Систему перемещения воздуха над материками и океанами под влиянием энергии Солнца называют циркуляцией атмосферы . В результате неравномерного нагревания земной поверхности, а также влияния отклоняющей силы вращения Земли вокруг своей оси образуются пояса с разным атмосферным давлением. Воздух перемещается из поясов с более высоким атмосферным давлением в пояса с более низким атмосферным давлением. Это является основной причиной циркуляции атмосферы.
Необходимо учитывать, что пояса атмосферного давления могут смещаться по сезонам года. На это влияют различия в нагревании материков и океанов. Летом материки нагреваются быстрее и больше, чем океаны; теплый легкий воздух устремляется вверх, создавая над поверхностью материка разреженное пространство, - давление понижается. Поэтому воздух перемещается с океанов с более высоким давлением на сушу, где наблюдается низкое давление. Зимой, наоборот, суша охлаждается быстрее, а океан остается длительное время более теплым, и воздух перемещается с суши на море. Также надо отметить, что летом Северное полушарие нагревается больше, зимой - меньше. Поэтому пояса давления летом смещаются к северу, а зимой - к югу. Это отражается и на перемещении воздуха между поясами.
В экваториальных широтах из-за высокой солнечной радиации в течение года давление всегда пониженное. Это объясняется тем, что нагревающийся от земной поверхности воздух над экватором постоянно поднимается (восходящие воздушные потоки) и растекается к северу и югу от экватора в сторону тропических широт. Вследствие вращения Земли вокруг оси движущийся воздух отклоняется к востоку. В верхних слоях тропосферы на высоте 10-12 км он постепенно охлаждается. Над тропиками между 20 и 30 с. и ю. ш. остывший на высоте воздух начинает опускаться (нисходящие воздушные потоки). Поэтому в тропических широтах воздух, опускаясь, образует в приземном слое (у поверхности) повышенное давление. Здесь в течение года наблюдаются сплошные пояса повышенного давления.
В полярных широтах, над ледниками Антарктиды и Гренландии, дрейфующими ледяными полями Арктики в течение года наблюдаются низкие температуры воздуха и повышенное давление в течение года (воздух холодный и тяжелый).
Из поясов высокого давления (тропических и полярных широт) воздух у поверхности Земли движется к умеренным широтам. Здесь он нагревается и поднимается. Вследствие этого в умеренных широтах обоих полушарий формируются пояса пониженного давления.
Таким образом, распределение атмосферного давления по земной поверхности носит ярко выраженный зональный характер. На Земле формируются пояса низкого (экваториальный и умеренные) и высокого давления (тропические и полярные). Возникающие пояса давления являются причиной перемещения воздуха в разных широтах, над сушей и морем, и определяют общую циркуляцию атмосферы (рис. 10).
Постоянные и сезонные ветры
Распределение поясов высокого и низкого давления на Земле вызывает возникновение постоянных ветров - пассатов, западных ветров умеренных широт, полярных восточных ветров, сезонных ветров - муссонов.
Ветры тропических широт
Пассаты - это ветры, которые дуют круглый год преимущественно над океаном от тропиков Северного и Южного полушарий к экватору, т. е. из области высокого давления в область низкого давления (см. рис. 10). Под влиянием вращения Земли вокруг оси пассаты отклоняются в Северном полушарии вправо, т. е. дуют с северо-востока на юго-запад, а в Южном - влево и направлены с юго-востока на северо-запад.
Ветры умеренных широт
От тропических поясов высокого давления воздух поступает не только к экватору, но и в умеренные широты, где преобладает низкое давление. Вследствие вращения Земли воздушные течения постепенно отклоняются к востоку. Так они приобретают преимущественно западное направление. Такие ветры, действующие постоянно, называют западными ветрами . Они усиливаются в зимнее время и в течение года обеспечивают западный перенос воздуха.
Ветры полярных областей
В полярных областях Земли воздух перемещается от полярных областей высокого давления в сторону пониженного давления умеренных широт. Это преобладающие северо-восточные ветры в Северном полушарии и юго-восточные - в Южном. Под влиянием вращения Земли ветры усиливаются и принимают восточное направление (откуда дуют) и способствуют общему восточному переносу воздуха. Антарктические ветры, в отличие от арктических, устойчивы и имеют большие скорости.
Сезонные ветры
Постоянно действующая общая циркуляция атмосферы нарушается сезонной циркуляцией. В отличие от постоянных ветров сезонное перемещение воздуха связано с меридиональным перемещением воздуха и вызвано температурными различиями между сушей и морем и неодинаковым давлением над ними. Такие сезонные ветры, меняющие свое направление два раза в год, называют муссонами . Летние муссоны дуют с прохладных океанов с высоким давлением на нагретые материки с низким давлением. Они приносят прохладный насыщенный влагой воздух и вызывают выпадение осадков. Зимний муссон дует с материков с высоким давлением на океан с низким давлением. Он несет холодный и сухой воздух, малооблачную сухую погоду (рис. 11). Действие внетропических муссонов проявляется в восточных частях материков, где с ними соседствуют огромные пространства океанов (на Дальнем Востоке России, в , на Аляске). (Найдите на карте атласа области действия пассатов, западных ветров, полярных восточных ветров, муссонов.)
