Циркуляція повітряних мас в атмосфері

3.5 Циклони помірних широт

Список використаної літератури та веб-ресурсів

Повітряні маси - великі обсяги повітря в нижній частині земної атмосфери - тропосфері, мають горизонтальні розміри в багато сотень або кілька тисяч кілометрів і вертикальні розміри в кілька кілометрів, що характеризуються приблизною однорідністю температури і вологовмісту по горизонталі. Однорідність властивостей повітряної маси досягається формуванням її над однорідної підстильної поверхнею в подібних умовах теплового і радіаційного балансу.

Значення метеорологічних елементів в межах повітряної маси змінюються незначно - горизонтальні градієнти малі. Різке зростання градієнтів метеорологічних величин, або, по крайней мере, зміна розміру й напрями градієнтів відбувається в перехідній зоні між двома повітряними масами, призводить до виникнення зони атмосферного фронту.

Об'єкти, що виникають в тропосфері в результаті взаємодії повітряних мас - перехідні зони (фронтальні поверхні), фронтальні хмарні системи хмарності та опадів, циклонічні обурення, мають той же порядок величини, що й самі повітряні маси - можна порівняти за площею з великими частинами материків або океанів, час їх існування - більше двох діб.

повітряний циркуляція атмосфера циклон

1.1Классіфікація повітряних мас

Так як кожна повітряна маса порівняно однорідна, то метеорологи створили класифікацію, в якій виділили чотири основних типи повітряних мас, причому кожен тип підрозділяється на підтипи. Класифікація заснована на фізичних властивостях розглянутих повітряних мас. Назви повітряним масам при класифікації давалися на підставі кліматичних особливостей тих областей Землі, в яких формуються ці маси. Тим самим назву кожної маси відразу дає деяке вказівку на її температуру і вологість.

Чотири головні повітряні маси, виділені в даній класифікацій, такі. Арктична (А) і полярна (П) повітряні маси мають низьку температуру і малу вологість. Різниця між цими повітряними масами невелика, але вона відображає деяке розходження тих осередків, в яких маси формуються. Тропічна (Т) і екваторіальна (Е) повітряні маси - теплі і вологі. Різниця між ними теж невелика, але і вона характерна для двох повітряних мас, що сформувалися в різних осередках.

Повітряні маси, що утворилися в чотирьох головних осередках, що відображаються назвами цих мас, підрозділяються далі в залежності від виду поверхні, над якою вони формувалися. Розрізняють маси континентальні (к), порівняно сухі. сформувалися над сушею. і морські (м) - порівняно вологі за рахунок випаровування з водойм, над якими вони формувалися.

1.2Основние райони формування повітряних мас

Основні повітряні маси, що зустрічаються на Землі, формуються в чотирьох головних осередках. У кожному осередку формується повітряна маса, що володіє своїми особливими фізичними властивостями, придбаними нею при взаємодії з місцевими джерелами тепла, вологи і т. Д.

У районах північного і південного тропіків формуються дві основні повітряні маси: над континентами - континентальне тропічне повітря (кТ), над океанами - морський тропічний (мТ). Сухе гаряче континентальне повітря є головною причиною виникнення багатьох пустель в субтропічних широтах нашої планети. У поясі пасатів формується теплий і вологий морський екваторіальний повітря (МЕ). У цьому поясі мало суші, не дивлячись на це він робить на розвиток атмосферних процесів не менший вплив, ніж континентальні райони. У північних районах Атлантичного і Тихого океанів формуються повітряні маси третього типу. Це - прохолодний і вологе морське полярне повітря (МП) і холодний і сухий континентальний полярне повітря (КП), що формується в поясі 55--65 ° с. ш.

2.Ціркуляція атмосфери

Загальною циркуляцією атмосфери називають замкнуті течії повітряних мас в масштабах півкулі або всієї земної кулі, що призводять до широтному і меридіональному перенесенню речовини і енергії в атмосфері.

