8. Синоптические карты – карты погоды составляют по данным наблюдений метеостанций, по снимкам Земли из космоса. Синоптические карты составляются несколько раз в сутки, благодаря чему можно судить о продвижении циклонов, фронтов, облачности. Синоптические карты
9. . Зональное распределение давления и переносов воздуха в верхней тропосфере и у земной поверхности (схема).
Скорость ветра на метеостанциях измеряют анемометрами; если прибор самопишущий, то он называется анемографом. Анеморумбограф определяет не только скорость, но и направление ветра в режиме постоянной регистрации
, и зависит от распределения давления и отклоняющего действия вращения Земли. (рис. 8.4). Схема поясов господствующих ветров осложняется влиянием материков и океанов, формированием сезонных минимумов и максимумов давления над сушей. На границе материков и океанов ветры зимой дуют с материка на океан, летом - с океана на материк (муссонные ветры).
Справа — направление барических градиентов вдоль меридиана в соответствующих зонах.
Английский ученый Гадлей в 1735 году дал объяснение пассатной циркуляции, механизм которой получил название ячейки Гадлея Это упрощенная модель циркуляции воздуха в тропической зоне, согласно которой избыток тепла вблизи экватора превращается в кинетическую энергию: значительная часть тепла расходуется на испарение и переносится вместе с движущимся воздухом в виде скрытой теплоты, реализуемой при конденсации водяного пара. Над экватором происходит подъем воздуха: на высотах — его отток к субтропикам, а у земной поверхности — возвращение в виде пассатных ветров снова к экватору.
В каждой муссонной области есть летний муссон и противоположный ему по направлению зимний. Устойчивость муссонов связана с устойчивым распределением атмосферного давления в течение каждого сезона, а их сезонная смена - с коренными изменениями в распределении давления от сезона к сезону
Муссоны - устойчивые ветры над определенными областями Земли, направление которых резко меняется на противоположное два раза в год. Муссоны обусловлены главным образом сезонными различиями в нагревании материков и океанов.
Зоне действия пассат свойственны очень характерные погодные условия (рис.6.23). Двигаясь к экватору, на более теплую поверхность, пассатное течение в нижних слоях тропосферы приобретает неустойчивую стратификацию, когда устанавливаются очень большие вертикальные градиенты температуры. Возникает оживленная конвекция со скоростями восходящих потоков порядка 2,5-4 м/с и образование кучевых облаков Но конвективные потоки не достигают больших высот. Уже на высотах 1200-2000 м в области пассатов располагается задерживающий слой с инверсией температур. Эти значительные по мощности инверсии связаны с оседанием воздуха в антициклонах и отличаются устойчивостью и продолжительностью. Облака не получают большого вертикального развития, не достигают уровня оледенения, который в тропиках лежит выше 5 км. Поэтому из облаков или вовсе не выпадает осадков, или выпадают незначительные кратковременные мелкокапельные дожди (из слоисто-кучевых облаков).
Вследствие сходимости ветра конвекция здесь усилена и развивается до больших высот. Сильные восходящие движения прорывают пассатную инверсию, облака превращаются в мощные кучево-дождевые, и из них выпадают обильные осадки ливневого типа.
