Качественная циркуляция воздуха в помещении — один из важнейших факторов, пренебрежение которым влечет за собой ряд проблем: появление грибка, скопление аллергенов, развитие бронхолегочных заболеваний. Нормой считается замена 30 куб. м воздуха в час на одного человека. Эффективной система естественной или принудительной вентиляции будет только в том случае, если при устройстве учтены правила перемещения воздушных масс.

Естественная вентиляция

Для естественной вентиляции не нужна механическая стимуляция, ее движущая сила – разница в давлении воздуха в помещении и вне его. Чем больше перепад температур, тем интенсивнее происходит воздухообмен. Конвекция происходит следующим образом: теплые массы поднимаются, холодные опускаются (рис.1).

Рис 1. Пример естественной вентиляции

Свежий воздух проникает через окна, отработанный выводится посредством вентиляционных отверстий.

Правильно организованная естественная вентиляция обеспечивает незаметную циркуляцию и смягчает микроклимат.

Кухня

В многоквартирных домах все воздуховоды от кухонь и санузлов объединены в общую вертикальную шахту. Чем выше она поднимается, тем лучше тяга. Проверить качество вентиляции можно, поднеся полоску бумаги или салфетку к решетке. Если она притянется, то отвод производится эффективно. При помощи зажигалки или спички проверять не рекомендуется, поскольку есть риск взрыва.

Чтобы обеспечить правильную циркуляцию воздуха при приготовлении пищи, на кухне необходимо закрыть форточку, а открыть в самой дальней комнате.

Тогда создается естественная тяга, выносящая весь отработанный воздух из дальней комнаты в отдушину над потолком кухни. Если же открыть форточку непосредственно на кухне, то тяга пойдет, минуя вытяжку, в подъезд. По этой причине там часто присутствуют кухонные запахи.

Комнаты

В жилых помещениях, где установлены качественные стеклопакеты, обеспечивающие полную изоляцию от улицы, постоянный приток воздуха можно обеспечить только открытием форточки. Но это приводит к большим потерям тепла в холодный сезон и требует контроля. В таких случаях оборудуются приточные клапаны, представляющие собой отверстие в стене (обычно над радиатором отопления), в которое монтируется блок каналов (фото 1, 2).

Фото 1 и Фото 2. Вид клапана изнутри и снаружи помещения

Температура проходящего сквозь него потока воздуха увеличивается на 20°С. Регулировать объем притока можно при помощи специальной шторки-жалюзи. Воздушные клапаны могут быть вмонтированы в рамы. При таком оборудовании окно открывать не потребуется, а в помещение постоянно будет поступать свежий воздух (фото 3).

Фото 3. Воздушный клапан.

Для того, чтобы осуществлялась нормальная циркуляция воздуха в комнате, под дверью должна быть небольшая щель. Если ее нет, и дверь закрывается плотно, то в полотне можно оборудовать вентиляционные отверстия (фото 4). Внешний вид не пострадает, а отработанный воздух будет свободно покидать комнату.

Фото 4. Вентиляционные отверстия в дверях

Устройство принудительной вентиляции

Естественная вентиляция будет хорошо функционировать при большой разнице температур в помещении и на улице. Но в сезоны, когда перепад почти незаметен, ее эффективность существенно снижается. Тогда на помощь приходит принудительная циркуляция воздуха, при которой приток свежего воздуха в помещение нагнетается вентилятором. Он устанавливается на окно или в специально оборудованное отверстие в стене. Для вывода отработанного воздуха устанавливаются вытяжки, мощность которых зависит от интенсивности загрязнения.

Жилого помещения

Вопрос циркуляции воздуха в комнате или офисе часто решается установкой моноблочной приточно-вытяжной системы, включающей в себя вентиляторы, калорифер и фильтры. То есть принудительно вводимый подогреваемый воздушный поток охватывает помещение и выводится одним и тем же прибором. Работает система почти бесшумно, габариты варьируются, поэтому такой вариант вполне подходит для жилых помещений.

Кухни

Кухня является самым мощным источником загрязнения воздуха в доме из-за часто работающей плиты. Если штатная отдушина не справляется с отработанным потоком, то все запахи и копоть распространяются по помещению, оседая на стенах и потолке.

На кухне при ремонтах стало обычаем устанавливать специальные купольные, навесные или встраиваемые вытяжки над плитой, на которых можно регулировать мощность оттока. Некоторые встраиваемые модели имеют по два двигателя, а также функцию увеличения рабочей поверхности.

По принципу работы все кухонные вытяжки делятся на проточные и рециркуляционные. Последние не выводят, а только фильтруют отработанный воздух, поэтому особой популярностью не пользуются.

Однако, если кухонная вытяжка устанавливается в многоквартирном доме и подключается непосредственно к кухонной отдушине, то могут возникнуть проблемы:

• оказывается закрытым выходное отверстие: когда вытяжка не работает, циркуляции воздуха не происходит (если нет функции периодического автоматического включения);
• общий вентиляционный канал из-за небольшого сечения не справится с выводом отработанного воздуха, подаваемого мощной вытяжкой;
• могут возникнуть проблемы с законом в зависимости от наличия региональных регулирующих актов;
• вытяжной зонт не «собирает» отработанный воздух, поднявшийся к потолку;
• велик риск того, что все запахи попадут через вентиляционные отверстия к соседям.

Если в кухне только одно вытяжное отверстие, то для кухонной проточной вытяжки принято оборудовать отдельный воздуховод (в стене). В некоторых домах схема вентиляции позволяет подключать подобные приборы. Но во многих регионах законом запрещается проделывать отверстия в фасадах домов для устройства климатических приспособлений, а также встраивать дополнительное оборудование в вентиляционные шахты без специального согласования. Поэтому, прежде чем планировать модернизацию вентиляционной системы, следует предварительно проработать вопрос соблюдения законности и технической возможности.

Ванной комнаты

В ванной комнате вентилятор устанавливается непосредственно в отдушину. Существует несколько типов приборов:

• включающиеся одновременно с электричеством. С одной стороны это экономно, с другой – времени может оказаться недостаточно для полной очистки воздуха и нормализации влажности;
• оборудованные таймером отключения через заданный промежуток времени после прекращения пользования помещением;
• автономные с отдельным выключателем. Могут работать по установленному циклу.

Прибор может быть оснащен датчиком влажности, который автоматически подает сигнал на включение.

