Погода на территории нашей страны неустойчива. Особенно это проявляется в европейской части России. Это происходит из-за того, что встречаются разные воздушные массы: теплые и холодные. Воздушные массы отличаются по свойствам: температуре, влажности, запыленности, давлению. Атмосферная циркуляция позволяет воздушным массам перемещаться из одной части в другую. Там, где соприкасаются разные по свойствам воздушные массы, формируются атмосферные фронты .
Атмосферные фронты наклонены к поверхности Земли, их ширина достигает от 500 до 900 км, а в длину они простираются на 2000-3000 км. Во фронтальных зонах возникает поверхность раздела двух типов воздуха: холодного и теплого. Такая поверхность называется фронтальной . Как правило, эта поверхность наклонена в сторону холодного воздуха - он как более тяжелый располагается под ней. А теплый воздух, более легкий, располагается над фронтальной поверхностью (см. рис. 1).
Рис. 1. Атмосферные фронты
Линия пересечения фронтальной поверхности с поверхностью Земли образует линию фронта , которую кратко также называют фронтом .
Атмосферный фронт - переходная зона между двумя разнородными воздушными массами.
Теплый воздух, как более легкий, поднимается вверх. Поднимаясь, он охлаждается, насыщается водяными парами. В нем образуются облака и выпадают осадки. Поэтому прохождение атмосферного фронта всегда сопровождается выпадением осадков.
В зависимости от направления перемещения, движущиеся атмосферные фронты подразделяются на теплые и холодные. Теплый фронт образуется при натекании теплого воздуха на холодный. Линия фронта при этом перемещается в сторону холодного воздуха. После прохождения теплого фронта наступает потепление. Теплый фронт образует сплошную полосу облаков длиной в сотни километров. Идут затяжные моросящие дожди, и наступает потепление. Подъем воздуха при наступлении теплого фронта происходит более медленно по сравнению с холодным фронтом. Предвестником приближающегося теплого фронта служат образующиеся высоко в небе перистые и перисто-слоистые облака (см. рис. 2).
Рис. 2. Теплый атмосферный фронт ()
Образуется при подтекании холодного воздуха под теплый, при этом линия фронта перемещается в сторону теплого воздуха, который вытесняется наверх. Как правило, движется холодный фронт очень быстро. Это вызывает сильные ветры, обильные, часто ливневые осадки с грозами, а зимой метели. После прохождения холодного фронта наступает похолодание (см. рис. 3).
Рис. 3. Холодный фронт ()
Атмосферные фронты бывают стационарными и движущимися. Если воздушные потоки не перемещаются ни в сторону холодного, ни в сторону теплого воздуха вдоль линии фронта, такие фронты называются стационарными . Если воздушные потоки имеют скорость перемещения, перпендикулярную линии фронта, и перемещаются либо в сторону холодного, либо в сторону теплого воздуха, такие атмосферные фронты называются движущимися . Атмосферные фронты возникают, движутся и разрушаются примерно за несколько дней. Роль фронтальной деятельности в формировании климата более ярко выражена в умеренных широтах, поэтому для большей части России характерна неустойчивая погода. Самые мощные фронты возникают при соприкосновении основных типов воздушных масс: арктических, умеренных, тропических (см. рис. 4).
Рис. 4. Образование атмосферных фронтов на территории России
Зоны, отражающие их многолетние положения, называют климатическими фронтами . На границе между арктическим и умеренным воздухом, над северными районами России, формируется арктический фронт. Воздушные массы умеренных широт и тропическиеразделяет полярный умеренный фронт, который расположен преимущественно южнее границ России. Главные климатические фронты не образуют сплошных полос линий, а разбиты на отрезки. Многолетние наблюдения показали, что арктический и полярный фронты смещаются зимой к югу, а летом к северу. На востоке страны арктический фронт зимой достигает побережья Охотского моря. К северо-востоку от него господствует очень холодный и сухой арктический воздух. В европейской России арктический фронт перемещается не столь далеко. Здесь сказывается отепляющее воздействие Северо-Атлантического течения. Ветви полярного климатического фронта протягиваются над южными территориями нашей страны только летом, зимой они пролегают над Средиземным морем и Ираном и изредка захватывают Черное море.
Во взаимодействии воздушных масс принимают участие циклоны и антициклоны - крупные движущиеся атмосферные вихри, переносящие атмосферные массы.
Область низкого атмосферного давления с определенной системой ветров, дующих от краев к центру и отклоняющихся против часовой стрелки.
Область высокого атмосферного давления с определенной системой ветров, дующих от центра к краям и отклоняющихся по часовой стрелке.
Циклоны имеют внушительные размеры, простираются в тропосферу на высоту до 10 км, а в ширину до 3000 км. В циклонах давление увеличивается, а в антициклонах - понижается. В северном полушарии дующие к центру циклонов ветры отклоняются под воздействием силы осевого вращения земли вправо (воздух закручивается против часовой стрелки), а в центральной части воздух поднимается вверх. В антициклонах направленные к окраинам ветры отклоняются тоже вправо (воздух закручивается по часовой стрелке), а в центральной части воздух опускается из верхних слоев атмосферы вниз (см. рис. 5, рис. 6).
Рис. 5. Циклон
Рис. 6. Антициклон
Фронты, на которых зарождаются циклоны и антициклоны, почти никогда не бывают прямолинейными, для них характерны волнообразные изгибы (см. рис. 7).
Рис. 7. Атмосферные фронты (синоптическая карта)
В образовавшихся заливах теплого и холодного воздуха образуются вращающиеся волчки атмосферных вихрей (см. рис. 8).
Рис. 8. Образование атмосферного вихря
Постепенно они обособляются от фронта и начинают перемещаться и переносить воздух самостоятельно со скоростью 30-40 км/ч.
Атмосферные вихри живут до разрушения 5-10 дней. А интенсивность их образования зависит от свойств подстилающей поверхности (температуры, влажности). Ежедневно в тропосфере формируется несколько циклонов и антициклонов. В течение года их образуются сотни. Ежедневно наша страна находится под воздействием какого-либо атмосферного вихря. Поскольку в циклонах воздух поднимается вверх, с их приходом всегда связана пасмурная погода с осадками и ветрами, прохладная летом и теплая зимой. В течение всего времени пребывания антициклона господствует безоблачная сухая погода, жаркая летом и морозная зимой. Этому способствует медленное опускание воздуха вниз из более высоких слоев тропосферы. Опускающийся воздух нагревается и становится менее насыщенным влагой. В антициклонах ветры слабые, а во внутренних их частях наблюдается полное безветрие - штиль (см. рис. 9).
Рис. 9. Движение воздуха в антициклоне
В России циклоны и антициклоны приурочены к основным климатическим фронтам: полярному и арктическому. А также формируются на границе между морскими и континентальными воздушными массами умеренных широт. На западе России циклоны и антициклоны возникают и перемещаются в направлении общего переноса воздуха с запада на восток. На Дальнем Востоке в соответствии с направлением муссонов. При движении с западным переносом на востоке циклоны отклоняются к северу, а антициклоны - к югу (см. рис. 10). Поэтому пути прохождения циклонов в России чаще всего проходят по северным районам России, а антициклонов - по южным. В связи с этим атмосферное давление на севере России ниже, много дней подряд может быть ненастная погода, на юге больше солнечных дней, сухое лето и малоснежная зима.
