Правильная циркуляция в каждом помещении.

Министерство науки и образования Республики Казахстан

Академия экономики и права имени У.А. Джолдасбекова

Факультет «Гуманитарно-экономическая академия»

По дисциплине: Экология

На тему: «Общая циркуляция атмосферы»

Выполнила: Царская Маргарита

Группа 102 А

Проверил: Омаров Б.Б.

Талдыкорган 2011г.

Введение

1. Общие сведения о циркуляции атмосферы

2. Факторы, определяющие общую циркуляцию атмосферы

3. Циклоны и антициклоны.

4. Ветра, влияющие на общую циркуляцию атмосферы

5. Эффект фена

6. Схема общей циркуляции «Машина планеты»

Заключение

Список использованной литературы

Введение

На страницах научной литературы в последнее время часто встречается понятие общая циркуляция атмосферы, смысл которого каждый специалист понимает по-своему. Систематически используют этот термин специалисты, занимающиеся географией, экологией, верхней части атмосферы. Все больший интерес к общей циркуляции атмосферы проявляют метеорологи и климатологи, биологи и медики, гидрологи и океанологи, ботаники и зоологи, и конечно же экологи. Нет единого мнения, является ли указанное научное направление возникшим недавно или исследования здесь продолжаются уже столетия.

Ниже предложены определения общей циркуляции атмосферы, как совокупности наук и перечислены влияющие на нее факторы. Приведен некоторый перечень достижений: гипотез, разработок и открытий, которые отмечают известные вехи в истории этой совокупности наук и дают определенное представление о круге рассматриваемых ею проблем и задач. Описаны отличительные особенности общей циркуляции атмосферы, а также представлена простейшая схема общей циркуляции под названием «машина планеты».

1. Общие сведения о циркуляции атмосферы

Общая циркуляция атмосферы (лат. Circulatio - вращение, греч. atmos - пар и sphaira - шар) - это совокупность воздушных течений крупного масштаба в тропо- и стратосферах. В результате происходит обмен воздушными массами в пространстве, что способствует перераспределению тепла и влаги.

Общей циркуляцией атмосферы называют круговорот воздуха на земном шаре, приводящий к переносу его из низких широт в высокие и обратно. Общая циркуляция атмосферы определяется зонами высокого атмосферного давления в приполярных областях и тропических широтах и зонами низкого давления в умеренных и экваториальных широтах. Перемещение воздушных масс происходит как в широтном, так и в меридиональном направлениях. В тропосфере к циркуляции атмосферы относятся пассаты, западные воздушные течения умеренных широт, муссоны, циклоны и антициклоны.

Причина перемещения воздушных масс состоит в неодинаковом распределении атмосферного давления и нагревании Солнцем поверхности суши, океанов, льда на разных широтах, а также в отклоняющем воздействии на воздушное потоки вращения Земли.

Главные закономерности циркуляции атмосферы постоянны.

В нижней стратосфере струйные течения воздуха в умеренных и субтропических широтах преимущественно западные, а в тропических - восточные, и идут они со скоростью до 150 м/с (540 км/час) относительно земной поверхности.

В нижней тропосфере преобладающие направления переноса воздуха различаются по географическим поясам. В полярных широтах восточные ветры; в умеренных - западные с частым нарушением циклонами и антициклонами, наиболее устойчивы пассаты и муссоны в тропических широтах. В связи с разнообразием подстилающей поверхности на форме общей циркуляции атмосферы возникают районные отклонения - местные ветры.

2. Факторы, определяющие общую циркуляцию атмосферы

Неравномерное распределение солнечной энергии по земной поверхности и как следствие, неравномерное распределение температуры и атмосферного давления.

Силы Кориолиса и трения, под влиянием которых воздушные потоки приобретают широтное направление.

Влияние подстилающей поверхности: наличие материков и океанов, неоднородность рельефа и др.

Распределение воздушных течений в земной поверхности имеет зональный характер. В экваториальных широтах - затишье или наблюдаются слабые переменных ветры. В тропической зоне господствуют пассаты. Пассаты - постоянные ветры, дующие от 30-х широт к экватору, имеющие в северном полушарии северо-восточное, в южном - юго-восточное направления. В 30-35? с. и ю.ш. - зона затишья, т.наз. «конские широты». В умеренных широтах преобладают западные ветры (в северном полушарии юго-западные, в южном - северо-западные). В полярных широтах дуют восточные (в северном полушарии северо-восточные, в южном - юго-восточные) ветры.

В действительности система ветров над земной поверхностью гораздо сложнее. В субтропическом поясе во многих районах пассатный перенос нарушается летними муссонами. В умеренных и субполярных широтах огромное влияние на характер воздушных течений оказывают циклоны и антициклоны, а на восточных и северных побережьях - муссоны. Кроме этого, во многих районах образуются местные ветры, обусловленные особенностями территории.

3. Циклоны и антициклоны.

Для атмосферы характерны вихревые движения, крупнейшими из которых являются циклоны и антициклоны.