Вентиляция в собственном доме

Можно обустраивать как угодно без оглядки на соседей и законодательство, но при этом необходимо учитывать основные правила:

Фото 5. Канальный вентилятор на крыше

Заключение

Все повороты, сужения, выступы, смещения в вентиляционном канале приводят к повышению давления, следовательно, и к падению производительности вытяжки. Грамотно устроенная вентиляция не только избавит дом от посторонних запахов, но и позволит существенно отсрочить ремонт.

В помещении, в котором происходит регулярное незаметное обновление воздуха, комфортно находиться. В нем не появится грибок и плесень, будет меньше скапливаться пыль. Даже без дополнительных затрат можно обеспечить эффективную естественную вентиляцию, зная законы циркуляции воздушных масс.

Лекция 16. Общая циркуляция атмосферы

1. Общая циркуляция атмосферы. Факторы, определяющие общую циркуляцию атмосферы.

2. Зоны давления и ветер на высоте.

3. Центры действия атмосферы.

1. Общая циркуляция атмосферы

Под общей циркуляцией атмосферы обычно понимают совокупность течений воздуха крупных масштабов, благодаря которым осуществляется обмен его по горизонтали и вертикали.

Другими словами общая циркуляция атмосферы – система крупномасштабных воздушных течений по Земле (т.е. течений, соизмеримых по размерам с большими частями материков и океанов).

Основными крупномасштабными атмосферными движениями являются воздушные течения, обусловленные разностью температуры между различными широтами вблизи земной поверхности и на высотах. К ним относятся также воздушные течения в системе циклонов и антициклонов, тропосферные и стратосферные струйные течения, пассаты и муссоны. Именно эти виды воздушных течений играют важную роль в формировании погоды и климата. Мелкомасштабные движения (бризы, горно-долинные ветры, шквалы, смерчи и пр.) имеют местное значение, они зарождаются (шквалы, смерчи) или разрушаются под влиянием крупномасштабной циркуляции.

Исследования общей циркуляции атмосферы начались в XVII–XVIII вв. с попыток объяснить пассатную циркуляцию. В середине XIX века Мори уже дал схему циркуляции атмосферы на всем земном шаре. В XIX–XX вв. основой для изучения общей циркуляции атмосферы служили карты средних значений метеоэлементов (температуры, давления, ветра, осадков). Были установлены сезонные характеристики ветра, давления, температуры и общие черты климата в разных районах земного шара. Но эти значения не могли дать исчерпывающей информации о многообразии непериодических процессов. Отсутствовали данные о распределении метеоэлементов на высотах, что увеличивало трудности.

В результате переоценки роли средних карт приземного давления и ветра долгое время главенствовало представление о малой изменчивости характера атмосферных процессов в низких широтах, об устойчивости субтропических антициклонов, зимнего сибирского антициклона. С развитием синоптических карт появилась возможность изучать непериодические процессы.

С введением анализа атмосферных фронтов было сделано несколько попыток создать схемы общей циркуляции атмосферы. В этих схемах большое значение в междуширотном обмене придавалось вертикальной циркуляции, представляемой в виде замкнутых и незамкнутых колес. При изображении междуширотного обмена между экватором и тропиками всеми исследователями принималось классическое представление о пассатной циркуляции, основу которой дали Галлей (1686) и Гадлей (1735) (ячейка Гадлея).

Изучался и междуширотный обмен на высотах. Показано, что он осуществляется путем горизонтального переноса, в котором главную роль играют струйные течения.

Очевидно, невозможно построить одну схему общей циркуляции атмосферы, которая бы полностью отражала многообразие ее характера над материками и океанами в разные сезоны года. В настоящее время при построении схем общей циркуляции атмосферы исходят из положения квазигеострофичности течений обшей циркуляции, т.е. приближены к геострофическому ветру. В слое трения течения отклоняются от геострофичности ветра и от изобар, но зная средний угол отклонения, можно восстановить по полю давления поле ветра.

В свободной атмосфере, где отклонения течений общей циркуляции от геострофичности ветра невелики, течения можно назвать квазигеострофичным. Условия квазигеострофичности не выполняется на экваторе (сила Кориолиса равна нулю или ничтожно мала и не может уравновесить силу горизонтального барического градиента).

Факторы, определяющие общую циркуляцию атмосферы:

лучистая энергия Солнца;

вращение Земли;

влияние подстилающей поверхности;

сила трения.

Лучистая энергия Солнца приводит к нагреванию земной поверхности, а от нее путем теплообмена нагревается атмосфера. Около 2% поступающей энергии превращается в кинетическую.

Рассмотрим гипотетический случай: Земля не вращается. На полюсах холодно, образовались устойчивые области высокого давления. На экваторе жарко, т.е. сформировалась область низкого давления, идет постоянный восходящий поток воздуха, выпадают осадки. Вдоль земной поверхности ветры дуют от полюсов к экватору, где воздух поднимается и растекается к полюсам (рисунок 68).

Рисунок 68 – Циркуляции атмосферы на невращающейся планете

Область высокого атмосферного давления вблизи полюсов и область низкого давления вблизи экватора, появление которых связано с термическими условиями (температурным режимом) называются термическими максимумами и минимумом. По образному выражению Шулейкина В.В., на экваторе находится нагреватель, а на полюсах – холодильники. Они создают тепловую машину, первого рода, вызывающую межширотный обмен воздуха. Термическая разница между широтами вызывает меридиональную составляющую атмосферной циркуляции.

Вращение Земли . При решении теоретических задач по общей циркуляции атмосферы скорость вращения Земли обычно принимается постоянной, хотя установлено, что она подвержена сезонным и внутрисезонным изменениям.

Вследствие вращения Земли значительно усложняется рассмотренная выше схема. В действие вступает отклоняющая сила Кориолиса. Массы воздуха, растекающиеся в верхних слоях атмосферы от экватора постепенно отклоняются в северном полушарии вправо, в южном – влево (так возникает зональная составляющая циркуляции атмосферы). На широтах 20–30° их движение становится параллельным экватору, и дальше им заворачивать некуда: подпирает идущий от экватора воздух. Воздуху как бы становится тесно, создаются полосы высокого атмосферного давления, образование которых связано с характером движения воздуха, а не с его температурой. Поэтому она называется динамическими областями высокого давления, от приполярных термических мах они отделяются динамическими областями относительно пониженного атмосферного давления (рисунок 69).

Рисунок 69 – Общая циркуляция атмосферы

В динамических областях высокого атмосферного давления воздух начинает опускаться, при опускании влажность его становится низкой. В этих широтах (с некоторыми отклонениями) по всем континентам Земли прослеживается полоса пустынь, полупустынь и сухих степей. В северном полушарии это пустыни Мексики, Аравии, Сахара, Ирана и Афганистана, Средней Азии, Тар, Такла-Макан, Гоби, горные пустыни Тибета; в южном – Атакама, Намиб, Калахари, пустыни в Австралии.