Рис. 10. Отклонение циклонов и антициклонов при движении с запада
Районы прохождения интенсивных зимних циклонов: Баренцево, Карское, Охотское моря и северо-запад Русской равнины. Летом циклоны наиболее часты на дальнем Востоке и на западе Русской равнины. Антициклональные погоды преобладают весь год на юге Русской равнины, на юге Западной Сибири, а зимой над всей Восточной Сибирью, где устанавливается азиатский максимум давления.
Движение и взаимодействие воздушных масс, атмосферные фронты, циклоны и антициклоны изменяют погоду, влияют на нее. Данные об изменениях погоды наносятся на специальные синоптические карты для дальнейшего анализа погодных условий на территории нашей страны.
Движение атмосферных вихрей приводит к изменению погоды. Её состояние на каждый день фиксируется на специальных картах - синоптических (см. рис. 11).
Рис. 11. Синоптическая карта
Наблюдения за погодой осуществляются обширной сетью метеорологических станций. Затем результаты наблюдений передаются в центры гидрометеорологических данных. Здесь они обрабатываются, и информация о погоде наносится на синоптические карты. На картах показывают атмосферное давление, фронты, температуру воздуха, направление и скорость ветра, облачность и осадки. Распределение атмосферного давления свидетельствует о положении циклонов и антициклонов. Изучив закономерности протекания атмосферных процессов можно прогнозировать погоду. Точный прогноз погоды - исключительно сложное дело, поскольку трудно учесть весь комплекс взаимодействующих факторов в их постоянном развитии. Поэтому даже краткосрочные прогнозы гидрометцентра не всегда оправдываются.
Источник).).
Домашнее задание
- Почему в зоне атмосферного фронта выпадают осадки?
- В чем главное отличие циклона от антициклона?
Возникновение и развитие антициклонов тесно связано с развитием циклонов. Практически это единый процесс: в одном районе создается дефицит массы воздуха, а в соседнем – избыток. Общим является и то, что развитие соседних циклонов и антициклонов связано с одной и той же высотной фронтальной зоной, но различными ее участками.
Антициклон- область повышенного давления с максимальным значением в центре. Изобары в антициклоне замкнуты. Изобарические поверхности повышаются от периферии к центру, т.е. имеют вид неправильного купола. Размеры антициклона сопоставимы с размерами циклонов, Антициклон также гигантский воздушный вихрь с циркуляцией в северном полушарии по часовой стрелке, а в южном – против часовой стрелки.В антициклоне преобладают нисходящие движения воздуха и малооблачная погода.
По аналогии с циклонами антициклоны могут быть низкими, средними и высокими барическими системами, а также высотными образованиями, не прослеживающимися у поверхности земли. Они могут быть подвижными и стационарными, сформированными в холодной или относительно теплой воздушной массе.
Антициклоны проходят в своем развитии три стадии: молодой антициклон, максимально развитый и разрушающийся.
Молодой антициклон - образование низкое, не прослеживающееся на уровне поверхности 700гПа. Возникает он обычно в холодном воздухе из гребня высокого давления в тылу циклона и перемещается примерно с той же скоростью, что и находящийся впереди циклон. Давление в нем быстро растет, преобладает малооблачная погода без осадков и туманов.
Максимально развитый антициклон отличается относительной стабильностью давления в его центральной части. Простирается вверх до высоты 3-4км, а иногда прослеживается и в верхней тропосфере. В отдельных случаях высота их может достигать 12км и более. Горизонтальные размеры такого антициклона значительны – протяженность его длинной оси бывает несколько тысяч километров. Скорость перемещения заметно убывает по сравнению с молодым антициклоном. В центральной части максимально развитого антициклона формируется приземная и высотная инверсии (радиационная инверсия и инверсия сжатия). В антициклонах формированию слоев инверсии благоприятствуют нисходящие движения воздуха и растекание опускающегося воздуха по горизонтали. Могут появляться туманы и инверсионная облачность, хотя преобладает малооблачная погода без осадков.
Разрушающийся антициклон – характеризуется устойчивым повсеместным падением давления, развитием сначала на периферии, а затем и в центральной части облачности, общим постепенным ухудшением погоды. Как и в случае заполняющегося циклона, разрушающийся антициклон на высотах выражен обычно лучше, чем у поверхности земли.
На окраинах антициклонов наблюдаются условия погоды сходные с условиями погоды в примыкающих секторах соседних циклонов.
Северная окраина антициклона обычно связана с теплым сектором соседнего циклона. Здесь в холодное полугодие часто наблюдается сплошная и значительная облачность St и Sc, иногда наблюдаются слабые осадки из этих облаков или из системы As-Ns, связанной с атмосферным фронтом соседнего циклона. Нередко омечаются туманы. Летом в этом секторе антициклона иногда наблюдается небольшое количество облаков верхнего яруса, в дневные часы могут развиваться кучевые облака.
Западная окраина антициклона примыкает к передней части области низкого давления. Здесь могут проявиться первые признаки теплого фронта – облака Ci.
В холодное полугодие в этом секторе антициклона часто отмечаются St и Sc, которые могут достигать значительной вертикальной протяженности, если вдоль изобар с юга на север перемещается достаточно влажный, непрерывно охлаждающийся воздух. В таких случаях могут наблюдаться достаточно обширные зоны преимущественно слабых осадкой. Зона осадков перемещается вдоль изобар, огибает антициклон по часовой стрелке и претерпевает некоторые изменения.
В тех случаях, когда антициклон малоподвижен и существует длительное время (блокирующий антициклон), на его западной периферии часто накапливается несколько параллельных друг другу фронтов, создаются большие градиенты температуры и давления и наблюдаются сильные ветры.
Летом на западной окраине антициклона при высокой температуре воздуха и значительной влажности нередко наблюдаются грозы.
Южная окраина антициклона примыкает к северной части циклона. Поэтому здесь нередко наблюдаются облака верхнего яруса, а иногда и среднего яруса, причем зимой из As может выпадать снег. На южной окраине хорошо развитого антициклона зимой наблюдаются большие градиенты давления и сильные ветры, в таких случаях возникают метели и особые местные ветры (новороссийская бора).
Восточная окраина антициклона граничит с тыловой частью циклона. При неустойчивой воздушной массе здесь летом в дневное время образуются Cu и Cb, в последнем случае выпадают ливневые дожди. Зимой может наблюдаться безоблачная погода или несплошная Sc, которая образуется в результате растекания облаков Cb, а также в результате перемещения сюда подинверсионных облаков из северной части антициклона.
3.При передаче регулярных сводок погоды, транслирующихся только по своему аэродрому по каналам ОВЧ и не относящихся к передаче типа VOLMET, метеорологическая информация, включает:
а) ветер на высоте 100м и высоте круга, который передается после
сведений о ветре у земли;
б) закрытие облаками гор, сопок и других высоких препятствий;
в) информация о грозовых очагах по данным МРЛ с указанием
азимута, удаления, направления и скорости смещения;
г) курс посадки, состояние ВПП, коэффициент сцепления (при наличии
д) предупреждения о сдвиге ветра в зонах взлета и захода на посадку;
е) предупреждения о сильном, умеренном и слабом обледенении,
сильной и умеренной турбулентности в районе аэродрома.
Антициклон
Антициклон - область повышенного атмосферного давления с замкнутыми концентрическими изобарами на уровне моря и с соответствующим распределением ветра. В низком антициклоне - холодном, изобары остаются замкнутыми только в самых нижних слоях тропосферы (до 1,5 км), а в средней тропосфере повышенное давление вообще не обнаруживается; возможно также наличие над таким антициклоном высотного циклона.
