Ветер. Общая циркуляция атмосферы
Лекция 7. Ветер. Общая циркуляция атмосферы
Ветер - это движение воздуха относительно земной поверхности, в котором преобладает горизонтальная состаляющая. Когда рассматривается восходящее или нисходящее движение ветра, учитывается также и вертикальная составляющая. Ветер характеризуется направлением, скоростью и порывистостью. Причиной возникновения ветра является различие атмосферного давления в разных точках, определяемое горизонтальным барическим градиентом. Давление неодинаково прежде всего из-за разной степени нагревания и охлаждения воздуха и уменьшается с высотой. Для представ-ления о распределении давления на поверхности Земного шара, на географические карты наносят давление, измеренное в одно время в разных пунктах и приведенное к одинаковой высоте (например, к уровню моря). Пункты с одинаковым давлением соединяют линиями - изобарами. Таким образом выявляются области повышенного (антициклоны) и пониженного (циклоны) давления, направления их передвижения для прогнозирования погоды. По изобарам можно определить величину изменения давления с расстоянием. В метеорологии принято понятие горизонтального барического градиента - это изменение давления на 100 км по горизонтальной линии, перпендикулярной изобарам от высокого давления к низкому. Это изменение составляет обычно 1-2 гПа/100 км.
Движение воздуха происходит в направлении градиента, но не по прямой, а сложнее, что обусловлено взаимодействием сил, отклоняющих воздух за счет вращения земли и трения. Под влиянием вращения Земли движение воздуха отклоняется от барического градиента вправо в северном полушарии, влево - в южном. Наибольшая величина отклонения наблюдается на полюсах, а на экваторе - близка к нулю. Сила трения умень-шает и скорость ветра, и отклонение от градиента в результате соприкосновения с поверхностью, а также - внутри воздушной массы из-за разной скоростей в слоях атмосферы. Совместное влияние этих сил отклоняет ветер от градиента над сушей на 45-55о, над морем - на 70-80о. С увеличением высоты увеличивается скорость ветра и его отклонение до 90о на уровне около 1 км.
Скорость ветра измеряется обычно в м/сек, реже - в км/час и баллах. За направление принимается то, откуда дует ветер, определяемое в румбах (их 16) или угловых градусах. Для наблюдений за ветром используется флюгер, который устанавливается на высоте 10-12 м. Ручной анемометр используют для кратковременных наблюдений за скоростью в полевых опытах. Анеморумбометр позволяет дистанционно измерять направление и скорость ветра, анеморумбограф непрерывно регистрирует эти показатели.
Суточный ход скорости ветра над океанами почти не наблюдается и хорошо выражен над сушей: в конце ночи - минимум, после полудня - максимум. Годовой ход определя-ется закономерностями общей циркуляции атмосферы и различается по районам Земного шара. Например, в Европе летом - минимальная скорость ветра, зимой - максимальная. В Восточной Сибири - наоборот.
Направление ветра в конкретном месте меняется часто, но, если учитывать повторяемость ветров разных румбов, то можно определить, что некоторые бывают чаще. Для такого изучения направлений применяется график, называемый розой ветров. На каждой прямой всех румбов откладывают наблюдаемое число случаев ветра за нужный период и соединяют полученные значения на румбах линиями.
Ветер способствует поддержанию постоянства газового состава атмосферы, перемешивая массы воздуха, переносит влажный морской воздух вглубь материков, обеспечивая их влагой. Неблагоприятное действие ветра для сельского хозяйства может проявляться в усилении испарения с поверхности почвы, вызывая засуху, возможна ветровая эрозия почв при больших скоростях ветра. Скорость и направление ветра необходимо учитывать при опылении полей ядохимикатами, при орошении дождевальными установками. Направление господствующих ветров надо знать при закладке лесных полос, снегозадержании.
Местные ветры.
Рекомендуемые материалы
Местными ветрами называют ветры, характерные только для определенных географических районов. Они имеют особое значение по своему влиянию на погодные условия, происхождение их различно.