Циклон - это восходящий атмосферный вихрь с пониженным давлением в центре и системой ветров от периферии к центру, направленных в северном полушарии против, в южном - по часовой стрелке. Циклоны делят на тропические и внетропические. Рассмотрим внетропические циклоны. Диаметр внетропических циклонов в среднем около 1000 км, но бывают и более 3000 км. Глубина (давление в центре) - 1000-970 гПа и менее. В циклоне дуют сильные ветры, обычно до 10-15 м/сек, но могут достигать 30 м/сек и более. Средняя скорость перемещения циклона - 30-50 км/час. Чаще всего циклоны перемещаются с запада на восток, но иногда идут с севера, юга и даже востока. Зона наибольшей повторяемости циклонов - 80-е широты северного полушария. Циклоны приносят пасмурную, дождливую, ветреную погоду, летом - похолодание, зимой - потепление.

Тропические циклоны (ураганы, тайфуны) образуются в тропических широтах, это одно из наиболее грозных и опасных явлений природы. Их диаметр несколько сотен километров (300-800 км, редко более 1000 км), но характерна большая разница в давлении между центром и периферией, что вызывает сильные ураганные ветры, тропические ливни, сильные грозы.

Антициклон - это нисходящий атмосферный вихрь с повышенным давлением в центре и системой ветров от центра к периферии, направленных в северном полушарии по часовой стрелке, в южном - против. Размеры антициклонов такие же, как у циклонов, но в поздней стадии развития могут достигать до 4000 км в диаметре. Атмосферное давление в центре антициклонов обычно 1020-1030 гПа, но может достигать и более 1070 гПа. Наибольшая повторяемость антициклонов - над субтропическими зонами океанов. Для антициклонов характерна малооблачная, без осадков погода, со слабыми ветрами в центре, зимой - сильные морозы, летом - жара.

4. Ветра, влияющие на общую циркуляцию атмосферы

Муссоны. Муссоны - сезонные ветры, изменяющие направление два раза в год. Летом они дуют с океана на сушу, зимой - с суши на океан. Причина образования - неодинаковое нагревание по сезонам года суши и воды. В зависимости от зоны образования муссоны делят на тропические и внетропические.

Внетропические муссоны особенно выражены на восточной окраине Евразии. Летний муссон приносит с океана влагу и прохладу, зимний дует с материка, понижая температуру и влажность.

Тропические муссоны наиболее выражены в бассейне Индийского океана. Летний муссон дует от экватора, он противоположен пассату и приносит облачность, осадки, смягчает летнюю жару, зимний - совпадает с пассатом, усиливает его, принося сухость.

Местные ветры. Местные ветры имеют локальное распространение, их образование связано с особенностями данной территории - близостью водоемов, характером рельефа. Наиболее распространены бризы, бора, фён, горно-долинные и стоковые ветры.

Бризы (легкий ветер-фр) - ветры по берегам морей, крупных озер и рек, дважды в сутки меняющие направление на противоположное: дневной бриз дует с водоема на берег, ночной бриз - с берега на водоем. Бризы обусловлены суточным ходом температуры и соответственно давления над сушей и водой. Они захватывают слой воздуха 1-2 км. Скорость их невелика - 3-5 м/с. Очень сильный дневной морской бриз наблюдается на западных пустынных побережьях материков в тропических широтах, омываемых холодными течениями и холодной водой, поднимающейся у берега в зоне апвеллинга. Там он вторгается вглубь суши на десятки километров и производит сильный климатический эффект: снижает температуру, особенно летом на 5-70 С, а в западной Африке до 100С, увеличивает относительную влажность воздуха до 85%, способствует образованию туманов и рос. Явления, подобные дневным морским бризам можно наблюдать по окраинам больших городов, где отмечается циркуляция более холодного воздуха из пригородов к центру, т.к над городами существуют «тепловые пятна» в течение всего года.

Горно-долинные ветры обладают суточной периодичностью: днем ветер дует вверх по долине и по горным склонам, ночью- наоборот охлажденный воздух спускается вниз. Дневной подъем воздуха приводит к образованию кучевых облаков над склонами гор, ночью при опускании и адиабатическом нагревании воздуха облачность исчезает.

Ледниковые ветры - это холодные ветры, постоянно дующие со стороны горных ледников вниз по склонам и долинам. Они обусловлены выхолаживанием воздуха надо льдом. Их скорость 5-7 м/с, мощность несколько десятков метров. Они интенсивнее ночью, так как усиливаются ветрами склонов.

Правильная циркуляция воздуха в квартире (помещении) – залог хорошего самочувствия и комфортной жизни домочадцев. Эффективный и грамотно организованный воздухообмен исключает опасность возникновения грибка, плесени и других потенциально небезопасных аллергенов.

По действующим нормам на одного человека должно приходиться не менее 30 кубометров чистого кислорода ежечасно.

Тип (принудительная или естественная) и эффективность ее функционирования зависят от учёта ряда факторов. Один из главных – особенности перемещения кислорода внутри помещения.

Циркуляция воздуха в помещении с естественной вентиляцией

Естественная циркуляция воздуха базируется на разности давлений между атмосферой внутри комнаты и за его пределами. Интенсивность обмена возрастает, при увеличении разности температур в комнате и вне нее. В основе этого процесса – физические законы – холодные потоки остаются внизу, а теплые концентрируется в верхней части комнаты.

Чистые массы поступают через открытые окна, форточки и щели. А вот использованный отводится через небольшие вентиляционные отверстия. Если система разработана и организована по правилам, то в доме воцарится мягкий и комфортный микроклимат.

Естественная вентиляции на кухне и в ванной

Для многоквартирных домов, где воздуховоды в ванной и на кухнях соединены вертикальной шахтой. Качество тяги напрямую зависит от высоты – она выше там, где длиннее шахта.