Высокий антициклон - теплый и сохраняет замкнутые изобары с антициклонической циркуляцией даже и в верхней тропосфере. Иногда антициклон бывает многоцентровым. Воздух в антициклоне в северном полушарии движется, огибая центр по часовой стрелке (то есть отклоняясь от барического градиента вправо), в южном полушарии - против часовой стрелки. Для антициклона характерно преобладание ясной или малооблачной погоды. Вследствие охлаждения воздуха от земной поверхности в холодное время года и ночью в антициклоне возможно образование приземных инверсий и низких слоистых облаков (St) и туманов. Летом над сушей возможна умеренная дневная конвекция с образованием кучевых облаков. Конвекция с образованием кучевых облаков наблюдается и в пассатах на обращенной к экватору периферии субтропических антициклонов. При стабилизации антициклона в низких широтах возникают мощные, высокие и теплые субтропические антициклоны. Стабилизация антициклонов происходит также в средних и в полярных широтах. Высокие малоподвижные антициклоны, нарушающие общий западный перенос средних широт, называются блокирующими.
Синонимы: область высокого давления, область повышенного давления, барический максимум.
Антициклоны достигают размера несколько тысяч километров в поперечнике. В центре антициклона давление обычно 1020-1030 мбар, но может достигать 1070-1080 мбар. Как и циклоны, антициклоны перемещаются в направлении общего переноса воздуха в тропосфере, то есть с запада на восток, отклоняясь при этом к низким широтам. Средняя скорость перемещения антициклона составляет около 30 км/ч в Северном полушарии и около 40 км/ч в Южном, но нередко антициклон надолго принимает малоподвижное состояние.
Признаки антициклона:
- Ясная или малооблачная погода
- Отсутствие ветра
- Отсутствие осадков
- Устойчивый характер погоды (заметно не меняется во времени, пока существует антициклон)
В летний период антициклон приносит жаркую малооблачную погоду. В зимний период антициклон приносит сильные морозы, иногда также возможен морозный туман.
Интересным примером резких изменений в формировании различных воздушных масс служит Евразия . В летнее время над её центральными районами формируется область низкого давления, куда засасывается воздух с соседних океанов. Особенно сильно это проявляется в Южной и Восточной Азии : бесконечная вереница циклонов несет влажный тёплый воздух вглубь материка. Зимой ситуация резко меняется: над центром Евразии формируется область высокого давления - Азиатский максимум , холодные и сухие ветры из центра которого (Монголия , Тыва , Юг Сибири), расходящиеся по часовой стрелке, разносят холод вплоть до восточных окраин материка и вызывают ясную, морозную, практически бесснежную погоду на Дальнем Востоке , в Северном Китае . В западном направлении антициклоны влияют менее интенсивно. Резкие снижения температуры возможны только, если центр антициклона переместится к западу от точки наблюдения, потому что ветер меняет направление с южного на северный. Подобные процессы часто наблюдаются на Восточно-Европейской равнине .
Стадии развития антициклонов
| Предположительно, эта страница или раздел нарушает авторские права.
Eё содержимое, вероятно, скопировано с www.iki.rssi.ru/books/2008astafieva.pdf практически без изменений. |
В жизни антициклона, так же, как и циклона, выделяют несколько стадий развития:
1. Начальная стадия (стадия возникновения), 2. Стадия молодого антициклона, 3. Стадия максимального развития антициклона, 4. Стадия разрушения антициклона.
Наиболее благоприятные условия для развития антициклона складываются, когда его приземный центр располагается под тыловой частью высотной барической ложбины на АТ500, в зоне значительных горизонтальных градиентов геопотенциала (высотная фронтальная зона). Усиливающим эффектом является сходимость изогипс при их циклонической кривизне изогипс, которая по потоку увеличивается. Здесь происходит накопление воздушных масс, что обусловливает динамический рост давления.
Давление у Земли повышается при понижении температуры в вышележащем слое атмосферы (адвекция холода). Наибольшая адвекция холода наблюдается за холодным фронтом в тылу циклона или в передней части усиливающихся антициклонов, где происходит адвективное повышение давления и где формируется область нисходящих движений воздуха.
Обычно стадии возникновения антициклона и молодого антициклона объединяют в одну из-за небольших отличий в структуре термобарического поля.
В начале своего развития антициклон имеет обычно вид отрога, возникшего в тылу циклона. На высотах антициклонические вихри в начальной стадии не прослеживаются. Стадия максимального развития антициклона характеризуется наибольшим давлением в центре. В последней стадии антициклон разрушается. У поверхности Земли в центре антициклона давление понижается.
Начальная стадия развития антициклона
В начальной стадии развития приземный антициклон располагается под тыловой частью высотной барической ложбины, а барический гребень на высотах сдвинут в тыловую часть относительно приземного барического центра. Над приземным центром антициклона в средней тропосфере располагается густая система сходящихся изогипс. (рис. 12.7). Скорости ветра над приземным центром антициклона и несколько правее в средней тропосфере достигают 70-80 км/ч. Термобарическое поле благоприятствует дальнейшему развитию антициклона.
Согласно анализу уравнения тенденции вихря скорости ∂∂κκHtgmHHHHnsnnsnns=++l(), здесь ∂∂Ht>0 (∂Ω∂t<0): при наличии значительных горизонтальных градиентов геопотенциала (>0), имеют место сходимость изогипс (H>0) при их циклонической кривизне (>0), которая увеличивается по потоку (Hnnsκκs>0).
При таких скоростях в области сходимости воздушных течений происходит значительное отклонение ветра от градиентного (т.е. движение становится нестационарным). Развиваются нисходящие движения воздуха, давление растет, в результате чего антициклон усиливается.
На приземной карте погоды антициклон очерчивается одной изобарой. Разность давления между центром и периферией антициклона составляет 5-10 мб. На высоте 1-2 км антициклонический вихрь не выявляется. Область динамического роста давления, обусловленная сходимостью изогипс, распространяется на всё пространство, занятое приземным антициклоном.
Приземный центр антициклона располагается практически под термической ложбиной. Изотермы средней температуры слоя в передней части относительно приземного центра антициклона отклоняются от изогипс влево, что соответствует адвекции холода в нижней тропосфере. В тыловой части относительно приземного центра располагается термический гребень, и наблюдается адвекция тепла
Адвективный (термический) рост давления у земной поверхности охватывает переднюю часть антициклона, где адвекция холода особенно заметна. В тылу антициклона, где имеет место адвекция тепла, наблюдается адвективное падение давления. Линия нулевой адвекции, проходящая через гребень, делит область входа ВФЗ на две части: переднюю, где имеет место адвекция холода (адвективное повышение давления), и тыловую, где имеет место адвекция тепла (адвективное падение давления).
Таким образом, суммарно, область роста давления охватывает центральную и переднюю части антициклона. Наибольший рост давления у поверхности Земли (где совпадают области адвективного и динамического роста давления) отмечается в передней части антициклона. В тыловой части, где динамический рост накладывается на адвективное падение (адвекция тепла) суммарный рост у поверхности Земли будет ослаблен. Однако, до тех пор, пока область значительного динамического роста давления занимает центральную часть приземного антициклона, где адвективное изменение давления равно нулю, будет иметь место усиление возникшего антициклона.
Итак, в результате усиливающего динамического роста давления в передней части входа ВФЗ происходит деформация термобарического поля, приводящая к образованию высотного гребня. Под этим гребнем у Земли и оформляется самостоятельный центр антициклона. На высотах, где повышение температуры вызывает рост давления, область роста давления смещается в тыловую часть антициклона, в сторону области повышения температуры.
