Розвиток досліджень планетарної атмосферної циркуляції

Під загальною циркуляцією атмосфери зазвичай розуміють сукупність течій повітря великих масштабів, завдяки яким здійснюється обмін його по горизонталі і вертикалі. Основними великомасштабними атмосферними рухами є переважаючі повітряні течії, обумовлені різницею температур між різними широтами поблизу поверхні землі і на висотах. До них належать також повітряні течії в системі циклонів і антициклонів, тропосферные і стратосферні струменеві течії, пасати й мусони. Саме ці види повітряних течій відіграють важливу роль у формуванні погоди і клімату Землі. Більш дрібні за своїми масштабами руху, такі, як шквали, смерчі, бризи, гірсько-долинні вітри та ін., мають місцеве значення і хоча характерні для певних географічних районів, однак не можуть надати істотного впливу на режим загальної циркуляції атмосфери. Зазвичай ці дрібні за масштабами руху (бризи, гірсько-долинні вітри) порушуються під впливом великомасштабної циркуляції або, навпаки, зароджуються під її впливом (смерчі, шквали та ін).

Дослідження загальної циркуляції атмосфери почалися зі спроб пояснення пасатної циркуляції в XVII—XVIII століттях. У середині XIX століття Морі вже дав схему циркуляції атмосфери на всій земній кулі.

В кінці XIX і на початку XX століття основою для вивчення загальної циркуляції атмосфери служили карти середнього розподілу метеорологічних елементів, головним чином тиску, вітру, температури біля поверхні землі, опадів. З допомогою середніх карт були встановлені сезонні характеристики вітру, тиску, температури і загальні риси клімату в різних географічних районах земної кулі.

На основі цих кліматологічних, притому тільки приземних даних, природно, не могло бути враховано різноманіття неперіодичних процесів, яке і утворює загальну циркуляцію атмосфери. Це особливо відноситься до тих районах земної кулі, де неперіодичні процеси є домінуючими. В таких районах, наприклад над Європою, середній розподіл метеорологічних елементів у поверхні землі майже не відображає індивідуальних процесів, що відбуваються у всій тропосфері і вище.

Відсутність даних про розподіл метеорологічних елементів на висотах збільшувало труднощі вивчення загальної циркуляції атмосфери.

Спроби заповнити цю прогалину побудовою карт тиску для різних рівнів на підставі обчислення тиску за даними наземних спостережень не дали бажаних результатів, оскільки такі карти відображали лише найбільш загальні риси полів тиску на висотах.

Стало очевидним, що для пояснення багатьох особливостей атмосферних процесів необхідно вивчити індивідуальні процеси, з яких виходить середнє, певною мірою неточне відображення дійсності. В результаті, наприклад, переоцінки ролі середніх карт приземного тиску і вітру довгий час панував неправильне уявлення про малої мінливості характеру атмосферних процесів в низьких широтах, про стійкість субтропічних антициклонів, зимового сибірського антициклону і т. п.

З розвитком синоптичної метеорології циркуляція атмосфери, особливо в середніх широтах, стала вивчатися за допомогою щоденних карт погоди. З’явилася можливість вивчати неперіодичні процеси, хоча з-за відсутності достатніх даних аерологічних спостережень дослідження циркуляції атмосфери значною мірою гальмувався. З введенням аналізу атмосферних фронтів і повітряних мас у цілому було зроблено багато спроб створити схеми загальної циркуляції атмосфери, що включають горизонтальну і вертикальну складові основних течій повітря. При цьому бралося до уваги, що наземному кулі існують райони і навіть широтні зони більшого і меншого зволоження. З зонами великого зволоження збігалися області зниженого тиску на середніх місячних картах приземного тиску, а з зонами посушливими — області підвищеного тиску.

На такій основі були створені схеми загальної циркуляції атмосфери, в яких циркуляція повітря між екватором і полюсом представлялася колесами циркуляції: колесо тропічного повітря в пасатної циркуляції, колесо тропічного повітря, оттекающего в нижніх шарах з субтропічної зони в помірні широти, колесо полярного повітря (Ст. Бьеркнес, 1921).

Подальші ускладнення схеми Ст. Бьеркнеса в 20-х і 30-х роках не внесли принципово нового, але все ж сприяли розумінню складності загальної циркуляції атмосфери.

В усіх цих схемах велике значення в междуширотном обміні надавалося вертикальної циркуляції, що подається за допомогою замкнених і незамкнених «коліс». При зображенні междуширотного обміну між екватором і тропіками всіма дослідниками приймалося класичне уявлення про пасатної циркуляції, основу якої дали Галлей (1686) і Гадли (1735).

Як показали висотні карти погоди, які складаються в даний час для різних поверхонь до 25-35 км, междуширотный обмін здійснюється шляхом горизонтального переносу, в якому головну роль грають струменеві течії. При меридіональних перетвореннях висотних деформаційних полів потоки холодних мас повітря нерідко проникають з арктичної області в низькі широти і, навпаки, теплі маси повітря перекидаються у високі широти. У перемещающемся повітрі розвиваються вертикальні рухи, найбільші величини яких спостерігаються у районах активною циклонічною і антициклонічною циркуляції.

Оскільки в одній і тій же широтної зони в одних районах різко переважає циклонічна, в інших антициклоническая, циркуляція, то вертикальні складові циркуляції навіть в одному і тому ж сезоні на одних і тих же широтах, але на різних географічних меридіанів будуть мати різні знаки. Тому, очевидно, неможливо побудувати одну схему загальної циркуляції атмосфери, яка повністю відображала б різноманіття характеру її над материками і океанами, та ще й у різні сезони року.

Говорячи про загальну або планетарної циркуляції, зазвичай мається на увазі вся сукупність великомасштабних повітряних течій в атмосфері Землі, що відбуваються не тільки поблизу поверхні землі чи навіть в тропосфері, але мається на увазі перші три сфери: тропосфера, стратосфера і мезосфера. Саме в цих сферах атмосферні процеси більшою мірою взаємопов’язані і тут діють закони гідродинаміки. Між тим, із-за технічних обмежень, в наш час при вивченні загальної циркуляції атмосфери головну увагу зосереджують зазвичай на тропосфері і нижній стратосфері, особливо на першій, де формуються погодообразующие процеси.

Верхні розріджені шари атмосфери (термосфера й екзосфера) за характером фізичних і хімічних процесів істотно відрізняються від тропосфери—мезосфери, і поки немає підстав для розгляду циркуляції у верхніх шарах в сукупності з циркуляцією нижніх сфер. Це справедливо й тому, що при вирішенні проблеми загальної циркуляції атмосфери і проблеми довгострокових прогнозів погоди по суті застосовуються одні і ті ж рівняння гідродинаміки.

ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Андаманське море