Існування циркуляція атмосфери обумовлено неоднорідним розподілом атмосферного тиску (наявністю баричного градієнта), викликаним перш за все неоднаковим припливом сонячної радіації в різних широтах Землі і різними фізичними властивостями земної поверхні, особливо в зв'язку з її поділом на сушу і море. Нерівномірний розподіл тепла на земній поверхні і обмін теплом між нею і атмосферою приводять в результаті до постійного існування циркуляція атмосфери. енергія якої витрачається на тертя, але безперервно поповнюється за рахунок сонячної радіації. Таким чином, сонячна енергія є першопричиною всіх рухів в повітряній оболонці Землі. Крім припливу сонячної енергії до найважливіших факторів, що викликають виникнення вітру, відносяться також обертання Землі навколо своєї осі, неоднорідність підстильної поверхні і тертя повітря про грунт. У земній атмосфері спостерігаються повітряні руху самих різних масштабів - від десятків і сотень метрів (місцеві вітри) до сотень і тисяч кілометрів, приводячи до формування в тропосфері циклонів, антициклонів, мусонів і пасатів.

У стратосфері відбуваються переважно зональні переноси, що обумовлює існування широтноїзональності. Найпростіша схема (рис.1) глобальної циркуляції атмосфери була складена понад 200 років тому.

Її основні положення не втратили свого значення і до сих пір.

Тепле повітря над екватором піднімається і рухається до полюсів. На висоті він остигає, у 30-й паралелі (в обох півкулях) опускається в приземний шар і повертається до екватора. Так виникає вертикальний цикл руху повітряних мас, названий осередком атмосферної циркуляції. Осередки формуються також між 30-й і 60-й паралелями та між 60-ю паралеллю і полюсом. Це так звані циркуляційні осередки - осередок Хадлі, осередок Феррела, осередок Гадлея. полярна осередок.

Осередок Хадлі це елемент циркуляції земної атмосфери, яке спостерігається в тропічних широтах. Він характеризується висхідним рухом у екватора, спрямованим до полюса потоком на висоті 10-15 км, низхідним рухом в субтропіках і потоком у напрямку до екватора у поверхні. Ця циркуляція безпосередня пов'язана з такими явищами як пасати, субтропічні пустелі і висотні струменеві течії.

Осередок Феррела - напрямок руху повітря в осередку протилежно тому, яке мають повітряні маси сусідніх осередків. Частина остиглого повітря з півдня, опустившись у 30-й паралелі, продовжує рухатися до полюсів, а частина нагрітого з півночі, піднявшись у 60-й паралелі, до екватора. Ефект Коріоліса відхиляє повітряний потік у землі з заходу на схід.

Осередок Гадлея - нагрітий у екватора повітря піднімається, рухається до полюсів, охолоджується, опускається в приземний шар і повертається до екватора. Ефект Коріоліса відхиляє його зі сходу на захід.

Полярна осередок - повітря, охолоджуючись біля полюсів, опускається, рухається до екватора і, нагріваючись, піднімається. Ефект Коріоліса відхиляє його у землі зі сходу на захід.

Переміщення повітря в приземному шарі осередків визначає глобальну систему вітрів. Обертання Землі істотно впливає на рух повітряних мас. Вітри, що дмуть в Північній півкулі, відхиляються вправо, а в Південному - вліво від напрямку руху. Це називається ефектом Коріоліса. Він максимальний на полюсах, мінімальний на екваторі. Неоднакове нагрівання сонцем земної поверхні веде до того, що на одних широтах повітря піднімається, а на інших опускається. Виникають стійкі системи вітрів, що впливають на глобальний клімат.

3. Повітряні течії

З планетарним розподілом тиску пов'язана складна система повітряних течій. Деякі з них порівняно стійкі, а інші постійно змінюються в просторі і в часі. До стійких повітряним течіям відносяться пасати. які спрямовані від субтропічних широт обох півкуль до екватора, і мусони. У середніх широтах переважають повітряні течії західного напрямку (з Заходу на Схід), в яких виникають великі вихори - циклони і антициклони. зазвичай тягнуться на сотні і тисячі кілометрів. Циклони спостерігаються і в тропічних широтах, де вони відрізняються меншими розмірами, але особливо великими швидкостями вітру, часто досягають сили урагану (т.з. тропічні циклони). У верхній тропосфері і нижній стратосфері часто виникають порівняно вузькі (в сотні кілометрів завширшки) струменеві течії, з різко окресленими кордонами, в межах яких вітер досягає великих швидкостей до 100-150 м / с.

