Общая циркуляция атмосферы

Влияние циркуляции атмосферы на климат

Циркуляция атмосферы является важным природным явлением, которое влияет на формирование климата Земли и постоянные изменения погодных условий отдельных регионов. Перемещаемые воздушные течения, которые могут быть теплыми или холодными, сухими либо влажными, могут формировать разнообразные режимы климата. Циркуляция атмосферы играет роль в переносе влаги от океанов на континенты, из одних широт в другие.

Подстилающая поверхность местности, рельеф территорий, прибрежные течения являются факторами, обуславливающими движение воздушных масс, проникновение которых на ту или иную область земного шара формирует соответствующую погоду.

Воздушные течения имеют отличительную черту, характеризующуюся вечным движением и трансформацией, однако переходящие границы между ними достаточно резкие, в несколько километров. Такие зоны носят название атмосферные фронты и отличаются изменчивостью направления и скорости ветра, сменой давления, температуры, влажности. Местность, где проходит атмосферный фронт, меняются погодные условия. Атмосферные фронты могут быть холодными и теплыми. Холодные атмосферные фронты приносят холода, дождевые тучи, ливни. Приближению теплого фронта нередко сопутствуют обильные осадки с грозами.

В циркуляции атмосферы перенос воздушных масс и распределение ветров зависит от широт земного шара. Поступление воздушных масс с той или иной широты формирует скорость ветров, осадки, температуру на определенной территории Земли. Важную роль в циркуляции воздушных масс играют муссоны, которые представляют собой стойкие сезонные ветры, меняющие собственное направление в зависимости от сезона дважды в год.

Движение воздушных течений определяет распределение тепла и влажности в атмосфере Земли, тем самым оказывая немаловажное влияние на климат

Характеристика ветров

Составим таблицу, где представлены виды ветров и их характеристика.

Виды ветров

Разобравшись с тем, что такое ветер, необходимо узнать, сколько существует его видов и чем они отличаются друг от друга. Выделяют три основные группы ветров:

• местные;
• постоянные;
• региональные.

Местные ветра соответствуют своему названию и дуют только на определенных территориях нашей планеты. Их появление связано со спецификой местных рельефов и изменениями температуры в относительно короткие промежутки времени. Эти ветра характеризуются малой протяженностью и суточной периодичностью.

Что такое ветер местного происхождения, теперь понятно, но и он делится на свои подвиды:

• Бриз — легкий ветер, который в день дважды меняет направление. Днем дует с моря на сушу, а ночью наоборот.
• Бора — сильноскоростной холодный воздушный поток, дующий с вершин гор на долины или побережья. Он непостоянный.
• Фён — теплый и легкий весенний ветер.
• Суховей — сухой ветер, преобладающий в степных районах в теплый период времени в условиях антициклона. Он предвещает засуху.
• Сирокко — стремительные южные, юго-западные воздушные потоки, которые образуются в Сахаре.
• А что такое ветер хамсин? Это пыльные, сухие и жаркие воздушные массы, преобладающие на северо-востоке Африки и востоке Средиземноморья.

К постоянным ветрам относятся такие, которые зависят от совокупной циркуляции воздуха. Они устойчивые, равномерные, постоянные и сильные. К ним принадлежат:

• пассаты — ветра с востока, отличаются постоянством, не меняющимся направлением и силой в 3-4 балла;
• антипассаты — ветра с запада, переносящие огромные воздушные массы.

Региональный ветер появляется в результате перепадов давления, немного похож на местный, но более устойчивый и мощный. Ярким представителем этого вида считается муссон, который берет свое начало в тропиках, на рубеже с океаном. Он дует периодически, но масштабными потоками, меняя пару раз в год свое направление: в сезон лета — с воды на сушу, в период зимы — наоборот. Муссон приносит много влаги в виде дождей.