В тропических широтах Земли муссоны связаны с различиями в температуре и давлении зимой и летом между Северным и Южным полушариями. Они способствуют обмену воздуха между полушариями (Тропическая Африка к северу от экватора, Восточная Африка к югу от экватора, Индостан, Индокитай, Восточный Китай и др).
Распределение осадков на Земле
Атмосферные осадки на земной поверхности распределяются неравномерно (рис. 12). Главные причины неравномерного распределения осадков - температура воздуха и общая циркуляция атмосферы. Распределение осадков на Земле также зависит от положения территории относительно Мирового океана, близости теплых или холодных течений, рельефа. (Изучите факторы распределения атмосферных осадков на земном шаре.)
Температура воздуха и общая циркуляция атмосферы определяют зональное выпадение атмосферных осадков.
Для экваториального пояса характерно максимальное количество осадков - до 2000 мм в год. На склонах некоторых гор выпадает до 6000-7000 мм, а, например, на склонах вулкана Камерун (Африка) - 10 000 мм. Большое количество осадков обусловлено высокой влажностью, а также господством восходящих потоков воздуха, благоприятствующих образованию облаков. Абсолютный максимум осадков приходится на предгорья Гималаев (Черапунджи - 12 000 мм). В тропических поясах выпадает за год наименьшее количество осадков (100-250 мм). Это Сахара, пустыни Аравии, Западной Австралии и другие территории земного шара. Минимальное количество характерно для пустыни Атакама (0,01 мм). Особенно бедны осадками западные побережья материков, омываемые холодными течениями (Перуанским, Калифорнийским, Бенгельским, Западно-Австралийским). Восточные побережья материков в тропиках (Флорида, юго-восточные части Азии и Африки, Восточная Австралия) орошаются дождями, приносимыми пассатами и муссонами.
В умеренных широтах в условиях пониженного атмосферного давления количество осадков увеличивается. Значительное количество осадков в умеренных широтах Северного полушария связано с западными ветрами. Однако существуют различия из-за большой площади материков. На западе (Западная Европа, северо-запад Северной Америки, западные склоны Анд) под влиянием морских воздушных масс осадки достигают 2000-3000 мм и более. В центральной части количество осадков составляет от 600 мм на западе до 300 мм на востоке. В районах действия муссонов (восточные побережья Северной Америки и Евразии) количество осадков увеличивается до 1000 мм.
Холодные области полярных широт в обоих полушариях отличаются малым количеством осадков (менее 250 мм). Основными причинами являются слабая солнечная радиация, низкие температуры воздуха, ничтожная величина испарения.
На всей Земле за год выпадает 520 тыс. км3 осадков. Из них над океанами - 79 % и над сушей - 21 %. В области экватора осадков выпадает много, почти половина всех осадков Земли. В тропических и полярных поясах (в областях высокого давления) осадков выпадает мало - там располагается большинство тропических и арктических пустынь земного шара.
Над земной поверхностью формируются постоянные ветры - пассаты (в тропических широтах), западные ветры (в умеренных широтах), восточные ветры полярных областей и сезонные - муссоны. В поясах низкого атмосферного давления осадков выпадает много, а в поясах высокого - мало.
Неравномерность поступления солнечной радиации в те или иные регионы Земли служит главной причиной циркуляции Вм атмосферы с образованием циклонов и антициклонов. Циркуляция атмосферы – важнейший климатообразующий процесс, способствующий переносу тепла и влаги из одних регионов в другие и определяющий характер К. в любой точке поверхности земного шара. Существование циркуляции атмосферы обусловлено, главным образом, неоднородным распределением атмосферного давления, вызванным в основном различным притоком солнечной радиации в тех или иных широтах, различными физическими свойствами земной поверхности (суши, моря и льда), а также отклоняющим влиянием вращения Земли на воздушные потоки.
Совокупность этих причин определяет местонахождение и перемещение постоянных и сезонных центров действия атмосферы, т.е. обширных областей атмосферы с преобладанием антициклонов (областей повышенного атмосферного давления) или циклонов (областей с пониженным атмосферным давлением). Размещение центров действия атмосферы отражает наиболее устойчивые особенности общей циркуляции атмосферы. Различают постоянные центры действия атмосферы, проявляющиеся в течение всего года – экваториальную депрессию; области высокого атмосферного давления над тридцатыми широтами северного и южного полушарий (Азорский антициклон (max) , Северо-Тихоокеанский / Гавайский max, Южно-Атлантический max, Южно-Индийский max, Южно-Тихоокеанский max); депрессии субполярных широт (Исландская депрессия (min), Алеутский min, Субантарктический min); полярные области высокого атмосферного давления (Арктический антициклон (max), Антарктический max), а также сезонные центры действия атмосферы, образование которых связано с интенсивным прогревом или охлаждением внутренних районов материков в летний и зимний сезоны – например, Азиатский антициклон, Канадский антициклон, Сахаро-Аравийский min, Южно-Азиатский min. Атмосферное давление само по себе не имеет большого непосредственного значения для климатов, но косвенное его значение нельзя недооценивать. В результате неравномерного распределения атмосферного давления возникает движение воздуха относительно земной поверхности, обычно горизонтальное, которое направлено от области высокого давления к низкому. Это движение не что иное, как ветер.
Существование постоянных центров действия определяет формирование постоянных ветров. Для тропического пояса характерна пассатная циркуляция.
Схема распределения давления и ветров на земной поверхности
Пассат – это постоянный ветер тропических широт, его возникновение связано с оттоком воздуха из области высокого давления над тридцатыми широтами в область экваториальной депрессии. Под воздействием силы Кориолиса пассаты в северном полушарии имеют северо-восточное направление, в южном полушарии – юго-восточное направление. Пассаты тропической зоны характеризуются удивительным постоянством направления и относительно равномерной скоростью. Поэтому в тропических широтах образуется пояс восточных ветров. Зона тропических восточных ветров по обе стороны экватора, включая и внутритропическую зону конвергенции, занимает самую большую площадь по сравнению с остальными звеньями общей циркуляции атмосферы.
Для внетропической зоны характерен западный перенос воздуха и в этих широтах формируется поле западных ветров. Западные ветры – это постоянные ветры умеренных широт. Их формирование обусловлено падением температуры воздуха и атмосферного давления от субтропиков (области высокого давления над тридцатыми широтами) к субполярным широтам. Меридионально направленные (вследствие существования барического градиента) воздушные течения отклоняются силой Кориолиса вправо в северном полушарии и влево – в южном, т.е. в обоих случаях с запада на восток. Зона западного переноса Вм отличается интенсивной циклонической деятельностью.
Зоны общей циркуляции меняют свое положение в соответствии с годовым ходом высоты Солнца, что является причиной устойчивого чередования преобладающих направлений ветра на окраинах этих зон. Хотя их смещение и незначительно, но оно играет большую роль в формировании климатических условий переходных климатических поясов (субарктического, субтропического, субэкваториального).
Ветер – одно из основных понятий метеорологии. Различают прямое воздействие ветра: рельефообразующий фактор, влияет на форму растений, способствует переносу семян растений, вызывает морские течения, регулирует дальность распространения морских и материковых влияний и т.д. Но большее значение, чем прямое воздействие ветра, имеют его косвенные эффекты, ибо именно ветру мы обязаны сменами погоды, связанными с перемещением различных Вм с их разнообразными свойствами.
Воздушные массы – относительно однородные части тропосферы, соизмеримые с большими частями материков и океанов и обладающие определенными общими свойствами (температурой, влажностью, давлением и т.д.); формируются над однородной подстилающей поверхностью, в однородных радиационных условиях; перемещаются как целое в одном из течений общей циркуляции атмосферы (что в значительной степени определяет характер климатических условий) и отделяются друг от друга атмосферными фронтами. По происхождению различают: арктические, антарктические, умеренных широт, тропические и экваториальные Вм с подразделением их (кроме экваториальных) на морской и континентальный типы.
Фронтальные зоны, формирующиеся в зоне контакта Вм, обладают большой неустойчивостью атмосферы. Для арктического и полярного атмосферных фронтов характерно образование циклонов, крупных атмосферных вихрей. Циркуляция воздуха в вихрях направлена в северном полушарии против, а южном – по часовой стрелке, с отклонением к центру циклона в нижних слоях атмосферы. В различных частях циклона отмечаются значительные температурные контрасты. Прохождение циклонов обычно сопровождается усилением облачности и осадков, изменением температуры воздуха и резкой сменой погоды.
Схема развития фронтального циклона (по С.П. Хромову)
Во внутритропической зоне конвергенции (зоны столкновения в атмосфере пассатов Северного и Южного полушарий, или пассата и экваториального муссона) наблюдаются сильные восходящие токи воздуха, приводящие к образованию мощной облачности и выпадению обильных ливневых осадков.