Качество работы вентиляционной системы проверяет маленькой бумажкой. Ее прикладывают к решетке, и если она закрепится на решетке, то все функционирует хорошо.

При готовке еды обеспечить эффективную циркуляцию воздуха на кухне очень просто. Достаточно закрыть форточку на кухне, а в самой отдаленной комнате дома открыть ее. За счет этого обеспечивается естественная тяга. Испарения и частички жира отводятся из комнат в небольшую сетчатую отдушину у потолка.

Если открыть форточку на кухне, то вытяжка не сможет функционировать. Все испарения устремятся в подъезд. Этим и объяснятся тот факт, что во многих подъездах присутствуют всевозможные запахи, готовящейся пищи.

Схема и особенности движения воздуха в жилых комнатах

В жилых комнатах с качественными стеклопакетами приток воздуха обеспечивается открытием окна. Но с приходом холодов, это довольно проблематично, поскольку помещение охлаждается практически за пару минут.

В столь безвыходной ситуации на помощь жильцам пришли инженеры-конструкторы. Они порекомендовали монтировать в стене (около окна) небольшие , напоминающие дыру с решеткой. Конструкция клапанов состоит из нескольких блоков. В некоторых моделях они монтируются прямо в оконные рамы.

Сквозь клапан движутся воздушные массы, температура которых не ниже 20 градусов. Регулировка осуществляется при помощи специальных шторок, устроенных по принципу жалюзи.

После монтажа клапана, исключается необходимость в постоянном открывании окон. Чистый кислород оперативно наполнить жилую комнату. Главное – полная автоматизация процесса.

Для воздухообмена важно оборудовать под дверью маленькую щель. При ее отсутствии, можно проделать несколько маленьких отверстий прямо в дверном полотне. А для сохранения дизайнерской привлекательности, щели аккуратно декорируют.

Циркуляция воздуха при принудительной вентиляции

Естественная вентиляция эффективна в период, когда между пространством внутри и вне него, устанавливается значительная разница температур. В остальных случаях пользоваться таким типом вентилирования нерентабельно. Без принудительного воздухообмена не обойтись. В его основе – направление чистого кислорода за счет его нагнетания вентилятором.

Вентилятор устанавливается в стене, либо в окне. Дополнительно монтируется вытяжка для принудительного отвода загрязненного воздуха из комнаты. Мощность подбирается с учетом степени загрязнения кислорода.

Системы принудительной вентиляции для жилых комнат

Для циркуляции воздуха в жилых комнатах, устанавливают приточно-вытяжную систему моноблочного типа. Установка состоит из нескольких функциональных узлов:

• вентилятор;
• теплообменник;
• фильтры.

В процессе работы такая установка практически беззвучна, а ее конструкцию легко скорректировать под индивидуальные требования заказчика.

Перемещение кислорода в системах принудительной вентиляции на кухне

80% загрязненного воздуха концентрируется на кухне. И чем чаще работает плита или духовка, тем ниже процентное содержание чистого кислорода в помещении. Зачастую стандартной отдушины недостаточно для отвода всего объема посторонних запахов, копоти и мелких частичек жира. Эти продукты горения и готовки пищи оседают на потолке, что не прибавляет им привлекательности, эстетической ценности.

Сегодня правильная циркуляция воздуха в кухне обеспечивается встраиваемыми или навесными вытяжками. Они устанавливаются над плитой и оперативно корректируют отток загрязненных масс. В некоторых моделях предусмотрено 2 независимых вентилятора, что гарантирует высокую производительность даже для самых требовательных хозяек.

Кухонные вытяжки бывают:

• приточными;
• рециркуляционными.

Последние не отводят загрязненный воздух во внешнее пространство, а очищают его, благодаря установленным внутри фильтрам. Важно акцентировать внимание на одном важном аспекте – для многоквартирных домов такого оборудования осложняется несколькими проблемами.

1. Закрытое отверстие для отвода воздуха усложняет движение масс.
2. Мощная вытяжка направляет большой объем загрязненного кислорода в основной канал. В случае его небольшого сечения вывод загрязненных потоков будет просто невозможен.
3. Запахи часто проникают в соседние квартиры по общему каналу.
4. Иногда такое совмещение является противозаконным. Здесь важно ориентироваться на региональные акты, нормативные документы и предписания.

Оптимальный вариант для кухни с одним воздуховодом – оборудовать дополнительный канал у потолка или в стене.

Правильная циркуляция воздуха в квартире обеспечит отсутствие посторонних запахов и прочих неприятностей в виде копоти на потолке. Самыми эффективными считаются принудительные установки. Они гарантируют направленную циркуляцию кислорода с минимальными финансовыми инвестициями и затратами нервных клеток.

Правильно спроектированная вентиляция обеспечивает интенсивный воздухообмен, который дает свои преимущества и летом, и зимой. Приточно-вытяжные коммуникации сегодня в основном базируются на силовом оборудовании, но и канальная сеть движения потоков имеет большое значение. Направления, по которым осуществляется циркуляция воздуха, продумываются с учетом технических условий создания шахт, а также требований к санитарному фону и микроклимату.

Понятие воздухообмена

В ходе эксплуатации квартир и домов замкнутая среда помещений неизбежно создает условия для развития негативных биологических процессов. Для исключения данного фактора необходимо своевременное обновление воздуха. Удаление загрязненных или отработанных воздушных масс и приток свежего воздуха - это залог оптимального санитарно-гигиенического состояния помещения. Также воздуха может служить в качестве средства температурно-влажностных показателей, но это задачи второстепенного порядка.