Антарктида

Ветер в Антарктиде необычный — он называется катабатическим, или падающим. Из-за формы континента, плотные воздушные потоки спускаются по ледяным склонам, что делает ветер не только сильным, но и необычайно холодным.

Форма континента очень напоминает купол, ветер дует с вершины по направлению к береговой линии с уклоном влево из-за вращения Земли вокруг своей оси. Сила порывов ветра на самом южном континенте регулярно измеряется с декабря 1913 года. Самый ветреный час в истории Антарктиды был 6 июля 1913 года, когда сила воздушных потоков достигла скорости 153 км в час.

Однако очень сложно измерить силу катабатического ветра, особенно в Антарктиде, где температура никогда не поднимается выше ноля. Во-первых, сильные потоки воздуха из-за их плотности легко ломают оборудование, во-вторых, даже если некоторые измерительные станции и столбы остаются нетронутыми, они часто леденеют.

средней скорости

Для отдельных потребностей используются и другие стандарты составления карт ветра. Так, для нужд ветроэнергетики измерения проводят на высоте превышающим 10 м, обычно 30-100 м, и приводят данные в виде средней удельной мощности ветрового потока.

Максимальная скорость ветра

Наибольшая скорость порыва ветра на Земле (на стандартной высоте 10 м) было зарегистрировано автоматической метеорологической станцией на австралийском острове Барроу во время циклона Оливия 1996 года. Она составляла 113 м / с. Второй по величине значения скорости порыва ветра составляет 103 м / с. Он был получен 12 апреля 1932 в обсерватории на горе Вашингтон в Нью-Гемпшире. Скорости могут быть большими при таких явлений как смерч, но их точное измерение очень тяжелое и надежных данных для них не существует.

Наибольшую скорость порыва ветра в Украине было зарегистрировано в декабре 1947 года на горе. Она составляла 50 м / с.

Градиент скорости ветра

Градиентом ветра называют разницу в скорости ветра на небольшом масштабе, чаще всего в направлении, перпендикулярном его движению. Градиент ветра делят на вертикальную и горизонтальную компоненты, из которых горизнтальна имеет заметно отличны от нуля значение вдоль атмосферных фронтов и у побережья, а вертикальная – у поверхности, хотя зоны значительного градиента ветра разных направлений также встречаются в высоких слоях атмосферы вдоль высотных токовых течений. Градиент ветра является микрометеорологичним явлением, имеющим значение лишь на небольших расстояниях, однако он может быть связан с погодными явлениями мезо-и синоптической метеорологии, такими как линия шквала или атмосферные фронты. Значительные градиенты ветра часто наблюдаются у обусловленных грозами микропоривив, в районах сильных локальных приповерхностных ветров – низкоуровневых струйных потоков, около гор, строений, ветровых турбин и судов.

Градиент ветра имеет значительное влияние на приземление и взлет летательных аппаратов, с одной стороны он может помочь сократить расстояние разбега самолета, а с другой усложняет контроль над аппаратом. Градиент ветра является причиной значительного количества аварий летательных аппаратов.

Градиент ветра также влияет на распространение звуковых волн в воздухе, могут отражаться от атмосферных фронтов и достигать мест, которых иначе они бы не достигли, или наоборот. Сильные градиенты ветра мешают развитию тропических циклонов, но увеличивают продолжительность отдельных Гриз. Особое форму градиента ветра – термальный ветер – приводит к образованию высотных токовых течений.

В результате разницы давлений между двумя разными воздушными областями возникает ветер. Скорость и направление его движения может меняться в зависимости от показателей давления во времени и пространстве. В большинстве областей планеты доминируют определенные направления ветра. Так, у полюсов преобладают восточные ветры, в умеренных широтах — западные. Наряду с такими районами встречаются также зоны затишья и аномальные области, где ветер дует постоянно.

Сильный ветер также может возникать из-за локальных изменений вроде противостояния циклона и антициклона. По действию ветра на наземные предметы и волнения на море силу ветра оценивают в баллах по шкале Бофорта. В зависимости от того, с какой скоростью дует ветер, каждая сила ветра имеет свое словесное определение.