Стадия молодого антициклона
Термобарическое поле молодого антициклона в общих чертах соответствует структуре предыдущей стадии: барический гребень на высотах по отношению к приземному центру антициклона заметно сдвинут в тыловую часть антициклона, а над его передней частью располагается барическая ложбина.
Центр антициклона у поверхности Земли располагается под передней частью барического гребня в зоне наибольшего сгущения сходящихся по потоку изогипс, антициклоническая кривизна которых вдоль потока уменьшается. При такой структуре изогипс условия для дальнейшего усиления антициклона наиболее благоприятны.
Сходимость изогипс над передней частью антициклона благоприятствует динамическому росту давления. Здесь также наблюдается адвекция холода, что также благоприятствует адвективному росту давления.
В тыловой части антициклона наблюдается адвекция тепла. Антициклон является термически асимметричным барическим образованием. Термический гребень несколько отстает от барического гребня. Линии нулевого адвективного и динамического изменений давления в этой стадии начинают сближаться.
У поверхности Земли отмечается усиление антициклона – он имеет несколько замкнутых изобар. С высотой антициклон быстро исчезает. Обычно во второй стадии развития замкнутый центр выше поверхности АТ700 не прослеживается.
Стадия молодого антициклона завершается переходом его в стадию максимального развития.
Стадия максимального развития антициклона
Антициклон является мощным барическим образованием с высоким давлением в приземном центре и расходящейся системой приземных ветров. По мере его развития вихревая структура распространяется всё выше и выше (рис. 12.8). На высотах над приземным центром ещё существует густая система сходящихся изогипс с сильными ветрами и значительными градиентами температуры.
В нижних слоях тропосферы антициклон по-прежнему, располагается в массах холодного воздуха. Однако, по мере заполнения антициклона однородным тёплым воздухом на высотах появляется замкнутый центр высокого давления. Линии нулевого адвективного и динамического изменений давления проходят через центральную часть антициклона. Это указывает на то, что динамический рост давления в центре антициклона прекратился, а область наибольшего роста давления перешла на его периферию. С этого момента начинается ослабление антициклона.
Стадия разрушения антициклона
В четвертой стадии развития антициклон является высоким барическим образованием с квазивертикальной осью. Замкнутые центры высокого давления прослеживаются на всех уровнях тропосферы, координаты высотного центра практически совпадают с координатами центра у Земли (рис. 12.9).
С момента усиления антициклона температура воздуха на высотах повышается. В системе антициклона происходит опускание воздуха, и, следовательно, его сжатие и нагревание. В тыловой части антициклона происходит поступление тёплого воздуха (адвекция тепла) в его систему. В результате продолжающейся адвекции тепла и адиабатического нагревания воздуха антициклон заполняется однородным тёплым воздухом, а область наибольших горизонтальных контрастов температуры перемещается на периферию. На над приземным центром располагается очаг тепла.
Антициклон становится термически симметричным барическим образованием. Соответственно уменьшению горизонтальных градиентов термобарического поля тропосферы, адвективные и динамические изменения давления в области антициклона значительно ослабевают.
Из-за расходимости воздушных течений в приземном слое атмосферы давление в системе антициклона понижается, и он постепенно разрушается, что на начальном этапе разрушения более заметно у земной поверхности.
Некоторые особенности развития антициклонов
Эволюция циклонов и антициклонов существенно различается с точки зрения деформации термобарического поля. Возникновение и развитие циклона сопровождается возникновением и развитием термической ложбины, антициклона – возникновением и развитием термического гребня.
Для последних стадий развития барических образований характерно совмещение барических и термических центров, изогипсы и становятся практически параллельными, замкнутый центр прослеживается на высотах, причём, координаты высотного и приземного центров практически совпадают совмещаются (говорят о квазивертикальности высотной оси барического образования). Деформационные различия термобарического поля при формировании и развитии циклона и антициклона приводят к тому, что циклон постепенно заполняется холодным воздухом, антициклон – тёплым воздухом.
Не все возникающие циклоны и антициклоны проходят четыре стадии развития. В каждом отдельном случае могут встретиться те или другие отклонения от классической картины развития. Нередко, возникающие у поверхности Земли барические образования не имеют условий для дальнейшего развития и могут исчезнуть уже в начале своего существования. С другой стороны, имеют место ситуации, когда старое затухающее барическое образование возрождается и активизируется. Такой процесс называют регенерацией барических образований.
Но если у различных циклонов наблюдается более определённое сходство в этапах развития, то антициклоны, по сравнению с циклонами, имеют гораздо большие отличия в развитии и форме. Нередко антициклоны проявляются как вялые и пассивные системы, которые заполняют пространство между гораздо более активными циклоническими системами. Иногда антициклон может достичь значительной интенсивности, но такое развитие в большинстве связано с циклоническим развитием в соседних областях.
Рассматривая структуру и общее поведение антициклонов, можно разделить их на следующие классы. (по Хромову С.П.).
- Промежуточные антициклоны – это быстро движущиеся области повышенного давления между отдельными циклонами одной и той же серии, возникающих на одном и том же главном фронте – по большей части имеют вид гребней без замкнутых изобар, либо с замкнутыми изобарами по горизонтальным размерам того же порядка, что и движущиеся циклоны. Развиваются внутри холодного воздуха.
- Заключительные антициклоны – заключающие развитие серии циклонов, возникающих на одном и том же главном фронте. Они также развиваются внутри холодного воздуха, но обычно имеют несколько замкнутых изобар и могут иметь значительные горизонтальные размеры. Имеют тенденцию по мере развития к приобретению малоподвижного состояния.
- Стационарные антициклоны умеренных широт, т.е. длительно существующие малоподвижные антициклоны в арктическом или полярном воздухе, горизонтальные размеры которых сравнимы иногда со значительной частью материка. Обычно это зимние антициклоны над материками и являются, главным образом, результатом развития антициклонов второго тира (реже – первого).
- Субтропические антициклоны – длительно существующие малоподвижные антициклоны, наблюдающиеся над океаническими поверхностями. Эти антициклоны периодически усиливаются вторжениями из умеренных широт полярного воздуха с подвижными заключительными антициклонами. В тёплый сезон субтропические антициклоны хорошо выражены на средних месячных картах только над океанами (над континентами располагаются размытые области пониженного давления). В холодный сезон субтропические антициклоны имеют тенденцию сливаться с холодными антициклонами над континентами.
- Арктические антициклоны – более или менее устойчивые области повышенного давления в арктическом бассейне. Являются холодными, поэтому вертикальная мощность их ограничивается нижней тропосферой. В верхней части тропосферы они сменяются полярной депрессией. В возникновении арктических антициклонов большую роль играет охлаждение от подстилающей поверхности, т.е. они являются местными антициклонами.
Высота, до которой простирается антициклон, зависит от температурных условий в тропосфере. Подвижные и заключительные антициклоны обладают низкими температурами в нижних слоях атмосферы и температурной асимметрией в вышележащих. Они относятся к средним или низким барическим образованиям.
Высота стационарных антициклонов умеренных широт растет по мере их стабилизации, сопровождающейся потеплением атмосферы. Чаще всего это высокие антициклоны, с замкнутыми изогипсами в верхней тропосфере. Зимние антициклоны над сильно выхоложенной сушей, например, над Сибирью, могут быть низкими или средними, поскольку нижние слои тропосферы здесь очень выхоложены.