Итак, воздухообмен - это процесс, характеризующий работу вентиляционной системы в условиях закрытого помещения. Его можно представить и как расширенную инфраструктуру с разветвленной сетью каналов, по которым циркулируют воздушные потоки, и в качестве ограниченной системы, обеспечивающей прямой выход потоков из помещения на улицу.

Естественная циркуляция потоков воздуха

Создать сеть воздуховодов - это одно дело, а другое - заставить воздушные массы циркулировать по ним. Причем не просто перемещаться, а двигаться в нужном направлении и с достаточной скоростью. По умолчанию используется принцип естественного перемещения воздуха через вертикальные каналы. Работают такие системы на принципе движения теплого воздуха, который поднимается в условиях достаточной разницы температур на улице и в доме. Влияние на воздухообмен может оказывать и ветер, регулируя силу тяги.

Но, на этом возможности таких сетей не заканчиваются. К примеру, естественная циркуляция воздуха в условиях квартиры скорее будет ориентироваться на работу приточных отверстий в стенах или окнах, так как вертикальные каналы вентиляции в многоквартирных домах предусматриваются редко. Если же прямого выхода через боковые отверстия нет в силу повышенной герметизации проемов, организуется система перехода от горизонтальных каналов к общим вертикальным шахтам.

В соответствии со стандартами, эффективная работа естественной вентиляции возможна при 12 °C в условиях, когда нет ветра. Конечно, на практике ожидать постоянной поддержки заданного температурного режима невозможно, поэтому используются те или иные средства регуляции силы тяги. Ее можно корректировать через окна, вентиляторы и

Принудительная циркуляция воздушных потоков

По мере наращивания количества механических устройств в системе воздуховода, движение воздуха все больше будет соответствовать принципам принудительного проветривания. Циркуляция в данном случае стимулируется оборудованием (в основном вентиляторами), которое может рассредоточиваться в самых разных конфигурациях. Выделяют три модели принудительной циркуляции воздуха:

• Вытяжная - предполагает вывод отработанного воздуха из помещения.
• Приточная - направляет в помещение уличные воздушные потоки.
• Приточно-вытяжная - как минимум, работает по двум каналам, которые выполняют двухстороннюю циркуляцию.

В бытовых условиях при эксплуатации жилых помещений можно обходиться приточными и вытяжными системами. Разве что кухни, ванные комнаты и технические помещения потребуют создания полной рециркуляционной инфраструктуры.

Что лучше - естественное или принудительное движение воздуха?

Выбор концепции устройства воздухообмена определяется конкретными условиями эксплуатации помещения. При этом следует учитывать достоинства каждой системы. В частности, к плюсам естественной вентиляции относят:

• Недорогая инфраструктура, доступная в построении для частных домовладельцев.
• Отсутствие механики избавляет от регулярного техобслуживания и прокладки линий электроснабжения.
• Отсутствуют расходы на содержание. Достаточно периодически прочищать каналы, что требует минимальных вложений и усилий.
• Отсутствие шума из-за работающего вентилятора.

Получается простая система, которая отличается удобством в эксплуатации, но в то же время она дает скромный эффект с точки зрения работы вентиляции.

Теперь можно рассмотреть плюсы от принудительной системы циркуляции воздуха:

• Независимо от внешних условий может обеспечивать достаточный объем проветривания.
• Кроме циркуляции как таковой, позволяет выполнять функции охлаждения, нагрева и фильтрации воздушных масс.
• Возможность организации системы теплообмена предполагает практически бесплатный нагрев поступающих масс.

Недостатки принудительного воздухообмена обусловлены сложностями в монтаже и обслуживании вентиляционного оборудования, которое к тому же потребует дополнительного пространства для установки.

Почему может не работать воздухообмен?

В большинстве случаев для небольших частных домов проектируется естественная вентиляция с тягой, которая формируется при движении через вентиляционные каналы по вертикали. Проблемы работы таких систем связаны с тепловой модернизацией помещений. Она выполняется в целях энергосбережения на зимнее время, когда встает вопрос экономии тепла. Практически это может выражаться в установке пластиковых стеклопакетов, герметизации щелей и дымоходов. В итоге преграждаются пути естественной вентиляции. Решить проблему циркуляции воздуха в помещениях без увеличения затрат на отопление поможет принцип рекуперации. Он реализуется за счет установки с металлическими пластинами, передающими тепло от выходящих масс вновь поступающему воздуху.

Принцип проветривания

Это разновидность систем микровентиляции, которая предполагает вывод воздуха по кратчайшим путям. Например, это может быть прямой воздухоотвод из кухни или санузла. При этом в отличие от окон или других точек естественной циркуляции, современный принцип проветривания предполагает возможность регулирования потоков. Данные манипуляции могут осуществляться как вручную, так и посредством автоматики. Второй вариант оказывается более предпочтительным, так как способствует формированию микроклимата, близкого к естественному. Например, в квартире циркуляция воздуха по принципу автоматического проветривания может основываться на изменении показателя давления. Система учитывает скорость ветра, направляя в помещение оптимальный поток воздуха. Благодаря этому исключается переохлаждение и в целом устанавливается комфортный температурно-влажностный баланс.

