая циркуляция. Морские бризы обычно сильнее, чем береговые. Это объясняется тем, что разность температур моря и суши днем больше, чем ночью. Именно поэтому морские бризы проникают в глубь суши на десятки километров и имеют скорости 4-6 м/с, а береговые бризы при скорости 3-4 м/с проникают в глубь акватории моря на 8-10 км.
Бризовая циркуляция сильнее выражена в тропических районах, особенно на побережьях морей, граничащих с пустынями.
Склоновые ветры, как и горно-долинные, наблюдаются во многих горных местностях, дуют вдоль склонов днем вверх, а ночью вниз (рис. 2.11). Как и бризы, они имеют суточную периодичность. Днем воздух, прилегающий к склону горы или долины, нагревается сильнее, чем воздух на той же высоте, но удаленный от склона. Теплый воздух поднимается по склону и всасывает воздух из долины, а на смену ему опускается воздух из свободной атмосферы. Образуется циркуляция. Ночью при охлаждении склонов происходит обратная циркуляция.
Горно-долинные ветры возникают в больших глубоких долинах, выходящих на равнины. Днем ветер дует вверх по долине, а ночью с гор - вниз к равнине. На некоторой высоте ветер меняет направление на обратное. Вертикальная протяженность горно-долинных ветров составляет от десятков до нескольких сотен метров.
Ледниковые ветры дуют вдоль направления ледников. Эти ветры возникают при охлаждении воздуха, прилегающего к поверхности ледника и в течение суток остаются более холодными, чем воздух над ссужающими склонами. Наибольшей силы эти ветры достигают днем, когда велик контраст между температурами воздуха над ледником и в свободной атмосфере Высота слоя ледниковых ветров от десятков до сотен метров.
Наиболее четко рассмотренные ветры термического происхождения проявляются в антициклонах, когда на них не накладывается влияние крупномасштабных возмущений атмосферы.
Местные ветры могут возникать и вследствие механических возмущений воздушных течений рельефом местности. К таким ветрам относятся фен и бора.
Фен - сухой и горячий ветер, дующий со стороны высоких гор в долину или на море. Этот ветер возникает, если на пути воздушного потока встречается поперек расположенный горный хребет. Пусть на пути воздушного потока имеется горный хребет высотой 3 км и температура воздуха у его подножья на наветренной стороне составляет 20 °С (рис. 2.12). Предположим, что уровень конденсации находится на высоте 1,3 км. Приземный поток, встретив препятствие, начнет подниматься по склону хребта и адиабатически охлаждаться, пока не достигнет уровня конденсации, охлаждение его будет происходить по сухоадиабатическому закону с вертикальным температурным градиентом 1 °С на 100 м подъема. При дальнейшем подъеме выше уровня конденсации водяной пар начнет конденсироваться, образуя облака с выпадением осадков. Падение температуры воздуха от уровня конденсации и до максимальной высоты подъема (до 3 км) будет происходит по влажно-адиабатическому закону с градиентом температуры 0,5 °С на 100 м высоты.
Под влиянием динамического напора часть воздуха, достигнув вершины хребта, начнет затем опускаться к подветренному подножию хребта и нагреваться. Нагревание будет происходить по сухоадиабатическому закону с градиентом температуры 1 °С на 100 м высоты, в результате чего температура воздуха повысится у подножия хребта до 28,5 °С.
Повышение температуры сопровождается уменьшением относительной влажности воздуха. Изменения температуры и влажности воздуха при фене могут быть быстрыми и резкими: за 1-2 ч температура может повыситься на 30-40 °С. Продолжительность фена составляет от нескольких часов до 5 суток и более. Скорость ветра при фене колеблется от небольших значений до 15-20 м/с, а иногда достигает 30-40 м/с.
Фены наблюдаются во всех горных системах мира. Зимой фен может привести к снежным обвалам в горах, весной и летом - к бурному таянию снега в горах и разливу горных рек. Летом вследствие высокой сухости и температуры может губительно действовать на растительность.
