You are hereОбщая циркуляция атмосферы, основные системы ветров

Общая циркуляция атмосферы, основные системы ветров


By tookitook - Posted on 15 Январь 2010

Более высокие температуры у эватора, делают воздух там менее плотным. Поэтому он поднимается в тропосферу и уже там транспортируется по направлению к полюсам. Это движение компенсируется у поверхности перемещением воздуха у поверхности в экваториальном направлении. На неподвижной Земле, большая конвекционная ячейка достигла бы полюсов, приводя к прямому обмену между наиболее теплыми и холодными областями Земли. Однако, из за вращения Земли, такая структура атмосферы была бы нестабильна. В результате две ячейки вызываемые поднятием воздуха у Экватора, называемые ячейками Хэдли, закрываются опусканием воздуха на широтах примерно 30o (Рис. 1.4). Северная граница этих ячеек отмечается наличием сильных западных ветров в верхней тропосфере, называемых тропосферными потоками (tropospheric jets). На поверхности, вращение Земли вызывает отклонение потока идущего от средних широт к Экватору вправо в северном полушарии и влево в южном полушарии. Это приводит к возникновению восточных ветров, пассатов, характерных для тропических широт (Рис. 1.5).

 

Ячейка Хадли и ячейка Феррела

Рис. 1.4: Схематичное представление среднегодовой генеральной циркуляции атмосфер. H(L) означают системы высокого (низкого) давления. Этот рисунок опубликован в Atmospheric science: an introductory survey, Wallace and Hobbs, International Geophysics Series 92, Copyright Elsevier (Academic Press) 2006.

Западные ветра доминируют во внетропической циркуляции. Их зональная симметрия нарушается большими волноподобными структурами и постоянной последовательностью возмущений, которые обуславливают ежедневные вариации погоды в этих регионах. Доминирующим элементом меридиональной циркуляции в этих широтах является ячейка Феррела (Рис. 1.4), которая слабее ячейки Хэдли. Поскольку она характеризуется восходящими потоками воздуха в полярной части и низходящими в экваториальной части, ее называют непрямой (обратной) ячейкой, в отличии от ячейки Хэдли, которую называют прямой ячейкой.

Рис. 1.5: Ветра на высоте 10 метров (стрелочки, в м/с) и приземное атмосферное давление (цвета, в гПа) в (a) декабре, январе, феврале и (b) июне, июле и августе. Источник данных: NCEP/NCAR reanalyses (Kalnay et al. 1996).

Вне узкой приэкваториальной полосы и над приповерхностным пограничным слоем, крупномасштабная атмосферная циркуляция близка к геострофическому равновесию. Таким образом давление воздуха и ветер тесно взаимосвязаны. В Северном полушарии, ветра вращаются по часовой стрелки вокруг областей высокого давления и против часовой стрелки вокруг областей низкого давлений, тогда как обратное верно для Южного полушария. В результате, среднеширотные западные ветры связаны с высоким давлением в субтропиках и низким давлением в районе 50-60o. Этот субтропический пояс высокого давление представляет собой не однородный пояс, а состоит из нескольких центров, часто обозначаемых по названию регионов над которыми они расположены (например Азорский максимум, максимум Св. Елены). В Северном полушарии между широтами 50-60o с.ш. центры низкого атмосферного давления проявляют себя на климатологических картах как центры циклонических образований, называемые Исладнским минимумом и Алеутским минимумом. В Южном океане, из за отсутствия больших масс суши в соответсвенном широтном интервале, давление более однородно в зональном протяжении, с минимумом примерно у 60o ю.ш.

В реальной атмосфере конвергенция поверхностных ветров и результирующее восхождение воздуха происходит не точно на экваторе, но в поясе называемом Внутритропической Зоны Конвергенции  (Intertropical Convergence Zone (ITCZ)). Благодаря современной геометрии континентов, она расположена около 5o с.ш., с некоторыми сезонными сдвигами. Наличие суши также играет критическую роль для муссонной циркуляции. Летом, континенты нагреваются быстрее чем океаны, поскольку обладают меньшей тепловой инерцией (см раздел 2.1.5). Это включает в себя также нагрев приземного воздуха и уменьшение атмосферного давления над сушей. Разница в давлении между сушей и морем вызывает транспорт влажного воздуха с моря на сушу. Зимой, ситуация обратная, над холодным континентом образуется область высокого давления и поток воздуха в основном направлен с суши в море. Такая муссоная циркуляция, с сезонными изменениями направления ветра, наблюдается во многих тропических районах Африки, Азии и Австралии. Однако, наиболее знаминиты муссоны Южной Азии, которые сильно влияют на Индийский субконтинент (Рис. 1.6)

Рис. 1.6: Ветра на высоте 10 метров (стрелочки, в м/с) и приземное атмосферное давление (цвета, в гПа) в (a) январе и (b) Июле, иллюстрирующие смену направления ветра между зимним и летним муссоном. Источник данных: NCEP/NCAR reanalyses (Kalnay et al. 1996).

Goosse H., P.Y. Barriat, W. Lefebvre, M.F. Loutre and V. Zunz, (date of view). Introduction to climate dynamics and climate modeling. Online textbook available at http://www.climate.be/textbook.