Поле температуры и ветра в Арктике и Антарктике зимой

Отличительные особенности атмосферных процессов и режима температуры и ветра в высоких широтах севера и юга исследованы в ряде работ [39 и др.]. Было установлено, что величины средних месячных температур на различных высотах в Антарктике заметно ниже, чем в Арктике. Средние значения температуры в Центральной Антарктике и Арктике, по данным наблюдений СП-4, СП-7 и Амундсен-Скотт, приведены в табл. 32.

Не трудно видеть, что наибольшие разности температуры приходятся на высоту около 3000 м, т. е. на поверхности ледяного плато. Но даже при очень низких температурах у поверхности льда (—80° С и ниже) на высоте 500— 1000 м выше плато зимой наблюдается почти постоянная температура около —45° С, которая ниже, чем на соответствующих высотах в Арктике, на 6—12°.

Таб. 32. Средние величины температуры и разности их между Центральной Антарктикой и Центральной Арктикой зимой и летом

Выше тропопаузы разности температур не уменьшаются, а вновь возрастают, что характерно для всех сезонов года. Данные, приводимые в табл. 33, показывают, что на поверхности 300 мб во все месяцы года в Антарктике средние месячные температуры заметно ниже, чем в Арктике.

Таб. 33. Среднеширотные температуры на поверхности 300 мб в северном и южном полушариях на различных широтах

Несколько иначе в стратосфере. Здесь зимой холоднее, чем в Арктике (табл. 34). Однако в мае и летние месяцы в стратосфере Антарктиды температура даже немного выше, чем в Центральной Арктике. Это также, по-видимому, можно объяснить сравнительно активным междуширотным обменом на поверхности 30 мб в месяцы, когда еще не полностью установился восточный перенос. В августе разности температуры приближаются к нулю и осенью вновь в Антарктике становится холоднее.

Таб. 34. Среднеширотные температуры на поверхности 30 мб в северном и южном полушариях и их разности на различных широтах

В чем причина этих различий? Казалось, что в целом при одних и тех же условиях лучистого теплообмена на крайнем севере и юге Земли температурный режим в центральных районах высоких широт должен быть одинаковым. Однако различие существует и притом существенное в течение всего года. В главе третьей (см. табл. 3) были приведены величины разности между приземной температурой в различных широтах земного шара, рассчитанной для условий лучистого теплообмена, и фактической температурой.

Эти разности обусловлены главным образом макротурбулентным обменом, характерным для тропосферы и стратосферы Земли. Очевидно, разность температур в Арктике и Антарктике также можно объяснить различием интенсивности макротурбулентного обмена в обоих полушариях.

В высоких широтах южного полушария макротурбулентный обмен не достигает той интенсивности, которая характерна для высоких широт северного полушария.

Все главные факторы, оказывающие влияние на общую циркуляцию атмосферы в обоих полушариях, действуют приблизительно одинаково, за исключением подстилающей поверхности. Последняя существенно различна на севере и юге. Как известно, материки и океаны в северном полушарии оказывают большое влияние на сезонную структуру высотного барического поля.

Этим обусловлены большие горизонтальные контрасты температуры зимой вблизи восточных берегов материков, частое возникновение здесь меридиональной циркуляции, простирающейся от широт 30—40° S до района полюса, проникновение циклонов в Центральную Арктику и др. Иначе говоря, материки и океаны в северном полушарии способствуют активному макротурбулентному обмену между низкими и высокими широтами.

Во второй главе было показано, насколько значительно влияние подстилающей поверхности на структуру высотного барического поля, а следовательно и на циркуляцию. Из этих исследований следует, что материки и океаны создают условия для интенсивного междуширотного воздухообмена во внетропических широтах северного полушария. Наоборот, однородная, почти сплошь океаническая поверхность умеренных широт южного полушария не способствует формированию мощных меридиональных преобразований циркуляции.

Следует отметить, что здесь речь идет не о малой интенсивности процессов в южном полушарии, а о степени охвата макротурбулентным обменом высоких широт. Известно, что циклоническая деятельность в южном полушарии нередко происходит очень интенсивно, что подтверждают большие глубины циклонов и скорости их движения. Так, в Европе средние скорости циклонов составляют около 30 км/час, а в южном полушарии они равные 42— 44 км/час. Естественно, что в системе этих быстро движущихся циклонов происходит интенсивный междуширотный воздухообмен.

Но так как сами циклоны при движении с севера на юг обычно пересекают меньшее число параллелей, то междуширотный перенос в южном полушарии ограничивается сравнительно малыми расстояниями вдоль меридианов. Это не может не сказаться и на интенсивности междуширотного обмена в высоких широтах. Поэтому над Арктикой он происходит в больших масштабах и чаще, чем над Антарктикой.

При этом наиболее интенсивно этот обмен происходит в районе Восточной Азии — севера Тихого океана. Здесь в области адвекции холода и адвекции тепла меридиональная составляющая достигает самых больших на земном шаре средних скоростей (12 м/сек.). Вторая менее мощная пара областей располагается над Северной Америкой и севером Атлантики.