Суховей - ветер при температуре выше 25 °С (часто до 35-40 °С), относительной влажности воздуха менее 30 %, большом дефиците насыщения, имеющий скорости выше 5 м/с (часто до 20 м/с), наблюдается летом в степной, лесостепной зонах европейской территории России, особенно в Прикаспийской низменности, а также в Казахстане и Средней Азии.
Суховеи образуются в результате трансформации воздушных масс, чаще всего арктического происхождения. Арктический воздух вторгается с севера по восточной пе
риферии антициклона, имея низкие температуру и абсолютную влажность. Перемещаясь над континентом в низкие широты, он сильно прогревается и становится еще более сухим. Продолжая свой путь по южной и юго-западной периферии антициклона, арктический воздух поступает в указанные выше районы уже горячим и сухим. На образование суховеев оказывают влияние также нисходящие движения воздуха в центральной части антициклона, способствующие прогреву воздуха и уменьшению его влажности.
На юго-востоке европейской части России суховеи могут наблюдаться с апреля по сентябрь, особенно часто в Прикаспийской низменности. В районе Саратов-Астрахань в этот период бывает 40-80 дней с суховеями, а в среднеазиатских пустынях - до 180 дней.
Суховей - одно из неблагоприятных для сельского хозяйства метеорологических явлений. Высокая температура, низкая влажность и значительная скорость ветра ведут к интенсивному испарению влаги из почвы, транспирации растениями и в результате - к засухе. В таких условиях растения засыхают даже при достаточном запасе влаги в почве, так как их корневая система не успевает подавать в наземную часть достаточное количество воды.
Жаркие ветры, подобные суховеям, наблюдаются в тропических и субтропических районах и имеют местные названия.
Самум - местный ветер в пустынях Аравии и Северной Африки, имеющий характер шквала с сильной песчанной; бурей, нередко с грозой.
Хамсин - сухой и жаркий ветер южных направлений на северо-востоке Африки, особенно частый в весенние меся-: цы, переносит в больших количествах пыль и песок, сильно снижающих видимость.
Сирокко - итальянское название для теплых и влажных ветров, в Аравии и Палестине и Месопотамии ветры этого типа очень сухи и несут тучи песчаной пыли.
Бора - сильный, холодный и порывистый, ветер, дующий с низких горных хребтов в сторону теплого моря. Образуется преимущественно в холодное время года, когда над холодным континентом устанавливается область высокого давления, а над теплым водоемом - область низкого давления. При этом холодный воздух начинает двигаться в сторону моря. Если на его пути встречается горный хребет, то воздух стремится перевалить через него на наименьшей высоте, поэтому он чаще всего движется через перевалы. При этом происходит сужение воздушного потока, что приводит к увеличению его скорости. Ввиду сравнительно малой высоты перевала адиабатический прогрев опускающегося воздуха при боре незначительный.
Бора с давних времен известен в районе Новороссийской бухты и на Адриатическом побережье. За год в Новороссийске наблюдается 46 дней с борой. Скорость ветра до 60 м/с, понижение температуры воздуха - на 25°С и более. Новороссийский бора затухает в море уже в нескольких километрах от берега. Продолжительность боры 1-3 суток. Бора есть и на Новой Земле в Арктике. Во Франции местное название боры - мистраль. ^
В Гренландии и особенно в Антарктиде наблюдаются стоковые ветры - это движение охлажденного воздуха под действием силы, тяжести по достаточно длинному пологому склону.
В Антарктиде высокое ледяное плато способствует образованию мощного антициклона над ледяным куполом и стоку охлажденного воздуха. Особенно сильны стоковые ветры на тех участках Антарктиды, где ледовый склон достаточно крут или где имеются ледниковые долины, совпадающие с направлением стока. К берегу скорость ветра увеличивается и вблизи побережья достигает 20 м/с, отмечались скорости 45 м/с с порывами до 90 м/с.
Шквалы - резкие кратковременные усиления ветра на ограниченных территориях. В большинстве случаев шквалы образуются при прохождении кучево-дождевых облаков местной конвекции либо холодного фронта. Скорость ветра 20 м/с и более.