На территории Северных материков, большая часть которых располагается в умеренном, субарктическом и субтропическом поясах, господствует западный перенос Вм умеренных широт. Исландский и Алеутский барические минимумы, которые формируются над океаническими бассейнами в районе 60 0 с.ш., служат зонами конвергенции Вм, развития фронтальных процессов и формирования циклонов, которые смещаются с запада на восток, с океанов на материки и определяют режим погод на значительных пространствах Северных материков. Наиболее сильно влияние западных ветров проявляется в западно-приокеанических секторах Евразии и Северной Америки в субарктическом, умеренном поясах, где формируются морские типы климата, отличающиеся теплой для данных широт зимой, прохладным летом и большим количеством осадков, выпадающих в течение всего года с небольшим преобладанием зимних осадков. В западно-приокеаническом секторе субтропического пояса формируется средиземноморский климат с влажной зимой (влияние западных ветров) и сухим жарким летом (из-за летнего положения субтропических антициклонов).
В пределах южных тропических материков, основная площадь территории которых расположена в экваториально-тропических широтах, господствует пассатная циркуляция. В тропических широтах всех южных тропических материков пассаты непосредственно участвуют в образовании климатов восточных побережий. На восток Южной Америки, Австралии и Южной Африки пассаты приносят мТВ. Они способствуют выпадению осадков на восточных склонах береговых поднятий. В летнее время количество осадков увеличивается, т.к. усиливается пассатная циркуляция и влагосодержание Вм возрастает. С продвижением вглубь континентов, Вм трансформируются и количество осадков снижается. Более быстрое превращение мТВ в кТВ происходит в холодный период. Для этих районов характерны тропические влажные (пассатно влажные) климаты.
Особенно большую роль циркуляция пассатного типа играет в формировании климата северной, наиболее широкой части Африки, которая к тому же расположена в непосредственном соседстве с огромным материковым блоком Евразии. Северо-восточный пассат устойчиво наблюдается в течение всего года между 30 0 и 17 0 с.ш. над территорией северной Африки. Вм, перенесенные пассатным потоком, формируются в области повышенного давления тридцатых широт, располагающейся над севером Африки и Аравией. По своим свойствам это кТВм, которые очень сухие и осадков не дают. Поэтому, в зоне влияния этого воздушного потока формируется самая большая по площади пустыня мира – Сахара. Сахару называют «детищем северо-восточного пассата».
В зимний период над внутренними районами Северных материков развиваются обширные области с высоким атмосферным давлением: Канадский, Северо-Американский, Азиатский антициклоны. Наибольшей устойчивостью отличается Азиатский антициклон, центр которого расположен над северной Монголией и южным Забайкальем. Вм, формирующиеся в этих областях повышенного давления, отличаются сухостью и очень низкими температурами. Растекание Вм из Азиатского антициклона обусловливает снижение температур и отсутствие зимних осадков на огромных пространствах Северной, Центральной, Восточной Азии.
В летний период внутренние районы материков прогреваются, над ними формируются барические депрессии, в которые затягиваются Вм с окраин материков. Например, летние муссонноподобные ветры с Мексиканского залива, столкновение тихоокеанский и атлантических Вм над внутренними районами Мексиканского нагорья с развитием внутритропической конвергенции; аналогичные процессы развиваются летом южного полушария над внутренними районами Южной Африки.
На фоне общей циркуляции атмосферы в ряде регионов проявляется местная циркуляция, обусловленная географическими особенностями соответствующей территории: характером рельефа, резкими контрастами температуры воздуха, подстилающей поверхностью и др. Существует много локально обусловленных ветров, носящих местные наименования. Среди местных ветров обособленные группы образуют бризовые ветры, горно-долинные ветры, нисходящие (фёновые) ветры, синоптические региональные ветры (их формирование связано со специфической, чаще других повторяющейся, синоптической ситуацией): сирокко, самум, хамсин, вилли-вилли и др.; штормовые (торнадо, смерч, тайфун) ветры.
Структура общей циркуляции атмосферы в целом весьма сложна как во времени, так и в пространстве. Для нее характерно чередование зональных и меридиональных движений, что затрудняет составление ее схем. Общая циркуляция атмосферы к тому же еще в деталях недостаточно изучена. В пособии рассматриваются лишь географические особенности циркуляции нижней половины атмосферы, где сосредоточена основная масса (до 90% и более) содержащейся в ней влаги.
На высотах в несколько километров над большей частью земного шара преобладают западные ветры . Это связано с уменьшением температур к высоким широтам; в более же холодном воздухе давление по вертикали падает быстрее, и на высотах над полярными районами давление оказывается пониженным. Лишь между экватором и тропиками (и то не везде или не во все сезоны) преобладают восточные ветры, о чем можно судить по картам потоков влаги. У поверхности земли картина более сложная. В высоких широтах выделяется зона ветров с восточной составляющей. В более низких широтах возникают сезонные особенности ветров, обусловленные различиями температур между полушариями, между океанами и сушей, которые в самом общем смысле можно назвать муссонными. Взаимодействие муссонных и зональных ветров общей циркуляции приводит к ее усложнению. Материки могут испытывать в разные сезоны влияние воздушных потоков со стороны различных океанов (например, Восточная Азия в первую половину года испытывает влияние Индийского океана, а во вторую половину-Тихого). Муссонные потоки могут не получать компенсации в более верхних слоях, там муссонная составляющая подавляется общим зональным переносом. По этой же причине в умеренных и субтропических широтах муссонные тенденции, характерные для восточных побережий, слабо проявляются на западных частях материков, где преобладают зональные составляющие общей циркуляции. В экваториальных районах западные побережья материков могут испытывать муссонные влияния даже больше восточных.