От динамических максимумов, находящихся в тропических широтах, ветры устремляются в 2 стороны: к экватору и средним широтам. Постоянные ветры, дующие к экватору в северном полушарии, отклоняются вправо и из северных превращаются в северо-восточные (в южном аналогично, из южных в южно-восточные). В приэкваториальной области направление и тех, и других становится близким к восточному. Эти ветры носят название пассатов 1 .

Ветры, дующие в сторону умеренных широт, под действием силы Кориолиса в конечном итоге превращаются в западные. Поэтому в средних широтах 45–60º преобладают западные ветры, составляющие западный перенос 2 (западные воздушные течения умеренных широт).

Приполярные термические максимумы давления создают свои системы ветров, которые, растекаясь от полюсов к умеренным широтам и отклоняясь вправо (в северном полушарии) или влево (в южном) становятся северо-восточными и юго-восточными.

В июне–августе Солнце находится в зените над тропическими широтами Северного полушария, соответственно в декабре–феврале – Южного полушария. Поэтому широта наибольшего прогревания (термический экватор) несколько смещается по сезонам, а вместе с ней – и термическая зона низкого давления 3 и динамические области повышенного и пониженного давления. Но их взаимное расположение сохраняется.

Такая схема общей циркуляции атмосферы была бы при условии, что поверхность планеты была бы совершенно однородной, что одно и тоже количество солнечной радиации, поступающей на земную поверхность вызывало бы в любом месте земного шара повышение температуры на одну и ту же величину, а при одинаковой отдаче энергии – температура одинаково понижалась. На самом деле это не так!

Различия в нагревании материков и океанов вызывают возникновение тепловой машины второго рода (по В.В. Шулейнину).

Влияние подстилающей поверхности в создании сезонных особенностей общей циркуляции атмосферы велико. Поверхность суши в обоих полушариях распределяется неравномерно: суша занимает 39,3% площади в северном полушарии и 19,1% в южном. При этом в экваториальной зоне обоих полушарий материки занимают примерно одинаковую площадь, а в высоких и средних широтах отличия значительны. Особенно существенно то, что в южном полушарии благодаря Антарктиде между 80 и 90° ю.ш. суша занимает 100% площади, а между 40 и 60º ю.ш. только 0–4%. В северном полушарии 80–90ºс.ш. – 0–20%, 40–60º с.ш. – 43,5–61%.

Материки имеют сложные очертания, горные системы заставляют ветры менять направление. Все это вносит свои коррективы в общую циркуляцию атмосферы.

Влияние материков и океанов на температуру воздуха не ограничивается лишь приземным слоем, а распространяется на всю тропосферу путем турбулентного перемешивания.

Так, в зимнее время на одинаковой широте материки имеют температуру Т 1 , а океаны – более высокую температуру Т 2 (Т 2 >Т 1). В соответствии с этими условиями, если выделить единичный объем воздуха, то он, проходя над материком вплоть до восточного берега, будет охлаждаться. Охлаждение будет тем медленнее, чем дальше от западного берега удалится воздух. Вступая на океан, он будет сначала быстро, а затем медленнее нагреваться. В результате изотермы примут волнообразный вид (рисунок 70).

Рисунок 70 – Влияние подстилающей поверхности на распределение температуры воздуха

Фактическое расположение изогипс на картах относительной барической топографии января близко к расположению изотерм. Летом влияние материков и океанов обратное, поэтому изотермы располагаются противоположно (волны тепла над сушей и холода над океанами), хотя и несколько сглажено.

В южном полушарии изотермы следуют в широтном направлении, т.к. здесь в средних широтах нет чередующихся массивов суши и океанов, а Антарктида способствует формированию более низких температур, чем в Арктике.

Сила трения уменьшает скорость ветра и отклоняет его направление от первоначального.

Таким образом, зональность циркуляции проявляется в преобладании меридиональных составляющих барического градиента над широтными, а следовательно в преобладании широтных составляющих ветра над меридиональными. При этом то или иное направление ветра (западное или восточное) преобладает одновременно или постоянно в значительной по широте зоне земного шара. В тропиках – восточное; в умеренных широтах – западное (но резко меняется); на востоке Азии – велика меридиональная составляющая.

2. Зоны давления и ветры на высотах

В верхней тропосфере и стратосфере высокое атмосферное давление более-менее совпадает с высокой температурой, а низкое давление – с низкой температурой (рисунок 71).

Рисунок 71 – Зональное распределение давления и потоков воздуха в верхней тропосфере и в нижней стратосфере. Справа – направление барических градиентов вдоль меридиана в соответствующих зонах

Температура в тропосфере падает от низких широт к высоким. Поэтому и горизонтальный барический градиент направлен из низких широт в высокие. Это можно проследить и по высоте изобарической поверхности 300мб (гПа): зимой над экватором она лежит на высоте 9700 м., над полюсами гораздо ниже – 8100–8400м.

При таком распределении температуры и давления горизонтальный барический градиент направлен от экватора к полюсам, а геострофический ветер – с запада на восток в обоих полушариях.

Таким образом, в верхней тропосфере и нижней стратосфере мы имеем два планетарных циклонических вихря с центрами близ полюсов и господствующий западный перенос воздуха. За исключением экваториальных широт, где дуют восточные ветры, т.к. в сравнительно узкой зоне вблизи экватора барический градиент будет направлен к экватору.

В стратосфере имеет место явление стратосферного обращения ветра. Это явление связано с сезонным изменением температуры стратосферы. Полярная стратосфера летом значительно теплее тропической (температура соответственно -45ºС и -70º–90ºС). Поэтому меридиональный барический градиент давления летом также меняется на противоположный. Это можно проследить, начиная с велопаузы или стратонуля (рисунок 72). В соответствии с направлением горизонтального барического градиента в верхней стратосфере над летним полушарием возникнет околополюсный антициклон и восточный перенос воздуха.

Зимой во всей толще стратосферы сохраняется западный перенос воздуха.

Рисунок 72 – Зональное распределение давления и потоков воздуха в стратосфере выше 20–25 км (летом Северного полушария). Справа – направление барического градиента вдоль меридиана

3. Центры действия атмосферы

На картах, отображающих распределение среднее многолетнее давление на уровне моря в январе или июле можно заметить, области повышенного или пониженного давления, которые очерчены замкнутыми изобарами. Такие области называются центрами действия атмосферы (ЦДА).