Режимы циркуляции воздуха - приток и отвод

И естественная, и принудительная система воздухообмена может работать как в двух режимах по отдельности, так и в качестве приточно-вытяжной. Оба направления циркуляции должны рассчитываться по отдельности. Например, в оценке оптимальных объемов притока берется во внимание правило, согласно которому за 1 час должно производиться полное обновление воздуха. То есть в помещении с объемом 50 м3 за 1 час система вентиляции должна подать не менее 50 м3. Есть и другой подход к расчету объемов притока, который основывается на количестве людей в помещении. Так, режим циркуляции воздуха в доме будет рассчитываться исходя из того, что на каждого живущего в нем человека должно приходиться минимум 20 м3 уличного воздуха, поступающего каждый час. Что касается отвода, то этот режим особенно важен для технических и санитарно-гигиенических помещений. Чтобы в доме не возникало избыточное давление или разряжение, объем вывода должен соответствовать количеству нагнетаемых масс.

Техническая организация системы воздухообмена

Существуют разные концепции и принципы обустройства систем вентиляции и проветривания. В самом оптимизированном варианте это будет комплекс решеток с прямыми каналами воздухоотвода, обеспечивающими поступление уличного воздуха. Стандартные же системы домашней циркуляции воздуха предполагают организации горизонтальных и вертикальных шахт. Данная инфраструктура выполняется с помощью металлических или пластиковых воздуховодов разного сечения. Это могут быть прямоугольные и круглые, гибкие и жесткие конструкции, которые обычно монтируются по принципам скрытой установки.

Заключение

Как показывает практика, проектирование систем вентиляции на ранних этапах разработки общего проекта дома в дальнейшем обеспечивает более широкие возможности для решения задачи обновления воздуха в помещениях. Дело в том, что эффективность циркуляции воздуха определяется не только вентиляционной инфраструктурой, но и планировкой жилья, а также примененными на этапе строительства изоляционными материалами. Например, комплексное утепление стен и потолков понижает воздухообмен, ухудшая тем самым и качество воздуха. Локально исправить положение позволяют средства микровентиляции, но и для них нужна будет тщательно продуманная схема расположения точек притока и отвода.

— важный фактор формирования климата. Она выражена перемещением различных типов воздушных масс.

Воздушные массы — это подвижные части тропосферы, отличающиеся друг от друга температурой и влажностью. Воздушные массы бывают морскими и континентальными.

Морские воздушные массы формируются над Мировым океаном. Они более влажные по сравнению с континентальными, образующимися над сушей.

В различных климатических поясах Земли формируются свои воздушные массы: экваториальные, тропические, умеренные, арктические и антарктические.

Перемещаясь, воздушные массы долго сохраняют свои свойства и поэтому определяют погоду тех мест, куда они приходят.

Арктические воздушные массы формируются над Северным Ледовитым океаном (зимой — и над севером материков Евразия и Северная Америка). Они отличаются низкой температурой, невысокой влажностью и повышенной прозрачностью воздуха. Вторжения арктических воздушных масс в умеренные широты вызывают резкое похолодание. При этом устанавливается преимущественно ясная и малооблачная погода. При продвижении в глубь материка на юг арктические воздушные массы трансформируются в сухой континентальный воздух умеренных широт.

Континентальные арктические воздушные массы формируются над ледяной Арктикой (в центральной и восточной ее частях) и над северным побережьем материков (зимой). Их особенностями являются очень низкие температуры воздуха и низкое содержание влаги. Вторжение континентальных арктических воздушных масс на материк приводит к сильному похолоданию при ясной погоде.

Морские арктические воздушные массы формируются в более теплых условиях: над свободной от льда акваторией с более высокой температурой воздуха и большим влагосодержанием — это европейская Арктика. Вторжения таких воздушных масс на материк зимой даже вызывают потепление.

Аналогом арктического воздуха Северного полушария в Южном полушарии являются антарктические воздушные массы. Их влияние распространяется в большей степени на прилегающие морские поверхности и редко на южную окраину материка Южная Америка.

Умеренный (полярный) воздух — это воздух умеренных широт. Умеренные воздушные массы проникают в полярные, а также субтропические и тропические широты.

Континентальные умеренные воздушные массы зимой обычно приносят ясную погоду с крепкими морозами, а летом — достаточно теплую, но облачную, нередко дождливую, с грозами.

Морские умеренные воздушные массы на материки переносятся западными ветрами. Их отличают высокая влажность и умеренные температуры. Зимой морские умеренные воздушные массы приносят пасмурную погоду, обильные осадки и оттепели, а летом — большую облачность, дожди и понижение температуры.

Тропические воздушные массы формируются в тропических и субтропических широтах, а летом — и в континентальных районах на юге умеренных широт. Тропический воздух проникает в умеренные и экваториальные широты. Высокая температура — общая черта тропического воздуха.

Континентальные тропические воздушные массы отличаются сухостью и запыленностью, а морские тропические воздушные массы — высокой влажностью.

Экваториальный воздух, возникающий в области Экваториальной депрессии, очень теплый и влажный. Летом в Северном полушарии экваториальный воздух, смещаясь на север, вовлекается в циркуляционную систему тропических муссонов.

Экваториальные воздушные массы формируются в экваториальной зоне. Их отличают высокие температуры и влажность в течение всего года, причем это касается воздушных масс, формирующихся как над сушей, гак и над океаном. Поэтому на морские и континентальные подтипы экваториальный воздух не подразделяется.

Вся система воздушных течений в атмосфере называется общей циркуляцией атмосферы.