Стійкі протягом року повітряні течії в тропічних широтах над океанами. У Північній півкулі напрямок пасатів переважно північно-східне, в Південному - південно-східне. Між пасатами Північної і Південної півкуль - внутрішньотропічна зона конвергенції; над пасатами в протилежному їм напрямку дмуть антіпассати.

Система повітряних течій, в якій в одному сезоні переважають вітри одного напрямку, а в іншому - прямо протилежного або близького до нього. Увага, яке протягом століть в різних частинах світу приділяється мусонам, пов'язано не тільки з сезонною зміною переважаючих вітрів, але і з закономірностями випадання дощів в період мусону. Відсутність мусонних дощів призводить до посух, втрати врожаю, обміління річок. У той же час занадто інтенсивний мусон з бурхливими, тривалими зливами викликає повені. Специфічні ознаки мусону - його стійкість протягом сезону і зміна від одного півріччя до іншого, тобто саме його сезонність. Причини мусонних вітрів і зміна їх направлення за минулими сезонами пов'язані з річним ходом Сонця і приходом сонячного випромінювання на земну поверхню.

Муссонная складова загальної циркуляції атмосфери істотно впливає і на формування клімату східних районів азіатського побережьяУкаіни. Сезонна зміна впливу континенту і океану обумовлює холодну зиму і дощове вологе літо, визначаючи мусонний клімат Далекого Сходу

Область зниженого тиску в атмосфері з мінімумом в центрі. Діаметр циклону - кілька тисяч кілометрів. Характеризується системою вітрів, що дмуть проти годинникової стрілки в Північній півкулі і за годинниковою - в Південному. Погода при циклонах переважає похмура з сильними вітрами. Це пов'язано з особливостями розподілу тиску і характером циркуляції повітря. Під впливом тертя в нижніх шарах атмосфери в циклоні спостерігається, крім кругового руху повітря, ще й рух від периферії до центру, і тому виникає постійне вертикальне, висхідний, рух повітря і його охолодження в міру підйому. Повітря, охолоджуючись, стає вологонасичення, в ньому утворюються хмари, що дають опади. У циклонах, особливо поблизу їх центрів, завжди велика різниця тиску між центром і периферією і, отже, постійно спостерігаються сильні поривчасті вітри (вихори). За своїм походженням вихори поділяються на дві основні групи: тропічні (урагани, тайфуни) і циклони помірних широт.

Родина тропічних вихорів - океанські простори в приекваторіальній області приблизно між 10-15 ° північної і південної широт, їх діаметр - кілька сотень кілометрів, а висота - від 5 до 15 км. Найчастіше вони утворюються в північній частині тропічної зони Тихого океану: тут, в середньому, за рік простежується близько 30 циклонів. Тропічні циклони утворюються там, де спостерігається висока температура поверхні води (вище 26 °), а різниця температур вода-повітря більше 2 °. Це призводить до посилення випаровування, збільшення запасів вологи в повітрі, що, до певної міри, визначає накопичення теплової енергії в атмосфері і сприяє вертикальному підйому повітря.

З'являється потужна тяга захоплює все нові і нові об'єми повітря, нагріті і зволожені над водною поверхнею. Обертання Землі надає підйому повітря вихровий рух (рис.2), і вихор стає подібним гігантського вовчка, енергія якого грандіозна. Центральну частину воронки називають «оком бурі». Це феноменальне явище, яке вражає особливостями свого «поведінки». Коли око бурі добре виражений, на його кордоні опади раптово припиняються, небо прояснюється, а вітер значно слабшає, іноді до штилю. Форма очі бурі може бути найрізноманітнішою, вона постійно змінюється. Іноді зустрічається навіть подвійний очей. Середній діаметр очі бурі в добре розвинених циклони дорівнює 10-25 км, а в руйнівних він становить 60-70 км.

Тропічні циклони в залежності від їх інтенсивності:

· Тропічне обурення - швидкості вітру невеликі (менше 17 м / с).

· Тропічна депресія - швидкість вітру досягає 17-20 м / с.

· Тропічний шторм - швидкість вітру до 38 м / с.

· Тайфун (ураган) - швидкість вітру перевищує 39м / с.