В самом общем виде режим осадков и переноса влаги по широтным географическим зонам может быть описан, согласно Б. П. Алисову , следующим образом.
Экваториальная зона характеризуется относительно слабыми ветрами и переносом влаги. Однако районы, где сильны муссонные тенденции и циркуляционные зоны в течение года мигрируют по широте, по очереди испытывают влияние пассатов обоих полушарий. Причем летом переход пассата через экватор приводит к превращению его в ветер с западной составляющей. В этом процессе участвуют и ветры более высоких слоев атмосферы (на карте экваториальная зона в подобных районах прервана).
Ход осадков относительно равномерный с тенденцией к максимуму весной и осенью. Однако в условиях со сложной орографией и взаимодействием муссонов, например в Индонезии, годовой ход осадков сильно различается даже на близких расстояниях. В зависимости от того, является ли район наветренным или подветренным к орографическим препятствиям, осадки существенно различаются, однако экстремальные значения для материков здесь не отмечаются.
Зона экваториальных муссонов характеризуется существенными переносами влаги, меняющими направление по сезонам. В большей части зоны, особенно у побережий и орографических препятствий, осадки очень велики (Черапунджи в Индии, Дебунджа в Камеруне, Андагойа в Колумбии). Осадки в основном выпадают летом, зима сухая. Исключение составляют восточные берега материков, где летний муссон приходит с суши, переваливая через горы (Вьетнам, Сомали), а зимний идет с океана по западной периферии океанического антициклона. Осадки в течение года выпадают здесь относительно равномерно.
На восточных побережьях материков (остров Мадагаскар и Австралия) много осадков приносят тропические циклоны, приходящие чаще всего осенью (в Бенгальском заливе весной и осенью, в Аравийском - несколько больше весной, впрочем, в последнем циклоны очень редки).
Пассатная зона обеих полушарий располагается от оси субтропических антициклонов к экватору. В нижних слоях атмосферы области высокого давления, так называемые «стационарные антициклоны» (азорский, гавайский и антициклоны в каждом из трех океанов в южном полушарии), сохраняются только над океанами. Летом над материками в нижних слоях атмосферы они исчезают, сохраняясь в более высоких слоях в виде незначительных нисходящих движений. Это затрудняет образование осадков в пассатной зоне, а над тропическими пустынями образуются замкнутые области пониженного влагосодержания атмосферы.
В северном полушарии океанические антициклоны лучше выражены летом, в южном-зимой, что связано с перераспределением воздуха между полушариями. В южном полушарии сезонное перераспределение воздуха между материками и океанами из-за незначительности площади суши в этих широтах существенной роли не играет. В зоне пассатов до значительных высот в тропосфере господствуют восточные ветры, вызывающие достаточно большие переносы влаги. Сухость пассатных ветров в нижних слоях и ясное небо при большом притоке солнечной радиации приводят в этой зоне к большому испарению с океанов, которое значительно превышает осадки.
Во всех остальных зонах имеет место обратное соотношение. В большей части пассатной зоны осадков выпадает мало, а местами они практически отсутствуют. Осадки малы как из-за нисходящих движений, так и из-за пассатной инверсии, особенно низко опускающейся на восточной периферии океанических антициклонов.
На западных берегах океанов, подветренных к пассату, океанический воздух попадает на материк лишь в процессе бризовой циркуляции. Уменьшению осадков способствует выход у побережий холодных глубинных вод, а также холодные течения и опускание воздуха по склонам береговых горных цепей материка (Анды). Наименьшее количество осадков в этой зоне наблюдается в глубине материков и на их западных побережьях. При этом область уменьшения осадков проникает глубоко в океан, захватывая как прибрежные острова, так и центральную его часть. Лишь в западных частях океанов и на восточных побережьях материков (например, в Центральной Америке), где пассат увлажняется и теряет свою меридиональную составляющую, а инверсия поднимается и ослабляется, наветренные гористые участки увлажняются обильно (на Гавайских островах в одном из пунктов около 12000 мм за год), в подветренных же частях островов выпадает всего несколько сот миллиметров. На восточные побережья здесь проникают еще тропические циклоны (в Центральной Америке из-за узости суши они проходят и на Тихоокеанское побережье).
Субтропическая зона циркуляции располагается на внешней периферии пассатной зоны. Ее особенности проявляются в основном в летнее время. Зимой здесь преобладает изменчивая циркуляция умеренных широт. В этой зоне переносы влаги летом сохраняют восточное, а зимой западное направление. Над океанами, островами и в западных частях материков лето сухое, а зима влажная, с частым прохождением циклонов умеренных широт (Средиземноморье и др.).