Субтропические антициклоны являются высокими – тропосфера в них тёплая.
Арктические антициклоны, являющиеся, в основном, термическими, – низкие.
Нередко высокие тёплые и малоподвижные антициклоны, развивающиеся в средних широтах, на длительное время (порядка недели и более) создают макромасштабные нарушения зонального переноса и отклоняет траектории подвижных циклонов и антициклонов от западно-восточного направления. Такие антициклоны носят название блокирующих антициклонов. Центральные циклоны вместе с блокирующими антициклонами определяют направление основных течений общей циркуляции в тропосфере.
Высокие и тёплые антициклоны и холодные циклоны являются, соответственно, очагами тепла и холода в тропосфере. В районах между этими очагами создаются новые фронтальные зоны, усиливаются контрасты температуры и снова возникают атмосферные вихри, которые проходят тот же цикл жизни.
География постоянных антициклонов
- Антарктический антициклон
- Бермудский антициклон
- Гавайский антициклон
- Гренландский антициклон
- Северотихоокеанский антициклон
- Южно-Атлантический антициклон
- Южно-Индийский антициклон
- Южно-Тихоокеанский антициклон
Вихревые движения очень характерны для атмосферы. Среди многих непрерывно возникающих и затухающих вихрей особенно выделяются своими грандиозными размерами циклоны и антициклоны. Диаметр антициклона может достигать нескольких тысяч километров. Большой циклон способен кратковременно охватить сразу почти всю Европу. Ежегодно над ее территорией проносится до сотни серий циклонов, которые активно влияют на состояние погоды.
Циклон охвачен системой круговых ветров. Воздух в таком вихре перемещается по спирали вокруг центра и медленно к нему приближается, двигаясь в Северном полушарии против часовой стрелки с некоторым отклонением в нижнем слое к центру, а в Южном полушарии - по часовой стрелке с таким же отклонением в нижнем слое. Так как в центре скапливаются большие массы теплого влажного воздуха, значительная его часть несется вверх, где оно охлаждается, в результате чего образуются облака высокой плотности, выпадают осадки продолжительный типа. Когда давление в центре начинает расти, циклон разрушается.
В антициклоне давление падает от центра к периферии, соответственно и ветры дуют так же, но отклоняясь в Северном полушарии вправо (то есть по часовой стрелке), а в Южной - влево от своего первоначального направления. Для антициклона характерны нисходящие движения воздуха, в результате чего он нагревается и выходит из состояния насыщения водяным паром. Поэтому в области антициклона наблюдается ясное или малооблачная погода.
В формировании циклонов и антициклонов можно выделить три стадии: возникновение, развитие и старение. Продолжительность каждой стадии - 1-2 суток. Чаще всего циклоны возникают и развиваются в местах встречи течений теплого и холодного воздуха, которые движутся в противоположных направлениях. Проковзуючы один относительно другого, эти потоки с разными температурами и плотностями воздуха создают волны на фронтальной поверхности, напоминает дугу, свернутую вогнутостью в сторону теплого воздуха. Отрезок этой дуги, расположенный в передней, восточной части циклона, является теплым фронтом, западная же часть, расположенная в тыловой части циклона, является холодным фронтом. Под влиянием барических возмущений возникают слабые ветры.
Следующая стадия характеризуется дальнейшим углублением разницы в давлении между центром и периферией барической системы. Ветры усиливаются. Восходящие движения воздуха проявляются с наибольшей интенсивностью и часто достигают верхней тропосферы. Поэтому в передней части циклона формируется значительный облачный покров, а в зоне теплого фронта выпадают обложные осадки.
На заключительной стадии циклон заполняется холодным воздухом. Это происходит в результате адвекции холодного воздуха, а также его охлаждения при восходящем движении. Циклон завершается окклюзией, то есть его угасанием и разрушением системы облаков. Активные процессы протекают только на периферии, где могут возникнуть новые вихревые образования. Циклоны в основном идут сериями, при этом каждый последующий циклон проходит несколько южнее предыдущего.
Иначе происходит формирование антициклона. В начальной стадии их развития фронта расположены далеко друг от друга. Впоследствии между ними, в нейтральной зоне, антициклон становится мощной барического системой с высоким давлением в центре, в результате чего воздух отсюда растекается на периферию. На место воздуха, разошлось в приземном слое, опускается воздуха из высших слоев атмосферы. При опускании такой воздух попадает под большее давление, сжимается и нагревается. В результате этого процесса облака, если они были, рассеиваются. Поэтому в антициклоне устанавливается солнечная погода: сухая и жаркая летом и с морозами зимой. Ночью в антициклоне становится довольно прохладно из-за отсутствия на небе облачного покрова, не способствует сохранению тепла. Днем в связи с нагревом земной поверхности неутомимым солнцем, особенно летом, возникают вертикальные потоки теплого влажного воздуха (конвекция), в результате чего могут образоваться легкие облака. Иногда, при очень сильной конвекции внезапно проходят грозы, но они длятся недолго.
Антициклоны, в отличие от циклонов, перемещаются медленно, в среднем со скоростью 25 км / ч и часто подолгу могут задерживаться на одном месте. Чаще всего антициклоны надвигаются на нашу страну зимой с северо-запада, а летом - с юго-запада. Только сибирские антициклоны приходят к нам в холодное время с востока.
Характерная особенность большей части районов умеренных широт - частое чередование циклонов и антициклонов. Это обусловливает постоянное изменение ясной и облачной погоды, направления ветра, значительные колебания температуры и, как следствие, кратковременные потепления и похолодания. В отдельные годы создаются такие условия, что в одних и тех же районов чаще обычного поступают, например, антициклоны. В таких случаях они на некоторый период будто застаиваются. Если это случается летом, воздух в них быстро нагревается и высушивается. Так постепенно возникает недостаток влаги в почве, которая со временем может перерасти в засуху.
В умеренных широтах циклоны перемещаются преимущественно с запада на восток. Теплый влажный воздух таких циклонов поступает из Атлантического океана. Холодный воздух заходит в их тыл с северных части акватории или полярных районов. Нередко циклоны перемещаются в умеренных широт из субтропиков. Теплый воздух таких циклонов имеет очень высокую температуру и вызывает значительное потепление не только зимой, а и летом.
Циклоны почти всегда находятся в движении. Скорость их перемещения может быть разной, уменьшаясь по мере старения циклона. Чаще всего они движутся со скоростью 30-40 км / ч, проходя за сутки 1000-1500 км и более. Иногда они несутся со скоростью легкового автомобиля. Бывают случаи, когда циклон, достаточно быстро двигался, вдруг замедляется и становится малоподвижным. По мере приближения центра циклона давление воздуха снижается - "барометр падает", предвещая осадки. Но если влажность недостаточна или температура воздуха высокая, барометр может и "ошибиться".
Ветры в циклонах иногда достигают ураганной силы. Чаще всего это наблюдается над северными районами Атлантики и Тихого океана, а также на северо-западе Европы, где циклоны развиваются очень интенсивно. Такие циклоны приносят иногда большой ущерб хозяйству и населению, потому что они сопровождаются очень сильными ливнями, метелями, бурей, наводнением. Так, в сентябре 1997 года под влиянием их длительного действия на реке Висле произошла крупнейшая наводнение, в результате чего погибли более ста человек. В Украине особенно свирепствовали циклоны в июне 1969 года. В Карпатах за сутки выпала месячная норма осадков, что привело к резкому повышению уровня воды в реках Днестр, Прут, Случь. Много бед и вреда в регионе вызвали некоторые циклоны и в последующие годы.
