Л.Т. Матвеев - Курс общей метеорологии. Физика атмосферы (1115251), страница 59
Текст из файла (страница 59)
Глава 12 Термический режим тропосферы, стратосферы и мезосферы В этой главе приводятся сведения об особенностях распределения температуры в атмосфере на основе тех данных, которые получены к настоящему времени с помощью радиозондов и ракет. Основное внимание уделяется зональному распределению температуры. Поле температуры (равно как и других величин) называется зональныи, если температура не зависит от долготы, а является функцией лишь широты и высоты точки над уровнем моря. Представление о зональном поле можно получить, если осреднить наблюдаемые температуры по кругам широт.
1 Распределение температуры в тропосфере и нижней стратосфере В последние десятилетия построены вертикальные разрезы поля зональной температуры в северном и южном полушариях по наблюдениям на многих станциях (350 — в северном и !39 — в южном) за период 8 — 14 лет. Такие разрезы, построенные И. В. Ханевской, представлены на рис. 12.1. Горизонтальный градиент зональной температуры Г в тропосфере зимой и летом направлен от экватора к полюсам. Общее понижение температуры от экватора к полярным широтам (от 0 до 70') зимой в том и другом полушарии примерно одинаковое: 35 — 50'С в нижней и 25 — 30'С в верхней тропосфере.
Летом в южном полушарии, где океаны занимают в умеренных широтах 93 — 100 070 поверхности, контраст температур между экватором и полярной областью уменьшается по сравнению с зимой незначительно: до 26'С в нижней и до 20'С в верхней тропосфере. Но зато в северном полушарии, где большая часть занята сушей, разность температур летом почти вдвое меньше, чем зимой. Вблизи уровня моря это различие еще больше: разность температур на экваторе и полюсе равна 60'С в январе и только 28,2'С в июле. Можно отметить еще одну особенность зонального поля температур: в южном полушарии летом и особенно зимой в умеренных 18» Тепаовее состояние атмосферы 270 Январь 20 е пм 50 Январь йт Июль 12 20 15 о с.ш.
ЗО' 00 40 20 0 10 20 О с.ш. 00' ЫО 12 0 с.ш. 00 00 40 20 . 1 ~-о-о 2 Рис 12.1 У вЂ” области Вертикально-меридианальные разрезы поля средней зональной температуры (сС). боаьшвх горизонтальных градиентов температуры, У вЂ” осп страго. сфсриот области тепла. 12 термнеескна решим троаосферы, стратосферы н мезосферы широтах наблюдается зона наибольших горизонтальных градиентов около 07 С/100 км в январе (чето) и 08 С/100 км в июле (зима) на уровне 850 гПа. В северном полушарии, как показывает рис.
!2.2, в тропосфере имеются две зоны больших значений Г. Одна из них расположена между 30 и 50' с. ш. Она существует постоянно и лишь несколько смещается по широте в течение года. С ноября по март ось этой 40 20 0 20 40 ВО 00 с.ш. Рис. с. 12.2. Вертикальный разрез поля горизонтальных градиентов зональной температуры ('С/100 км), зоны (штрихпунктирная линия на рпс. 12.2) лежит между 30 и 40' с. ш. Средние значения Г достигают здесь 0,9 — 1,1'С/!00 км у поверхности земли и 0,65 — 0,70'С/100 км на более высоких уровнях тропосферы. С апреля по октябрь эона больших значений Г находится между 40 и 50' с.
ш., горизонтальные градиенты равны 0,65'С/100 км у поверхности земли н 0,35 — 0,45'С/100 км на других уровнях. н Вторая зона больших значений Г, охватывающая лишь саму нжнюю часть тропосферы (особенно зимой), расположена в поую лярных широтах — вблизи 65' с. ш. зимой и 75' с. ш. летом. Характерной особенностью вертикального распределения температуры в тропосфере является понижение ее с высотой на все х кротах.
Среднее по полушарию значение вертикального градиента температуры у составлят 0,65'С/100 м. Однако от этого среднего наблюдаются значительные отклонения в зависимости от 279 Тсрмнчссвна ремом трооасфсры, стратосферы и мазосфсрм 12 твнаовос состонннв атмосферы 278 высоты и широты. На рис. 12.3 приведено распределение зональной температуры в различные сезоны на разных широтах, В пограничном слое (до высоты около 1,5 км) средние вертикальные градиенты к северу от 30" с. ш. в течение всего года меньше, чем в остальной части тропосферы. В умеренных широ- з км 85 50 10 55 25 10 тах они изменяются от 0,05 — 0,10'С/100 м зимой до 0,44'С/!00 м летом. За полярным кругом зимой и весной преобладает рост температуры с высотой (инверсионное распределение), а летом и осенью — медленное понижение.
В средней и верхней тропосфере вертикальные градиенты больше, чем в пограничном слое. От зимы к лету в средней тропосфере умеренных широт у изменяется от 0,40 до 0,55'С/100 м, в верхней — от 0,60 до 0,70'С/100 и, В низких широтах вертикальные градиенты в верхней тропосфере значительно больше, чем в умеренных широтах: около 0,50'С/100 м во все сезоны года. В средней тропосфере низких 0 -80-80-40 — 20 0 20-80-80-40-20 О 207 С Рнс.
12.3. Распределение средней (за месяц) зональной температуры с высотой. ою... г!ао'с З1 ЗО' с. ш.. Ю ЗО' с. ш., 3) 10' с. ш. широт оии равны 0,50 — 0,60'С/100 м, в верхней 0,70— 0,75 'С/100 м. Наиболее высокие температуры (так называемый термический экватор) на всех уровнях тропосферы наблюдаются в июле вблизи 20' с. ш., а в январе вблизи географического экватора. Анализ рис. !2.1 и 12.3 показывает, что в1ясота тропопаузы даже по осреднеиным во времени данным испытывает большие колебания в зависимости от широты и времени года. Наиболее высокая (16 — 17 км) и холодная (от — 76 до — 82'С) тропопауза наблюдается в экваториальной области.
В умеренных широтах тропопауза располагается на высоте 9— 10 км зимой и 1! — 12 км летом; на 50'с.ш. температура ее равна примерно †55 'С в течение всего года. Наиболее низкая тропопауза (8 — 9 км) отмечается в полярной области. Увеличение толщины тропосферы и высоты тропопаузы в низких широтах можно объяснить влиянием вертикального обмена. Интенсивность обмена в свою очередь зависит от притока солнечной радиации к земной поверхности: там, где этот приток велик, развивается интенсивный турбулентный (конвективный) обмен, распространяющийся до больших высот.
Из термодинамики (см. главу 4) известно, что вертикальный турбулентный обмен приближает кривую распределения температуры к сухой или влажной адиабате. Между температурой Ты и высотой Н тропопаузы существует связь: Тя = 7'с — уН. Здесь То — температура вблизи земной поверхности, у — средний по высоте вертикальный градиент. Йз этой формулы следует, что чем больше Н, тем меньше Тн. Однако на Тн оказывает влияние Т„а также у, т. е. не существует однозначной связи между Н и Тн.
Коэффициенты корреляции г между Н и Тн равны — 0,6, — 0,7; значения г(0 указывают на то, что с ростом Н температура тропопаузы понижается. Однако такая зависимость имеет место не во всех случаях (примерно '/4 случаев). В '/4 оставшихся случаев между Н и Тн существует прямая зависимость: с увеличением Н растет и Тн. В этих случаях определяющее влияние на Тн оказывает температура Т, вблизи земной поверхности. Так, в годовом ходе увеличение Н летом сопровождается в умеренных широтах ростом Тн. Характерной особенностью шяротного распределения Н является наличие разрыва тропопаузы в субтропических широтах (30 — 40'): в экваториальных и тропических широтах высота тропопаузы составляет 16 — 17 км и мало изменяется с широтой, в умеренных и высоких широтах тропопауза расположена на высоте 8 — 12 км, при этом происходит медленное понижение тро- 281 тсрмачсскай рексам троаосфсры, стратосфеРы а метосферы 12 теолоаое состоакас атмосферы 280 попаузы в сторону полюсов. Ширина зоны разрыва тропопаузы достигает 2000 — 2300 км.
В эТой зоне нередко наблюдается двойная тропопауза. В низких широтах северного полушария тропопауза расположена летом (в июле) несколько ниже, чем зимой (в январе). Объяснить это можно влиянием того же притока солнечной радиации, который в январе (за счет меньшего расстояния Земли от Солнца) больше, чем в июле. Нижняя стратосфера. Согласно рис.
12.1, в широтиой зоне между 40 с. ш. и 40' ю. ш. во все сезоны года существует область холода. Она охватывает верхнюю часть тропосферы и нижнюю часть стратосферы. Эта область холода — следствие развитого (под влиянием притока солнечной радиации) вертикального турбулентного н конвективного обмена, охватывающего большой слой атмосферы. Чем больше толщина тропосферы, тем ниже температура в ее верхней части. Вследствие этого же обстоятельства нижняя стратосфера в высоких широтах летом теплая: слабо развитый обмен (над холодной поверхностью) распространяется до сравнительно небольших высот, вследствие чего температура на уровне тропопаузы оказывается значительно выше (составляет от — 44 до — 52 С), чем в умеренных и, тем более, в низких широтах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