Скорость ветра: 1-5 км/ч

От 0 до 1 балла

Штиль — это безветренная или почти безветренная погода, при которой максимальная скорость ветра составляет не более 0,5 м/с. Когда дует тихий ветер, на море появляется легкая рябь. На суше при таком ветре дым отклоняется от вертикального направления.Читать на Don’t Panic: http://dnpmag.com/2017/09/08/osnovnye-vetra-raznoj-sily/

Происхождение муссонов

В летнее время земная поверхность прогревается быстрее водной акватории. В результате воздушная масса над сушей нагревается быстрее. Над территорией суши формируется низкое давление.

Над водной акваторией воздух более прохладный, формируется высокое давление. Поток холодного воздуха направляется с океана на сушу. Так образуется летний муссон.

Зимой суша быстрее отдает тепло. Водные массы охлаждаются медленно. Значит над акваторией океана воздух тёплый, создается низкое давление. Над поверхностью суши температура воздуха низкая, создается высокое давление. Воздушный поток с материков направляется в сторону водного пространства.

Полярная циркуляция атмосферы

В циркуляции атмосферы ветры распределяются в зависимости от широт. В низких широтах преобладает восточный тропический перенос воздуха, в средних – западный, в высоких широтах господствует полярная циркуляция с северо-восточными ветрами в Северном полушарии и юго-восточными ветрами в Южном полушарии.

Полярная циркуляция атмосферы обусловлена формированием районов высокого давления у полюсов. Векторы изменения атмосферного давления направлены от полюсов в сторону минимума умеренных широт, в следствие чего в Арктике преобладают северо-восточные ветры, а в Антарктиде преобладают юго-восточные ветры. В Антарктиде ветры  устойчивее и обладают большей скоростью. В Арктику нередко приходят циклоны и поступает теплый воздух с северной Атлантики, в следствии чего в этом регионе восточные ветры непостоянны, на береговых территориях Америки и Евразии присутствует незначительное муссонное направление.

Местные соображения

Морские и наземные бризы

A: морской бриз, B: наземный бриз

В районах, где ветер слабый, морской и наземный бриз являются важными факторами, влияющими на преобладающие ветры. Море нагревается от солнца на глубину более чем на землю из — за его большей удельной теплоемкости . Следовательно, море обладает большей способностью поглощать тепло, чем суша, поэтому поверхность моря нагревается медленнее, чем поверхность суши. Когда температура поверхности земли повышается, земля нагревает воздух над ней. Теплый воздух менее плотный, поэтому он поднимается вверх. Этот поднимающийся над землей воздух снижает давление на уровне моря примерно на 0,2%. Более прохладный воздух над морем, теперь с более высоким давлением на уровне моря, течет к суше с более низким давлением, создавая более прохладный ветерок у побережья.

Сила морского бриза прямо пропорциональна разнице температур между сушей и морем. Если дует ветер со стороны берега со скоростью 8 узлов (15 км / ч), то морской бриз вряд ли будет развиваться. Ночью земля остывает быстрее, чем океан из-за различий в их значениях удельной теплоты , что заставляет дневной морской бриз рассеиваться. Если температура на суше опускается ниже температуры на море, давление над водой будет ниже, чем на суше, создавая наземный бриз до тех пор, пока он не будет достаточно сильным, чтобы противостоять ему.

Хождение в надземных районах

Схема горной волны. Ветер течет к горе и производит первое колебание (A). Вторая волна возникает дальше и выше. Линзовидные облака образуются на пике волн (B).