В условиях большой неустойчивости атмосферной стратификации кроме грозовых шквалов могут возникать еще особые вихри с вертикальной осью. Это совсем небольшие пыльные вихри, во множестве возникающие над перегретой почвой в пустынях (но не только в пустынях), особенно на границах* где резко меняются свойства подстилающей поверхности. В пустыне Сахаре на площади 10 кв. км иногда наблюдается до 100 таких вихрей в день.
Смерч - вихрь с вертикальной осью, возникающий во время шквала или грозы и имеющий очень большую скорость вращения. Соединяя облако с землей или водой, он перемещается со значительной скоростью и обладает большой разрушительной силой. Смерч над сушей называется тромбом, в Америке его называют торнадо. Диаметр смерча над водой составляет около 100 м, над сушей - до 1000 м. Высота около 1 км. По характеру разрушений можно было установить, что скорость движения воздуха в этих вихрях 50-100 м/с, а в особо интенсивных торнадо достигает 250 м/с, причем имеется большая вертикальная составляющая скорости, равная 70-90 м/с. Внутри вихря очень низкое давление.
5. ОКЕАНИЧЕСКИЕ ТЕЧЕНИЯ
Особое значение для формирования климата имеет взаимодействие между океаном и атмосферой, проявляющееся в обмене теплом, влагой, количеством движения. Океан представляет собой огромный аккумулятор солнечного тепла и влаги. Благодаря ему на Земле сглаживаются резкие колебания температуры и увлажняются отдаленные районы суши.
Океаническая циркуляция, возникающая в основном под действием циркуляции атмосферы, играет важную роль в межширотном переносе тепла. Установлено, что около половины общего адвективного переноса тепла из низких широт в высокие и из высоких широт в низкие осуществляется океаническими течениями, а остальная половина - через атмосферную циркуляцию.
Океанические течения в первую очередь оказывают влияние на температуру воздуха, ее распределение и температурную стратификацию воздушных масс. Холодные течения усиливают устойчивость атмосферы и тем самым ослабляют вертикальный обмен воздуха и водяных паров. Поэтому увеличивается повторяемость туманов, уменьшается облачность и количество осадков, что способствует поддержанию прибрежных пустынь.
Теплые течения, наоборот, способствуют развитию термической конвекции в атмосфере и, следовательно, увлажнению воздуха до значительных высот. Особенно велика неустойчивость воздуха над теплыми течениями в зимнее время, что нередко приводит к зимним грозам даже в таких северных районах, как побережье Норвегии. К теплым течениям приурочены обычно зоны повышенного количества осадков. Схема течений Мирового океана показана на рис. 2.13.
Течения в широтном направлении являются нейтральными, так как не участвуют в межширотном переносе тепла (к ним относятся северное пассатное, южное пассатное, экваториальное противотечение и др).
Течения от тропического пояса к югу или северу - теплые, а течения, направленные из высоких широт в низкие, - холодные. Например, через пролив между Флоридой и Кубой из Мексиканского залива выходит мощное теплое Флоридское течение, которое дает начало системе Гольфстрима с температурой выше 28 °С. Наибольшая ширина этого потока 120 км, глубина - 2 км, протяженность - 10 тыс. км, расход воды составляет 9-10 10 м 3 /ч. Этот поток переносит воды в 22 раза больше, чем все реки земного шара.
Пересекая Атлантический океан, Гольфстрим направляется на северо-восток и разделяется на несколько потоков. Он приносит огромное количество тепла к берегам Западной Европы, где, омывая берега Норвегии, проникает в Баренцево море до Шпицбергена, значительно утепляя западный сектор Арктики.
Большое холодное течение из Баффинова моря - Лабрадорское - направляется на юг, при встрече с Гольфстримом образуется Субполярный гидрологический фронт. Именно здесь часто зарождаются циклоны.
В южном полушарии, в зоне западного переноса, действует мощное течение западных ветров. Из высоких широт южного полушария вдоль западных берегов Южной Америки проходит холодное Перуанское течение, вдоль западных берегов Северной Америки - холодное Калифорнийское течение. Крупные океанические циркуляции существуют и в других районах Мирового океана.
