Реферат на тему:
Циркуляція атмосфери
План
1. Причини нерівномірного розподілу тиску і циркуляції атмосфери
2. Загальна циркуляція атмосфери
3. Циклонально – антициклональна циркуляція
4. Полярна циркуляція
5. Пасатна циркуляція
6. Тропічні циклони
7. Мусонна циркуляція
8. Струменеві течії
9 Місцеві циркуляції й вітри
Література1. Причини нерівномірного розподілу тиску і циркуляції
атмосфери
Основна причина формування баричних систем і циркуляції повітряних мас –
це неоднорідність термічного поля Землі, в першу чергу – відмінності в
тепловому режимі екватора і полюсів. За В.В.Шулейкіним, у тропосфері
формуються теплові машини двох типів. В тепловій машині першого типу
екватор і тропічні пояси – нагрівачі, а другого типу – це сезонні зміни
теплообміну між материками і океанами, тут взимку материки –
холодильники, а океани – нагрівачі. а влітку навпаки. Робота машини
першого типу проявляється в широтно-зональній циркуляції атмосфери. а
робота машини другого типу – в регіональній мусонній циркуляції.
Динамічна причина циркуляції атмосфери – це обертання планети навколо
осі, внаслідок чого повітря, яке рухається, відхиляється вправо в
північній півкулі й вліво – в південній. На планеті, яка обертається,
виникає західно – східний перенос повітря, тобто зональна складова
циркуляції атмосфери.
Однією з причин неоднорідності баричного поля і руху повітря є прихована
теплота пароутворення, яка виділяється при конденсації водяної пари і
переходить в повітря, завдяки чому рух триває.
2. Загальна циркуляція атмосфери
Систему великомасштабних повітряних течій називають загальною
циркуляцією атмосфери. В 1921 р. норвезький кліматолог Б”єркнес на
основі синоптичних карт розробив схему циркуляції атмосфери, згідно з
якою в кожній півкулі формуються три зональних кільця /рис. 24/.
Рис. 24. Схема загальної циркуляції атмосфери. Зональний розподіл тиску
і вітрів біля земної поверхні. /5/.
Перше кільце охоплює тропічні широти і включає висхідне підняття повітря
над екватором, перенесення його до тропіків, опускання біля 30° широти
/баричні максимуми/ і повертання до екватора пасатами. Друге кільце в
помірних широтах складається з підняття повітря і переносу його через
стратосферу в тропічні широти й до полюсів, а в тропосфері тут панує
західний перенос з утворенням циклонів і антициклонів. Третє кільце
розміщено біля полюсів, там повітря опускається і переноситься до
Арктичного і Антарктичного фронтів, де
переважають висхідні рухи повітря. Загальна циркуляція включає до себе
зональні й меридіональні складові частини, основними ланками яких є:
І/ Західно – Східний і Східно – Західний переноси повітряних мас, 2/
циклонічна і антициклонічна діяльність у помірних широтах; 3/ полярні
циркуляції; 4/пасати; 5/мусони; 6/струменеві течії.
Західний перенос виникає завдяки тому, що баричний градієнт спрямований
за меридіаном від тропіків до полюсів, а сила Коріоліса відхиляє
повітряні маси в північній півкулі вправо, а в південній вліво, тобто з
заходу на схід. Західний перенос охоплює в помірних широтах всю
тропосферу, в полярних широтах верхню частину тропосфери, вище
північно-східних і південно-східних вітрів нижньої тропосфери; в
тропічних широтах над пасатами у верхній тропосфері також панують
західні вітри, які іноді називають антипасатами, хоча генетичного
зв’язку між ними немає.
Східний перенос включає північно-східні вітри в Арктиці та
південно-східні – в Антарктиді. Вони віють від полярних областей
високого тиску в бік мінімуму помірних широт і охоплюють нижні шари
тропосфери. Від субтропічних антициклонів до екватора /мінімум/ дмуть
північно-східні в північній півкулі й південно-східні – в південній
півкулі вітри, які називають пасатами Ближче до екватора східний
/пасатний/ перенос охоплює всю тропосферу.
