Тарасов Л.В. - Ветры и грозы в атмосфере Земли (1109048), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Однако Хэдли ошибался, полагая, что воздушная циркуляция охватывает все полушарие — от экватора до полюса. Так не могло случиться, даже если бы Земля не вращалась вокруг своей оси. Ведь согласно картине ветров, показанной на рис. 1.23, а, воздушные массы, поднявшиеся вверх со всего экватора, должны были бы собираться над полюсами, приобретя там исключительно большие скорости. Все это, конечно, не представляется реальным.
Как будет показано ниже, при учете вращения Земли вокруг своей оси не будет происходить скопление воздушных масс над полюсами. Учет вращения Зевали: ячейки Хэдли и Феррела Вращение Земли вокруг своей оси приводит к двум существенным усложнениям в глобальной картине атмосферных циркуляций. Первое усложнение демонстрирует рис. 1.24, а. Оно состоит в том, что вместо одной (экваториальной) области пониженного атмосферного давления вблизи земной поверхности наблюдаются три области — в экваториальном поясе, поясе около 60' с. ш. и поясе около 60' ю.
ш, Соответственно, вместо двух областей ловышенного атмосферного давления вблизи поверхности наблюдаются 14. Общая циркуляция атмосфера 61 Полярная ячейка ррела чейка Хздлн полярные ветры Антнпассаты Антнпассаты полярные ветры Полярные ые ветры ные ветры веро-восточные пассаты Юго-восточные пассаты адные ветры ярные восточные ветры Рнс. 1.24 62 Глава /.
Циркуляция еаэдуаеяих масс е атмас4ере четыре области — две приполярные области плюс пояс около 30' с. ш. и пояс около 30 ю. ш. Нет общей циркуляции в пределах всего полущария (от экватора до полюса); вместо этого наблюдаются несколько циркуляций или, иначе говоря, несколько ячеек (шесть ячеек). Две наиболее крупных ячейки названы ячеиками Хэдли; одна из них циркулирует в Северном полушарии в пределах от экватора до 30' с. ш., а другая — в Южном от экватора до 30' ю.
ш. Между 30 и 60' в Северном и Южном полушариях циркулируют так называемые ячейки Феррела (названы в честь английского школьного учителя, уточнившего в 1856 г. схему Хэдли), а в приполярных областях циркулируют приполярные ячеики. Для всех ячеек справедливо общее правило; воздух поднимается вверх в области пониженного приповерхностного давления и опускается в области повышенного приповерхностного давления.
Вблизи земной поверхности воздух движется из области повышенного давления в область пониженного давления. Итак, в экваториапьной области происходит подъем теплого влажного воздуха. На высотах 1 — 5 км содержащаяся в воздухе влага конденсируется — образуются облака (небо над экватором почти всегда Закрыто облаками). Поднявшийся выше 1О км, уже сухой воздух растекается в верхней тропосфере частью в направлении к северу, а частью — к югу. Достигнув 25' — 30' северной или южной широты, сухой воздух опускается к земной поверхности.
Обратим внимание: в Северном полушарии именно на этих широтах расположены крупнейшие пустыни Земли — Сахара в Африке, Тар и Аравийская в Азии; в Южном полушарии на широтах вблизи 30' находятся пустыни Калахари в Африке и Большая пустыня Виктория в Австралии. Заметим, что скорость опускания воздушных масс в рассматриваемых широтах невелика и горизонтальные скорости ветра вблизи поверхности тоже малы. Эти широты — области штилей. Моряки издавна называли их «конскими широтами». Парусные корабли могли месяцами находиться в безветрии; при этом во множестве погибали от жары и жажды перевозимые морем лошади.
Опустившиеся к поверхности на конских широтах воздушные массы частью перемещаются к экватору, где они поднимаются, замыкая тем самым ячейку Хэлли, а частью переходят в область пониженного давления около 60 (как в Северном, так и в Южном полушарии), где они поднимаются, формируя ячейку Феррела. 64. Общая циркуляция атмосферы Возникает естественный вопрос: почему вращение Земли вокруг своей оси приводит к опусканию воздушных масс вблизи конских широт? Почему конские широты оказываются областями повышенного приповерхностного давления? Учет вращения Земля: цнркуыполярные ветры, пассаты н антнпассаты, западные ветры, полярные восточные ветры Чтобы ответить на поставленные вопросы, надо рассмотреть второе усложнение, которое вносит врашение Земли в картину воздушных потоков в атмосфере.
Оно состоит в том, что эти потоки как вблизи поверхности, так и в верхней тропосфере распространяются отнюдь не в меридианальных плоскостях (линии тока, изображенные на рис. 1.23, б и в, не соответствуют действительности). Обшее правило таково: в Северном полушарии все ветры, удаляющиеся от экватора, заворачивают к востоку, а ветры, приблиокающиеся к экватору, заворачивают к западу', в Юзкном полушарии наблюдается противополоокная картина.