Центр действия атмосферы (ЦДА) – область низкого или высокого давления на многолетней средней карте, являющаяся статистическим результатом преобладания в данном районе барических систем одного знака над барическими системами другого знака.

Они делятся на перманентные и сезонные.

Перманентные (от лат. permanentis – постоянный, беспрерывный) – действуют в течении всего года. К таким относятся экваториальная депрессия, океанические субтропические антициклоны, океанические субполярные депрессии. Они могут иметь годовой ход интенсивности: субтропические мах летом развиты лучше и распространяются на более высокие широты; океанические депрессии высоких широт достигают наибольшей глубины зимой и слабо выражены на летних картах.

Сезонные – обнаруживаются на картах только летних или зимних месяцев. В противоположном сезоне меняют свой знак. Это сибирский и канадский максимумы, азиатский минимум и др.

На карте января экваториальная депрессия лежит между 15º с.ш. и 25º ю.ш., минимальные значения давления между 5 и 10º ю.ш. (давление ниже 1015 гПа). Обнаруживаются три области замкнутых изобар над южными материками.

Субтропические зоны повышенного давления 30–35º широты. В южном полушарии над океанами области замкнутых изобар, над материками – области относительно низкого давления. В северном полушарии над океанами замкнутые изобары (Азорский и Гавайский (Гонолульский) максимумы).

Умеренные и субполярные широты Южного полушария заняты почти сплошной зоной пониженного давления. В Северном полушарии – область пониженного давления только над океанами: Исландский и Алеутский минимумы; над материками область повышенного давления – Азиатский и Канадский максимумы.

Полярные широты заняты областью относительно повышенного давления, особенно над Антарктидой.

Среднее значение давления для Земли на уровне моря 1013,25 гПа, а на уровне местности – 982 гПа.

Общую циркуляцию атмосферы можно представить как несколько взаимосвязанных зональных звеньев:

Высокоширотное (полярное) звено простирается от полюсов до широт 65°. До высоты 2–3 км. Преобладают восточные ветры, выше – западный перенос. Особенно сильны восточные ветры в полярной области южного полушария в связи с наличием здесь ледяного покрова. В северном полушарии эти ветры имеют наибольшую скорость в Гренландии, Сибири и Канаде. Эти восточные, приносящие полярный воздух ветры, встречаясь с более теплыми, западными ветрами, образуют арктический фронт.

Среднеширотное (умеренное) звено расположено между 65 и 30–25º широты, т.е. между субтропическим полюсом высокого давления и поясом субполярной депрессии. В северном полушарии в этой области преобладает движение воздуха с юго-запада на северо-восток; в южном – с северо-запада на юго-восток. Эти ветры, обычно называемые западным переносом, удерживаются между 30 и 60° широты каждого полушария. В течение всего года в этой области часты бури, грозы и шквалы. Указанные ветры наблюдаются здесь в течении всего года, но их скорость зимой больше, чем летом. В южном полушарии зону, где наблюдаются эти ветры, называют «ревущие сороковые», т.к. ветры здесь весьма устойчивы и развивают над сплошной водной поверхностью, непрерывающейся крупными материками, особенно большую скорость. С высотой западный перенос усиливается. Междуширотный обмен тепла и холода осуществляют циклоны и антициклоны.

Низкоширотно е (тропическое) звено находится между 25–30º широты и экватором. Здесь господствуют пассаты: воздух вблизи земной поверхности двигается с сильной восточной составляющей к экватору. Над экватором наблюдается восходящее движение воздуха. Начиная с высоты 1–2 км. У тропиков и до верхней границы тропосферы у экватора, т.е. над пассатами дуют западные ветры.

1 от исп.Viento di pasada – ветер перехода; ветер, благоприятствующий переходу. В эпоху парусного флота пассаты, именно благодаря постоянству с успехом использовались мореплавателями

2 Жители Западной Европы знают, что «погода приходит с запада», поэтому спальные районы городов – западные, а промышленные – восточные.

3 в июле она распологается между 35° с.ш. и 5° ю.ш.; в январе – между 15° с.ш. и 25° ю.ш.; р <1013гПа; параллель с самым низким атмосферным давлением в июле – 15° с.ш., в январе – 5–10º ю.ш.

Объектами изучения общей циркуляции атмосферы являются перемещающиеся циклоны и анти­циклоны умеренных широт с их быстроизменяющейся метеорологической обстановкой: пассаты, муссоны, тропические циклоны и т. п. Типичные черты об­щей циркуляции атмосферы, устойчивые во времени или повторяющиеся чаще других, выявляются при осредне­нии метеорологических элементов за длительные много­летние периоды наблюдений,

На рис. 8, 9 приведено среднее многолетнее распре­деление ветра у земной поверхности в январе и июле. В январе, т. е. зимой, в Северном полушарии отчетливо видны гигантские антициклонические вихри над Север­ной Америкой и особенно интенсивный вихрь - над Центральной Азией. Летом антициклонические вихри над сушей разрушаются в связи с прогревом материка, а над океанами такие вихри значительно усиливаются и распространяются к северу.

В связи с тем, что в тропосфере воздух в экватори­альных и тропических широтах прогрет значительно ин­тенсивнее, чем в полярных областях, температура возду­ха и давление постепенно понижаются в направлении от экватора к полюсам.
Как говорят метеорологи, планетарный градиент тем­пературы и давления направлены в средней тропосфере от экватора к полюсам. (В метеорологии градиент тем­пературы и давления берется в обратном направлении, по сравнению с физикой.)
Воздух является легкоподвижной средой. Если бы Земля не вращалась вокруг своей оси, то в нижних сло­ях атмосферы воздух перетекал бы от экватора к полю­сам, а в верхних слоях возвращался бы обратно к эква­тору. Но Земля вращается с угловой скоростью 2п/86400 радиан в секунду. Частицы воздуха, переходя от низких широт в высокие, сохраняют большие линейные скоро­сти относительно земной поверхности, приобретенные в низких широтах, и поэтому отклоняются при своем движении к востоку. Образуется западно-восточный перенос воздуха в тропосфере, который отражен на рис. 10. Од­нако такой правильный режим течений наблюдается только на картах средних значений. «Моментальные снимки» воздушных течений дают очень разнообразные, каждый раз новые не повторяющиеся положения цик­лонов, антициклонов, воздушных потоков, зон встреч теплого и холодного воздуха, т. е. атмосферных фронтов. Атмосферные фронты играют большую роль в общей циркуляции атмосферы, поскольку в них проис­ходят значительные преобразования энергии воздушных масс из одного вида в другой.
На рис. 10 схематически представлено положение основных фронтальных разделов в средней тропосфере и у земной поверхности. С атмосферными фронтами и фронтальными зонами связаны многочисленные явления погоды. Здесь зарождаются циклонические и антицик­лонические вихри, происходит образование мощной облачности и зон осадков, усиление ветра. При прохожде­нии атмосферного фронта через данный пункт обычно отчетливо наблюдается заметное похолодание или по­тепление, резко изменяется весь характер погоды. Инте­ресные особенности обнаруживаются в структуре стра­тосферы.