3. Циклонально – антициклональна циркуляція
Вона характерна для помірних широт, де на атмосферних фронтах виникають
збудження у вигляді хвиль довжиною до 1000 км, внаслідок чого холодне
повітря проникає на південь, а хвиля теплого – на північ. Норвезький
кліматолог В.Б’єркнес довів, що циклони виникають через хвилювання
атмосферного фронту, і розробив теорію народження циклону. Життя циклону
включає три стадії: народження, поглиблення і оклюзію. Народження
циклону обумовлене адвекцією теплоти і холоду, а також адіабатичними і
гідродинамічними змінами температури повітря. На хвилях збудженого
фронту тепле повітря піднімається вверх по схилу холодного і внаслідок
обертання Землі відхиляється вправо /на схід/. У центрі підняття теплого
повітря формується область низького тиску. тобто центр циклону. Вітри
дмуть до центра, відхиляючись за кривими лініями проти годинникової
стрілки в північній півкулі та за годинниковою стрілкою в південній
півкулі. Отже, циклон – це атмосферне збудження пониженого тиску з
мінімальним тиском в центрі, з рухом повітря навколо центра проти
годинникової стрілки в північній півкулі /за годинниковою стрілкою – в
південній півкулі/ і з власною погодою. В циклоні утворюються два
сектори: клиноподібний теплий з півдня й південного заходу і холодний,
який займає схід, захід і північ від центра. В східній частині теплого
сектора міститься теплий фронт, де тепле повітря піднімається по схилу
холодного, а в західній частині – холодний фронт, де холодне повітря
рухається за теплим і витісняє теплий сектор і всю область низького
тиску, завдяки чому циклон зміщується з заходу на схід і північний схід,
тобто з загальним західним переносом у помірному поясі. Швидкість руху
циклону в середньому дорівнює 30 – 40 км за годину, а живе циклон 4 – 7
днів. Поглиблення циклону відбувається завдяки адвекції холодного
повітря, циклон охоплює по вертикалі всю тропосферу і займає значну
площу діаметром у кілька тисяч кілометрів. Оклюзія – це стадія
заповнення центра циклону холодним повітрям, яке наздогнало теплий
фронт, і тепле повітря витіснене повністю вверх. Циклони утворюються
серіями по 2 – 4, відповідно хвилюванню лінії фронту. В середньому над
Європою за рік проходять 60 серій циклонів. У південній півкулі їх шляхи
проходять між Антарктидою і 40° пд.ш. У цілому циклони приносять хмарну,
вітряну і дощову погоду, хоча є відмінності між різними секторами
циклону.
Між циклонами, в тих частинах фронтальних хвиль, де тиск високий,
формуються антициклони в середині одноманітної повітряної маси. Повітря
в їх центрі опускається, адіабатичне нагріваючись, стає сухим. Тому
переважає ясна і суха погода, безхмарна або малохмарна. жарка влітку і
морозна взимку. В центрі панує штиль, а по периферії дмуть слабкі вітри.
В своєму розвитку антициклон спочатку охоплює тільки приземну частину
тропосфери, потім росте вверх і по площі, нарешті повітря
трансформується, оскільки змінюються його температура й вологість, і
антициклон руйнується. Антициклони завжди йдуть разом з циклонами зі
швидкістю близько 30 км за годину, але вони відхиляються на південний
схід. Найбільш стійкими є антициклони Арктики і Антарктиди, які
виникають над холодною поверхнею льоду і снігу.
Панування антициклонів у субтропічних максимумах пов’язане з опусканням
тут повітря, яке піднялося над екватором, а також з відхиленням шляхів
антициклонів помірних широт на південний схід, вони концентруються тут у
субтропіках, через те що біля екватора сила Коріоліса незначна і не може
змістити баричні максимуми, які зупиняються в тропічних широтах.
На межі циркуляції помірних і тропічних широт виникає зона змінної
циркуляції на 35 – 40″ північної і південної широти. Вона охоплює
Середземне і Чорне моря, південь Середньої Азії, Центральну і Середню
Азію, півострови Корею і Каліфорнію, південь Африки і Австралії, південь
Чилі. Влітку тут панує тропічне повітря в зв’язку зі зміщенням тропічних
баричних максимумів, а взимку – західний перенос морського помірного
повітря.
4. Полярна циркуляція
Вона зумовлена термічними причинами і формуванням областей високого
тиску біля полюсів. Баричні градієнти спрямовані від полюсів в бік
мінімуму помірних широт, тому, відхиляючись за силою Коріоліса, в
Арктиці переважають північно-східні, а в Антарктиді – південно-східні
вітри. Вони більш стійкі й мають більшу швидкість в Антарктиді, особливо
на її узбережжях /”стокові” вітри/. А в Арктику часто надходять циклони
і тепле повітря а північної Атлантики, особливо влітку, тому тут східні
вітри непостійні, а на узбережжях Америки і Євразії спостерігається
незначна мусонна тенденція.