Бризы - ветры у береговой линии морей и больших озер, которые имеют резкую суточную смену направления. Днем морской бриз дует на берег с моря, а ночью - береговой бриз дует с суши на море (рис.2). Они ярко выражены при ясной погоде в теплое время года, когда общий перенос воздуха слабый. В других случаях, например при прохождении цикло-нов, бризы могут маскироваться более сильными течениями. Движение ветра при бризах наблюдается в нескольких сотнях метров (до 1- 2 км), со средней скоростью 3 - 5 м/сек, а в тропиках - и более, проникая на десятки километров вглубь суши или моря.
Развитие бризов связано с суточным ходом температуры поверхности суши. Днем суша нагревается сильнее, чем поверхность воды, давление над ней становится ниже и формируется перенос воздуха с моря на сушу. Ночью суша охлаждается быстрее и сильнее, воздух переносится с суши на море.
Дневной бриз понижает температуру и увеличивает относительную влажность, что особенно резко выражено в тропиках. Например, в Западной Африке при движении морского воздуха на сушу температура может снизиться на 10оС и более, а относительная влажность - повышается на 40%.
Бризы наблюдаются также на побережьях больших озер: Ладожского, Онежского, Байкал, Севан и др., а также - на больших реках. Однако в этих районах бризы меньше по своему горизонтальному и вертикальному развитию.
Горно-долинные ветры наблюдаются в горных системах главным образом летом и схожи с бризами по своей суточной периодичности. Днем они дуют вверх по долине и по склонам гор в результате нагревания солнцем, а ночью, при охлаждении, воздух стекает вниз по склонам. Ночное движение воздуха может вызвать заморозки, что особенно опасно весной в период цветения садов.
Фён - теплый и сухой ветер, дующий с гор в долины. При этом значительно повышается температура воздуха и падает его влажность, иногда очень быстро. Они наблюдаются в Альпах, на Западном Кавказе, на Южном берегу Крыма, в горах Средней Азии, Якутии, на восточных склонах Скалистых гор и в других горных системах.
Фён образуется при пересечении хребта воздушным течением . Так как с подветренной стороны создается разрежение, воздух засасывается вниз в виде нисходящего ветра. Опускающийся воздух нагревается по сухоадиабатическому закону: на 1оС на каждые 100 м спуска. Например, если на высоте 3000 м воздух имел температуру -8о и относительную влажность 100%, то, спустившись в долину, он нагреется до 22о, а влажность снизится до 17%. Если воздух поднимается по наветренному склону, то происходит кондесация водяного пара и образуются облака, выпадают осадки, а спускающийся воздух будет еще более сухим. Продолжительность фенов - от нескольких часов до нескольких суток. Фен может вызвать интенсивное таяние снегов и наводнения, иссушает почвы, растительность вплоть до их гибели.
Бора - это сильный, холодный, порывистый ветер, который дует с низких горных хребтов в сторону более теплого моря. Наиболее известна бора в Новороссийской бухте Черного моря и на Адриатическом побережье в районе г.Триеста. Сходны с борой по происхождению и проявлению норд в районе г.Баку, мистраль на Средиземноморском побережье Франции, нортсер в Мексиканском заливе.
Бора возникает при прохождении холодных масс воздуха через прибрежный хребет. Воздух стекает вниз под силой тяжести, развивая скорость более 20 м/сек, при этом сильно понижается температура, иногда больше чем на 25оС. Бора затухает в нескольких километрах от берега, но иногда может захватывать значительную часть моря.
В Новороссийске бора наблюдается около 45 дней в году, чаще с ноября по март, с продолжительностью до 3 суток, редко - до недели.
Общая циркуляция атмосферы
Общая циркуляция атмосферы - это сложная система крупных воздушных течений, которые переносят очень большие массы воздуха над Земным шаром. В атмосфере у земной поверхности в полярных и тропических широтах наблюдается восточный перенос, в умеренных широтах - западный. Движение воздушных масс осложняется в результате вращения Земли, а также рельефом и воздействием областей высокого и низкого давления. Отклонение ветров от господствующих направлений составляет до 70о.