В життєвому циклі тропічного циклону виділяють чотири стадії:

1. Стадія формування. Починається з появи першої замкнутої ізобари (ізобара - лінія рівного тиску). Тиск в центрі циклону опускається до 990 гПа. Лише близько 10% тропічних депресій отримує подальший розвиток.

2. Стадія молодого циклону або стадія розвитку. Циклон починає швидко заглиблюватися, тобто відзначається інтенсивне падіння тиску. Вітри ураганної сили утворюють навколо центру кільце радіусом 40-50 км.

3. Стадія зрілості. Падіння тиску в центрі циклону і збільшення швидкості вітру поступово припиняються. Область штормових вітрів і інтенсивних злив збільшується в розмірах. Діаметр тропічних циклонів в стадії розвитку і в зрілої стадії може коливатися від 60-70 км до 1000 км.

4. Стадія загасання. Початок заповнення циклону зростання тиску в його центрі. Загасання відбувається при переміщенні тропічного циклону в зону більш низьких температур поверхні води або при переході на сушу. Це пов'язано зі зменшенням припливу енергії (тепла і вологи) з поверхні океану, а при виході на сушу ще й зі збільшенням тертя об підстилаючої поверхню.

Рухаючись у бік помірних широт, тропічні циклони поступово втрачають свою силу і загасають.

Сильні шторми на Землі можуть викликати появу незвичайних, невеликих за розмірами, але шалених облаков.Торнадо кружляють зі швидкістю сотень кілометрів на секунду, а коли вони досягають поверхні Землі, змітають практично все на своєму шляху вздовж довгої і вузької смуги проходження. Як правило, торнадо тривають не більше декількох хвилин, але найсильніші і небезпечні з них можуть тривати годинами.

Циклони помірних широт менш небезпечні, вони виникають переважно в зонах атмосферних фронтів, де зустрічаються дві різні повітряні маси. У північній півкулі найобширніші циклони зазвичай спостерігаються над акваторіями Атлантичного і Тихого океанів. Повторюваність їх залежить від пори року і географічного району. В середньому, в північній півкулі циклони над європейською частиною континенту більш часті взимку, над Азіатської - влітку. Циклони мають діаметр близько 2-3 тис. Км і більше.

Область підвищеного тиску в атмосфері з максимумом в центрі (на рівні моря 1050-1070 гПа). Діаметр антициклону - близько тисяч кілометрів. Антициклон характеризується системою вітрів, що дмуть за годинниковою стрілкою в Північній півкулі (рис.5) і проти годинникової стрілки - в Південному, малохмарною і сухою погодою і слабкими вітрами.

Антициклони досягають розміру кілька тисяч кілометрів в діаметрі. У центрі антициклону тиск зазвичай 1020--1030 ГПа, але може досягати 1070--1080 ГПа. Як і циклони, антициклони переміщаються в напрямку загального переносу повітря в тропосфері, тобто із заходу на схід, відхиляючись при цьому до низьких широт. Середня швидкість переміщення антициклону становить близько 30 км / ч в Північній півкулі і близько 40 км / ч в Південному, але нерідко антициклон надовго приймає малорухомий стан.

· Ясна або малохмарна погода

· Стійкий характер погоди (помітно не змінюється в часі, поки існує антициклон)

У літній період антициклон приносить жарку малохмарну погоду. У зимовий період антициклон приносить сильні морози, іноді також можливий морозний туман.

Циркуляція атмосфери - система замкнутих течій повітряних мас, що виявляються в масштабах півкуль або всієї земної кулі. Подібні течії призводять до перенесення речовини і енергії в атмосфері як в широтному, так і в меридіональному напрямках, через що є найважливішим климатообразующих процесом, впливаючи на погоду в будь-якому місці планети.

Основна причина циркуляції атмосфери - сонячна енергія і нерівномірність її розподілу на поверхні планети, в результаті чого різні ділянки грунту і повітря мають різну температуру і, відповідно, різне атмосферний тиск (баричний градієнт). Крім сонця на рух повітря впливає обертання Землі навколо своєї осі і неоднорідність її поверхні, що викликає тертя повітря про грунт і його захоплення.

Список використаної літератури та веб-ресурсів

Розміщено на Allbest.ru