5. Пасатна циркуляція
Пасатна циркуляція обумовлена існуванням екваторіального баричного
мінімуму і субтропічних максимумів тиску. Субтропічні максимуми не
утворюють суцільних смуг, а складаються з окремих баричних систем.
Екваторіальний мінімум також існує в середньому, тобто області високого
і низького тиску тут безперервно виникають і зникають, але коливання
тиску набагато менші, ніж у помірних широтах. У субтропічних
антициклонах, як і в зовні тропічних, вітри дмуть від центрів до
периферії, відхиляючись за годинниковою стрілкою в північній півкулі й
проти неї – в південній /рис. 25/. Пасати – це вітри екваторіальної
периферії субтропічних антициклонів, північно-східні й східні – в
північній півкулі, південно-східні й східні – в південній півкулі. Вони
непостійні за тривалістю і проявляються тільки до висоти 1 – 2 км у
стійких антициклонах. Вище 2 км над пасатами діє західний перенос, вітри
якого називають антипасатами. За сезонами екваторіальний мінімум і
субтропічні максимуми зміщуються то в північну, то в південну півкулі, в
липні екваторіальний мінімум в Індії досягає тропіка, а в січні –
Північної Австралії. Це пов’язано з сильним нагріванням материка Євразії
влітку і виникненням мусонної циркуляції між Індійським океаном і
південною частиною Азії. вона підсилюється пасатами південної півкулі,
які перетинають екватор. Таким чином, виникає субекваторіальний пояс
змінної циркуляції й тропічних мусонів, які влітку приносять вологу з
Індійського океану на південь Азії /Індостан та Індокитай/.
Рис. 25. Схема потоків вітру в зоні пасатів. (1- ізобари субтропічних
антициклонів, 2- вітри біля земної поверхні, 3- вітри над рівнем тертя.
6. Тропічні циклони
У тропіках на відстані 10° від екватора /там, де збільшується вплив сили
Коріоліса/ формуються тропічні циклони. На відміну від циклонів помірних
широт вони мають невеликий діаметр /200 – 400 км/ і дуже великі баричні
градієнти, внаслідок чого вітер досягає сили штормів і ураганів /до 80
м/с/, їх називають тропічними ураганами, або тайфунами, і вони
супроводжуються грозами і тропічними зливами. Вони виникають там, де є
різкий перепад температури, пов’язаний з виділенням великої кількості
прихованої теплоти пароутворення. Райони народження ураганів Центральної
Америки і тайфунів Південно-Східної Азії розміщені між 5° і 20° широти в
кожній півкулі/тільки над океанами, найчастіше влітку або восени.
Тропічні циклони рухаються спочатку на захід, відхиляючись до 20 – 30°
широти і тоді з заходу обходять субтропічний антициклон і повертають на
північний схід у північній і південний схід – у південній півкулях. Це є
точка повороту тропічного циклону, траєкторія руху якого має вигляд
параболи з вершиною на заході. Швидкість руху тропічних циклонів 20 – 30
км за годину. В Тихому океані біля Філіпінських островів в середньому
буває 28 тайфунів за рік, а між островами Зеленого мису і Центральною
Америкою – в середньому 10 ураганів за рік/рис. 26, 26-а/.
Рис. 26. Тропічний циклон на синоптичній карті.
Рис. 26-а. Тайфун і зовні тропічний циклон на синоптичній карті.
7. Мусонна циркуляція
Мусонна циркуляція обумовлена тепловою машиною другого роду /за
В.В.Шулейкіним) і проявляється між океанами і материками, але вона не
ізольована від загальної циркуляції, нагрівання і охолодження півкуль за
сезонами, західного переносу і циклонічної діяльності.
Мусони – це стійкі атмосферні течії в певних великих географічних
областях, переважаючий напрям яких змінюється від зими до літа і,
навпаки, на протилежний. Вертикальна потужність мусонів в середньому 2 –
3 км, а вище панує західний перенос. Існують тропічні й зовні тропічні
мусони. Там, де є інтенсивна циклонічна діяльність /Європа і Північний
Захід Америки/, мусони відсутні. В помірному поясі мусони проявляються
біля східних узбереж материків. Влітку над нагрітою Азією виникає
понижений тиск. а над Тихим океаном, дещо на північ, зміщується
Гавайський максимум. Взимку над материком формується стійкий. Азіатський
максимум, а в Тихому океані /північна частина/ – Алеутський мінімум.