Если в тропосфере у экватора располагаются теплы; воздушные массы, а у полюсов - холодные, то в стра­тосфере, особенно в теплую половину года, дело обстоит как раз наоборот, у полюсов здесь воздух относительно более теплый, а у экватора - холодный. Градиент тем­пературы и давления направлены в обратную по отно­шению к тропосфере сторону. Влияние отклоняющей си­лы вращения Земли, которое приводило в тропосфера к образованию западно-восточного переноса, создает в стратосфере зону восточно-западных ветров.

Наибольшие скорости ветра, а следовательно, и наи­большая кинетическая энергия воздуха наблюдаются в струйных течениях. Образно говоря, струйные те­чения - это воздушные реки в атмосфере, реки-, текущие у верхней границы тропосферы, в слоях, отделяющих тропосферу от стратосферы, т. е. в слоях, близких к тропопаузе (рис. 11 и 12). Скорость ветра в струйных те­чениях достигает 250 - 300 км/ч - зимой; и 100 - 140 км/ч - летом. Таким образом, тихоходный самолет, попадая в такое струйное течение, может лететь «вспять».

Протяженность струйных течений достигает несколь­ких тысяч километров. Ниже струйных течений в тропосфере наблюдаются более широкие и менее быстрые воздушные «реки» - планетарные высотные фронтальные зоны, также играющие большую роль в общей циркуляции атмосферы. Возникновение боль­ших скоростей ветра в струйных течениях и в планетар­ных высотных фронтальных зонах происходит из-за на­личия здесь большой разницы температур воздуха меж­ду соседними воздушными массами. Наличие разницы в температуре воздуха, или, как говорят, «температурно­го контраста», приводит к увеличению ветра с высотой. Теория показывает, что такое увеличение про­порционально горизонтальному градиенту температуры рассматриваемого слоя воздуха. В стратосфере в связи с обращением меридионального градиента температуры воздуха на обратный, интенсивность струйных течений идет на убыль, и они исчезают. Несмотря на большую протяженность планетарных высотных фронтальных зон и струйных течений, они, как правило, не опоясывают весь земной шар, а оканчиваются там, где горизонталь­ные контрасты температуры между воздушными масса­ми ослабевают. Наиболее часто и резко контрасты тем­пературы проявляются в полярном фронте, отделяющем воздух умеренных широт от тропического воздуха.

Планетарные высотные фронтальные зоны и струй­ные течения часто возникают в системе полярно­го фронта. Хотя в среднем планетарные высотные фрон­тальные зоны имеют направление с запада на восток, в конкретных случаях направление их осей весьма разно­образно. Чаще всего в умеренных широтах они имеют волнообразный характер. На рис. 13, 14 представлены положения осей высотных фронтальных зон в случаях устойчивого западно-восточного переноса и в случаях развитого меридионального обмена воздушных масс. Существенная особенность воздушных течений в стра­тосфере и мезосфере над экваториальной и тропической областями заключается в существовании там несколь­ких слоев воздуха с почти противоположным направле­нием сильных ветров. Возникновение и развитие этой многослойной структуры поля ветра здесь меняется че­рез определенные, но не вполне точно совпадающие про­межутки времени, что также может служить некоторым прогностическим признаком. Если добавить к этому, что явление резкого потепления в полярной стратосфере, ре­гулярно происходящее зимой, некоторым образом свя­зано с процессами в стратосфере, происходящими в тро­пических широтах, и с тропосферными процессами уме­ренных и высоких широт, то станет ясно, как сложно и прихотливо развиваются те атмосферные процессы, ко­торые непосредственно влияют на режим погоды в уме­ренных широтах.

Огромное значение для формирования атмосферных процессов большого масштаба имеет состояние подсти­лающей поверхности, особенно состояние верхнего дея­тельного слоя воды Мирового океана. Поверхность Ми­рового океана составляет почти 3/4 всей поверхности Земли (рис. 15).

