Циркуляция атмосферы
Перепады атмосферного давления вызывают перемещение воздуха из области высокого давления в область низкого. Горизонтальное движение воздуха относительно земной поверхности называется ветром.
Направление ветра определяют по той стороне горизонта, откуда он дует. Обратите внимание – «откуда», а не «куда»! Северный ветер дует с севера на юг, а не с юга на север. Для определения направления ветра используют простой прибор, который называется флюгер. Флюгер представляет собой пластину, свободно вращающуюся на вертикальном стержне.
Повторяемость ветров разных направлений на какой-либо территории называется режимом ветра. Режим ветра графически изображают в виде так называемой розы ветров – векторной диаграммы, у которой длины лучей, расходящихся от центра в разных направлениях пропорциональны повторяемости ветров этих направлений.
Скорость ветра, чаще всего измеряемая в метрах в секунду (м/с), пропорциональна разнице атмосферного давления. Подобно атмосферному давлению ветры распределяются по поверхности Земли зонально и азонально.
Различают семь широтных ветровых поясов: один экваториальный, два тропических, два умеренных и два полярных. Для каждого пояса характерны одни и те же постоянные ветры, которые формируют глобальную систему зональных ветров.
Экваториальный пояс – штилевой, потому что здесь нет ветра. Нагретый воздух на экваторе движется только вверх. Ширина экваториального пояса составляет около 300 км.
В тропических поясах дуют пассаты – постоянные ветры, направленные из поясов высокого давления (25–35° северной и южной широты) к экватору. Под влиянием вращения Земли вокруг своей оси пассаты отклоняются от своего первоначального направления. В Северном полушарии они дуют не строго с севера на юг, а с северо-востока на юго-запад. В Южном пассаты дуют с юго-востока на северо-запад. По мере приближения к экватору, пассаты отклоняются все сильнее и в конечном итоге приобретают устойчивое восточное направление. Пассаты характеризуются большой устойчивостью направления и высокой скоростью движения воздушных масс.
В умеренных поясах господствуют западные ветры. Воздух, опустившийся к земной поверхности в районе 30 – 40-ых параллелей, частично перемещается к полюсам. Из-за вращения Земли воздушные потоки отклоняются вправо в Северном полушарии (дуют с юго-запада на северо-восток) и влево – в Южном (дуют с северо-запада на юго – восток), Постепенно ветры умеренных широт приобретают устойчивое западное направление.
Для полярных поясов характерны ветры, движущиеся от полярных поясов высокого давления в сторону умеренных поясов низкого давления. Здесь также происходит отклонение направления движения воздушных потоков в результате чего в Северном полушарии дуют северо-восточные ветры, а в Южном – юго-восточные.
На рисунке вы можете увидеть надпись «конские широты». Это не опечатка. Так называются Мирового океана между 30° и 35° северной и южной широты, для которых характерны частые штили. В эпоху парусного мореплавания (XVI–XIX века) эти штили вызывали длительные задержки судов в пути и морякам из-за недостатка пресной воды приходилось выбрасывать за борт лошадей, которых везли из Европы в Новый Свет. Отсюда и произошло такое название этих широт.
Ветры, дважды в год меняющие направление на противоположное, называют муссонами. Муссоны, как и пассаты, относятся к зональным ветрам, то есть к ветрам, дующим в широтном направлении. Муссоны возникают вследствие разницы в давлении воздуха над сушей и океаном. Зимой, когда воздух над сушей холоднее, чем над океаном, то есть – атмосферное давление над материком выше, муссоны дуют с материка на океан. В теплое время года, когда воздух над сушей нагревается сильнее, чем над океаном, муссоны дуют с океана на материк. Вследствие вращения Земли вокруг своей оси муссоны в Северном полушарии отклоняются вправо от своего первоначального направления, а в Южном – влево. Муссоны, дующие с океана на материк, приносят влажный воздух в результате чего над сушей выпадает большое количество атмосферных осадков.
Различают два типа муссонов: внетропические и тропические.
Внетропические муссоны хорошо выражены в Северном полушарии и слабо – в Южном. Причина в том, что для образования муссонов нужно, чтобы площадь материков была примерно равна площади океанов, что наблюдается в Северном полушарии. В Южном же полушарии площадь материков гораздо меньше площади океанов.
Формирование тропических муссонов, то есть – периодическое изменение их направления, объясняется смещением экваториального пояса низкого давления к северу или югу в зависимости от времени года.
Для того, чтобы было понятнее, давайте рассмотрим как будет вести себя юго-восточный пассат Южного полушария в июле, когда экваториальный пояс низкого давления вслед за Солнцем смещается к 15–20° северной широты.
Устремляясь к экваториальному поясу низкого давления, юго-восточный пассат Южного полушария пересечет географический экватор и окажется в Северном полушарии, отклоняющая сила вращения Земли станет действовать на него в противоположном направлении. В результате этого юго-восточный пассат Южного полушария изменит свое направление и превратится в юго-западный пассат или летний муссон Северного полушария.
Сезон дождей в Южной и Юго-Восточной Азии вызван летними муссонами, приносящими на материк влажный воздух.
В январе, когда экваториальный пояс низкого давления сместится к югу, произойдет обратный процесс. Зимой в Южной и Юго-Восточной Азии дуют северо-восточные пассаты или зимние муссоны, которые приносят сухой воздух с материка.
Обратите внимание! На тех участках, где граница между Северным и Южным полушариями проходит по океану (Атлантическому или Тихому), в течение всего года господствуют пассаты и направление ветра не меняется. А там, где в Южном полушарии находится океан (Индийский), а в Северном – материк (Евразия и Африка), формируются зимний и летний муссоны с взаимно противоположными направлениями ветра. Для сезонного изменения направления ветров воздух зимой должен двигаться от холодного материка к более теплому океану, а летом – от холодного океана к более теплому материку.