Холодные течения, поступающие из высоких широт, способствуют охлаждению тропиков. Теплые течения из тропических районов отепляют высокие широты. Океанические течения, возникающие под воздействием атмосферной циркуляций, оказывают влияние на атмосферную циркуляцию.
На протяжении последних десятилетий большой практический и научный интерес у климатологов вызывает явление Эль-Ниньо, выражающееся в аномальном повышении температуры поверхностных вод Тихого океана у западных берегов Южной Америки в летние месяцы. Причина этого явления не вполне выяснена, но установлено, что усиление интенсивности Эль-Ниньо отмечается в годы ослабления пассатов и изменений других воздушных потоков.
Интенсивность Эль-Ниньо проявляется с некоторой периодичностью. Так, в 1982 г. аномалия температуры поверхности Тихого океана распространилась на огромные пространства и составила 6 С.
В годы усиления Эль-Ниньо на западном побережье Южной Америки отмечались катастрофические ливни - даже в районах, где прежде не было осадков на протяжении многих лет, как например в пустыне Атакама.
Эль-Ниньо, являясь порождением нарушений общей циркуляции атмосферы, само оказывает влияние на циклоническую деятельность на территориях глобального масштаба, вызывая аномальные погодные явления, наводнения в одних районах и засухи в других, а также образование смерчей, торнадо.
Поступление Эль-Ниньо оттесняет холодное Перуанское течение от берегов Перу и Чили, препятствует подъему глубинных холодных вод. Поступление теплых вод в этот район с пониженным содержанием кислорода оказывает губительное влияние на растительный мир и живые организмы, что отрицательно сказывается на экономике прибрежных стран, для которых рыбный промысел имеет важное значение.
Таким образом, океанические течения являются мощным климатообразующим фактором, оказывающим влияние на климат обширных районов через атмосферную циркуляцию.
6. РОЛЬ РЕЛЬЕФА В ФОРМИРОВАНИИ КЛИМАТА
Рельеф оказывает большое влияние на климат, особенно крупные формы рельефа - горы. В горной местности создается особый тип климата, носящий название горного климата.
В горах с высотой вследствие уменьшения расположенной выше массы воздуха и увеличения его прозрачности увеличивается приток солнечной радиации. Сильно возрастает доля коротковолновой радиации. Однако увеличение солнечной радиации не возмещает расход тепла в результате интенсивного эффективного излучения. По этой причине, а также под воздействием адиабатического охлаждения температура воздуха с высотой понижается. Однако при образовании в зимнее время температурных инверсий температура воздуха до некоторой высоты может увеличиваться. Возникновению таких инверсий способствуют котловины, куда скатывается холодный воздух. Так, в Верхоянске (высота 120 м) средняя температура февраля -46,8 °С, а в Семеновском Руднике, расположенном в Верхоянском хребте на высоте 1020 м, температура -30,5°С.
С высотой уменьшаются суточные и годовые амплитуды температуры воздуха. Отмечается запаздывание наступления годовых максимальных и минимальных температур по сравнению с низинами.
Абсолютная влажность с высотой уменьшается, относительная - изменяется мало.
Наименьшая облачность в горах наблюдается зимой. Это объясняется тем, что зимой уровень конденсации находится ниже, чем летом, и соответственно ниже располагаются облака, обнажая горные массивы. Количество облаков больше на наветренных склонах, а на подветренных - меньше.
Осадков в горах больше, но это увеличение происходит лишь до некоторой высоты, в зависимости от географических условий, времени года. Так, на Центральном Кавказе количество осадков увеличивается до высоты 3000 м, а затем начинает убывать. Осадков выпадает больше на склонах, обращенных в сторону влажных ветров.
В высоких горше на некоторой высоте располагается снеговая линия, выше которой снег лежит круглый год.
Высота снеговой линии зависит от географической широты, экспозиции склонов, континентальности климата. В полярных странах она располагается низко; по мере продвижения на юг снеговая линия повышается и в тропических широтах достигает высоты 4500-5000 м.
