Особенности распределения атмосферного давления. Общая циркуляция атмосферы

Циркуляция атмосферы - общая система крупномасштабных воздушных течений над земным шаром. В тропосфере сюда относятся пассаты, муссоны, воздушные течения, связанные с циклонами и антициклонами, в стратосфере — преимущественно зональные (западные и восточные) переносы воздуха с наложенными на них т. н. длинными волнами. Существование ЦА обусловлено неоднородным распределением атмосферного давления (наличием 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 ЦА, энергия которой расходуется на трение, но непрерывно пополняется за счёт солнечной радиации.

Вследствие силы Кориолиса движение воздуха при общей ЦА является квазигеострофическим, т. е. за исключением приэкваториальных широт и пограничного слоя оно достаточно близко к геострофическому ветру, направленному по изобарам, перпендикулярно барическому градиенту. А т.к. атмосферное давление распределяется над земным шаром в общем зонально (изобары близки к широтным кругам), то и перенос воздуха имеет в общем зональный характер. В нижних 1—1,5 км ветер находится ещё под влиянием сил трения и существенно отличается от геострофического по скорости и направлению. Кроме того, распределение атмосферного давления над земной поверхностью, а с ним и течения ЦА зональны лишь в общих чертах. В действительности ЦА 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 (образованием и перемещением в атмосфере циклонов и антициклонов). Циклоническая деятельность придаёт ЦА сложный и быстро меняющийся макротурбулентный характер. С высотой зональность ЦА возрастает, в верхней тропосфере и стратосфере вместо вихревых возмущений преобладают волновые возмущения зонального переноса. Именно связанные с циклонической деятельностью меридиональные составляющие ветра осуществляют 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.

Поскольку 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 циклонической деятельности на структуру полей давления и движения воздуха становится малым, устанавливается западный перенос воздуха почти над всем земным шаром (за исключением приэкваториальной зоны). Зимой в данном полушарии западный перенос захватывает не только верхнюю тропосферу, но и всю стратосферу и мезосферу. Однако летом стратосфера над полюсом сильно нагревается и становится значительно теплее, чем над экватором, поэтому меридиональный градиент давления, начиная примерно с 20 км меняет своё направление и зональный перенос воздуха соответственно меняется с западного на восточный.

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 В., в то же 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, 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.

Зональный перенос в тропосфере особенно хорошо выражен в тропиках. Здесь восточные течения у земной поверхности и в нижней тропосфере — пассаты — обладают большим постоянством, особенно над океанами. В верхней тропосфере они сменяются западным переносом, носящим в тропиках название антипассатов. Меридиональные составляющие в пассатах направлены чаще всего к экватору, а в антипассатах — к средним широтам. Эта циркуляционная ячейка все же связана циклонической деятельностью с циркуляцией во внетропических широтах, откуда она пополняется холодным воздухом и куда передаёт свой тёплый воздух.

В некоторых регионах Земли, в особенности в бассейне Индийского океана, восточный перенос летом заменяется западным в связи с отходом внутритропической зоны конвергенции от экватора в более нагретое летнее полушарие. Противоположные по направлению переносы воздуха зимой и летом в низких широтах называются тропическими муссонами.

Во внетропических широтах развитие и прохождение циклонов (менее интенсивных, чем тропические) и антициклонов — явление повседневное; циклоническая деятельность в этих широтах является формой ЦА, по крайне мере в тропосфере, отчасти и в стратосфере.

В некоторых регионах внетропических широт вследствие неодинакового нагревания суши и моря над сушей в тёплый сезон преобладает пониженное давление, а над смежными водами — повышенное, в холодный сезон — наоборот. В промежуточных областях, по окраинам материка и океана, соответственно создаётся режим внетропических муссонов — достаточно устойчивый сезонный перенос воздуха в одном направлении, который сменяется в другом сезоне таким же переносом в противоположном направлении. Такой режим ветра на В. Азии, включая Советский Дальний Восток.

В некоторых ограниченных областях при ослаблении течений общей ЦА возникают местные мезомасштабные циркуляции с суточной периодичностью, связанные с местными различиями в нагревании атмосферы, обусловленными орографией и соседством суши и воды. Таковы бризы на берегах водоёмов, горно-долинные ветры. В больших городах наблюдаются даже городские бризы, связанные с застройкой города и производством тепла в нём.

Общая циркуляция атмосферы.

1. Экватор – постоянно высокие температуры, формируют восходящие токи, которые как следствие формируют область пониженного давления.

2. Воздушные массы из области экватора в следствии центробежных сил начинают двигаться к полюса, но из-за суточного вращения Земли вокруг своей оси, возникает динамическая причина, выраженная силой Кориолиса. Воздушные массы опускаются в субтропических областях, создавая нисходящие токи воздуха и как следствие формируя область повышенного давления.

3. У поверхности Земли воздушные массы разделяются на 2 ветви: 1) устремляется назад в область экватора, замыкая тем самым некую систему. В географии данная система – ячейка Гадлей. Вторая ветвь все равно устремляется к полюсам в умеренную область.

4. Чтобы рассмотреть как формируется область пониженного давления в районе умеренных широт, мы рассмотрим формирование области повышенного давления в районе полюсов. Итак, в результате низких температур у полюсов формируются нисходящие токи воздуха, и как следствие этого, формируется область повышенного давления у полюсов.

5. Воздушные массы от полюсов в результате центробежных сил устремляются в экваториальную область, где в умеренных широтах она сталкивается с теплой воздушной массой, направляющейся из субтропиков. При столкновении 2 воздушных масс разных по температуре (холодная и горячая) образуется фронтальный раздел, который характеризуется циклонической деятельностью. За счет этого формируются восходящие токи воздуха и как следствие этого формируется область пониженного давления в умеренных широтах. Следовательно, в умеренных широтах основным фактором формирования области пониженного давления будет динамическая причина, выраженная циклонической деятельностью на фронтальных разделах.

6. Вверху воздушный массы, образующие область пониженного давления в умеренных широтах, делятся на 2 ветви, одна из которых устремляется в субтропическую область, тем самым замыкая вторую ячейку – ячейку Ферреля. А вторая подпитывает область повышенного давления и устремляется к полюсу, и тем самым замыкает 3 ячейку – третья ячейка общей циркуляции атмосферы (третья высокоширотная ячейка).