Благодаря большой теплоемкости и способности легко перемешиваться, океанические воды надолго запа­сают тепло во время встреч с теплым воздухом в уме­ренных широтах и в течение всего года в южных широ­тах. Запасенное тепло с морскими течениями выносится далеко к северу и отепляет близлежащие районы.
Теплоемкость воды в несколько раз больше, чем теп­лоемкость почвы и горных пород, составляющих сушу. Нагретая водная масса служит как бы аккумулятором тепла, которым она снабжает атмосферу. Следует отме­тить при этом, что суша отражает солнечные лучи зна­чительно лучше, чем поверхность океана. Особенно хо­рошо отражает солнечные лучи поверхность снега и льда; 80-85% всей солнечной радиации, падающей на снег, отражается от него. Поверхность моря, наоборот, поглощает почти всю радиацию, которая на нее падает (55-97%). В результате всех этих процессов атмосфе­ра непосредственно от Солнца получает только 1/3 всей приходящей энергии. Остальные 2/3 энергии она получа­ет от нагретой Солнцем подстилающей поверхности, прежде всего от водной поверхности.
Передача тепла от подстилающей поверхности в атмос­феру происходит несколькими путями. Во-первых, большое количество солнечного тепла затрачивается на ис­парение влаги с поверхности океана в атмосферу. При конденсации этой влаги освобождается тепло, которое нагревает окружающие слои воздуха. Во-вторых, под­стилающая поверхность отдает тепло в атмосферу путем турбулентного (т. е. вихревого, неупорядоченного) теп­лообмена. В-третьих, тепло передается путем теплового электромагнитного излучения.
В результате взаимодействия океана с атмосферой в последней происходят важные изменения. Слой атмос­феры, в который проникает тепло и влага океана, в слу­чаях вторжения холодного воздуха на теплую океани­ческую поверхность достигает 5 км и более. В тех слу­чаях, когда на холодную водную поверхность океана вторгается теплый воздух, высота, на которую распрост­раняется влияние океана, не превышает 0,5 км. В слу­чаях вторжения холодного воздуха толщина его слоя, на которую распространяется влияние океана, зависит прежде всего от величины разности температуры вода - воздух. Если вода теплее воздуха, то развивается мощ­ная конвекция, т. е. неупорядоченные восходящие дви­жения воздуха, которые и приводят к проникновению тепла и влаги в высокие слои атмосферы. Наоборот, ес­ли воздух теплее воды, то конвекция не возникает и воздух изменяет свои свойства только в самых нижних слоях. Над теплым течением Гольфстрим в Атлантическом океане при вторжении очень холодного воздуха теплоотдача океана может доходить до 2000 кал/см2 в сутки и распространяется на всю тропосферу. Теплый воздух может потерять над холодной океанической по­верхностью 20-100 кал/см2 в сутки.
Изменение свойств воздуха, попадающего на теплую или холодную океаническую поверхность, происходит довольно быстро - такие изменения можно заметить на уровне 3 или 5 км уже через сутки после начала втор­жения. Какие же приращения температуры воздуха мо­гут быть в результате его трансформации (изменения) над водной подстилающей поверхностью? Оказывается, в холодное полугодие атмосфера над Атлантикой в сред­нем прогревается на 6°, а иногда может прогреться и на 20° в сутки. Охладиться атмосфера может на 2-10° в сутки. Подсчитано, что на севере Атлантическо­го океана, т. е. там, где происходит наиболее интенсивная передача тепла от океана в атмосферу, океан отдает в 10-30 раз тепла больше, чем получает его от атмос­феры. Естественно при этом, что запасы тепла в океане восполняются притоком теплых океанических вод из тропических широт. Потоки воздуха распространяют по­лученное от океана тепло на тысячи километров. Отеп­ляющее’ влияние океанов в зимнее время приводит к тому, что разница температуры воздуха между северо-восточными частями океанов и континентов составляет на широтах 45-60° у земной поверхности 15-20°, в сред­ней тропосфере 4-5°. Хорошо изучено, например, отеп­ляющее влияние океана на климат Северной Европы.
Северо-западная часть Тихого океана зимой находит­ся под влиянием холодного воздуха Азиатского конти­нента, так называемого зимнего муссона, распро­страняющегося на 1-2 тыс. км в глубь океана в привод­ном слое и на 3-4 тыс. км в средней тропосфере (рис. 16).

Летом над океаном холоднее, чем над материками, поэтому воздух, поступающий с Атлантического океана, охлаждает Европу, а воздух Азиатского континента утепляет Тихий океан. Однако описанная выше картина ха­рактерна для средних условий циркуляции. Междусуточ­ные изменения в величине и в направлении потоков теп­ла от подстилающей поверхности в атмосферу и обрат­но очень разнообразны и оказывают большое влияние на изменение самих атмосферных процессов. Существуют гипотезы, согласно которым особенности развития теплообмена между различными участками подстилаю­щей поверхности и атмосферой обусловливают устойчи­вый характер атмосферных процессов в течение длитель­ных промежутков времени.
Если над аномально (свыше нормы) теплой водной поверхностью той или иной части Мирового океана в умеренных широтах Северного полушария воздух прог­ревается, то в средней тропосфере образуется область повышенного давления (барический гребень), по восточ­ной периферии которого начинается перенос холодных масс воздуха из Арктики, а по западной его части - пе­ренос теплого воздуха из тропических широт к северу. Такая ситуация может привести к сохранению у земной поверхности в определенных районах длительной анома­лии погоды - сухой и жаркой или дождливой и прох­ладной летом, морозной и сухой или теплой и снежной зимой.
Весьма значительную роль в формировании атмос­ферных процессов путем регулирования поступления солнечного тепла к земной поверхности играет облач­ность. Облачный покров значительно увеличивает долю отраженной радиации и этим уменьшает нагрев земной поверхности, что, в свою очередь, влияет на характер синоптических процессов. Получается некоторое подобие обратной связи: характер циркуляции атмосферы влияет на создание облачных систем, а облачные систе­мы, в свою очередь, влияют на изменение циркуляции. Мы перечислили только главнейшие из изучаемых «зем­ных» факторов, влияющих на формирование погоды и циркуляции воздуха.
Особую роль в исследовании причин изменения об­щей ЦИРКУЛЯЦИИ атмосферы играет деятельность Солнца. Здесь следует различать изменения циркуляции воздуха на Земле в связи с изменениями общего потока тепла, приходящего от Солнца на Землю в результате колебаний величины так называемой солнечной постоянной. Однако, как показывают последние исследования, в действительности она не является строго постоянной величиной.
Энергия циркуляции атмосферы непрерывно попол­няется за счет энергии, посылаемой Солнцем. Поэтому, если суммарная энергия, посылаемая Солнцем, колеб­лется в значительных размерах, то это может сказаться на изменении циркуляции и погоды на Земле. Этот воп­рос еще недостаточно изучен.
Что касается изменения солнечной активности, то хо­рошо известно, что на поверхности Солнца возникают различные возмущения, солнечные пятна, факелы, флокулы, протуберанцы и т. п. Эти возмущения вызывают временные изменения состава солнечной радиации, уве­личивается ультрафиолетовая составляющая и корпу­скулярное (т. е. состоящее из заряженных частиц, глав­ным образом протонов) излучение Солнца.
Некоторые метеорологи считают, что изменение сол­нечной активности связано с тропосферными процессами в атмосфере Земли, т. е. с погодой.
Последнее утверждение нуждается в дополнитель­ных исследованиях, главным образом вследствие того факта, что хорошо проявляющийся 11-летний цикл сол­нечной активности не четко выявляется в погодных ус­ловиях на Земле. Однако считать влияние изменения солнечной активности на тропосферные процессы пол­ностью невозможным из-за сложности вопроса и неяс­ности механизма такого влияния, очевидно, было бы не­правильно. Известно, что существуют целые школы метеорологов-прогнозистов, довольно удачно предсказы­вающих погоду в связи с изменениями солнечной актив­ности.

Атмосфера - наиболее подвижная, динамичная часть географической оболочки. Это объясняется, во-первых, ее газообразным состоянием, во-вторых, спецификой ее теплового режима. Атмосфера нагребается преимущественно снизу, от земной поверхности, поэтому в ней часто возникают вертикальные, а следовательно, и горизонтальные движения.