Горы оказывают большое влияние на ветер: они задерживают воздушные массы и изменяют направление их движения. Кроме того, в горной местности создаются местные ветры в виде фена, боры, горно-долинных и ледниковых ветров.
Атмосферные фронты также подвержены влиянию гор. При приближении к горному хребту фронт замедляет свое движение. Если хребет достаточно высокий, то фронт огибает его с боков. Если холодный воздух перетекает через высокий горный хребет, то на подветренной стороне устанавливается теплая сухая погода вследствие адиабатического нагревания воздуха при его опускании (эффект фена). Если же хребет невысок, то опускание холодного воздуха вызывает явление боры. Если на горный хребет надвигается теплый фронт, то он сильно деформируется и профиль его восстанавливается только на расстоянии 200-300 км от хребта.
Горные хребты оказывают большое влияние не только на климат местности, где они располагаются, но и на климат прилегающих к ним районов. Задерживая массы воздуха, особенно холодные, горные хребты могут являться границей, разделяющей области с различными климатическими условиями^ Так, под влиянием Кавказского хребта теплый климат Закавказья отличается от сурового климата Предкавказья. Даже невысокие возвышенности (например, Среднерусская, Приволжская и др.) могут оказывать влияние на климат в условиях равнинной местности.
Для горных районов характерна большая неравномерность (пятнистость) пространственного распределения климатических характеристик.
В горах имеет место высотная климатическая зональность. Эго явление заключается в том, что в горах изменение метеорологических элементов с высотой создает быстрое изменение всего комплекса климатических условий. Образуются расположенные друг над другом климатиче
ские зоны (или пояса) с соответствующими изменениями растительности. Эта смена высотных климатических зон напоминает смену климатических зон в широтном направлении, с той лишь разницей, что для изменений, которые в горизонтальном направлении происходят на протяжении тысяч километров, в горах нужно изменение высоты только на километры. При этом растительность в горах сменяется в следующем порядке: сначала идут лиственные леса (в сухих климатах они начинаются не от подножия, а с некоторой высоты), затем следуют хвойные леса и кустарники, альпийская растительность из трав и стелющихся кустарников; дальше, за снеговой линией, следует зона снега и льда.
7. КЛАССИФИКАЦИЯ КЛИМАТОВ
На поверхности земного шара наблюдается большое разнообразие климатов. Существуют различные классификации, приводящие климаты земного шара в определенную систему и дающие границы распространения отдельных видов климата. Последнее имеет большое практическое значение, так как с климатом связана хозяйственная деятельность человека, жизнедеятельность животных и растительных организмов.
ЛАНДШАФТНО-БОТАНИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ КЛИМАТОВ Л.С. БЕРГА
Большое распространение получила ландшафтноботаническая классификация климатов, разработанная Л.С. Бергом. Классификация охватывает сушу. В соответствии с данной классификацией различаются климаты: вечного мороза; тундры; тайги; лиственных лесов, умеренной зоны; муссонный климат умеренных широт; степей; средиземноморский; субтропических лесов; внетропиче- ских пустынь; субтропических пустынь; саванн; влажного тропического леса.
Климат вечного мороза создается в Арктике (ледяные плато Гренландии, Земля Франца-Иосифа, часть Новой Земли, Северная Земля), в Антарктиде. Годовой радиационный баланс отрицательный. Наиболее теплой является атлантико-европейская часть Арктики. Средняя температура января на Шпицбергене -13,5 °С, средняя температура июля от 2 до 10 °С. Климат азиатского сектора Арктики отличается большей континентальностью. Средняя температура января ниже -30 °С, июля 2-8 °С. Наиболее суровые климатические условия в Гренландии. Толщина льда в центральной части острова 3400 м. Температура января - 49 °С, июля -13 °С, минимальные температуры могут опускаться до -64 °С. Климат Антарктиды более суровый, чем Арктики.
Средние температуры в июле-августе на побережье от -15 до -25 °С, во внутренних районах -50 -5- -70 °С и ниже. Летом на побережье -5 °С (в глубине -28 -35 °С). Осад