Неравномерное нагревание земной поверхности и наличие отклоняющей силы вращения Земли приводят к образованию огромных, доходящих в диаметре до нескольких тысяч километров, атмосферных вихрей – циклонов и антициклонов.
Циклоном называется восходящий (то есть – направленный вверх) атмосферный вихрь с замкнутой областью пониженного давления, в которой воздушные массы перемещаются от периферии к центру по спирали. В Северном полушарии это перемещение происходит против часовой стрелки, в Южном полушарии – по часовой. Средняя скорость движения циклона составляет 35–50 км/ч, но может доходить и до 100 км/ч.
Циклоны формируются в областях низкого атмосферного давления. Поскольку воздух в циклонах поднимается вверх, то он быстро охлаждается, а содержащийся в нем водяной пар конденсируется. Для циклона характерны высокая облачность, повышенная влажность воздуха и выпадение атмосферных осадков. Суточные перепады температур невелики вследствие «парникового эффекта» водяного пара.
Обратите внимание! Не считайте синонимичными географические (метеорологические) понятия «циклон» и «депрессия». Депрессией метеорологи называют область сравнительно низкого атмосферного давления, как подвижные, так и неподвижные. Циклон же представляет собой подвижную депрессию.
На нашей планете есть области в которых периодически регулярно возникают депрессии – Азиатская (летняя, с центром, расположенным над Афганистаном), Австралийская (летняя), Алеутская (зимняя), Исландская (зимняя). В экваториальных и субполярных широтах наблюдаются постоянные депрессии.
Антициклон – нисходящий атмосферный вихрь с замкнутой областью повышенного давления, в которой воздушные массы перемещаются по спирали от центра к периферии (в Северном полушарии – по ходу часовой стрелки, в Южном – против). Подвижность антициклонов ниже, чем у циклонов. Скорость движения антициклонов составляет 30–40 км/ч. Антициклоны способны подолгу задерживаться на одном месте. На материках «стояние» антициклонов выражено сильнее, чем на океанах. Поскольку воздух опускается вниз, становясь более теплым и сухим, для антициклона характерна ясная погода без осадков с большими суточными перепадами температур.
Главными областями формирования антициклонов являются субтропические и приполярные широты. В России антициклоны господствуют как зимой, так и летом на юге Русской равнины. Устойчивые антициклоны характерны зимой для Восточной Сибири и Северного Казахстана. На нашей планете существует несколько регионов, для которых характерно многомесячное или годовое господство антициклонов – Азорский, Антарктический, Арктический и Азиатский (Сибирский) максимумы атмосферного давления. Антициклоны способствуют возникновению круговых океанических течений, которые в Северном полушарии двигаются по ходу часовой стрелки, а в Южном – против.
Тропические циклоны выделяют в отдельную группу, потому что они имеют индивидуальные особенности. Во-первых, тропические циклоны формируются исключительно над океанами между 10° и 20° северной и южной широты. Во-вторых, для тропических циклонов характерна очень высокая скорость ветра, могущая не только достигать скорости звука, но и превышать ее.
На Дальнем Востоке и в Юго-Восточной Азии тропические циклоны называются тайфунами, а в Северной и Южной Америке – ураганами. При скорости ветра, превышающей 15–20 м/с говорят о буре или шторме. Ураганом или тайфуном ветер называется при скорости более 30 м/c (117 км/ч).
Тропические циклоны могут вызвать большие волны на поверхности моря, сильнейшие ливни, штормовые приливы и смерчи – мощные атмосферные вихри, возникающие в грозовом облаке и опускающиеся к земной поверхности в виде рукава (хобота). Диаметр смерча может колебаться от десятков метров до 2–3 километров. Над сушей тропические циклоны быстро исчезают. Ввиду этого они представляют опасность только для прибрежных районов и островов.
Местный ветер побережья, меняющий свое направление дважды в сутки, называется бризом. Дневной бриз дует со стороны водоема на сушу, а ночной – с суши на водоем. Бризы возникают из-за того, что суша днем нагревается больше, чем вода, отчего атмосферное давление над ней понижается, а ночью сильнее остывает, что приводит к повышению над ней атмосферного давления.
Борой называют порывистый сильный холодный ветер морских побережий, дующий осенью или зимой с холодного материка в сторону более теплого моря. Для возникновения боры необходимо наличие невысокой преграды (горного хребта), вытянутой вдоль побережья.
Скапливаясь перед преградой, холодный воздух формирует область высокого атмосферного давления. Поднявшись до перевала, он с огромной скоростью устремляется к теплому морю.
Бора может вызывать значительные разрушения в прибрежной полосе и сильное волнение на море. Вот как описал бору писатель Алексей Куприн в своем очерке «Листригоны»: «Бора – иначе норд-ост – это яростный таинственный ветер, который рождается где-то в плешивых, облезших горах около Новороссийска, сваливается в круглую бухту и разводит страшное волнение по всему Черному морю. Сила его так велика, что он опрокидывает с рельсов груженые товарные вагоны, валит телеграфные столбы, разрушает только что сложенные кирпичные стены, бросает на землю людей, идущих в одиночку… Ветер этот страшен своей неожиданностью: его невозможно предугадать – это самый капризный ветер на самом капризном из морей».
Сильный, порывистый, теплый и сухой местный ветер, дующий с гор в долину, называют фёном. Фён теплый потому что во время спуска с высокогорий воздух успевает нагреться (примерно на 1 °C за каждые 100 м высоты).