Струйные течения и тропопауза

В системе высотных фронтальных зон структура тропопаузы более сложна, чем над однородными массами воздуха. Тропопауза бывает наклонена, слоиста и разорвана. Вне высотных фронтальных зон и струйных течений обычно отчетливо выражена одна тропопауза.

В зоне субтропического струйного течения независимо от времени года, географического района и даже от интенсивности струи тропопауза обычно бывает разорвана. Изменение интенсивности струйного течения, обусловленное новыми вторжениями холодных масс воздуха с севера, мало отражается на общей структуре тропопаузы. В отдельных случаях при новых холодных вторжениях происходит лишь уменьшение высоты тропопаузы, возникают промежуточные поверхности и тропопауза приобретает слоистую форму, однако разрыв ее остается.

В условиях радиационного режима низких широт тропопауза в тропическом воздухе, как правило, подвергаясь малым суточным и даже годовым колебаниям, находится на уровне 16—17 км, а в системе воздуха, вторгшегося сюда из средних широт, — на уровне 10—13 км. Разность высот между тропической и так называемой полярной тропопаузами составляет в среднем 4—5 км. При вторжении холодного воздуха в низкие широты полярная тропопауза, расположенная на уровне 10—13 км, вклинивается под тропическую тропопаузу, расположенную на уровне 16—17 км. Таким образом, по вертикали появляются две тропопаузы, не связанные непосредственно друг с другом.

В связи с радиационными условиями по мере проникновения на юг холодный воздух быстро прогревается в близких к поверхности земли слоях и фронты размываются. Но, как показывают данные наблюдений, на высотах процесс трансформации воздуха происходит медленно. Поэтому контрасты температуры на высотах сохраняются, а тем самым сохраняется и струйное течение, которое, находясь в зоне разрыва тропопаузы, в зависимости от междуширотного обмена воздуха, меняя свою интенсивность, испытывает небольшие междуширотные перемещения.

Очевидно, при отсутствии междуширотного обмена в соответствии с радиационными условиями тропическая тропопауза через зону резкого наклона соединялась бы с тропопаузой средних широт. Постоянство разрыва тропопаузы в зоне субтропического струйного течения определяется непрерывными меридиональными преобразованиями высотного термобарического поля во все сезоны года.

Природа слоистости тропопаузы тоже определяется периодическими вторжениями холодного воздуха с низкой тропопаузой в тропическую зону, вызванными макротурбулентным обменом. При следующих друг за другом повторных вторжениях холодного воздуха в низкие широты распределение температуры указывает на наличие ряда тропопауз, например в простом случае: тропической, полярной и промежуточной.

Промежуточные тропопаузы обычно выражены менее четко и в условиях нового радиационного режима они размываются. Аналогично происходит образование и размывание слоистой тропопаузы и во внетропических широтах. Такое объяснение находит подтверждение и в том, что слоистость тропопаузы обычно наблюдается в системе высотных фронтальных зон.

По мере перемещения линии нулевого радиационного баланса от зимы к лету и интенсивного прогревания воздуха в низких широтах ось субтропического струйного течения, как и тропическая тропопауза, продвигается к северу (табл. 13).

К северу же смещается зона наибольшей повторяемости циклонов и антициклонов, а интенсивный междуширотный обмен воздуха, как правило, ограничивается высокими и средними широтами. Заметные меридиональные перемещения зоны струйных течений, как и зимой, происходят в зависимости от междуширотного переноса.

В области внетропических струйных течений тропопауза обычно наклонена, но непрерывна как и в начальный момент, когда струя является еще слабой, так и в последующие сроки, когда вследствие адвективно-динамических процессов происходит усиление струи.

Нередко тропопауза в области внетропического струйного течения имеет весьма крутой наклон. Такое явление наблюдается при очень резкой меридиональной циркуляции, сопровождающейся развитием циклона, когда за короткий срок возникает или усиливается мощная струя. В этих случаях происходит быстрое сближение холодных и теплых масс воздуха с низкой и высокой тропопаузами. Настоящий разрыв тропопаузы даже в этих случаях может быть как исключительное явление.

Между высотой максимального ветра и уровнем тропопаузы существует довольно тесная связь. Ось внетропического струйного течения обычно располагается немного ниже тропопаузы в теплом воздухе.

Ось субтропического струйного течения обычно располагается: между тропопаузой тропической и умеренных широт (полярной) ближе к последней.

Если рассмотреть характер распределения температуры в атмосфере в вертикальной плоскости, то нетрудно установить, что ось струйного течения, как правило, располагается на уровне расходимости изотерм. Здесь ниже и выше тропопаузы горизонтальные градиенты температуры почти всегда бывают направлены в противоположные стороны.

Характерно, что в зимние месяцы за полярным кругом тропо-, пауза часто обнаруживается в слое между поверхностями 300 и 200 мб. При этом зимой в слое тропопаузы в системе высотного полярного циклона обычно происходит лишь некоторое уменьшение вертикального градиента температуры. Иначе говоря, в высоких широтах тропопауза зимой не всегда является четко выраженным задерживающим слоем, как в средних и низких широтах. Следует отметить, что над Антарктидой тропопауза зимой также располагается между уровнями 300—200 мб. Более того в Центральной Антарктиде зимой тропопаузу трудно обнаружить.

От зимы к лету условия резко меняются. По мере смены полярной ночи на полярный день воздух в нижних слоях стратосферы постепенно прогревается и тропопауза превращается в хорошо выраженный задерживающий слой. В периоды активной циклонической деятельности в Центральной Арктике высота и характер тропопаузы подвергаются сильным изменениям.