Атмосферный фронт

Воздушные массы постоянно движутся, изменяют свои свойства (трансформируются), но между ними остаются довольно резкие границы — переходные зоны шириной в несколько десятков километров. Эти пограничные зоны называются атмосферными фронтами и характеризуются неустойчивым состоянием температуры, влажности воздуха, .

Пересечение такого фронта с земной поверхностью называется линией атмосферного фронта.

При прохождении атмосферного фронта через какую-либо местность над ней меняются воздушные массы и, как следствие, погода.

Для умеренных широт характерны фронтальные осадки. В зоне атмосферных фронтов возникают обширные облачные образования протяженностью в тысячи километров и выпадают осадки. Как они возникают? Атмосферный фронт можно рассматривать как границу двух воздушных масс, которая наклонена к земной поверхности под очень малым углом. Холодный воздух находится рядом с теплым и над ним в виде пологого клина. При этом теплый воздух поднимается вверх по клину холодного воздуха и охлаждается, приближаясь к состоянию насыщения. Возникают облака, из которых выпадают осадки.

Если фронт перемещается в сторону отступающего холодного воздуха, наступает потепление; такой фронт называется теплым. Холодный фронт, наоборот, надвигается на территорию, занятую теплым воздухом (рис. 1).

Рис. 1. Типы атмосферных фронтов: а — теплый фронт; б — холодный фронт

Объектами изучения общей циркуляции атмосферы являются перемещающиеся циклоны и анти­циклоны умеренных широт с их быстроизменяющейся метеорологической обстановкой: пассаты, муссоны, тропические циклоны и т. п. Типичные черты об­щей циркуляции атмосферы, устойчивые во времени или повторяющиеся чаще других, выявляются при осредне­нии метеорологических элементов за длительные много­летние периоды наблюдений,

На рис. 8, 9 приведено среднее многолетнее распре­деление ветра у земной поверхности в январе и июле. В январе, т. е. зимой, в Северном полушарии отчетливо видны гигантские антициклонические вихри над Север­ной Америкой и особенно интенсивный вихрь - над Центральной Азией. Летом антициклонические вихри над сушей разрушаются в связи с прогревом материка, а над океанами такие вихри значительно усиливаются и распространяются к северу.

В связи с тем, что в тропосфере воздух в экватори­альных и тропических широтах прогрет значительно ин­тенсивнее, чем в полярных областях, температура возду­ха и давление постепенно понижаются в направлении от экватора к полюсам.
Как говорят метеорологи, планетарный градиент тем­пературы и давления направлены в средней тропосфере от экватора к полюсам. (В метеорологии градиент тем­пературы и давления берется в обратном направлении, по сравнению с физикой.)
Воздух является легкоподвижной средой. Если бы Земля не вращалась вокруг своей оси, то в нижних сло­ях атмосферы воздух перетекал бы от экватора к полю­сам, а в верхних слоях возвращался бы обратно к эква­тору. Но Земля вращается с угловой скоростью 2п/86400 радиан в секунду. Частицы воздуха, переходя от низких широт в высокие, сохраняют большие линейные скоро­сти относительно земной поверхности, приобретенные в низких широтах, и поэтому отклоняются при своем движении к востоку. Образуется западно-восточный перенос воздуха в тропосфере, который отражен на рис. 10. Од­нако такой правильный режим течений наблюдается только на картах средних значений. «Моментальные снимки» воздушных течений дают очень разнообразные, каждый раз новые не повторяющиеся положения цик­лонов, антициклонов, воздушных потоков, зон встреч теплого и холодного воздуха, т. е. атмосферных фронтов. Атмосферные фронты играют большую роль в общей циркуляции атмосферы, поскольку в них проис­ходят значительные преобразования энергии воздушных масс из одного вида в другой.
На рис. 10 схематически представлено положение основных фронтальных разделов в средней тропосфере и у земной поверхности. С атмосферными фронтами и фронтальными зонами связаны многочисленные явления погоды. Здесь зарождаются циклонические и антицик­лонические вихри, происходит образование мощной облачности и зон осадков, усиление ветра. При прохожде­нии атмосферного фронта через данный пункт обычно отчетливо наблюдается заметное похолодание или по­тепление, резко изменяется весь характер погоды. Инте­ресные особенности обнаруживаются в структуре стра­тосферы.

Если в тропосфере у экватора располагаются теплы; воздушные массы, а у полюсов - холодные, то в стра­тосфере, особенно в теплую половину года, дело обстоит как раз наоборот, у полюсов здесь воздух относительно более теплый, а у экватора - холодный. Градиент тем­пературы и давления направлены в обратную по отно­шению к тропосфере сторону. Влияние отклоняющей си­лы вращения Земли, которое приводило в тропосфера к образованию западно-восточного переноса, создает в стратосфере зону восточно-западных ветров.

Наибольшие скорости ветра, а следовательно, и наи­большая кинетическая энергия воздуха наблюдаются в струйных течениях. Образно говоря, струйные те­чения - это воздушные реки в атмосфере, реки-, текущие у верхней границы тропосферы, в слоях, отделяющих тропосферу от стратосферы, т. е. в слоях, близких к тропопаузе (рис. 11 и 12). Скорость ветра в струйных те­чениях достигает 250 - 300 км/ч - зимой; и 100 - 140 км/ч - летом. Таким образом, тихоходный самолет, попадая в такое струйное течение, может лететь «вспять».

