Зональные и меридиональные составляющие общей циркуляции атмосферы

Наиболее устойчивая особенность в распределении как ветра, так и связанного с ним атмосферного давления над земным ша­ром - зональность этого распределения. На отдельных синопти­ческих картах она в значительной мере замаскирована цикло­нической деятельностью и даже на многолетних средних картах несколько замаскирована различием влияний суши и моря на циклоническую деятельность. Основная причина зональности - зо­нальность в распределении температуры, а также некоторые особенности самого механизма общей циркуляции атмосферы.

Зональность циркуляции проявляется в преобладании мери­диональных барических градиентов над широтными, т.е. в преобладании широтных составляющих ветра (восточ­ной/западной) над меридиональными. При этом составляющая того или другого направления (западная или восточная) преобладает одновременно или постоянно в зна­чительной по широте зоне земного шара.

Степень преобладания зональных составляющих над мери­диональными может быть различной. Над тропическими океа­нами преобладание восточных составляющих в переносе воз­духа в нижней части тропосферы выражено очень резко и легко различимо даже на отдельных синоптических картах, т. е. в от­дельные дни. В общем, меридиональные составляющие в тропи­ках, по крайней мере, в 10 раз меньше зональных. Хорошо выражено и преобладание западных ветров в умеренной зоне юж­ного полушария. В то же время во многих районах умеренных широт северного полушария ветер часто и резко меняется по направлению и преобладание западного переноса можно под­метить только из статистического анализа большого материала наблюдений. Есть, наконец, и такие районы, например восток Азии, где преобладающие направления ветра в нижней тропо­сфере ближе к меридиональным, чем к зональным.

Меридиональные составляющие переноса воздуха в общей цир­куляции атмосферы, хотя они и меньше по сравнению с зональ­ными, имеют очень большое значение. Именно они обусловли­вают обмен воздуха между различными широтами Земли.

В каждом циклоне создается перенос воздуха к высоким широтам в передней части и к низким широтам в ты­ловой части, в антициклонах наоборот. Отсюда следует, что в каждый данный момент на одном и том же уровне под одними меридианами господствуют меридиональные составляющие, на­правленные к северу, а под соседними - направленные к югу. Так будет и на многолетних средних картах, где, конечно, ме­ридиональные составляющие меньше, чем в индивидуальных положениях: при осреднении составляющие, направленные по данному меридиану в разное время к северу и к югу, будут в некоторой степени взаимно погашаться.

При зональном типе циркуляции (рис.6.36) над значитель­ной частью полушария или даже над всем полушарием господ­ствует хорошо выраженный западный перенос воздуха. Это зна­чит, что в крупномасштабном распределении давления высокое давление занимает низкие широты, а низкое давление - высо­кие широты. Общий перенос воздуха происходит с запада на восток, в этом же направлении достаточно быстро перемеща­ются и подвижные циклоны и антициклоны. На высотных кар­тах барической топографии изогипсы в этом типе циркуляции в общем имеют зональное направление. Они обнаруживают волнообразные колебания соответственно прохождению подвижных циклонов и антициклонов у земной поверхности. Волны давления также перемещаются в восточном направле­нии, амплитуды их сравнительно невелики. Вторжения холод­ного воздуха в низкие широты в тыловых частях циклонов не­продолжительны и не проникают далеко; поэтому междуши­ротный обмен теплом ослаблен.

Рис.6.36. Пример зонального типа циркуляции на карте абсолютной топографии поверхности 500 мб. Рис.6.37. Пример меридионального типа циркуляции на карте абсолют­ной топографии поверхности 500 мб.

Зональный тип циркуляции в Европе связан с адвекцией воздуха с Атлантического океана (следовательно, с теплой по­годой зимой и прохладной летом и с циклоническими осадками в северной половине Европы). При меридиональном типе (рис.6.37) во внетропических широтах имеются интенсивные высокие и малопо­движные циклоны и антицик­лоны, расположенные бок о бок. Это так называе­мые блокирующие антицик­лоны. Они простираются до больших высот, поэтому за­падный перенос воздуха в тро­посфере нарушается.

В верхней тропосфере на картах барической топографии в этом типе циркуляции видны малоподвижные волны давле­ния с большой амплитудой; изогипсы образуют хорошо выраженные обширные ложбины, простирающиеся в низкие ши­роты, и гребни, простираю­щиеся в высокие широты. По­этому даже в высоких слоях тропосферы воздушные течения приобретают большие мери­диональные составляющие. В передних частях циклонов и в тыловых частях антициклонов устанавливаются мощные воз­душные течения, направленные из низких широт в высокие, а в тыловых частях циклонов и в передних частях антицикло­нов наоборот - из высоких широт в низкие. Обмен воздухом и теплом между высокими и низкими широтами Земли происхо­дит в этом типе интенсивнее, чем в зональном типе.

Меридиональный тип циркуляции в Европе связан с глубокими проникновениями холодных масс арктического воздуха к югу и, напротив, теплых масс воздуха из субтропи­ков в высокие широты.

Как зональный, так и меридиональный тип циркуляции проявляются с разной степенью интенсивности в разных секто­рах Земли. Для числового выражения зональности или меридиональности циркуляции применяются различные цифровые по­казатели, так называемые индексы циркуляции. Простейший из них — это разность значений давления между двумя широ­тами, например 30-й и 60-й (осредненных по отрезкам широт­ных кругов). Чем больше эта разность, тем больше средний меридиональный барический градиент между указанными ши­ротами и тем больше интенсивность зонального переноса воз­духа. Можно взять в качестве зонального индекса непосредст­венно среднее значение зональной составляющей геострофиче­ского ветра.

Наконец, отметим, что преобладающие направления переноса для одного региона постепенно сменяются во времени. Иногда говорят о смене эпох атмосферной циркуляции. Если выполнять наблюдения за общей циркуляцией, то можно выделить длительные периоды, в течение которых преобладает та или иная форма циркуляции. По одной из классификаций используются зональные формы (W – западная, E – восточная) и меридиональная С. В Северном полушарии в 1891 – 1899 преобладала форма W+C, в 1900 – 1928 – W, в 1929 – 1939 – Е, в 1940 – 1948 – С, в 1949 – 1991 – E+C. После 1991 года была отмечена тенденция к переходу к форме W. Смены эпох циркуляции связаны, вероятно, с особенностями солнечной активности, хотя возможны и иные объяснения.

Как уже отмечалось выше, каждая из форм создает определенные условия в разных районах. Так, для Санкт-Петербурга наиболее холодные годы наблюдались при меридиональной форме, которая совпала с периодом блокады, когда наблюдались особо лютые зимы. А при преобладании зональной формы Е теоретически должно было быть глобальное потепление всего полушария, что и имело место в 1929 – 1939 гг.