В процессе нагревания и охлаждения огромных масс воздуха над Земным шаром образуются области высокого и низкого давления, определяющие направление планетарных воздушных течений. По многолетним средним величинам давления на уровне моря выявлены следующие закономерности. По обе стороны от экватора располагается зона низкого давления (в январе - между 15о северной широты и 25о южной широты, в июле - от 35о с.ш. до 5о ю.ш.). Эта зона, называемая экваториальной депрессией, распространяется больше на то полушарие, где в данном месяце лето. В направлении к северу и югу от нее давление растет и максимальных значений достигает в субтропических зонах повышенного давления (в январе - на 30 - 32о северной и южной широты, в июле - на 33-37о с.ш. и 26-30о ю.ш.). От субтропиков к умеренным зонам давление падает, особенно существенно - в южном полушарии. Минимум давления находится в двух субполярных зонах низкого давления (75-65о с.ш. и 60-65о ю.ш.). Дальше по направлению к полюсам давление вновь растет.
В соответствии с изменениями давления располагается и меридиональный барический градиент. Он направлен от субтропиков с одной стороны - к экватору, с другой - к субполярным широтам, от полюсов субполярным широтам. С этим согласуется и зональное направление ветров.
Над Атлантическим, Тихим и Индийским океанами очень часто дуют северо-восточные и юго-восточные ветры - пассаты. Западные ветры в южном полушарии, на широтах 40-60о, огибают весь океан. В северном полушарии в умеренных широтах западные ветры постоянно выражены только над океанами, а над материками направления сложнее, хотя западные также преобладают. Восточные ветры полярных широт отчетливо наблюдаются только по окраинам Антарктиды.
На юге, востоке и севере Азии происходит резкое изменение направления ветров от января к июлю - это районы муссонов. Причины возникновения муссонов аналогичны причинам образования бризов. Летом материк Азии сильно нагревается и над ним распространяется область низкого давления, куда устремляются воздушные массы с океана.
Образующийся летний муссон обуславливает выпадение больших количеств осадков, часто ливневого характера. Зимой над Азией устанавливается высокое давление из-за более интенсивного охлаждения суши, по сравнению с океаном и холодный воздух движется на океан, формируя зимний муссон с ясной сухой погодой. Муссоны проникают более чем на 1000 км в слое над сушей до 3-5 км.
Ещё посмотрите лекцию "Торфяные пожары" по этой теме.
Воздушные массы и их классификация.
Воздушная масса - это очень большое количество воздуха, которое занимает площадь в миллионы квадратных кило-метров. В процессе общей циркуляции атмосферы воздух расчленяется на отдельные воздушные массы, которые остаются длительное время над обширной территорией, приобретают определенные свойства и обусловливают различ-ные типы погоды. Перемещаясь в другие области Земли, эти массы приносят с собой свой режим погоды. Преобладание в конкретном районе воздушных масс определенного типа (типов) создает характерный климатический режим района.
Основные различия воздушных масс: температура, влажность, характер облачности, запыленность. Например, летом над океанами воздух влажнее, холоднее, чище, чем над сушей на той же широте.
Чем дольше воздух находится над одной территорией, тем сильнее он подвергается изменениям, поэтому воздушные массы классифицируются по географическим зонам, где они сформировались. Выделяют основные типы: 1) арктические (антарктические), которые перемещаются с полюсов, из зон высокого давления; 2) умеренных широт “полярные” - в север-ном и южном полушариях; 3) тропические - перемещаются из субтропиков и тропиков в умеренные широты; 4) экваториальные - формируются над экватором. В каждом типе выделяют морской и континентальный подтипы, различа-ющиеся прежде всего по температуре и влажности в пределах типа. Воздух, находясь в постоянном движении, переходит из района формирования в соседние и постепенно меняет свойства под влиянием подстилающей поверхности, постепенно переходя в массу другого типа. Этот процесс называется трансформацией.
Холодными воздушными массами называют такие, которые перемещаются на более теплую поверхность. Они вызывают похолодание в районах, куда приходят. Сами они при движении прогреваются от земной поверхности, поэтому внутри масс возникают большие вертикальные градиенты температуры и развивается конвекция с образованием кучевых и кучево-дождевых облаков и выпадением ливневых осадков. Воздушные массы, движущиеся на более холодную поверхность, называются теплыми массами. Они приносят потепление, но сами охлаждаются снизу. Конвекция в них не развивается и преобладают слоистые облака.
Соседние воздушные массы разделены между собой переходными зонами, которые сильно наклонены к поверхности Земли. Эти зоны называют фронтами.