На возвышенных поверхностях нагревание земли превышает нагревание окружающего воздуха на той же высоте над уровнем моря, создавая связанный термический минимум над местностью и усиливая любые минимумы, которые в противном случае существовали бы, и изменяя циркуляцию ветра в регионе. В тех районах , где есть надежная топография , что значительно прерывает поток окружающей среды ветра, ветер может изменить направление и ускорение параллельно обструкции ветра. Эта барьерная струя может усилить ветер на небольшой высоте на 45%. В горных районах локальные искажения воздушного потока более серьезны. Неровный рельеф в сочетании создает непредсказуемые схемы потока и турбулентность, например роторы . Сильные восходящие и нисходящие потоки и водовороты возникают, когда воздух течет по холмам и долинам. Направление ветра меняется из-за контура земли. Если в горном хребте есть перевал , ветер будет проноситься через перевал со значительной скоростью из-за принципа Бернулли, который описывает обратную зависимость между скоростью и давлением. Воздушный поток может оставаться турбулентным и неустойчивым на некотором расстоянии по ветру в более плоскую сельскую местность. Эти условия опасны для взлетающих и падающих самолетов.

Дневное отопление и ночное охлаждение холмистых склонов приводят к дневным колебаниям воздушного потока, подобно взаимосвязи между морским и наземным бризом. Ночью склоны холмов охлаждаются излучением тепла. Воздух вдоль холмов становится холоднее и плотнее, дует вниз в долину, притягиваемый силой тяжести. Это горный бриз. Если склоны покрыты льдом и снегом, днем ​​будет дуть горный бриз, унося плотный холодный воздух в более теплые, бесплодные долины. Незаснеженные склоны холмов будут прогреваться днем. Воздух, соприкасающийся с прогретыми склонами, становится теплее и менее плотным и поднимается вверх. Это называется анабатическим ветром или долинным бризом.

Температура вод

Атлантический океан – относительно узкий, но протяженный. С севера на юг он простирается на 15000 км, а максимальная ширина достигает 6700 км.

Оба параметра влияют на климат и показатели океана:

Протяженность. Атлантика простирается во всех климатических поясах, кроме арктического. Поэтому разница в температурах существенна, особенно если сравнивать северную половину с южной. Средняя температура вод океана – плюс 4,04°С, поверхностных вод – плюс 15,45°С.

Льды Арктики и Антарктики понижают температуру воды в приполярных районах. Но происходит это неравномерно. Антарктические массы оказывают более сильное воздействие: в Южном полушарии поверхностные воды на 6°С холоднее, чем в Северном.

В открытой части океана самые теплые воды – между 5 и 10° северной широты.

Небольшая ширина приводит к повышенной солености поверхностных вод: испаряющаяся влага уходит на материки, а не возвращается в океан. Самая высокая соленость – в субтропических районах: более 37,5 промилле.

В бассейн Атлантического океана впадает много крупных рек: в частности, Миссисипи, Амазонка, Конго, Дунай, Нил. Они опресняют воду в прибрежной зоне. Поэтому зимой покрываются льдом те моря и заливы, которые расположены в умеренных широтах западных берегов и в субполярных широтах.

Виды ветров

Существуют различные типы ветров. Они различаются по интенсивности, направленности, длительности существования, прочим показателям.

Главные разновидности потоков – постоянные и сезонные. Первые движутся в неизменном направлении. В категорию входят пассаты в тропиках, западный перенос в умеренных поясах, ветра, направленные от полярных зон к умеренным областям. Возникновение ветров постоянного типа обусловлено соприкосновением областей тропического высокого, экваториального и умеренного низкого давления.

Сезонные потоки изменяют направленность в разные сезоны.

Существуют местные потоки, циркулирующие на ограниченной территории, оказывающие влияние на ее климат.

К постоянным ветрам относятся:

1. Пассаты – постоянно существующие воздушные потоки, формирующиеся в тропических широтах. Устремлены к экватору.
2. Западный перенос – постоянно господствует на территориях с умеренным климатом. Движется на восток.

Сезонные – муссоны. В зимние месяцы направлены с суши в океан, в летние – обратно. Формируются у восточного и юго-восточного берега Азии.