Это правило можно выразить проще; в Северном полушарии все ветры, распространяющиеся не вдоль параллели, отклоняются вправо, а в Юлсном полушарии — влево. Это правило (будем называть его правилом отклонения) не противоречит основному положению, согласно которому воздушные массы перемеШаются из области повышенного давления в область пониженного давления. Просто во время перемещения воздушные массы отклоняются вправо в Северном полушарии и влево в Южном. Важно, однако, чтобы область пониженного давления не была достаточно сильно локализована (это будет важно при рассмотрении позднее обычных и тропических пикпонов). Связь правила отклонения с врашением Земли нетрудно объяснить.
Предварительно заметим, что благодаря врашению Земли точки на экваторе движутся в направлении с запада на восток со скоростью, равной 40 000 км: 24 часа = 1670 км/ч. Точки на 30-й параллели движутся в том же направлении, но их скорость меньше, она равна 1450 км/ч. А скорость движения точек на 60-й параллели еше меньше — 830 км/ч. Теперь представим себе, 64 Глава 6 Циркуляиия воздушних масс в атмосфере что некая масса воздуха, находившаяся на параллели 30' с. ш.
и имевшая скорость 1450 км/ч, перескочила на экватор, где точки движутся со скоростью 1670 км/ч. Ясно, что эта масса окажется отброшенной назад по отношению к направлению движения точек экватора, т. е. отброшенной на запад. А если бы масса воздуха перескочила с 30' с. ш. на 60 с. ш., где скорость всего 830 км/ч, то в этом случае она оказалась бы отброшенной вперед по направлению движения точек параллели, т.
е. на восток. При постепенном перемещении воздушных масс от 30' с. ш. к экватору они будут все время отставать от точек, движущихся по своим параллелям; это отставание выразится в том, что, приближаясь к экватору, воздушные массы будут заворачивать к западу, т. е. отклоняться вправо. Если же воздушные массы перемещаются от 30' с. ш. к полюсу, то они будут все время обгонять точки, движущиеся по своим параллелям. Это приведет к тому, что, удаляясь от экватора, воздушные массы будут заворачивать к востоку, т. е.
опять будут отклоняться вправо. Все это касается перемещений в Северном полушарии. С помощью аналогичных рассуждений можно получить, что в Южном полушарии воздушные массы, приближаясь к экватору или удаляясь от него, будут отклоняться влево. Воспользовавшись правилом отклонения, можно обьяснить, почему происходит опускание к поверхности воздушных масс вблизи конских широт (и тем самым объяснить существование ячеек Хэдли).
Обратимся к рис. 1.24, б. На нем показаны глобальные ветры верхней тропосферы. В северном полушарии они отклоняются вправо, а в Южном — влево. Начнем с рассмотрения ветров, названных на рисунке антипассатами. Антипассаты зарождаются над экватором. Поднявшись благодаря конвекции над экваториальной областью, воздушные массы начинают растекаться в верхней тропосфере частью к северу, а частью к югу, формируя тем самым антипассаты. В Северном полушарии эти ветры, удаляясь от экватора, отклоняются к востоку и на широтах около 30' принимают направление с запада на восток строго вдоль параллели. На этом их удаление от экватора прекращается.
На данных широтах воздушные потоки сливаются в единый воздушный поток, опоясывающий земной шар, — ииркумполярный ветер Северного пилум«ария («циркумполярный» означает «окружающий полюс» или «движущийся вокруг полюса>). Скорость этого ветра в 64. Общая циркуляция атмосферы бб его центральной части достигает 50 м/с. Он циркулирует непосредственно над конскими широтами на высоте 8 — 1О км. В Южном полушарии антипассаты, удаляясь от экватора, также отклоняются к востоку и около 30' ю. ш. принимают направление с запада на восток строго вдоль параллели. Сливаясь, воздушные потоки образуют на данных широтах циркумпояярный ветер Южного полушария.
Он аналогичен циркумполярному ветру Северного полушария и циркулирует, как и тот, в направлении с запада на восток. Итак, над конскими широтами в обоих полушариях циркулируют вокруг земной оси два воздушных потока. Они охлаждены (температура воздуха в тропосфере на высоте 1О км равна примерно — 70'С) и к тому же непрерывно подпитываются антипассатами. Поэтому воздух в циркумполярных потоках оказывается довольно плотным и опускается к земной поверхности. Это опускание воздушных масс как раз и обеспечивает повышенное приповерхностное атмосферное давление в поясах вблизи широты 30' в Северном и Южном полушариях. В результате возникают приповерхностные ветры, дующие от конских широт (от тропиков) как к экватору (северо-восточные и юго-восточные пассаты), так и от экватора (западные ветры) (см.
рис. 1.24, в), на котором представлена вся картина глобальных ветров у поверхности Земли. Западные ветры являются элементами ячеек Феррела. Циркуляцию воздушных масс в этих ячейках поддерживает не только высокое приповерхностное давление вблизи тропиков, но и низкое давление вблизи полярных кругов (в поясах вблизи широт 60' в Северном и Южном полушариях). Как и экваториальное низкое давление, последнее обусловлено конвекцией. В Южном полушарии западный ветер у поверхности океана разгоняется до скорости 25 — 30 м/с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