В глубине материков максимум осадков переходит на весну, когда при более высокой температуре в воздухе содержится больше влаги, а циклоническая деятельность на фронте умеренных широт наиболее развита. Однако в глубине материков, кроме высокогорных районов, сухо (преобладает ландшафт степи и пустыни). В благоприятных орографических условиях годовая сумма осадков уменьшается до нескольких миллиметров (пустыня Такла-Макан, Долина Смерти).
На восточных побережьях Азии, Африки и Северной Америки и в этой зоне развивается муссонная циркуляция, приводящая к их обильному увлажнению с преобладающим летним максимумом осадков.
В зоне умеренных широт господствующим является западный перенос. В нижних слоях на южной периферии зоны (северное полушарие) он может быть и восточным, преобладающее направление здесь слабо выражено, а на некоторой высоте перенос сменяется западным, что и определяет общий поток влаги. В этой зоне приток радиации по сравнению с предыдущими зонами существенно ослабевает, и во все сезоны за исключением лета он сильно меняется с широтой. Это приводит к большим контрастам температуры, интенсивной атмосферной циркуляции и изменчивости погоды изо дня в день. В этой зоне возникают также большие годовые и особенно сезонные различия температуры между материками и океанами, вызывающие формирование зимой внутри материков антициклонов (наиболее мощного в Евразии). Летом над материками давление понижено. Над океанами сезонный ход давления обратный. Сезонные минимумы давления сдвинуты на периферию зоны в субполярные районы. Из-за больших сезонных различий между материками и океанами в потоках влаги возникают довольно большие меридиональные составляющие.
Атмосферная циркуляция и скорости воздушных потоков в соответствии с температурными контрастами в холодное время больше, чем летом, что несколько уменьшает годовой ход переносов влаги, обусловленный различиями влагосодержания. В среднем почти весь год влагосодержание атмосферы в соответствующих широтах над океаном больше, чем над сушей (или близко к нему). Количество осадков и их годовой ход разнообразны. Преобладание осадков над испарением, как правило, нарастает к полярным районам.
Над океанами и прибрежными районами (а также в горах) зимой выпадает осадков больше, чем летом и весной, но по направлению в глубь материка под влиянием зимнего выхолаживания (а в дальнейшем и увеличения антициклональности) летние (или весенние) осадки начинают преобладать над зимними. В центральных и восточных частях материка осадков зимой (например, в Азии) может выпадать совсем мало. Муссонные тенденции в восточной части материка приводят к увеличению меридиональных составляющих зимой (от полярных, а летом от экваториальных широт). Это приводит к большому годовому ходу влагосодержания: зимой оно мало, а летом очень велико.
В западных частях материков меридиональные составляющие циркуляции выражены слабее и характеризуются обратным годовым ходом, в котором различия между летом и зимой сглажены. В южном полушарии в этой зоне почти нет суши. Узкая полоса суши южной Америки, юга Тасмании и южного острова Новой Зеландии слишком незначительна и резко выраженных сезонных особенностей не вызывает, кроме Анд, в орографической тени которых уменьшается влагосодержание атмосферы. Влияние материков, расположенных севернее (в других климатических зонах) распространяется и на зоны умеренных широт (например, в Тасмановом море). Субарктическая зона, где летом четко выражена циркуляция умеренных широт, а зимой полярных, выделяется лишь в северном полушарии. В южном океаническом полушарии сезонные изменения границ циркуляции малы. Особенности этой зоны целесообразно рассмотреть вместе с циркуляцией арктической зоны.
В полярных зонах обоих полушарий циркуляция имеет ряд общих черт и существенные различия, связанные главным образом с распределением океанов и суши. Характерной чертой этих частей обоих полушарий является господство льдов - материковых ледников на суше и плавучих айсбергов на морях. Ледники значительно увеличивают высоту суши. Кроме того, суша в этих районах (Гренландия на севере, Антарктида на юге) гориста и высока. Это создает весьма суровые климатические условия на суше, низкие температуры в течение всего года, незначительное влагосодержание, а в центральных частях Антарктиды очень малые осадки. Материки и крупные острова этих широт круглый год являются центрами холода. Зимой, в полярную ночь, это происходит в связи с большим выхолаживанием по сравнению с той же высотой в свободной атмосфере-летом из-за большой отражательной способности снега и льда при низких температурах. Поэтому крупные участки суши имеют тенденцию становиться центрами циркуляционных процессов.