Интересные названия ветров местного уровня:

1. Бризы – теплые ветры, меняющие направленность дважды в сутки, наблюдаемые на стыках суши и моря. В дневные часы несут свежесть с морского пространства, в ночные – уносят нагретый воздух с побережья. Иногда появляются на крупных озерах и водохранилищах.
2. Бора – в летние месяцы теплый, в зимние – холодный поток, формирующийся в областях примыкания гор к морю (Средиземноморье, берега Черного моря). С высокой скоростью движется с горных склонов к воде.
3. Фён – порывистый сухой горячий ветер, спускающийся с горных склонов в долины. Наблюдается в горных областях Евразии, Северной Америки. Порывы обусловлены значительным перепадом высот на небольшой дистанции движения.
4. Самум – пустынный сухой поток, несущий с высокой скоростью огромное количество песка. Отмечается в песчаных пустынях Африки, на Аравийском полуострове.
5. Сирокко – итальянское название ветра южной и юго-западной направленности, наблюдающегося над Средиземноморьем, Северной Африкой.
6. Зефир – влажное теплое весенне-летнее течение, образующееся на востоке Средиземноморья.
7. Суховей – горячий сухой воздушный поток, формирующийся над пустынными и степными зонами умеренного пояса.
8. Зюйд – южное течение. Характеризуется постоянной направленностью на северном полюсе.
9. Нордер – северный воздушный поток, возникающий в Мексиканском заливе.

Ветроуказатель

Необычные:

1. Хабуб – песчаная буря в Северной Африке, Аравии.
2. Солано – сухой, несущий пыль ветер, неблагоприятный для человеческого организма, формирующийся над Испанией и Гибралтарским проливом.
3. Хамсин – горячий шторм, дующий в Аравии 50 суток.
4. Торнадо – североамериканский вид урагана, представляющий воронку, спускающуюся с облака на поверхность земли. Вращается с огромной скоростью, причиняет значительные разрушения. Также называется смерч. Редко наблюдается на прочих континентах.
5. Калима – пыльная буря северо-восточной направленности, движущаяся на Канарские острова.
6. Байамос – шквал, обрушивающийся на Малайский архипелаг, острова Карибского бассейна, несущий грозовые ливни.
7. Близзард – буран в Канаде (аналогично в Сибири пурга).
8. Джут – холодная воздушная масса, направленная из Сибири в Среднюю Азию, несущая морозы и бураны.
9. Мистраль – интенсивный холодный сухой поток, дующий зимой и ранней весной из полярной зоны, проходящий по территории Франции.
10. Леунг – холодное воздушное течение над побережьем Китая.
11. Нагаи – холодная масса, дующая с севера на Японские острова.

Ветряные электростанции

Значение ветров нельзя переоценить: они формируют климат, используются для морских путешествий, некоторых спортивных состязаний, являются возобновляемым источником энергии. Ветряные мельницы уходят в прошлое, но сегодня многие цивилизованные страны переходят на добычу электроэнергии посредством ветровых установок.

Интересные факты

• Самый быстрый ветер называют смерч или торнадо. Это разрушительный ветер, который часто можно наблюдать в Северной Америке.
• Абсолютный рекордсмен — ветер при циклоне под названием “Оливия”. Он был зафиксирован в 1996 году и его скорость составляла 113 м/с.
• 15 июня отмечают международный день Ветра.
• Самые странные названия ветров: Арбузный — который дует на дозревающие ягоды Эгейского полуострова, Доктор — легкий летний бриз, Бабий ветер — поток воздуха на Камчатке, с помощью которого женщины сушат белье на улице, Покойник — западный ветер на острове Селигер.
• Слабое дуновение ветра, которое сбивает пену с волны, делая поверхность моря блестящей, называют Белый Шквал или Иллюминатор.