Еще более известны, чем огромные циклоны умеренных широт, тропические циклоны, хотя они значительно уступают своим размерам. Причина их развития - мощная энергия, которая попадает в воздух при конденсации в нем огромной массы водяного пара, содержащегося в тропосфере низких широт. Они зарождаются над океаном между 5 и 20 ° широты и движутся с востока на запад, а затем (в Северном полушарии) возвращают на северо-запад, север и северо-восток.
Разрушительное действие тропических циклонов чрезвычайно велика. Скорость ветра достигает 250 км / ч, а иногда и больше. При такой скорости ветер способен переносить массивные вещи на значительные расстояния. Даже современным кораблям трудно бороться с тропическими ураганами, поэтому они спешат заранее избежать встречи с ними.
Тропические циклоны в зависимости от района их зарождения получают разные названия. Тихоокеанские циклоны называют тайфунами, в Северной Атлантике - ураганами, в Индии - циклонами, в Австралии - вилли-вилли. Есть еще Вест-Индской ураганы, ураганы Зеленого Мыса и тому подобное.
Каждому тропическом урагана для удобства их учета принято давать человеческие имена. По международной договоренности с 1953 г.. Тропические циклоны Северного полушария, достигали штормовой силы (скорость ветра 17 м / с), получали женскую собственное название. Первый ураган в новом календарном году называли Анжела, Алиса, Абби или иным именем, но оно обязательно начиналось с буквы "А". Согласно БУРЯ была уже на букву "Б" (например, Бетти, Бетси, Бренда и т.п.), и так далее по алфавиту. В Южном полушарии им присваивали по такому же принципу мужские имена. В восьмидесятых годах увенчалась успехом "кампания за равноправие" и ураганам стали давать везде на планете как женские так и мужские имена. Кроме этого, существует правило исключать из употребления на несколько лет название каждого наиболее жестокого урагана.
Тропический циклон охватывает тропосферу до высоты 8-12 км. Особенностью его строения является наличие "глаза" бури (зона невозмутимого покоя размером от 5 до 200 км в центре урагана), которая связана с нисходящим движением воздуха. Резкое усиление ветров на периферии обусловлено интенсивным поднятием воздуха и температурными контрастами. Чем ярче выражено "глаз", то есть чем меньше облачность и высокая температура (примерно на 6-12 ° С) по сравнению с температурой окружающего воздуха, тем "безбашенные" ураган (тайфун).
Разрушительные ураганы бушуют ежегодно. Всего на земном шаре за год наблюдается в среднем не менее 70 тропических циклонов с штормовыми и ураганными ветрами, из них около 20 тайфунов - в Тихом океане. Жителям тропиков приходится всегда быть готовыми к встрече со страшной силой циклона. Подсчитано, что среди всех метеорологических катастроф на тропические ураганы и вызванные ими наводнения приходится до 80% человеческих жертв. Тропические циклоны (тайфуны) вместе с землетрясениями и извержениями вулканов делят печальную славу самых ужасных природных бедствий на Земле.
Все циклоны и антициклоны вместе взятые выполняют большую работу по горизонтали и вертикали перемещения больших масс воздуха. Этот процесс очень важен для перераспределения тепла и осадков на земном шаре. Да, именно многочисленным циклонам обязана Европа тем, что ее зимы не такие суровые, как на этих же широтах в Северной Америке, а влажность летом в основном достаточно для выращивания различных культурных растений. Атмосферные вихри определяют формирование и резкие изменения погоды, особенно в умеренных и полярных широтах. Теплый воздух переносится циклонами далеко на север, а массы холодного воздуха зимних антициклонов, наоборот, к югу.
Изменения погоды, которые возникают под действием циклонов и антициклонов, имеют большое значение для сельского хозяйства, авиации, морского транспорта и многих других отраслей. Поэтому многим людям небезразлично, где и когда возникают эти огромные атмосферные вихри, которые причины их формирования и развития, куда и с какой скоростью они перемещаются, как долго продлится их существования и др. На основе изучения этих явлений совершенствуются методы и повышается достоверность прогноза погоды, а население различных регионов земного шара заблаговременно оповещается о ее возможных изменениях.
Неравномерное нагревание подстилающей поверхности при участии отклоняющей силы вращения Земли может вызвать образование атмосферных вихрей.
Допустим, что замкнутый участок поверхности нагревается значительно сильнее, чем остальная поверхность. Очевидно, над таким участком возникнет восходящее движение воздуха, сопровождающееся растеканием (расходимостью) его наверху в стороны. Это приведет к появлению у поверхности замкнутой области пониженного давления с вихреобразным перемещением воздуха от периферии к центру. Вихревое поднятие в центре и растекание воздуха наверху обеспечивают отток приходящего с периферии воздуха и поддерживают низкое давление. Возникает восходящий атмосферный вихрь, существование которого возможно до тех пор, пока сохраняются причины, обеспечивающие отток воздуха наверху в стороны. Если отток прекращается, происходит заполнение воздухом области пониженного давления и выравнивание давления.
Можно также представить положение, при котором менее нагретый (охлаждающийся) участок окажется среди сравнительно теплой поверхности. В этом случае произойдет уплотнение воздуха, вызванный этим приток его наверху к центру и, как следствие, возникновение у поверхности замкнутой области повышенного давления с вихревым движением воздуха от центра к периферии (растекание). Место воздуха, ушедшего от центра, занимает воздух, опускающийся сверху. Возникает вихрь с нисходящим движением в центре. Если приток воздуха наверху прекращается, исчезают условия существования нисходящего вихря. Атмосферные вихри, обусловленные неравномерным нагреванием подстилающей поверхности, - явление не редкое, но, как правило, они имеют незначительные размеры и существуют недолго.
В атмосфере постоянно возникают, развиваются и исчезают вихри очень больших масштабов (диаметром от сотен до 2 тыс. км и более), называемые циклонами и антициклонами Роль этих вихрей в атмосферных процессах очень велика.
Циклоны
- восходящие атмосферные вихри с сильно наклонной осью вращения, проявляющиеся у поверхности Земли замкнутой областью пониженного давления (барическим минимумом) с соответствующей системой ветров от периферии к центру (против часовой стрелки в северном полушарии).
Антициклоны
- нисходящие атмосферные вихри с наклонной осью, проявляющиеся у поверхности Земли замкнутой областью повышенного давления (барическим максимумом) с соответствующей системой ветров, от центра к периферии (по часовой стрелке в северном полушарии). Вихри, образующиеся над неравномерно нагретой поверхностью, могут дать только первое представление о циклонах и антициклонах. В действительности структура циклонов и антициклонов значительно более сложная, а причины их образования еще окончательно не выяснены.
Формирование циклонов и антициклонов объясняют волновыми движениями потоков воздуха в средних слоях тропосферы.