Тепловые машины. В механическую энергию атмосферных движений переходит 1-2 % усваиваемой земной поверхностью солнечной энергии. Переход осуществляется в процессе работы так называемых тепловых машин. Разработка идеи о тепловых машинах географической оболочки принадлежит советскому ученому академику В. В. Шулейкину. Тепловой машиной называют систему, в которой тепловая энергия превращается в механическую. Каждая тепловая машина состоит из двух основных элементов нагревателя и холодильника, которые связываются между собой потоком вещества - теплоносителя. Благодаря разности температур теплоноситель перемещается от нагревателя к холодильнику, а вместе с ним переносится и теплота, часть теплоты при этом расходуется на движение теплоносителя.

Наиболее крупной тепловой машиной в географической оболочке является система экватор - полюсы. Ее называют тепловой машиной первого рода. С ней связаны наиболее масштабные движения в атмосфере. Различия в нагревании материков и океанов приводят к возникновению тепловых машин второго рода. С ними связывают возникновение муссонов в умеренных и субтропических широтах. Однако существуют и другие представления о природе возникновения муссонов.

В географической оболочке существует множество других тепловых контрастов: внутренний водоем - окружающая его суша, горы - равнины, ледники - поверхности без льда и т. д. В каждом таком случае можно говорить о своего рода тепловой машине, в которой происходит преобразование части тепловой энергии в механическую.

Коэффициент полезного действия тепловых машин в географической оболочке невелик. Это объясняется как небольшой разницей температур нагревателей и холодильников, так и большими потерями энергии на теплообмен с окружающей средой. Возникновение движения воздуха в атмосферных тепловых машинах рассмотрим на упрощенном примере.

Как известно, давление в любой точке атмосферы равно весу вышележащего столба воздуха. При равномерном нагревании земной поверхности и атмосферы изменение давления с высотой происходит одинаково во всех точках, что можно изобразить с помощью изобар (линий, соединяющих точки с одинаковым атмосферным давлением), проведенных на вертикальном разрезе атмосферы (рис. III. 6, а). Поступление дополнительного тепла в точку В приведет к расширению воздуха и к подъему изобар вверх (рис. III. 6, б). Это не вызовет изменения давления у земной поверхности, однако в атмосфере возникнет разность давления по горизонтали, причем горизонтальный барический градиент будет направлен в сторону точки А. Перенос воздуха в этом направлении на высоте приведет к увеличению массы воздуха над точкой А, а следовательно, и к увеличению давления воздуха в этой точке (т. е. на уровне земной поверхности). Теперь уже у земной поверхности возникает барический градиент, но направленный в противоположную сторону, т. е. к точке Б (рис. III. 6, в). Соответственно в этом направлении начнется перенос воздуха у земной поверхности.

Таким образом в теплых районах у земной поверхности возникают области пониженного давления, в холодных - повышенного, а на высоте - наоборот. Так образуются замкнутые вертикальные конвективные ячейки (кольца) циркуляции - элементарные тепловые машины.

Крупномасштабные вертикальные кольца циркуляции наблюдаются в низких широтах. В экваториальной зоне воздух поднимается вверх. В верхней тропосфере он направляется в сторону тропиков в виде антипассата. На широте 30-35° происходит опускание воздуха, откуда он направляется к экватору в виде пассата (см. рис. III. 8). Это вертикальное кольцо циркуляции было названо ячейкой Гадлея в честь английского ученого XVIII в., изучавшего пассатную циркуляцию. В наше время выяснилось, что пассаты и антипассаты связаны не только с процессами в вертикальных конвективных ячейках, т. е. с процессами термической природы, но и с динамическими процессами. Подробнее этот вопрос разбирается на занятиях по метеорологии и климатологии.

Основные закономерности атмосферной циркуляции. Совокупность движений атмосферного воздуха образует атмосферную циркуляцию. Основа ее возникновения - неравномерное распределение тепла в атмосфере, т. е. термический фактор. Возникающие движения преобразуются далее под влиянием отклоняющей силы вращения Земли (силы Кориолиса), трения о земную поверхность и ряда других факторов и приобретают сложную структуру.

Общее представление о закономерностях движений воздуха можно получить на основе анализа среднего многолетнего распределения атмосферного давления и преобладающих ветров у земной поверхности в январе и июле (см. Физико-географический атлас мира, с. 40-41). В распределении атмосферного давления проявляются две основные закономерности: с одной стороны, зональность, с другой - влияние материков и океанов. Зональность четко прослеживается на рис. III. 7, где приведена осредненная по широте величина атмосферного давления. Наблюдается чередование зон высокого и низкого давления. В области экватора давление ниже, чем в окаймляющих его тропических и субтропических областях. Высокое давление в этих поясах сменяется низким в умеренных и субполярных широтах. К полюсам происходит небольшое увеличение давления. Соответственно такому распределению давления формируется система ветров (см. Физико-географический атлас мира, с. 40-41). От субтропической области высокого давления в сторону экватора направлены пассаты, отклоняющиеся от градиента давления под действием силы Кориолиса и приобретающие восточную составляющую. В умеренных широтах господствующий перенос - западный, в полярных- восточный. Следует подчеркнуть, что это - осредненная картина, которая полностью совпадает с реальным распределением лишь в отдельные моменты. Изменчивость и непостоянство - характерные черты атмосферной циркуляции.

Не следует думать, что в природе существует простая причинная цепь: неоднородность в распределении тепла - распределении давления - распределении ветров. В общем виде такая последовательность возникновения цепи физических воздействий действительно наблюдается, однако реальное распределение трех названных характеристик зависит от их взаимодействия между собой и со многими другими факторами. Например, исходное распределение тепла мы связываем обычно с поступлением солнечной радиации на земную поверхность. Оно создает термическую неоднородность и тем самым обусловливает возникновение разности атмосферного давления, а следствием последней является ветер. Ветер, возникнув как результат перечисленных выше факторов, сам становится мощным фактором, воздействующим на первые два. Воздушные массы переносят тепло, влагу, минеральные соли и тем самым перераспределяют энергию на поверхности Земли. Последнее в свою очередь вызывает перераспределение атмосферного давления и системы ветров. На эти процессы влияет облачность - мощный регулятор радиационного и теплового обмена между земной поверхностью, атмосферой и космическим пространством. В результате картина настолько усложняется, что однозначно невозможно определить цепь причинно-следственных событий.

В средних и высоких широтах перенос воздуха в больших масштабах осуществляется в виде вихревых потоков - циклонов и антициклонов. Циклон - движущаяся восходящая система потоков воздуха, образующих спираль, закручивающуюся в южном полушарии по часовой стрелке, в северном - против часовой стрелки. Поэтому в северном полушарии при перемещении циклонов с запада на восток (это доминирующее направление движения циклонов в широкой полосе от 40 до 80° широты) в передней части циклона происходит перенос воздуха с юга на север, в тыловой - с севера на юг. В южном полушарии наблюдается аналогичный процесс с той лишь разницей, что в передней части наблюдается заток воздуха с севера на юг, в тыловой - с юга на север. Одновременно в циклонах осуществляются вертикальные движения - в центральной части циклона воздух поднимается вверх.