Баричні градієнти між ними достатні для виникнення мусонів. Найбільш
типові мусони спостерігаються на Далекому Сході, в Північному і Східному
Китаї, в Кореї та Японії. Зимовий мусон холодний і сухий, має північній
і північно-західний напрям, а літній – південний і південно-східний –
теплий, він несе насичене вологою повітря і рясні дощі.
Тропічні мусони обумовлені сезонним відмінами в нагріванні й охолодженні
півкуль і в зміщенні баричного поля Землі /субтропічних максимумів і
екваторіального мінімуму/. Особливо потужні тропічні мусони в басейні
Індійського океану, де сезонні зміни температури півкуль підсилюються
великим материком Євразії – в північній півкулі, прогрітим улітку і
охолодженим узимку. Мусонна циркуляція охоплює Індостан, Індокитай,
Південний Китай, Індонезію, Індійський океан до Мадагаскару і Північної
Австралії, субекваторіальну і Східну Африку. Погода мусону залежить від
його напряму і сезону. Літній мусон приносить з океану на материк дощову
погоду, а зимовий дме з материка і несе суху погоду.
8. Струменеві течії
Струменеві течії – це повітряні течії високої сили і протяжності в
верхній тропосфері й нижній стратосфері, які мають еліптичний
вертикальний переріз, швидкість 200 – 500 км/год, довжину кілька тисяч
кілометрів і спрямовані завжди з заходу на схід. За Х.П. Погосяном,
існують зовнішньо тропічні струменеві течії на висотах 8 – 12 км,
субтропічні струменеві течії на широтах 25 – 30° і 10 – 15° на рівні
тропопаузи /11 – 12 км/; екваторіальні струменеві течії тропопаузи над
Південною Азією; стратосферні струменеві течії на 50 – 70° пн.ш. на
висотах 25 – 35 км, обумовлені контрастами температури між помірними
широтами і навколополюсною областю полярної ночі. Формування струменевих
течій пов’язано з тропосферними фронтами, на яких біля земної поверхні
виникають циклони і антициклони.
9 Місцеві циркуляції й вітри
Під впливом рельєфу та інших властивостей підстеляючої поверхні в певних
географічних широтах виникають місцеві вітри. Вони можуть бути
результатом прояву місцевих циркуляцій або локальними хвилюваннями чи
особливими властивостями вітрів загальної циркуляції атмосфери.
Прикладами місцевих циркуляцій є бризи і гірсько-долинні вітри.
Бризи – це вітри біля берегової лінії морів і великих озер, які мають
різку добову зміну напрямку. Вдень суша більше нагрівається, тиск падає,
і дме морський бриз до висоти 500 – 1000 м. Вночі суша охолоджена,
ізобаричні поверхні нахилені в бік суші, повітря над морем тепліше,
піднімається вверх і перетікає зверху на сушу, на суші тиск
підвищується, і дме береговий бриз з суші на море. Вертикальна
потужність бризів до 1 км, вони поширюються на десятки кілометрів від
берегової лінії на сушу або на море /рис. 27/.
Рис. 27-а. Схема бризів.
Рис. 27-б. Схема гірсько-долинних вітрів.
Рис. 27-в. Схема фену.
Гірсько-долинні вітри подібно до бризів також мають добову ритмічність.
Вдень в гірських долинах повітря добре прогрівається від нагрітих схилів
і піднімається вверх по схилах, і по долині дме вітер з прилягаючої до
підніжжя гір рівнини. Вночі гірські схили охолоджуються, і повітря в
гірській долині стає холоднішим, тут тиск більший, ніж на прилягаючій
рівнині, і виникає вітер, який дме вниз по схилах і по долині. Над
льодовиками завжди панують інверсії температури і холодне повітря стікає
вниз – дмуть стокові льодовикові вітри.
Під впливом орографії вітри загальної циркуляції вимушені обтікати
гірський масив з боків або перевалювати через нього. Повернутий
назустріч вітру схил називають навітряним, а протилежний – підвітряним.
Найпоширеніші вітри в горах – це фен і бора. Фен – це теплий, іноді
гарячий і сухий вітер, який дме а гір протягом доби. а інколи й тижня.
Фен утворюється при перетіканні повітря через хребет. При піднятті на
навітряному схилі повітря охолоджується на 1 *С на 100 м, а при
досягненні рівня конденсації менш І *С на 100 м висоти, волога
конденсується і випадає. На протилежному схилі сухе повітря спускається,
нагріваючись на І “С на кожні 100 м висоти, і біля підніжжя буде мати
вищу температуру, ніж до підняття навітряний схил. Фени виникають в
циклонах і в антициклонах, які перетинають гірську країну. Коли
антициклон перебуває над гірською країною, а для нього характерні
опускання повітря, фени можуть виникати водночас на обох схилах, В
Альпах, Скелястих горах, на Кавказі, в горах Середньої Азії та інших
фени спостерігаються часто, до 80 – 100 днів за рік /рис. 27- в/.