При отсутствий причин, нарушающих геострофическое равновесие (равенство сил барического градиента и отклоняющего действия вращения Земли), воздух на высоте двигается вдоль изобар в северном полушарии вправо от направления барического градиента. Нарушение условий геострофического равновесия, постоянно наблюдающееся в природе (влияние подстилающей поверхности), вызывает отклонение потоков воздуха от направления изобар. Отклоняясь, поток воздает избыток воздуха по одну сторону изобар и недостаток - по другую. В том месте, куда поток принес воздух, давление повышается и изобары, отклоняясь в сторону пониженного давления, очерчивают гребни высокого давления. В том месте, где возникает недостаток воздуха (следствие отклонения потока), изобары, отклоняясь в сторону повышенного давления, оконтуривают ложбины низкого давления. Направление изобар приобретает волнообразный характер (рис. 60, а). Смещение изобар в сторону пониженного давления выражено сильнее, и поэтому на гребнях изобары расходятся, а в ложбинах сближаются. Следуя по направлению изобар, поток двигается также волнообразно (подобно извивающемуся водному потоку). При незначительной скорости движения он или обтекает гребни и ложбины, или двигается вместе с ними. Быстро двигающийся поток воздуха, сохраняя скорость, по инерции растекается в той части волны, где изобары расходятся, и сжимается в той части, где изобары сближаются.
Все изменения, происходящие в потоке воздуха на высоте, заметно отражаются на изменении давления у поверхности. Под областью растекания воздуха (расходимости) давление на поверхность резко ослабевает, возникает замкнутая область пониженного давления с вихреобразным движением воздуха к центру. В центре области низкого давления воздух поднимается, компенсируя недостаток его наверху, вызванный растеканием. Так образуется
в нижнем слое тропосферы циклон
.
Под областью сходимости потока давление резко повышается, и здесь формируется замкнутая область повышенного давления, в которой воздух растекается от центра к периферии. Отток воздуха компенсируется его опусканием в центре из области сходимости воздушного потока наверху. Таким образом формируется антициклон.
Возникшие в приземном слое тропосферы циклоны и антициклоны продолжают существовать только до тех пор, пока наверху процессы оттока воздуха от области расходимости и притока в область сходимости изобар оказываются интенсивнее процессов оттока и притока воздуха в центрах вихрей внизу.
Развитие гребней высокого давления может привести к их обособлению и к превращению в замкнутую область высокого давления - в высотный антициклон.
В результате развития ложбин низкого давления могут сформироваться высотные циклоны (рис. 60, б).
Высотные антициклоны и циклоны
не располагаются непосредственно над приземными. Ho в результате того, что, двигаясь в одну сторону с ними при отсутствии трения, они обладают большей скоростью, через некоторое время происходит их смыкание. Приземный антициклон смыкается с располагающимся над ним высотным антициклоном, приземный циклон - с высотным циклоном. Высотные зоны сходимости и расходимости исчезают, вместе с тем исчезают и условия для существования приземных циклонов и антициклонов, и они постепенно ликвидируются.
Наиболее благоприятные условия возникновения волнового движения существуют в зоне атмосферного фронта, т. е. там, где на коротком расстоянии быстро изменяются температура и давление. Поэтому и образование циклонов и антициклонов приурочено к фронтальной зоне, к климатическим фронтам. В циклоне стекание воздуха с разных сторон к центру приводит к сближению теплых и холодных потоков и создает условия для сохранения и развития фронта, проходящего через центр циклона. Циклоны, за редким исключением (возникновение в результате местного перегрева), имеют фронтальную структуру. На схеме развития фронтального циклоид (рис. 61) в верхней из трех горизонтальных частей рисунка (а) показаны распределение давления и часть волны воздушного потока на высоте 4-6 км над земной поверхностью. В средней части рисунка (б), можно видеть соответствующее распределение давления, ветров, воздушных масс и разделяющих их фронтов вблизи земной поверхности. Нижняя часть рисунка (в) - вертикальный разрез по линии А - А через область развития циклона.
На первой (1) из пяти вертикальных частей рисунка мы видим положение, предшествующее появлению приземного циклона. Наверху - часть волны с расходящимся потоком. У земной поверхности - стационарный фронт, разделяющий холодный и теплый воздух.
Фронтальная плоскость наклонна в сторону холодного воздуха; на рисунке 1, в видно, что холодный воздух течет под теплым.
Возникновение приземного циклона (2) под областью расходимости воздушного потока вызывает изменение в приземном движении воздуха, направляющегося теперь к центру циклона (2, б) . В результате фронт изгибается, причем изгиб начинает перемещаться вдоль линии фронта в направлении движения верхнего воздушного потока. Участок фронта в передней части изгиба (волны) становится теплым фронтом (он перемещается в сторону холодного воздуха), в тыловой части - холодным фронтом (перемещается в сторону теплого воздуха). Переход холодного фронта в теплый совпадает с центром циклона (это положение отображено на рис. 2, в).
В начальной (волновой) стадии развития циклон обрисовывается у поверхности одной изобарой. В дальнейшем идет расширение циклона, увеличение занятой им площади и вовлечение в циклоническое вращательное движение более высоких слоев - до 2-3 км - во второй стадии развития циклона. Это стадия типичного молодого циклона
(3, а, б, в), характеризующегося хорошо выраженным теплым сектором, ограниченным сходящимися под острым углом в центре циклона теплым и холодным участками фронта. Происходит постепенное сближение теплого и холодного фронтов в результате более быстрого продвижения последнего (холодный фронт догоняет теплый).
В следующей стадии (4, а, б, в) - стадии окклюзии
- циклон достигает максимального развития, перед тем как начинает постепенно заполняться. Наверху оформляется центр низкого давления, смещенный по отношению к приземному центру несколько в сторону холодного воздуха. Холодный фронт все более приближается к теплому и наконец смыкается с ним (4, в), образуя сложный фронт окклюзии. Процесс этот начинается от центра, и теплый сектор постепенно сокращается. Теплый воздух, выжимаемый наверх холодным, уже не соприкасается с поверхностью. Циклон оказывается полностью в холодном воздухе (становится термически симметричным). Некоторое время после окклюцирования он еще может углубляться, а затем начинает заполняться. В последней стадии развития - стадии заполняющегося старого циклона - циклон становится холодным образованием, захватывающим значительную толщу атмосферы (до 2-6 км и более). Циклоническая циркуляция распространяется часто на высоту всей тропосферы. Отток воздуха наверху прекращается, падение давления приостанавливается, и циклон ликвидируется (б). Циклоны обычно существуют несколько суток, двигаясь чаще с запада на восток с некоторым отклонением к северу. Скорость движения циклонов разнообразна, обычно 20-40 км в час (около 700 км в сутки), в отдельных случаях - более 2000 км в сутки. В начале развития циклон движется быстрее, затем движение замедляется и он становится малоподвижным.
Иногда циклон, прошедший все стадии развития, не заполняется окончательно, а начинает снова углубляться (регенерирует). Это происходит в том случае, если в область старого циклона вторгаются новые порции холодного или теплого воздуха, создавая резкие температурные контрасты. Особенно благоприятно для регенерации циклона встречное движение теплого и холодного воздуха.
На периферии старых, уже заполняющихся циклонов на участке холодного фронта нередко возникают новые циклоны (называемые частными), перемещающиеся в том же направлении, в каком перемещается первоначальный циклон, но только несколько южнее. Новый циклон проходит те же стадии развития, что и первоначальный, но, конечно, отстает от него, т. е. является более молодым. На холодном фронте этого циклона может появиться еще один частный циклон, расположенный южнее. Так, на одном общем фронте последовательно возникает до трехчетырех циклонов. Такая взаимосвязанная и последовательно развивающаяся группа циклонов называется серией или семейством циклонов (рис. 62). Прохождение циклонической серии занимает в среднем 5-6 суток, но в отдельных случаях может продолжаться и значительно дольше (до 12 суток).
Сотни фронтальных циклонов существуют одновременно в каждом из полушарий, оказывая огромное влияние на погоду внетропических широт. В тропических широтах также возникают циклонические вихри, но совершенно иной структуры - тропические циклоны.