Морские льды также являются источниками выхолаживания, но это влияние сильнее проявляется летом. Зимой же они оказываются даже теплее суши, но намного холоднее незамерзшей части океана. Граница полярных льдов во времени неустойчива. С этим фактором связаны многолетние колебания климата. В полярных областях, особенно над сушей, имеется тенденция к образованию антициклонов, а на внешней границе воздушных масс, сформировавшихся в этих областях, возникает арктический (в южном полушарии-антарктический) фронт и развивается циклоническая деятельность. На периферии полярных областей увлажнение довольно значительно. Поскольку условия этих областей в какой-то мере определяют межширотные контрасты температур, они влияют на увлажнение умеренных и даже низких широт и участвуют в формировании многолетних колебаний осадков. Циклоны проникают и в глубь полярных областей, особенно в Арктике. Переносы влаги в нижних слоях атмосферы в полярных областях обоих полушарий имеют преимущественно восточную составляющую, но с высотой ветер быстро переходит на западные румбы, и общий поток влаги летом приобретает западную составляющую. Зимой потоки влаги очень малы и в высоких широтах имеют направление с востока на запад.
Таким образом, главная роль атмосферной циркуляции в водном балансе земного шара - это формирование осадков и переноса тепла и влаги. Воздушные течения, создаваемые общей циркуляцией, перемешивают водяной пар, формирующийся над океаном и сушей, упорядочивают поверхностные течения в океанах и усиливают испарение.
ГЛАВА 2. ВОДНЫЙ БАЛАНС ЕВРОПЫ
— важный фактор формирования климата. Она выражена перемещением различных типов воздушных масс.
Воздушные массы — это подвижные части тропосферы, отличающиеся друг от друга температурой и влажностью. Воздушные массы бывают морскими и континентальными.
Морские воздушные массы формируются над Мировым океаном. Они более влажные по сравнению с континентальными, образующимися над сушей.
В различных климатических поясах Земли формируются свои воздушные массы: экваториальные, тропические, умеренные, арктические и антарктические.
Перемещаясь, воздушные массы долго сохраняют свои свойства и поэтому определяют погоду тех мест, куда они приходят.
Арктические воздушные массы формируются над Северным Ледовитым океаном (зимой — и над севером материков Евразия и Северная Америка). Они отличаются низкой температурой, невысокой влажностью и повышенной прозрачностью воздуха. Вторжения арктических воздушных масс в умеренные широты вызывают резкое похолодание. При этом устанавливается преимущественно ясная и малооблачная погода. При продвижении в глубь материка на юг арктические воздушные массы трансформируются в сухой континентальный воздух умеренных широт.
Континентальные арктические воздушные массы формируются над ледяной Арктикой (в центральной и восточной ее частях) и над северным побережьем материков (зимой). Их особенностями являются очень низкие температуры воздуха и низкое содержание влаги. Вторжение континентальных арктических воздушных масс на материк приводит к сильному похолоданию при ясной погоде.
Морские арктические воздушные массы формируются в более теплых условиях: над свободной от льда акваторией с более высокой температурой воздуха и большим влагосодержанием — это европейская Арктика. Вторжения таких воздушных масс на материк зимой даже вызывают потепление.
Аналогом арктического воздуха Северного полушария в Южном полушарии являются антарктические воздушные массы. Их влияние распространяется в большей степени на прилегающие морские поверхности и редко на южную окраину материка Южная Америка.
Умеренный (полярный) воздух — это воздух умеренных широт. Умеренные воздушные массы проникают в полярные, а также субтропические и тропические широты.
Континентальные умеренные воздушные массы зимой обычно приносят ясную погоду с крепкими морозами, а летом — достаточно теплую, но облачную, нередко дождливую, с грозами.
Морские умеренные воздушные массы на материки переносятся западными ветрами. Их отличают высокая влажность и умеренные температуры. Зимой морские умеренные воздушные массы приносят пасмурную погоду, обильные осадки и оттепели, а летом — большую облачность, дожди и понижение температуры.
Тропические воздушные массы формируются в тропических и субтропических широтах, а летом — и в континентальных районах на юге умеренных широт. Тропический воздух проникает в умеренные и экваториальные широты. Высокая температура — общая черта тропического воздуха.
Континентальные тропические воздушные массы отличаются сухостью и запыленностью, а морские тропические воздушные массы — высокой влажностью.
Экваториальный воздух, возникающий в области Экваториальной депрессии, очень теплый и влажный. Летом в Северном полушарии экваториальный воздух, смещаясь на север, вовлекается в циркуляционную систему тропических муссонов.
Экваториальные воздушные массы формируются в экваториальной зоне. Их отличают высокие температуры и влажность в течение всего года, причем это касается воздушных масс, формирующихся как над сушей, гак и над океаном. Поэтому на морские и континентальные подтипы экваториальный воздух не подразделяется.
Вся система воздушных течений в атмосфере называется общей циркуляцией атмосферы.
Атмосферный фронт
Воздушные массы постоянно движутся, изменяют свои свойства (трансформируются), но между ними остаются довольно резкие границы — переходные зоны шириной в несколько десятков километров. Эти пограничные зоны называются атмосферными фронтами и характеризуются неустойчивым состоянием температуры, влажности воздуха, .
