Температура повітря в тропосфері і стратосфері земної кулі

Вище ми познайомилися з особливостями розподілу середньої температури повітря біля поверхні землі взимку і влітку. Поле температури у всій тропосфері принципово мало відрізняється від поля температури земної поверхні. Проте в стратосфері режим температури інший, оскільки умови прогрівання повітря тут відмінні від тропосферних.

Для зручності представлення розподілу середньої температури повітря в усій товщі тропосфери, а також у великих шарах стратосфери на всій земній кулі користуються картами відносної баричной топографії. Цими картами зображуються висоти між поверхнями однакового атмосферного тиску (изобарическими поверхнями). Висоти ці, виражені в геопотенциальных метрах V, пропорційні середній температурі шару між взятими изобарическими поверхнями. Тому ізолінії на картах відносної баричной тополя графії (ВІД) по суті є ізотермами середньої температури повітря у взятому шарі. Малим значенням геопотенциала відповідають області холоду, великим значенням— області тепла.

Тропосфера. На малюнках 22 і 23 представлені середні карти відносної топографії між поверхнями 300 і 1000 мб (ВІД 300/1000) для січня і липня. Так як поверхня 300 мб розташована поблизу рівня 9 км, а 1000 мб — у поверхні землі, то наведені тут карти характеризують середню температуру шару повітря товщиною близько 9 /їжак, тобто значну частину тропосфери.

Розглянемо деякі особливості розподілу середньої температури в тропосфері в січні і липні за наведеними картками відносної топографії. Незалежно від пори року у відповідності з умовами припливу сонячної енергії в Арктиці і Антарктиці повітря значно холодніше, ніж в низьких широтах. Тому горизонтальні градієнти температури у всій тропосфері спрямовані від низьких широт до високих, а широка область тепла займає екваторіальну зону. Північної взимку (рис. 22) вона дещо зсунута в бік південної півкулі, а північним влітку (рис. 23) — в бік північного півкулі. Разом з тим густота ізогіпс вказує, що взимку як у північній, так і південній півкулях величина горизонтального градієнта температури більше, ніж влітку.

Розподіл середньої січневої і липневої температури в нижньому 9-кілометровому шарі атмосфери дещо відрізняється від розподілу середньої температури в ті ж місяці біля поверхні землі. На картах відносної топографії ніяк не відображена досить складна форма ізотерм, викликана впливом підстилаючої поверхні, яку ми бачили на картах температури у поверхні землі (див. мал. 16 і 18). Однак вплив материків і океанів поширюється на всю тропосферу, що чітко проявляється в конфігурації ізогіпс відносного геопотенциала, які в січні розташовуються не вздовж широт, а значно зігнуті. При цьому над охолодженими материками північного півкулі розташовуються улоговини холоду, а над тепловими океанами — гребені тепла. Середня температура 9-кілометрового шару в січні в екваторіальній зоні — близько 0°, а в Арктиці і Антарктиці вона дорівнює -39° -30° відповідно.

В липні температура вздовж паралелей над материками і океанами в північній півкулі майже вирівнюється. Це знаходить відображення на формі ізогіпс ВІД 300/1000, які приймають майже широтне положення (рис. 23). Невеликі улоговини холоду можна виявити лише над північними, щодо холодними частинами Атлантики і Тихого океану. У низьких широтах над Північною Америкою і півднем Азії внаслідок інтенсивного прогрівання повітряних мас відокремлюються замкнуті області тепла.

Середня температура шару влітку в тропіках перевищує 0°, а в Арктиці і Антарктиці досягає -20° і -43° відповідно.

Ті ж особливості структури поля температури можна виявити на материках південного півкулі, з тією тільки різницею, що там вони виражені слабше через малих розмірів материків.

Стратосфера. За останні роки суттєво змінилося уявлення про стратосфері як про спокійну середовищі з малою

Карта відносної топографії між поверхнями 300 і 1000 мб. Січень

Карта відносної топографії можду поверхнями 300 і 1000 мб. Липень

турбулентністю і изотермией. Вже на початку 50-х років ряд авторів зазначав, що на режим температури в стратосфері, крім променистого теплообміну, впливає горизонтальне перенесення повітря (адвекция) і адіабатичні процеси стиснення і розширення повітря, зумовлені вертикальними рухами.