Ветер — мощная сила природы, способная, будучи альтернативным источником энергии, как облегчать нам жизнь, так и осложнить ее своей разрушительной силой. Еще больше интересной информации об этом природном явлении смотрите в предложенном видео.

Тихоокеанские течения — теплые и холодные

В целом схема течений Тихого океана соответствует закономерностям циркуляции атмосферы. К теплым тихоокеанским течениям относятся:

• Северо-пассатное течение. Движется в северном полушарии с востока на запад вдоль экватора — от мексиканского побережья к Филиппинским островам.
• Течение Куросио. Следует вдоль южных и восточных берегов Японии — от северной части Филиппинских к восточным берегам Курильских островов.
• Северное Тихоокеанское течение. Проходит от Курильских островов в сторону западного побережья Североамериканского континента.
• Аляскинское течение. Вдоль побережья Аляски движется в Берингово море.
• Южно-пассатное течение. Движется в южном полушарии вдоль экватора с востока на запад.
• Экваториальное (Межпассатное) противотечение. Пролегает между Северным и Южным пассатными течениями, двигаясь им навстречу, то есть с запада на восток.
• Восточно-Австралийское течение. Отклоняется от Южно-Пассатного, двигаясь на юг вдоль берегов Австралии.
• Течение Кромвелла. Является подповерхностным противотечением, движется ниже Южно-Пассатного навстречу ему.

Помимо теплых, в Тихом океане имеют место также и холодные течения:

• Калифорнийское течение. Движется с севера на юг вдоль берегов США и Мексики.
• Перуанское течение. Протекает с юга на север вдоль западного побережья Южной Америки.
• Курильское течение. Берет начало в Северном Ледовитом океане, доходя до берегов Японии, где сталкивается с теплым течением Куросио.
• Течение Западных ветров. Огибает весь земной шар с запада на восток, двигаясь вдоль побережья Антарктиды.

Чтобы понять логику взаимодействия основных тихоокеанских течений, лучше всего взглянуть на соответствующую схему, где вся картина циркуляции вод видна как на ладони.

Экваториальный климатический пояс: характеристика климата

Для западной части Анд и севера Гвинейского побережья характерно выпадение самых обильных осадков, их количество может превышать 5000 мм в год, в некоторых местах до 10000 мм в год. На такое обилие осадков влияет сильное противотечение между пассатными течениями севера и юга. В этих районах выражен летний максимум осадков.

Режим осадков в экваториальном поясе по сезонам существенно различается. Сухой период или отсутствует, или длится один-два месяца. Большая разница в количестве осадков в летнее и зимнее время в этих регионах связано с сухим и пыльным западным африканским пассатом Харматан. С конца ноября по начало марта он дует из Сахары по направлению к Гвинейскому заливу.

Течения Северного полушария

Они движутся по часовой стрелке:

• Гольфстрим. Теплое течение, которое начинается у полуострова Флорида в Мексиканском заливе (отсюда название gulf stream – течение залива) и направляется на северо-восток. Мощный терморегулятор: поддерживает комфортную температуру воздуха в Европе и не дает Скандинавии покрыться льдами. Ширина течения – около 100-150 км, глубина – до километра.
• Северо-Атлантическое. Гольфстрим распадается на 2 течения возле полуострова Ньюфаундленд, образуя Северо-Атлантическое и Канарское течения. Первое относится к теплым и продолжает терморегулирующее действие Гольфстрима: дарит мягкий климат на северо-западном побережье Европы. Возле Фареры разделяется на Гренландское и Нордкапское, благодаря которому порт Мурманска никогда не замерзает.
• Канарское. Несмотря на заманчивое название, это – холодное течение. Двигается от берегов Пиренейского полуострова на юг и теряет свою мощь возле Канар.
• Северное Пассатное. По протяженности – одно из основных в Атлантическом океане. Начинается у побережья Марокко и простирается до Карибских островов. Там вливается в Карибское море и плавно переходит в мелкие течения, которые рождают Гольфстрим.