Бора – це штормовий холодний вітер, який дме з низькогірних перевалів
вниз у холодну пору року. Якщо біля підвітряного схилу розміщене тепле
море, виникає великий баричний градієнт, через те що повітря опускається
з невеликої висоти, не встигає прогрітися і залишається холодним, і тоді
вітри дмуть зі швидкістю 40 – 60 м/с. Бора має інші місцеві відміни: в
Новоросійську і на Новій Землі – бора, на озері Байкал – сарма, на
південному узбережжі Франції – містраль. Бора дуже небезпечний, він
топить або викидає на берег кораблі, від нього все вкривається льодом.
За умов нестійкого стану атмосфери і сильної вертикальної конвекції
виникають малі вихорі. Пилові вихорі часто з’являються над перегрітою
поверхнею в пустелях, вони мають діаметри від 1 до 100 м і висоту до 1
км, рухаються зі швидкістю 20 – 30 км за годину. Повітря в вихорях
закручується, як у циклонах, і водночас піднімається вверх. Великі
вихорі над морем діаметром у кілька десятків метрів, які засмоктують
воду, називають смерчами. Смерчі кожного року спостерігаються нa Чорному
морі. Найчастіше вихорі виникають в передній частині грозової хмари.
Зверху і знизу наявні характерні лійкоподібні розширення. Вихорі над
сушею діаметром до 100 – 200 м називають тромбами. Якщо над морем вихорі
мають синьо-сірий колір, то над сушею – це чорні стовпи з розширеннями
біля хмар і біля земної поверхні. Швидкість вітру досягає 50 – 100 м/с.
На півдні США в середньому за рік спостерігається 200 потужних тромбів,
які мають назву торнадо. В перекладі з іспанської “торнадос” означає
“той, що обертається”. Смерчі, тромби і особливо торнадо мають дуже
велику руйнівну силу
Список використаної та рекомендованої літератури
Астапенко П.Д. Вопросы о погоде. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. – 240с.
Атлас облаков. – Л.: Гидрометеоиздат, 1957.
Багров Н.А., Кондратович К.В., Педь Д.А., Угрюмов А.И. Долгосрочные
метеорологические прогнозы. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. – 248 с.
Борисенков Е.П. Климат и деятельность человека. М.: Наука, 1982. – 132
с.
Будыко М.И. Климат в прошлом и будущем. – Л.: Гидрометеоиздат, 1980. –
350 с.
Витвицкий Г.Н. Зональность климата Земли. М., 1980 Вайсберг Дж. Погода
на Земле. М., 1980. 248 с.
Волошина А.П., Евневич Т.А., Земцова А.И. Руководство к лабораторним
Гончаренко С.У. Фізика Атмосфери. К., 1990. 124 с.
Дикий Л.А. Гидродинамическая устойчивость и динамика атмосферы. Л.:
Гидрометеоиздат, 1987.
Динамика климата/ Под ред. С. Манабе. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 574 с.
Динамика погоды/Под ред. С. Манабе. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 418 с.
Долгосрочное и среднесрочное прогнозирование погоды. Проблемы
перспективы/ Под ред. Д. Бариджера, Э. Челлсна. М.: Мир, 1987. 288 с.
Дзердзеевский Б.Л. Общая циркуляция атмосферы и климат. М.: Наука, 1975.
– 288 с.
Зверев А.С. Синоптическая метеорология и основы предвычисления погоды.
Л:, Гидрометеоиздат, 1968, 774 с
Исследования генезиса климата. М.: Институт географии АН СССР, 1974. –
430 с.
Монин А.С. Введение в теорию климата. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. – 248
с.
Погосян Х.П. Общая циркуляция атмосферы. Л., 1952
Рекомендации по описанию климата большого города. – Л.: Изд-во ГГО,
1979. – 1978. – 66 с.
Тверской П.Н. Курс метеорологии (физика атмосферы) Л, Гидрометеоиздат,
1962 700 с
Хргиан А.Х. Физика атмосферы. Том 1. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. – 248 с.
Хргиан А.Х. Физика атмосферы. Том 2. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. – 320 с.
Хромов С.П. Метеорология и климатология для географических факультетов.
– Л.: Гидрометеоиздат, 1983. – 455 с.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