В атмосфере тропической зоны часто возникают слабые атмосферные возмущения, как правило, это тропические депрессии. Перемещаются эти депрессии медленно, преимущественно с востока на запад, в общем направлении переноса воздуха внутри тропиков В некоторых случаях тропические возмущения усиливаются настолько, что сила ветра в них достигает 20 м/с и более. Диаметр такого возмущения около нескольких сотен километров
Возникший тропический циклон сначала перемещается, в общем, с востока на запад, затем отклоняется к высоким широтам. Если он попадает на материк, оставаясь еще в тропиках, он быстро затухает над сушей. Но если циклон достигнет широт, близких к тропику (20-300), оставаясь над океаном, он огибает с запада субтропический антициклон и выходит из тропиков, меняя свое направление на юго-западное. Точка, где происходит смена направления, называется точкой поворота, а траектория перемещения такого циклона будет напоминать параболу с вершиной, обращенной к западу. Скорость перемещения тропических циклонов внутри тропической зоны мала - 10-20 км/ч (ее не следует смешивать со скоростью ветра в самом циклоне). При выходе из тропической зоны скорость циклона возрастает до скоростей внетропических циклонов. Вполне сформировавшийся тропический циклон представляет собой округлую область пониженного давления диаметром в несколько сотен км (до 1000 км), при этом давление в центре циклона падает до значений давления 970-960 гПа. В отдельных случаях давление падает до рекордных значений - 885 гПа. Вследствие малой площади и большой глубины циклона барические градиенты в нем очень велики и, следовательно, очень велики скорости ветра. Барические градиенты доходят до 15 гПа на градус, скорости ветра до 30-50 м/с. Наблюдались скорости ветра до 65 м/с, а судя по производимым разрушениям, отдельные порывы ветра могут иметь скорость до 100 м/с.
Облачность в тропическом циклоне представляет собой сплошное гигантское грозовое облако, из которого выпадают сильные ливневые осадки и наблюдаются грозовые явления большой интенсивности. В самом центре циклона обычно находится небольшая зона (десятки км в диаметре), свободная от мощных облаков и со слабыми ветрами - так называемый «глаз бури» или «глаз циклона». Сильные восходящие движения, господствующие в основной части тропического циклона, в этой области сменяются нисходящими. Облака циклона окружают «глаз циклона» в виде амфитеатра, поднимаясь до высот 10-14 км. Температура воздуха в циклоне повышена по сравнению с окружающей атмосферой, что связано с выделением большого количества скрытого тепла при конденсации. Распределение температуры равномерно, а вертикальная стратификация очень неустойчивая. В «глазе циклона» наблюдается еще более высокие температуры, связанные с нисходящим движением воздуха, но стратификация устойчивая.
Атмосферные вихри При своем движении тропический циклон вызывает сильнейшие волнения на море, угрожающее катастрофой судам. Плоские берега, вблизи которых проходит циклон, иногда затапливаются гигантскими волнами до 10-15 м высотой. Задевая сушу, тропический циклон может привести к опустошению многочисленных селений и целых городов ураганными ветрами и наводнениями. Разрушительная сила циклона связана с выделением гигантской энергии. Подсчитано, что тропический циклон диаметром 700 км ежесекундно выделяет энергию, эквивалентную взрыву 5 атомных бомб хиросимского типа.
Жизнь циклона продолжается несколько суток, в первой половине своего существования циклон углубляется, во второй - заполняется и затем исчезает вовсе. В некоторых случаях существование циклона оказывается более длительным, особенно когда он объединяется с другими, образуя одну общую и малоподвижную область - центральный циклон . Циклоны всегда перемещаются: под перемещением циклона подразумевают перемещение циклона как единой системы, независимо от направления дующих в нем ветров. Как правило, циклоны перемещаются в направлении общего переноса воздуха в средней и верхней тропосфере (в направлении ведущего потока). Такой общий перенос воздуха чаще всего происходит с запада на восток, поэтому и циклоны чаще перемещаются с запада на восток.
В тропосфере постоянно образуются вихри из-за различного атмосферного давления и отклоняющего действия вращения Земли. В замкнутой области пониженного давления воздух устремляется к центру, отклоняясь вправо в Северном полушарии и влево - в Южном. В центре он поднимается и растекается в стороны, тоже отклоняясь. Образуется восходящий вихрь -циклон, а у поверхности формируется область пониженного давления с циклической системой ветров (от периферии к центру).
В замкнутой области повышенного давления формируется нисходящий вихрь -антициклон, ау поверхности - область повышенного давления с антициклической системой ветров (от центра к периферии). Циклоны и антициклоны особенно часто возникают в умеренных широтах. Диаметр их достигает 3-4 тыс. км при высоте до 18-20 км.
