Общая циркуляция атмосферы

Итак, в тропосфере постоянно дуют ветры. Их скорость и направление существенно меняются во времени, но не следует думать, что в тропосфере царит ветровой хаос. На самом деле, имеются некоторые общие закономерности, которые позволяют говорить о наличии некоей общей системы ветров, что и приводит к понятию общей циркуляции атмосферы.

Общей циркуляцией атмосферы называют систему крупномас­штабных воздушных течений на Земле, т.е. таких течений, ко­торые по своим размерам соизмеримы с частями ма­териков и океанов. От общей циркуляции атмосферы отличают местные циркуляции, такие, как бризы на побережьях морей, горно-долинные ветры, ледниковые ветры и др. Эти местные циркуляции временами и в определенных районах налагаются на течения общей циркуляции.

В тропосфере к общей циркуляции относятся пассаты, муссоны, воздушные течения, связанные с циклонами и антициклонами, в стратосфере – преимущественно западные переносы воздуха с наложенными на них длинными волнами. Создавая перенос воздуха, а с ним тепла и влаги из одних широт и регионов в другие, циркуляция атмосферы является важнейшим климатообразующим процессом. Характер погоды и его изменения в любом месте Земли определяются не только местными условиями теплооборота между земной поверхностью и атмосферой, но и общей циркуляцией атмосферы.

На ежедневных синоптических картах погоды видно, как в каждый данный момент распределяются течения общей цирку­ляции над землей или над всем земным шаром и как это распределение непрерывно меняется со временем. Разнооб­разие проявлений общей циркуляции атмосферы в первую оче­редь зависит от постоянно возникающих в атмосфере циклонов и антицик­лонов, перемещающихся с различной скоростью. Это образование атмосферных возмущений является наиболее характерной чертой общей циркуля­ции атмосферы.

Существование циркуляции атмосферы, очевидно, обусловлено неоднородным распределением атмосферного давления (наличием горизонтального барического градиента), вызванным прежде всего неодинаковым притоком солнечной радиации в различных широтах Земли и различными физическими свойствами земной поверхности, особенно в связи с её разделением на сушу и море. Неравномерное распределение тепла на земной поверхности и обмен теплом между ней и атмосферой приводят в результате к постоянному существованию атмосферной циркуляции, энергия которой расходуется на преодоление трения, но непрерывно пополняется за счёт солнечной радиации. Однако в общей циркуляции атмосферы при всем разнооб­разии ее непрерывных изменений можно подметить и некоторые устойчивые особенности, повторяющиеся из года в год. Такие особенности лучше всего выявляются с помощью статистиче­ского осреднения, при котором ежедневные возмущения цирку­ляции сглаживаются и не мешают увидеть существенных изменений.

Поэтому климатологи, говоря о самых общих свойствах атмосфер­ной циркуляции, опираются именно на многолетние средние карты. Как следует из барического закона ветра, информацию об общей циркуляции атмосферы можно получить из карт многолетнего среднего распределения давления.

Течения общей циркуляции в большей части атмосферы явля­ются квазигеострофическими. Это значит, что они достаточно приближаются к геострофическому ветру, т. е. направлены по­чти по изобарам. Только в слое трения течения существенно от­личаются от геострофического ветра и значительно отклоняются от изобар; однако, приняв известный из опыта средний угол от­клонения, можно и в этом случае по полю давления восста­новить поле ветра. Условие квазигеострофичности не выполняется не только в слое трения, но также на эк­ваторе и вблизи него как у земной поверхности, так и в свобод­ной атмосфере; отклоняющая сила вращения Земли здесь равна нулю или ничтожно мала и не может уравновешивать силу ба­рического градиента.

Так как атмосферное давление распределяется над земным шаром в общем зонально (изобары близки к широтным кругам), то и перенос воздуха зонален. Распределение давления над земной поверхностью, а с ним и течения воздуха зональны лишь в общих чертах. В действительности циркуляция атмосферы находится в непрерывном изменении как в связи с сезонными изменениями в распределении источников и стоков тепла на земной поверхности и в атмосфере, так и в связи с циклонической деятельностью которая осуществляет обмен воздуха между низкими и высокими широтами Земли. В низких широтах Земля получает больше тепла от Солнца, чем теряет его путём собственного излучения, в высоких широтах – наоборот. Междуширотный обмен воздухом приводит к переносу тепла из низких широт в высокие и холода из высоких широт в низкие, чем сохраняется тепловое равновесие на всех широтах Земли.

Т.к. температура воздуха в тропосфере в среднем убывает от низких широт к высоким, атмосферное давление в среднем также убывает в каждом полушарии от низких широт к высоким. Поэтому, начиная примерно с высоты 5 км, где влияние материков, океанов и циклонов на структуру полей давления и движения воздуха становится малым,устанавливается западный перенос воздуха почти над всем земным шаром (за исключением приэкваториальной зоны).

У земной поверхности и в нижней тропосфере зональное распределение давления сложнее, поскольку оно в большей степени определяется циклонической деятельностью. В процессе последней циклоны, перемещаясь в общем к востоку, в тоже время отклоняются в более высокие широты, а антициклоны – в более низкие. Поэтому в нижней тропосфере (и у земной поверхности) образуются две субтропические зоны повышенного давления по обе стороны от экватора (рис.6.35), вдоль которого давление понижено (экваториальная депрессия); в субполярных широтах образуются две зоны пониженного давления (субполярные депрессии); в самых высоких широтах давление повышено. Этому распределению давления соответствуют западный перенос в средних широтах каждого из полушарий и восточный перенос в тропических и высоких широтах.

Рис.6.35. Схема зональных переносов при общей циркуляции атмосферы в верхней тропосфере (слева) и у поверхности земли (справа)