Иное положение в южном полушарии зимой. Здесь можно обнаружить четыре пары областей меридиональных составляющих результирующего вектора скорости ветра почти с одинаковыми максимальными скоростями, не превышающими б м/сек. Эти карты наглядно показывают существенное различие в междуширотном обмене в северном и южном полушариях зимой.

В северном полушарии такие области локализованы у восточных районов материков и западных районов океанов, а в южном полушарии они нигде не локализуются. В результате в высоких широтах северного полушария происходит интенсивный междуширотный воздухообмен, а в южном полушарии такой воздухообмен протекает в общем намного слабее, что следует из карт повторяемости циклонов.

Вычисления показывают, что в южном полушарии индекс зональной циркуляции в 1,5—2 раза больше индекса меридиональной циркуляции. Он также больше индексов северного полушария. Однако индексы меридиональной циркуляции I_м, рассчитанные по ежедневным высотным картам погоды, могут быть велики и действительно они показывают, что циркуляция воздуха в южном полушарии, особенно в его умеренной зоне, протекает довольно интенсивно. Об этом свидетельствуют часто повторяющиеся здесь глубокие циклоны. Но они почти все без исключения затухают на периферии Антарктиды, т. е. в широтной зоне 60—70°.

Циклоны в южном полушарии не могут продвигаться через Антарктиду, как это происходит в Центральной Арктике. Антарктида со средней высотой 2—4 км является серьезным препятствием на пути циклонов. При приближении к Антарктиде циклоны как атмосферные вихри деформируются у берегов Антарктиды и обычно заполняются, а воздушные потоки, связанные с ними, свободно протекают над ней.

Встреча движущихся с севера теплых и влажных масс воздуха с высоким ледяным массивом сопровождается образованием слоистой облачности, туманов и выпадением осадков в виде снега, являющегося источником пополнения убывающих запасов льда.

В центральные районы Антарктиды могут проникать лишь деформированные фронты, связанные с интенсивно развитыми циклонами, перемещающимися с севера на периферию этого материка. Небольшое количество осадков, выпадающее в Центральной Антарктиде, связано с этими фронтами, а не проникающими сюда циклонами.

Непреодолимые препятствия для свободного доступа циклонов в центральную часть Антарктиды указывают на малую вероятность проникновения сюда сравнительно теплого воздуха из умеренной зоны. Поэтому температура над Антарктидой отличается более низкими значениями, чем над Арктикой. Этим же объясняются существующие сезонные разности температуры между одноименными широтами северного и южного полушарий.

При малой освещенности метеоданными внутренних районов Антарктиды трудно проследить движение барических образований. Но не трудно представить, что они не могут перемещаться через высокий материк так же свободно, как в Арктике. Какие же барические образования могут пересечь Антарктиду? Молодые барические образования с концентрической системой изобар, имея малую вертикальную протяженность при встрече с Антарктидой деформируются.

Выше ледяного щита остается высотная фронтальная зона с соответствующей системой воздушных течений; высокие холодные циклоны и теплые антициклоны, являясь малоподвижными, также не могут пересекать южный материк. Поэтому не случайно на картах повторяемости циклонов последние обнаруживаются преимущественно вокруг Антарктиды.

Что циклоны редко проникают в глубинные районы материка подтверждается и малыми колебаниями температуры и скоростей ветра на высотах на внутриконтинентальных станциях и незначительными годовыми суммами осадков, не превышающими 20—40 мм в Центральной Антарктиде.

Интересен и режим ветра в полярных областях обоих полушарий. Зимой вдоль южного полярного круга так же, как и в северном полушарии, происходит возрастание скорости ветра с высотой. Данные наблюдений показывают, что скорости ветра возрастая с высотой, в слое 25—30 км превышают 200 км/час. В частности, на ст. Мирный средние скорости западного ветра уже на высотах 17—18 км составляют 150 км/час.

Скорости ветра в тропосфере в центральных районах Антарктиды уменьшаются. Так, например, в районе южного полюса, по данным наблюдений на станциях Амундсен-Скотт и Берд, в июле скорости ветра более 60—80 км/час выше тропопаузы наблюдаются довольно редко. Иначе говоря, в центральных районах Антарктиды даже зимой ветры преимущественно слабые, что указывает на малоинтенсивный воздухообмен с умеренной зоной и, следовательно, сравнительно слабую адвекцию тепла в районе полюса.

Вместе с тем направления ветра и здесь различны (ст. Амундсен-Скотт). Различные направления ветра наблюдаются и на ст. Берд, Мирный и др. Изменчивость ветра на антарктических станциях (на высотах) показывает, что циркуляция воздуха здесь безусловно связана с макроциркуляционными процессами всего южного полушария. Небольшие же колебания температуры и скорости ветра в Центральной Антарктике также указывают на то, что здесь междуширотный воздухообмен происходит менее интенсивно, чем в Арктике.