Пересечение такого фронта с земной поверхностью называется линией атмосферного фронта.
При прохождении атмосферного фронта через какую-либо местность над ней меняются воздушные массы и, как следствие, погода.
Для умеренных широт характерны фронтальные осадки. В зоне атмосферных фронтов возникают обширные облачные образования протяженностью в тысячи километров и выпадают осадки. Как они возникают? Атмосферный фронт можно рассматривать как границу двух воздушных масс, которая наклонена к земной поверхности под очень малым углом. Холодный воздух находится рядом с теплым и над ним в виде пологого клина. При этом теплый воздух поднимается вверх по клину холодного воздуха и охлаждается, приближаясь к состоянию насыщения. Возникают облака, из которых выпадают осадки.
Если фронт перемещается в сторону отступающего холодного воздуха, наступает потепление; такой фронт называется теплым. Холодный фронт, наоборот, надвигается на территорию, занятую теплым воздухом (рис. 1).
Рис. 1. Типы атмосферных фронтов: а — теплый фронт; б — холодный фронт
Атмосферные осадки принадлежат к числу метеорологических элементов, сильно зависящих от целого ряда местных особенностей ландшафта.
Попытаемся, однако, проследить, какие условия влияют на их распределение.
В первую очередь необходимо отметить значение температуры воздуха. Температура убывает от экватора к полюсам; следовательно, в том же направлении убывают как интенсивность испарения, так и влагоёмкость воздуха. В холодных областях испарение невелико, да и холодный воздух не в состоянии растворить в себе много водяного пара; следовательно, при конденсации из него и не может выделиться большое количество осадков. В тёплых областях сильное испарение и большая влагоёмкость воздуха приводят при конденсации водяного пара к обильному выделению осадков. Таким образом, на Земле неизбежно должна проявляться закономерность, заключающаяся в том, что в тёплых областях осадков особенно много, в холодных же их мало. Закономерность эта в действительности и проявляется, но, как и прочие явления в природе, она осложнена, а местами и вовсе затушёвана целым рядом других воздействий и прежде всего циркуляцией атмосферы, характером распределения суши и моря, рельефом, высотой над уровнем океана и морскими течениями.
Зная условия, необходимые для конденсации водяного пара, можно предугадать, каким образом сказывается циркуляция атмосферы на распределении осадков. Так как воздух является переносчиком влаги, а его движение охватывает огромные пространства на Земле, то это неизбежно ведёт к сглаживанию различий в количестве осадков, обусловливаемых распределением температурив областях, где воздух испытывает поднятия (над экватором, в циклонах, на наветренных склонах горных хребтов), создаётся обстановка, благоприятная для выпадения осадков, и все остальные факторы становятся подчинёнными. В тех же местах, где преобладают нисходящие движения воздуха (в субтропических максимумах, в антициклонах вообще, в области пассатов, на подветренных склонах гор и т. п.), осадков бывает гораздо меньше.
Принято считать, что количество осадков в данной местности в высокой степени зависит от её близости к морю или удалённости от моря. На самом же деле известно немало примеров, когда на океанических побережьях располагаются очень сухие районы Земли и, наоборот, вдали от моря, внутри страны (как, например, на восточном склоне Анд в верховьях Амазонки), выпадает огромное количество осадков. Дело здесь не столько в удалении от моря, сколько в характере циркуляции атмосферы и устройстве поверхности, т. е. в отсутствии или наличии горных хребтов, мешающих передвижению воздушных масс, несущих влагу. При юго-западном муссоне в Индии воздушные массы проходят над пустыней Тар, не орошая её дождями, так как равнинный рельеф не препятствует движению воздуха, а нагретая пустыня оказывает на воздушные массы скорее иссушающее влияние. Но тот же муссон на наветренном склоне Западных Гат, не говоря уже о южных склонах Гималаев, оставляет огромное количество влаги.
Необходимость выделения в особый тип орографических осадков свидетельствует об исключительно большой роли устройства земной поверхности в распределении осадков. Правда, в этом случае, как и во всех остальных, рельеф имеет значение не только сам по себе, как механическое препятствие, но в сочетании с абсолютной высотой и циркуляцией атмосферы.
Проникновение тёплых морских течений в высокие широты способствует образованию атмосферных осадков вследствие того, что с тёплыми течениями связана циклоническая циркуляция атмосферы. Холодные же течения оказывают противоположное действие, так как над ними развиваются обычно отроги высокого давления.
Разумеется, ни один из перечисленных факторов не влияет на распределение осадков независимо от других. В каждом случае выпадение атмосферной влаги регулируется сложным и подчас противоречивым взаимодействием как общих, так и местных агентов. Однако, если отвлечься от деталей, к числу главных условий, определяющих размещение осадков в ландшафтной оболочке, всё же необходимо отнести температуру, общую циркуляцию атмосферы и рельеф.