Протяженность струйных течений достигает несколь­ких тысяч километров. Ниже струйных течений в тропосфере наблюдаются более широкие и менее быстрые воздушные «реки» - планетарные высотные фронтальные зоны, также играющие большую роль в общей циркуляции атмосферы. Возникновение боль­ших скоростей ветра в струйных течениях и в планетар­ных высотных фронтальных зонах происходит из-за на­личия здесь большой разницы температур воздуха меж­ду соседними воздушными массами. Наличие разницы в температуре воздуха, или, как говорят, «температурно­го контраста», приводит к увеличению ветра с высотой. Теория показывает, что такое увеличение про­порционально горизонтальному градиенту температуры рассматриваемого слоя воздуха. В стратосфере в связи с обращением меридионального градиента температуры воздуха на обратный, интенсивность струйных течений идет на убыль, и они исчезают. Несмотря на большую протяженность планетарных высотных фронтальных зон и струйных течений, они, как правило, не опоясывают весь земной шар, а оканчиваются там, где горизонталь­ные контрасты температуры между воздушными масса­ми ослабевают. Наиболее часто и резко контрасты тем­пературы проявляются в полярном фронте, отделяющем воздух умеренных широт от тропического воздуха.

Планетарные высотные фронтальные зоны и струй­ные течения часто возникают в системе полярно­го фронта. Хотя в среднем планетарные высотные фрон­тальные зоны имеют направление с запада на восток, в конкретных случаях направление их осей весьма разно­образно. Чаще всего в умеренных широтах они имеют волнообразный характер. На рис. 13, 14 представлены положения осей высотных фронтальных зон в случаях устойчивого западно-восточного переноса и в случаях развитого меридионального обмена воздушных масс. Существенная особенность воздушных течений в стра­тосфере и мезосфере над экваториальной и тропической областями заключается в существовании там несколь­ких слоев воздуха с почти противоположным направле­нием сильных ветров. Возникновение и развитие этой многослойной структуры поля ветра здесь меняется че­рез определенные, но не вполне точно совпадающие про­межутки времени, что также может служить некоторым прогностическим признаком. Если добавить к этому, что явление резкого потепления в полярной стратосфере, ре­гулярно происходящее зимой, некоторым образом свя­зано с процессами в стратосфере, происходящими в тро­пических широтах, и с тропосферными процессами уме­ренных и высоких широт, то станет ясно, как сложно и прихотливо развиваются те атмосферные процессы, ко­торые непосредственно влияют на режим погоды в уме­ренных широтах.

Огромное значение для формирования атмосферных процессов большого масштаба имеет состояние подсти­лающей поверхности, особенно состояние верхнего дея­тельного слоя воды Мирового океана. Поверхность Ми­рового океана составляет почти 3/4 всей поверхности Земли (рис. 15).

Благодаря большой теплоемкости и способности легко перемешиваться, океанические воды надолго запа­сают тепло во время встреч с теплым воздухом в уме­ренных широтах и в течение всего года в южных широ­тах. Запасенное тепло с морскими течениями выносится далеко к северу и отепляет близлежащие районы.
Теплоемкость воды в несколько раз больше, чем теп­лоемкость почвы и горных пород, составляющих сушу. Нагретая водная масса служит как бы аккумулятором тепла, которым она снабжает атмосферу. Следует отме­тить при этом, что суша отражает солнечные лучи зна­чительно лучше, чем поверхность океана. Особенно хо­рошо отражает солнечные лучи поверхность снега и льда; 80-85% всей солнечной радиации, падающей на снег, отражается от него. Поверхность моря, наоборот, поглощает почти всю радиацию, которая на нее падает (55-97%). В результате всех этих процессов атмосфе­ра непосредственно от Солнца получает только 1/3 всей приходящей энергии. Остальные 2/3 энергии она получа­ет от нагретой Солнцем подстилающей поверхности, прежде всего от водной поверхности.
Передача тепла от подстилающей поверхности в атмос­феру происходит несколькими путями. Во-первых, большое количество солнечного тепла затрачивается на ис­парение влаги с поверхности океана в атмосферу. При конденсации этой влаги освобождается тепло, которое нагревает окружающие слои воздуха. Во-вторых, под­стилающая поверхность отдает тепло в атмосферу путем турбулентного (т. е. вихревого, неупорядоченного) теп­лообмена. В-третьих, тепло передается путем теплового электромагнитного излучения.
В результате взаимодействия океана с атмосферой в последней происходят важные изменения. Слой атмос­феры, в который проникает тепло и влага океана, в слу­чаях вторжения холодного воздуха на теплую океани­ческую поверхность достигает 5 км и более. В тех слу­чаях, когда на холодную водную поверхность океана вторгается теплый воздух, высота, на которую распрост­раняется влияние океана, не превышает 0,5 км. В слу­чаях вторжения холодного воздуха толщина его слоя, на которую распространяется влияние океана, зависит прежде всего от величины разности температуры вода - воздух. Если вода теплее воздуха, то развивается мощ­ная конвекция, т. е. неупорядоченные восходящие дви­жения воздуха, которые и приводят к проникновению тепла и влаги в высокие слои атмосферы. Наоборот, ес­ли воздух теплее воды, то конвекция не возникает и воздух изменяет свои свойства только в самых нижних слоях. Над теплым течением Гольфстрим в Атлантическом океане при вторжении очень холодного воздуха теплоотдача океана может доходить до 2000 кал/см2 в сутки и распространяется на всю тропосферу. Теплый воздух может потерять над холодной океанической по­верхностью 20-100 кал/см2 в сутки.
Изменение свойств воздуха, попадающего на теплую или холодную океаническую поверхность, происходит довольно быстро - такие изменения можно заметить на уровне 3 или 5 км уже через сутки после начала втор­жения. Какие же приращения температуры воздуха мо­гут быть в результате его трансформации (изменения) над водной подстилающей поверхностью? Оказывается, в холодное полугодие атмосфера над Атлантикой в сред­нем прогревается на 6°, а иногда может прогреться и на 20° в сутки. Охладиться атмосфера может на 2-10° в сутки. Подсчитано, что на севере Атлантическо­го океана, т. е. там, где происходит наиболее интенсивная передача тепла от океана в атмосферу, океан отдает в 10-30 раз тепла больше, чем получает его от атмос­феры. Естественно при этом, что запасы тепла в океане восполняются притоком теплых океанических вод из тропических широт. Потоки воздуха распространяют по­лученное от океана тепло на тысячи километров. Отеп­ляющее’ влияние океанов в зимнее время приводит к тому, что разница температуры воздуха между северо-восточными частями океанов и континентов составляет на широтах 45-60° у земной поверхности 15-20°, в сред­ней тропосфере 4-5°. Хорошо изучено, например, отеп­ляющее влияние океана на климат Северной Европы.
Северо-западная часть Тихого океана зимой находит­ся под влиянием холодного воздуха Азиатского конти­нента, так называемого зимнего муссона, распро­страняющегося на 1-2 тыс. км в глубь океана в привод­ном слое и на 3-4 тыс. км в средней тропосфере (рис. 16).