Между циклонами возникают подвижные антициклоны
, перемещающиеся с циклонами в направлении движения ведущего потока.
В первой стадии развития молодой
антициклон представляет собой сравнительно небольшой вихрь, обнаруживающийся до высоты 2-3 км. Во второй стадии - стадии максимального развития
- в антициклоническое движение включаются все более и более высокие слои - до высоты 8-12 км. В третьей стадии - стадии разрушения
- антициклон становится малоподвижным, происходит сближение нижней и верхней областей высокого давления, вызывающее разрушение антициклона.
Фронта в антициклоне нет, воздушные течения, направляющиеся от центра, относят фронт на периферию. Обычно фронт окаймляет антициклон почти с трех сторон (это характерно для антициклона, лежащего между двумя циклонами). Фронтальная поверхность может прослеживаться на некоторой высоте и в центральной части антициклона в виде слабовыраженного инверсионного слоя (фронтальная инверсия).
Нисходящее движение воздуха в антициклоне, сопровождающееся адиабатическим нагреванием, приводит к появлению инверсии сжатия
. Инверсия сжатия возникает вследствие того, что скорость снижения воздуха на более высоком уровне медленнее, чем на более низком (результат растекания воздуха в стороны в нижней части антициклона). На рисунке 63 даны числовые значения высот и температуры, показывающие образование инверсионного слоя. Верхняя граница слоя - a1 - снижается быстрее, чем нижняя - b1. В результате опускания они займут положение a1 и b2. (мощность слоя уменьшится от H1 до Н2). Граница a1 переместилась вниз на расстояние 2300 м, и температура воздуха при этом повысилась на 23° (1° на 100 м), граница b1 переместилась только на 1500 м, и соответственно температура стала выше на 15°. Если в слое a1 b1 на каждые 100 м высоты наблюдалось изменение температуры на 0,5, то в слое а2 b2 вертикальный температурный градиент составляет уже 1,5°.
Инверсионный слой, образовавшийся вследствие сжатия, препятствует образованию конвективных облаков. Поэтому в антициклоне осадки, как правило, выпадают редко. Только в нижнем слое в холодный период года и суток в связи с охлаждением поверхности возможно образование тумана и низких слоистых облаков, иногда под слоем инверсии возникают волнистые облака. В центре антициклона у земной поверхности обычны штили, на периферии могут быть ветры значительной силы.
Тропические циклоны
- вихри, образующиеся вокруг центров пониженного давления в тропических широтах, между 5 и 20° в каждом полушарии. В экваториальной зоне, под широтами ниже 5° северной и южной широты, циклоническая циркуляция почти не возникает из-за слишком малого влияния отклоняющей силы вращения Земли. От циклонов вне тропических широт тропические циклоны отличаются меньшими размерами (диаметр при наибольшем развитии их не превосходит 1000 км) и значительно большей (от 50 до 120 м/сек) скоростью ветра. Скорость перемещения тропического циклона - 10-12 км в час.
Тропические циклоны захватывают всю тропосферу, распространяясь до высоты 15-18 км. Причины возникновения тропических циклонов еще недостаточно выяснены. Считают, что они могут образовываться в связи с термической неустойчивостью воздуха, богатого влагой. Быстрое поднятие такого воздуха сопровождается бурной конденсацией влаги и выделением огромного количества тепловой энергии. Быстрому поднятию воздуха способствует также центробежное выбрасывание его из центральной части циклона при малом притоке в приземном слое.
Подсчитано, что количество энергии, выделяющееся в тропическом циклоне диаметром около 700 км, составляет 150*10в18 эргов в секунду. Столько же энергии выделится при взрыве 5 таких атомных бомб, какая была сброшена на Хиросиму. За один час существования подобного циклона выделяется энергия, равная энергии 36 водородных бомб средней мощности.
Интересно, что во всей системе тропического циклона воздух поднимается и только в центре его существует нисходящее движение. Этим объясняется тот факт, что в центре тропического циклона («глаз бури» диаметром 18-55 км) тихо и можно видеть чистое небо, тогда как для всей системы типична ненастная погода с ураганными ветрами, сильными ливня)ми и грозами. Особенно характерны сильные ветры и ливневые осадки для зоны, непосредственно примыкающей к «глазу бури».
Существует несколько очагов наиболее частого зарождения тропических циклонов: в Атлантическом океане - Карибское море и Мексиканский залив, в Тихом океане - район Филиппинских островов и Южно-Китайского моря, в Индийском океане - Аравийское море, Бенгальский залив, район острова Маврикия.
Больше всего тропических циклонов возникает над Тихим океаном; у юго-восточных берегов Азии возникает в среднем 20 циклонов в год. Здесь их называют тайфунами («чрезвычайном ветром»). На втором месте по количеству тропических циклонов - Атлантический океан (местное название их на Антильских островах - ураганы) и на третьем- Индийский океан (местное название - орканы).
Образовавшиеся тропические циклоны в северном полушарии движутся сначала на северо-запад, затем, на широте 25-30°, поворачивают на северо-восток. Переходя в умеренные широты, тропические циклоны или затухают, или превращаются в мощные внетропические циклону.
Разрушительная сила тропических циклонов огромна. В сентябре 1961 г. циклон «Ненси», возникший вблизи Маршалловых островов, прошел вдоль Японских островов. Скорость ветра превышала 300 км/час, шли ливневые дожди. На своем пути тайфун разрушил более 450 тыс. домов, 400 мостов и дамб, погибло более 1500 и тяжело ранено свыше 2000 человек. Прибрежные районы были затоплены океанскими волнами. От Японских островов тайфун прошел в Охотском море и произвел разрушения на Южном Сахалине. «Ненси» - один из самых сильных тайфунов, наблюдавшихся за последние годы. Тропические циклоны меньшей силы наблюдаются ежегодно.
Смерчи, тромбы
(маломасштабные вихри) - вихри с осью, близкой к вертикальной, диаметром от нескольких десятков метров (над водой) до нескольких сотен метров (над сушей). Воздух в таком вихре быстро вращается (со скоростью 50-100 м/сек), и одновременно весь вихрь перемещается со скоростью около 10-20 м/сек.
Вихрь может образовываться и над морем - смерч, и над сушей - тромб. Возникают смерчи (тромбы) при неустойчивом вертикальном равновесии атмосферы над перегретой поверхностью перед наступающим холодным воздухом в результате резкого поднятия теплого воздуха и сильного падения давления на некоторой высоте над земной поверхностью. В появившуюся разреженную область с очень низким давлением засасываются: сверху - облако, образовавшееся при быстром поднятии воздуха, снизу - вода, пыль и пр. В атмосфере видны две «воронки», соединенные, узкими концами на некоторой высоте над Землей. У поверхности Земли в центре вихря давление очень низкое.
Маломасштабные вихри обладают большой разрушительной силой. Они способны вырывать с корнями деревья, разрушать здания. Налетевший вихрь может «высосать» водоем вместе со всем его «населением», а затем где-то выпадут удивительные «осадки» из водорослей, рыб, лягушек. При прохождении вихря давление падает так быстро, что в зданиях могут вылететь стекла. Известны случаи, когда здание при этом полностью разрушалось. В Северной Америке, где тромбы очень часты, их называют торнадо
. За год в США наблюдается в среднем около 150 торнадо, в некоторые годы количество их достигает 900. В Европе тромбы сравнительно редки.
