Основні фактори, що визначають загальну циркуляцію атмосфери

Вище говорилося, що основними факторами, що визначають рух в атмосфері, є: промениста енергія Сонця, обертання Землі навколо своєї осі, неоднорідність земної поверхні насамперед, материки і океани, тертя об поверхню землі. Цими ж факторами визначається і загальна циркуляція атмосфери.

Промениста енергія Сонця. Від нагрітої сонячними променями земної поверхні шляхом турбулентного теплообміну нагріваються нижні шари атмосфери. Збільшення турбулентного обміну по вертикалі, виробляючи перемішування мас повітря, що викликає зниження температури поблизу поверхні землі і зменшує величину вертикального градієнта температури.

Атмосфера використовують не всю що надходить сонячну енергію а незначну її частину. Розрахунки показують, що лише близько 2% надходить енергії перетворюється в кінетичну енергію руху повітря.

Обертання Землі. При вирішенні теоретичних завдань загальної циркуляції атмосфери швидкість обертання Землі зазвичай приймається постійною. Проте встановлено, що швидкість обертання Землі піддається сезонним і внутрисезонным змін. Зокрема, амплітуда сезонних змін швидкості обертання Землі дорівнює 65 міллі/сек, а стрибкоподібні зміни можуть досягати 10 мк/сек. Як бачимо, зміни швидкості обертання Землі складають дуже малу величину, але ряд учених вважає, що ці малі зміни можуть призвести до екстремальних деформацій різних параметрів еліпсоїда обертання. Питання цей дуже важливий, але потребує уточнення.

Вплив підстильної поверхні у створенні сезонних особливостей загальної циркуляції атмосфери велике. Ми вже бачили, в главі третій, як нерівномірно розподіляється поверхню суші в обох півкулях (див. табл. 14). В додаток до цього слід сказати, що в цілому по північній півкулі на частку материків доводиться 39,3% всієї поверхні, а в південній півкулі лише 19,1%. При цьому, як випливає з таблиці 14, тільки в екваторіальній зоні обох півкуль материки займають приблизно однакову площу. Навпаки, у високих і середніх широтах різниця значна. Особливо істотно, що в південній півкулі завдяки Антарктиді між 80 і 90° ю. ш. суша займає всю площу, а між широтами 60 і 40° ю. ш. — тільки 0-4%. У північному ж півкулі між 80 і 90° с. ш. суша займає 20-0% площі, а між 60 і 30° пн. ш. — 61 — 43,5%.

Вплив материків і океанів на поле температури в тропосфері

Вплив материків і океанів на температуру повітря не обмежується лише приземным її шаром, а поширюється на всю тропосферу, оскільки шляхом турбулентного перемішування тепло переноситься до верхніх шарів тропосфери. Ще на початку 40-х років були обчислені величини зміни висот ізобаріческой поверхонь внаслідок трансформаційного охолодження або прогрівання повітря в тропосфері і визначено вплив цього фактора на створення характеру атмосферної циркуляції (X. П. Погосян, Н. Л. Таборовський). Основні риси збурюючої трансформаційного впливу неоднорідною підстилаючої поверхні на поле температури тропосфери, а отже, і на висотне баричне поле можна побачити на схемі автора, наведеної на малюнку 64.

Припустимо, що є симетричне розташування материків і океанів на площині, витягнутих по меридіану. При цьому на однакових широтах материки мають температуру Т1 а океани — більш високу температуру Т2, тобто Т2>Т1 що відповідає зимових умов у середніх широтах північної півкулі. У відповідності з заданими умовами, якщо виділити одиничний об’єм повітря, то він, проходячи над материком аж до східного берега, буде охолоджуватися. Охолодження буде відбуватися тим повільніше, чим більше буде видалятися виділений об’єм повітря від західного берега. Вступаючи ж на океан, повітря, навпаки, спочатку швидко, а потім повільніше буде нагріватися на всьому шляху до західного берега наступного материка. В результаті цього ізотерми візьмуть хвилеподібний вигляд (рис. 64, а). Це ж відбувається і в реальній атмосфері при русі повітря з заходу над материками і океанами.

На малюнку 64, б наведено три ізогіпсі з середньої карти ВІД 300/1000 північного півкулі січня. Як видно, між ходом ізоліній (температури) на схемах а і б багато спільного.

Влітку вплив материків і океанів протилежне тому, яке спостерігається взимку, внаслідок чого виходить зворотна картина в розташуванні ізотерм.

Якщо звернутися до карт відносної топографії ВІД 300/1000 січня і липня (рис. 22 і 23), то легко бачити, що ізогіпсі, еквівалентні ізотермами першого 9-кілометрового шару, над материками, де повітря при переважаючому західному переносі взимку охолоджується, утворюють улоговини, а над океанами, де повітря прогрівається, — гребені. Влітку це розходження кілька згладжено, але все ж наявність невеликих гребенів над материками вказує, що тут повітря прогрівається більше, ніж над океанами.

У південній півкулі ізогіпсі (ізотерми) слідують уздовж широт, так як тут в середніх широтах немає чергуються материків і океанів, а Антарктида, розташована в районі Південного полюса, сприяє формуванню температур, які за величиною значно нижче, ніж в Арктиці. Це можна визначити шляхом порівняння величин відносного геопотенциала в одні і ті ж сезони в Арктиці і Антарктиці.

Тертя повітря об земну поверхню завжди зменшує швидкість вітру і, як ми бачили вище (в розділі четвертому), дещо змінює його напрям.

У теоретичних дослідженнях атмосферних процесів важливі також розміри атмосфери. За сучасними даними, умовна верхня межа атмосфери лежить вище 2000 км, хоча в тропосфері і стратосфері зосереджена майже вся маса атмосфери. Біля верхньої межі стратосфери (50-55 км) тиск повітря менше 0,6 мб. Інакше кажучи, тиск повітря поблизу рівня 55 км становить менше 0,0006 тиску всієї атмосфери. Так як в погодообразовании головну роль відіграють процеси, що розвиваються в тропосфері, то це дозволяє в теоретичних дослідженнях розглядати атмосферу як тонку плівку повітря поблизу поверхні землі.

ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Чому погода змінюється?