Только в нижних слоях в холодное время суток и года возможно образование туманов и низких слоистых облаков, связанных с охлаждением от земной поверхности. Возможно также образование волнистых облаков в более высоких слоях, под инверсией. Но мощных облачных толщ с выпадением обложных осадков в антициклонах не бывает. С течением времени температура воздуха в антициклоне становится выше, исключением являются нижние слои антициклона зимой над сушей.
. Бризами (фр. brise — легкий ветер) называют ветры у береговой линии морей и больших озер, имеющие резкую суточную смену направления. Днем морской бриз дует в нескольких нижних сотнях метров (иногда в слое более километра) в направлении на берег, а ночью береговой бриз дует с берега на море (рис.6.27). Скорость ветра при бризах - 3-5 м/с, в тропиках больше.
это ветры, дующие с суточной периодичностью в горных системах. Днем дует ветер из горла долины вверх по долине, а также вверх по горным склонам. Ночью горный воздух дует вниз по долине и вниз по склонам, в сторону равнины. Горно-долинные ветры хорошо выражены во многих долинах и котловинах Альп, Кавказа, Памира и других горных систем, и наблюдаются главным образом в теплое время года. Их вертикальная мощность значительна, порядка нескольких километров, скорость может достигать 10 м/с. Ветры склонов Днем склоны гор нагреты сильнее воздуха, поэтому непосредственно у склона воздух нагревается сильнее, чем воздух в центре долины, в атмосфере устанавливается горизонтальный градиент температуры, направленный от склона в свободную атмосферу. Более теплый воздух начинает подниматься вверх по склону, как при конвекции в свободной атмосфере. Такой подъем приводит к усиленному образованию облаков над гребнями. Ночью, при охлаждении склонов, условия меняются на обратные, и воздух стекает по склонам вниз
ледниковый ветер не имеет суточной периодичности. Он дует с поверхности ледника в долину. Надо льдом, оказывающим охлаждающее воздействие, господствует инверсия температуры, и холодный воздух стекает вниз. Над некоторыми крупными ледниками скорость ветра может достигать 3-7 м/с. Явление ледниковых ветров в громадных масштабах наблюдается над Антарктидой. Здесь над постоянным ледяным покровом возникают стоковые ветры (чаще всего юго-восточные) - перенос воздуха по наклону местности в сторону океана. Так как кроме барического градиента в формировании этих потоков участвует и сила тяжести, скорость стоковых ветров может достигать 20м/с и более. Постоянство этих ветров делает многие районы побережья Антарктиды самыми ветреными местами Земного шара.
Фён может возникнуть, если воздушное течение общей циркуляции пересекает хребет достаточной высоты (рис.6.29). Представим себе теплый влажный ветер, путь которому перегораживает горный хребет. Воздух начинает подниматься по его склону, при этом происходит его адиабатическое охлаждение — приблизительно на 1°С при подъеме на каждые 100 м. Казалось бы, перевалив через хребет и опускаясь, воздух нагреется до той же температуры, влажность воздуха никаких изменений не претерпит. Однако это не так. Поднимаясь, воздух охлаждается и достигает точки насыщения. Начинается конденсация водяного пара, образуются облака, выпадают осадки. А конденсация пара всегда сопровождается выделением тепловой энергии — скрытой теплоты парообразования. В результате воздух, поднимаясь, все же охлаждается, но не так быстро, как охлаждался бы, если бы был сухим, всего примерно на 0,5°С на 100 м высоты Потом он переваливает через хребет, опускается и адиабатически нагревается; и так как нагреванию ничто не препятствует, температура повышается на 1°С на 100 м высоты, то есть вдвое быстрее, чем шло охлаждение при подъеме. Опустившись к подножию хребта, воздух оказывается гораздо теплее, чем был по его противоположную сторону, а абсолютная влажность его — меньше, потому что значительная часть влаги выпала в виде осадков на наветренном склоне. Относительная же влажность будет намного меньше, так как абсолютная влажность воздуха меньше, а температура его выше. Так теплый влажный ветер превращается в жаркий, иногда горячий, очень сухой.
![Ветер ,[object Object]](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)