Летом над океаном холоднее, чем над материками, поэтому воздух, поступающий с Атлантического океана, охлаждает Европу, а воздух Азиатского континента утепляет Тихий океан. Однако описанная выше картина ха­рактерна для средних условий циркуляции. Междусуточ­ные изменения в величине и в направлении потоков теп­ла от подстилающей поверхности в атмосферу и обрат­но очень разнообразны и оказывают большое влияние на изменение самих атмосферных процессов. Существуют гипотезы, согласно которым особенности развития теплообмена между различными участками подстилаю­щей поверхности и атмосферой обусловливают устойчи­вый характер атмосферных процессов в течение длитель­ных промежутков времени.
Если над аномально (свыше нормы) теплой водной поверхностью той или иной части Мирового океана в умеренных широтах Северного полушария воздух прог­ревается, то в средней тропосфере образуется область повышенного давления (барический гребень), по восточ­ной периферии которого начинается перенос холодных масс воздуха из Арктики, а по западной его части - пе­ренос теплого воздуха из тропических широт к северу. Такая ситуация может привести к сохранению у земной поверхности в определенных районах длительной анома­лии погоды - сухой и жаркой или дождливой и прох­ладной летом, морозной и сухой или теплой и снежной зимой.
Весьма значительную роль в формировании атмос­ферных процессов путем регулирования поступления солнечного тепла к земной поверхности играет облач­ность. Облачный покров значительно увеличивает долю отраженной радиации и этим уменьшает нагрев земной поверхности, что, в свою очередь, влияет на характер синоптических процессов. Получается некоторое подобие обратной связи: характер циркуляции атмосферы влияет на создание облачных систем, а облачные систе­мы, в свою очередь, влияют на изменение циркуляции. Мы перечислили только главнейшие из изучаемых «зем­ных» факторов, влияющих на формирование погоды и циркуляции воздуха.
Особую роль в исследовании причин изменения об­щей ЦИРКУЛЯЦИИ атмосферы играет деятельность Солнца. Здесь следует различать изменения циркуляции воздуха на Земле в связи с изменениями общего потока тепла, приходящего от Солнца на Землю в результате колебаний величины так называемой солнечной постоянной. Однако, как показывают последние исследования, в действительности она не является строго постоянной величиной.
Энергия циркуляции атмосферы непрерывно попол­няется за счет энергии, посылаемой Солнцем. Поэтому, если суммарная энергия, посылаемая Солнцем, колеб­лется в значительных размерах, то это может сказаться на изменении циркуляции и погоды на Земле. Этот воп­рос еще недостаточно изучен.
Что касается изменения солнечной активности, то хо­рошо известно, что на поверхности Солнца возникают различные возмущения, солнечные пятна, факелы, флокулы, протуберанцы и т. п. Эти возмущения вызывают временные изменения состава солнечной радиации, уве­личивается ультрафиолетовая составляющая и корпу­скулярное (т. е. состоящее из заряженных частиц, глав­ным образом протонов) излучение Солнца.
Некоторые метеорологи считают, что изменение сол­нечной активности связано с тропосферными процессами в атмосфере Земли, т. е. с погодой.
Последнее утверждение нуждается в дополнитель­ных исследованиях, главным образом вследствие того факта, что хорошо проявляющийся 11-летний цикл сол­нечной активности не четко выявляется в погодных ус­ловиях на Земле. Однако считать влияние изменения солнечной активности на тропосферные процессы пол­ностью невозможным из-за сложности вопроса и неяс­ности механизма такого влияния, очевидно, было бы не­правильно. Известно, что существуют целые школы метеорологов-прогнозистов, довольно удачно предсказы­вающих погоду в связи с изменениями солнечной актив­ности.