Радиозондовые і ракетні спостереження в період Міжнародного Геофізичного Року (МГГ) і пізніше показали, що температура та вітер в стратосфері зазнають різкі зміни не тільки в залежності від сезонів року, але і всередині кожного з них, особливо в холодну пору року. Дослідження показали, що сезонне поле температури визначається головним чином променистим теплообміном, а його внутрисезонные зміни — адвекцией і динамікою атмосферних процесів.

Карти відносної топографії вище тропопаузи дають загальну картину розподілу температури. Тут ми обмежимося наведенням лише двох карт відносної топографії, що представляють поле температури в шарі між изобарическими поверхнями 10 і 100 мб, тобто між висотами 30 і 16 км для січня і липня (рис. 24 і 25).

Відмінності між цими та попередніми картами (рис. 22 і 23), що представляють поле температури за ті ж місяці в тропосфері, виражаються в, неоднаковою густоті ізоліній та розбіжності вогнищ холоду і тепла. На картах січня (рис. 24 і 22) у стратосфері, як і в тропосфері, на півночі розташований осередок холоду, що, як вже вказувалося, пояснюється охолодженням повітря в шарі озону в умовах полярної ночі. Однак конфігурація ізогіпс (ізотерм) різна, тому що в тропосфері температура повітря визначається припливом тепла від підстилаючої поверхні (холодні материки і теплі океани), а в стратосфері — безпосереднім поглинанням сонячної енергії. Тому тут у січні вогнище холоду виявляється в центрі Арктики, де стоїть полярна ніч. Друга широка область холоду охоплює майже всі низькі широти — там, де тропосфера поширюється до висоти 16-18 км, температура повітря знижується до -70°, -80°. Порівняно тепліше в стратосфері середніх широт північної півкулі, оскільки вище тропопаузи, на рівні 10-11 км, температура не зазнає істотних змін з висотою, залишаючись в середньому в межах -50°, -60°.

Цікаво, що північної взимку (грудень — лютий) у стратосфері над Антарктикою утвориться широка область тепла, обумовлена нагріванням повітря в шарі озону протягом полярного дня південним влітку.

До червня — серпня поле температури в шарі 16-30 км (ОТ10100) різко змінюється (мал. 25). Як і в тропосфері, в нижній стратосфері над високими широтами південного півкулі формується область холоду, викликана охолоджуванням повітря в шарі озону в умовах полярної ночі. В Арктиці В цей час, навпаки, температура повітря досягає найбільших величин, а екваторіальна зона, як і в грудні — лютому, є осередком холоду.

Зауважимо, що зона тепла виявляється в південному півкуль між широтами 20 і 40°, виникнення якої аналогічно утворення такої ж області в північній півкулі в грудні — лютому. Ще невеликий осередок тепла виникає над Центральною Азією завдяки інтенсивному нагріванню повітря над пустелями і гірськими хребтами.

Таким чином, смуга порівняно високих температур в обох півкулях взимку характерна для нижньої половини стратосфери. Вона виділяється на тлі низьких значень температур полярної області та екваторіальної зони. У високих широтах область холоду формується під час полярної ночі внаслідок охолодження повітря в шарі 20-30 км до -65°, -75° в Арктиці і до -75°, -80°— в Антарктиці. Низькі температури в екваторіальній зоні пов’язані з високим положенням тропопаузи.

Разом з тим дані ракетного зондування атмосфери показують, що згадані зони тепла в стратосфері виявляються взимку в обох півкулях між широтами 30 і 50°, з висотою зміщуються в бік низьких широт. Це знайшло відображення на вертикальному розрізі атмосфери (рис. 5). Наприклад, на висоті 30 км. ця зона тепла вже знаходиться над тропіками, а на висоті 40 км над екватором тепліше, ніж над іншими частинами зимового півкулі. Найбільш високі температури (близько 5°) спостерігаються на рівні 50 км над низькими широтами. На цьому рівні над середніми широтами вони складають в середньому -10°, -20°, а в районі полюса нижче -20°.

Як показує карта ВІД 10/100 (рис. 24), згадана вище зимова зона тепла в північній півкулі над Тихим океаном зміщена на північ, до широт 40-60° і відособлена. Усередині цієї області температура повітря помітно вище, ніж над усіма іншими районами півкулі.

У південній півкулі немає навіть ознак подібної аномалії температури в стратосфері. Тут зона тепла взимку обмежена широтами 20-40° ю. ш., а градієнт температури направлений з високих широт у бік екваторіальної зони. Характер поля температури в північній півкулі визначається, головним чином, умовами атмосферної циркуляції.

ПОДІЛИТИСЯ: