1999 Солдатенко, Синоптические вихри в атмосфере и океане (1119303), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Если же поток оказываетсябаротропно неустойчивым, то длина наиболее неустойчивых волн существенно превышает характерный масштаб синоптических вихрей средних широт,а скорость роста амплитуд баротропно неустойчивых волн существенно меньше, чем реальных атмосферных возмущений, из которых образуются синоптические вихри.Жизнь синоптических вихрей продолжается несколько суток, до тех пор, пока доступная потенциальная энергия, обусловленная горизонтальнымиконтрастами температур, не перейдет в вихревуюкинетическую энергию. Этот процесс называетсябаротропизацией синоптических вихрей. В некоторых случаях возникают ситуации, когда происходитрегенерация (возрождение) синоптических вихрей.Поводом для регенерации циклонического вихряобычно является свежий заток холодного воздуха втыл циклона.
Антициклоны чаще регенерируютсяпри слиянии старого вихря, имеющего теплое ядро,с новым вихрем, имеющим холодное ядро воздуха.Циклоны перемещаются в направлении общего переноса воздуха (ведущего потока), имеющего местов средней тропосфере (на высоте около 5 км). Какправило, этот поток имеет значительную западнуюсоставляющую, поэтому циклоны обычно движутсяс запада на восток, отклоняясь при этом к северу.Скорость перемещения циклона составляет в среднем 30–40 км/ч. На стадии затухания (на четвертые-пятые сутки с момента своего зарождения) скорость перемещения циклона резко замедляется иначинается процесс его заполнения, то есть разрушения. Антициклоны значительно чаще, чем циклоны, становятся малоподвижными и могут сохраняться без существенного изменения много дней.Направление перемещения антициклонов такжеëéêéëéÇëäàâ éÅêÄáéÇÄíÖãúçõâ ÜìêçÄã, ‹2, 1999определяется направлением ведущего потока.
Однако в отличие от циклонов в движении антициклонов преобладает составляющая, направленная книзким широтам.íêéèàóÖëäàÖ ñàäãéçõОгромные бедствия человеку приносят тропические циклоны – интенсивно вращающиеся вихри сбольшим запасом атмосферной влаги, развивающиеся над теплыми океанами в тропиках. В стадиимаксимального развития тропический циклон, называемый ураганом (тайфуном), представляет собойциклонический вихрь диаметром от нескольких десятков до нескольких сот километров, скорость ветра в котором может достигать 200 км/ч и более.Разрушительное действие ураганов связано не только с сильными ветрами, но и с чрезвычайно обильными осадками.
Огромные скорости в тропическихциклонах обусловлены большими градиентами давления: в центре урагана атмосферное давление значительно ниже, чем на периферии (в некоторых случаях на 80 гПа и более). В среднем давление в центретропического циклона составляет 950–960 гПа, довольно часто оно падает до 890 гПа, рекордно низкое давление в центре тропического циклона – около 875 гПа.Особенностью структуры тропического циклона, его феноменальным и загадочным явлением,служит наличие так называемого глаза бури – сравнительно спокойного участка в центре урагана, вкотором наблюдается штилевая безоблачная погода. Глаз имеет диаметр в среднем 24 км, но иногдадостигает 60 км.
По боковым границам глаза возвышается плотная облачная стена. Скопления облаков и связанных с ними осадков образуют в ураганеспиралевидные ответвления от центральной области тропического циклона (рис. 4). Характернойособенностью тропического циклона является также то, что температура воздуха в его ядре значительно (на 5–15°С) выше, чем за его пределами.На картах траекторий ураганов, составленныхмногочисленными авторами, видно, что тропические циклоны возникают и движутся только в определенных областях Мирового океана. Перемещаются тропические циклоны обычно на большиерасстояния и имеют меандрирующую траекторию.Встретив сушу или достигнув средних широт, тропический циклон, как правило, диссипируют либоприобретает свойства среднеширотного циклона.Относительно основных механизмов возникновения тропических циклонов не сформировано единой точки зрения.
Все исследователи сходятся в том,что для возникновения тропического циклона необходимо зарождение незначительного первоначального вихря, который может играть роль спускового механизма. В частности, причиной возникновения первоначального вихря могут служить резкиетемпературные контрасты поверхности, над кото-Высота, кмСтратосфераТропопауза15ТропосфераВоздушные течения12Границы облаков96300Изотермы2025100200кмРис. 4. Вертикальный разрез тропического циклонарой движется воздух. Некоторые исследователи полагают, что начальные вихри могут создаватьсямощными скоплениями кучевых облаков. Определенную роль в зарождении тропических циклоновмогут играть бароклинная неустойчивость и конвективная неустойчивость атмосферного воздуха. Впоследнее время обсуждается следующая гипотезаотносительно зарождения первоначального вихря.Статистический анализ показывает, что часто тропические циклоны возникают в зонах гравитационных аномалий, где претерпевает существенные изменения сила тяжести.
