Характерные черты циркуляции атмосферы зимой

Сложную по многообразию форм и интенсивности циркуляцию атмосферы пытались схематизировать многие исследователи. В предложенных до 40-х годов XX в. схемах большое значение придавалось междуширотному воздухообмену, который изображался замкнутыми или полузамкнутыми вертикальными кольцами циркуляции между смежными широтными зонами.

Однако более поздними исследованиями было установлено, что междуширотный воздухообмен осуществляется главным образом горизонтальным переносом воздуха с большими скоростями, сопровождающимися в сотни раз меньшими по величине вертикальными движениями.

С появлением данных аэрологических наблюдений, особенно после открытия струйных течений, было построено много вертикальных разрезов атмосферы, карт температуры и изотах главных изобарических поверхностей вплоть до 10 и 5 мб.

Были выявлены характерные сезонные особенности атмосферной циркуляции в различных частях земного шара и изучена структура тропосферных и стратосферных струйных течений. Оказалось, что сезонные показатели преобладающих направлений и скоростей воздушных течений (прежде всего струйных) хорошо отражают характер циркуляции на земном шаре.

Поскольку в системе общей циркуляции атмосферы горизонтальный перенос является главным, то при теоретическом моделировании крупномасштабной циркуляции горизонтальный перенос принимается за основное движение, а вертикальными движениями обычно пренебрегают.

Однако несмотря на то, что величины вертикальных движений малы (скорости их на два-три порядка меньше горизонтальных), они играют важную роль в обмене воздуха по вертикали, образовании облаков и осадков и вообще в изменении погоды. Кроме того, вертикальные движения играют большую роль в превращении потенциальной энергии в кинетическую, а также в перераспределении энергии.

Учет вертикальной составляющей атмосферного движения связан с большими трудностями, особенно для представления их на схемах. Поэтому даже на современных схемах глобальной циркуляции обычно изображается лишь преобладающая горизонтальная циркуляция воздуха.

Чтобы изобразить преобладающую атмосферную циркуляцию в глобальном масштабе, были использованы средние меридиональные разрезы атмосферы и карты барической топографии различных изобарических поверхностей (вплоть до 10 мб) и на этой основе построены схемы преобладающей горизонтальной циркуляции.

Эти схемы по форме изображений близки к схеме Минца, но различны во многих существенных деталях. Чтобы изобразить сезонные особенности циркуляции, была создана не одна, а четыре схемы, призванные характеризовать атмосферную циркуляцию по сезонам года вдоль различных меридианов между северным и южным полюсами.

Известно, что в зависимости от положения материков и океанов, особенно в северном полушарии, в одни и те же сезоны основные черты циркуляции атмосферы на одноименных широтах несколько отличаются в разных долготных зонах.

Эти различия в распределении температуры и характере циркуляции между северным и южным полушариями были изображены вдоль двух долготных зон на западе и востоке Евразии, различных по физикогеографическим условиям: западная — вдоль 10°W — 20° Е, т. е. в целом вдоль восточного побережья Атлантики, восточная — вдоль 140—170° Е, т. е. вдоль западных районов Тихого океана и северо-востока Азии.

Выбор долгот носит неслучайный характер. В январе горизонтальные температурные контрасты в северном полушарии, например у восточных берегов океанов, заметно меньше, чем вдоль их западных берегов. К тому же и характер преобладающей формы циркуляции различен.

На сезонных схемах в вертикальной плоскости изображены средние месячные изотермы, изотахи, фронты и тропопауза, а на периферии внутреннего круга — средние месячные изобары на уровне моря вдоль линий разрезов. В центре систем изотах буквами изображено преобладающее направление воздушных течений. Январская схема (рис. 113) хорошо выражает особенности зимнего режима температуры и циркуляции в северном полушарии и летнего режима в южном.

Рис. 113. Схема горизонтальной циркуляции воздуха. Декабрь—февраль. 1 — изотахи, 2 — изотермы, 3 — тропопауза, 4 — фронты

Из схемы следует: в районе северного полюса на уровне 25— 30 км температура воздуха составляет —70, —75°, а на тех же высотах над Центральной Антарктидой —30, —40°. Четко выражены субтропические и внетропические струйные течения. В зимнем полушарии в стратосфере высоких широт заметно возрастают скорости западного переноса с высотой. На уровне 30 км они превышают 160—180 км/час.

В то же время в теплом (южном) полушарии выше 20—23 км господствует восточная циркуляция, достигающая в умеренной зоне на уровне 25—30 км скорости, в среднем равной 10—15 м/сек. Хорошо выражены отличительные особенности режима температуры и циркуляции вдоль западных и восточных долгот в северном полушарии.

У западных берегов Африки субтропическое струйное течение слабее, чем на востоке Азии, и расположено на 8—10° южнее.

Разность средних максимальных скоростей на оси струй составляет 14—16 м/сек., что объясняется общими географическими различиями. Существенно различны и внетропические струйные течения. В зоне 60° широты на западе хорошо выражено внетропическое западное струйное течение, а над северо-восточной Азией — слабые ветры преобладающего восточного направления.

Сравнительно сильные струи на востоке Азии зимой, как уже говорилось, объясняются большими контрастами температуры, возникающими в этом районе между охлажденными массами воздуха севера Азии и теплым воздухом Тихого океана. Этих условий нет на северо-западе Африки. Здесь усиление струйных течений происходит при меридиональных преобразованиях термобарического поля тропосферы, при которых относительно холодные массы воздуха севера соприкасаются с тропическим воздухом.

В соответствии с географическими условиями и сезонным характером термобарического поля (высотный гребень над теплой Атлантикой и холодная ложбина над Европой) циклонические меридиональные преобразования сопровождаются возникновением и блокированием холодного циклона на северо-западе Африки. На его южной периферии на широте около 20° N обычно образуется струйное течение, которое находится в среднем на 8—10° южнее, чем струя на юге Китая и над Японскими островами.

Несмотря на отдельные различия в циркуляции на западе Европы, востоке Азии и на тех же долготах южного полушария, между ними много общего, что легко обнаружить на представленных здесь схемах.