В этих местах возникает такназываемый гравитационный ветер (его скоростьсоставляет несколько метров в секунду), которыйможет сгенерировать первоначальный вихрь. Скорее всего, совокупность перечисленных факторов втом или ином сочетании создает возможности длявозникновения первоначального возмущения.
Нопервоначальный вихрь не всегда приводит к возникновению тропического циклона и перерастанию егов тайфун. Для возникновения тропического циклона очень важно, чтобы температура поверхностиокеана в месте его возникновения была выше26,5°С и чтобы в нижних слоях атмосферы воздухбыл в состоянии, близком к состоянию насыщения.При зарождении первоначального вихревоговозмущения вблизи его оси возникает узкая областьпониженного давления, в которую начинает втягиваться теплый влажный воздух.
Далее этот воздухподнимается вверх, вызывая конденсацию водяныхпаров. Выделяющееся тепло конденсации прогревает столб атмосферы, вызывая еще большее падение атмосферного давления у поверхности океанаи, таким образом, начинает работать самовозбуждающая тепловая машина, приводящая к дальнейшему развитию тропического циклона. Тепло конденсации является основным источником энергиитропического циклона. Лишаясь его при выходе насушу, тайфун быстро затухает.ëéãÑÄíÖçäé ë.Ä. ëàçéèíàóÖëäàÖ Çàïêà Ç ÄíåéëîÖêÖ à éäÖÄçÖ83ëàçéèíàóÖëäàÖ Çàïêà Ç éäÖÄçÖКрупномасштабные течения в океане имеютиное происхождение, чем в атмосфере. Если основные крупномасштабные течения в атмосфере (пассатные циркуляции и западно-восточный переносумеренных широт) создаются нагревом снизу (убывающим от экватора к полюсам) и вращением Земли (силой Кориолиса), то в океане их главной причиной является ветровое напряжение трения наповерхности океана в сочетании с влиянием берегов (отсутствующим в атмосфере) и с вращениемЗемли.
Принимая для океана N = 10−3 c−1 и Н = 5 км,получаем следующую оценку радиуса деформацииРосби LR = 50 км. Таким образом, характерные размеры синоптических вихрей в океане в десятки разменьше, чем в атмосфере, а сами вихри оказываются в сотни раз более медленными (и долгоживущими), чем в атмосфере.В открытом океане основными механизмами зарождения синоптических вихрей являются бароклинная неустойчивость течений (даже слабых) игенерация топографических волн и вихрей при обтекании неровностей рельефа дна.
В открытом океаневозможен еще один механизм генерации синоптических вихрей, не имеющий аналогов в атмосфере, –их генерация прямыми атмосферными воздействиями на поверхности океана, то есть неоднородностями в полях напряжения трения ветра и атмосферного давления.Вихри в океане могут также образовываться наперифериях меандрирующих течений типа Гольфстрима и Куросио. В этом случае при потере устойчивости меандрирующего течения и отсечении меандров образуются фронтальные синоптическиевихри, имеющие вид кольцевых течений и называемые рингами.
На рис. 5 показаны вихри Гольфстрима – очень сильного струйного течения, несущегосвои воды в направлении на север, северо-восток ивосток от Флоридского пролива.Уединенные синоптические вихри в океане могут интепретироваться как солитоны – локализованные возмущения, распространяющиеся с постоянной скоростью и без изменения формы.áÄäãûóÖçàÖИзучение синоптических вихрей в атмосфере иокеане очень важно для повышения качества прогнозов погоды и исследования короткопериодических вариаций климата. Теоретическое исследование синоптических вихрей и изучение их влияния84458070604515 323405353551351534631665401564356430303807060Рис. 5.
Топография (в сотнях метров) изотермической поверхности 15°C. Вытянутый лентообразный пучок изотерм обозначает Гольфстрим. К югуот Гольфстрима видны холодные циклоническиевихри, к северу – теплые антициклонические [2]на погоду и климат основываются на современныхматематических моделях атмосферы, реализуемыхна сверхмощной вычислительной технике. Исследование синоптических вихрей в атмосфере и океане важно для лучшего понимания физических процессов, происходящих в атмосферах других планет.ãàíÖêÄíìêÄ1.
Дымников В.П., Филатов А.Н. Устойчивость крупномасштабных атмосферных процессов. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 236 с.2. Каменкович В.М., Кошляков М.Н., Монин А.С. Синоптические вихри в океане. Л.: Гидрометеоиздат,1982. 264 с.3. Матвеев Л.Т. Теория общей циркуляции атмосферыи климата Земли. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 295 с.4. Шакина Н.П. Динамика атмосферных фронтов ициклонов. Л.: Гидрометеоиздат, 1985.
263 с.* * *Сергей Анатольевич Солдатенко, доктор физико-математических наук, профессор, начальниккафедры метеорологического и геофизическогообеспечения факультета обработки космическойинформации Военной инженерно-космической академии им. А.Ф. Можайского. Автор более 100 научных публикаций, в том числе трех монографий.ëéêéëéÇëäàâ éÅêÄáéÇÄíÖãúçõâ ÜìêçÄã, ‹2, 1999.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