В антициклонах воздух движется по спирали от центра, где наблюдается высокое давление. Одновременно происходит опускание воздуха над центром антициклона.

В циклонах и антициклонах формируются особые погоды. На территории, занятой циклоном, наблюдается низкое давление, как правило, выпадают атмосферные осадки, происходит резкая смена направления и скорости ветра. Для антициклонов характерно высокое давление, чаще всего малооблачная устойчивая погода без осадков.

Распространение циклонов и антициклонов на земной поверхности характеризуется определенными закономерностями. В областях преимущественного распространения циклонов на климатических картах вырисовываются минимумы давления (Физико-географический атлас, с. 40-41), в областях распространения антициклонов - максимумы давления. Соответственно минимумам и максимумам распределяются атмосферные осадки (там же, с.42- 43). Увеличение осадков в циклонах связано с поднятием воздуха на атмосферных фронтах. В процессе поднятия воздух охлаждается. При определенной температуре происходит конденсация или сублимация содержащегося в воздухе водяного пара. Образовавшиеся водяные капли или кристаллы льда при достижении достаточных размеров падают на земную поверхность. В антициклонах воздух опускается, сжимается, благодаря этому нагревается и удаляется от точки насыщения.

В экваториальной зоне вследствие малых значений силы Кориолиса (sin ф составляет один из множителей в выражении, определяющем эту силу) циклоны и вообще вихревые системы не образуются. Большое количество атмосферных осадков в этой зоне связано с конвективным поднятием воздуха.

Таким образом, основные (фоновые) закономерности распределения атмосферных осадков связаны с характером циркуляционных процессов. Карта атмосферных осадков позволяет увидеть множество деталей в их распределении, связанных с влиянием рельефа и других факторов.

На рис. III. 8 дана схема общей циркуляции атмосферы с учетом основных типов движения в атмосфере (пассатов, вихревых систем, восточных ветров в полярных районах и вертикальных колец). В целом циркуляция атмосферы складывается из зональных, меридиональных и вертикальных движений. Зональные движения (вдоль параллелей) преобладают. Они на порядок интенсивнее меридиональных и на два порядка - вертикальных. Хотя меридиональные движения и слабее зональных, их значение велико. Меридиональные потоки осуществляют межширотный обмен воздуха. Именно благодаря меридиональному переносу (который имеет место и в океане) реальное распределение температуры на земной поверхности менее контрастное, чем солярное, - теоретически рассчитанное по радиационному переносу энергии (табл. III. 1).

Вертикальные движения (их главные потоки изображены на рис. III. 8 в виде колец) сильно уступают горизонтальным движениям по интенсивности. Однако они также играют исключительно важную роль, поскольку без них вообще была бы невозможна циркуляция атмосферы.

Типы атмосферной циркуляции. В отдельные периоды соотношение между зональными и меридиональными потоками в атмосфере меняется. Соответственно этому исследователи выделяют несколько типов атмосферной циркуляции, которые можно свести к двум основным - широтному (зональному) и меридиональному.

При широтном типе циркуляции контрасты между низкими и высокими широтами возрастают, а погодные условия характеризуются сравнительно слабой изменчивостью. При меридиональном типе циркуляции обмен воздушными массами между теплыми и холодными районами обусловливает резкую изменчивость погоды, а вследствие этого - и резкую изменчивость всего комплекса физико-географических процессов.

Типы атмосферной циркуляции постоянно сменяют друг друга. Однако в течение нескольких, следующих друг за другом лет (до 15) часто наблюдается преобладание (иногда весьма четко выраженное) одного типа циркуляции. Причина чередования типов не совсем ясна. Возможно, что она связана с солнечной активностью. Высказываются предположения и о существовании в атмосфере (лучше сказать в системе атмосфера - океан - земная поверхность) собственных ритмов.

В последние 15-20 лет на земном шаре отмечено учащение экстремальных явлений погоды (сильные засухи и одновременно исключительно дождливые сезоны, частые ураганы, жестокие морозы и др.). Некоторые ученые связывают их с деятельностью человека, все в более широких масштабах воздействующего на природную среду. Другие считают, что они обусловлены преобладанием в современную эпоху меридионального типа циркуляции (один из этапов колебания климата), вызывающего экстремальные процессы в атмосфере вследствие более активного обмена холодных полярных и теплых тропических масс воздуха.

В атмосфере наблюдаются также местные циркуляции - движения воздуха, связанные с формами рельефа, ледниками, взаимодействием суши и водоемов и другими факторами. Они получили название горно-долинных, склоновых и ледниковых ветров, бризов, фенов и др. Их роль в перераспределении на земной поверхности тепла, влаги и других параметров также значительна, хотя и имеет локальный характер.

Однако, несмотря на постоянные переносы воздуха, в целом ат-мосфера сохраняет состояние, близкое к равновесному. Все переносы связаны между собой и образуют гигантский атмосферный круговорот. Механическая энергия атмосферы постепенно рассеивается и превращается в теплоту, которая затем преобразуется в длинноволновое излучение и направляется в Космос или к земной поверхности. Другая часть механической энергии передается океану при трении воздушных масс о водную поверхность.

Если бы поступление солнечной энергии не возобновляло термическую неоднородность земной поверхности, атмосферная циркуляция вскоре бы прекратилась (примерно за две недели). Еще быстрее это произошло бы на невращающейся Земле при отсутствии силы Кориолиса. Однако непрерывное поступление солнечной радиации к Земле приводит к постоянному воспроизведению основных элементов циркуляции.

Содержание статьи

АТМОСФЕРЫ ЦИРКУЛЯЦИЯ. Основными факторами, влияющими на формирование климата Земли, является солнечная радиация, циркуляция атмосферы и характер подстилающей поверхности. При их совместном влиянии формируется климат в различных районах земного шара. Количество поступающего солнечного тепла зависит от ряда факторов. Определяющим является угол падения солнечных лучей. Поэтому на низких географических широтах поступает значительно больше солнечной энергии, чем на средних и тем более высоких широтах.

Общей циркуляцией атмосферы называют замкнутые течения воздушных масс в масштабах полушария или всего земного шара, приводящие к широтному и меридиональному переносу вещества и энергии в атмосфере. Главной причиной возникновения воздушных течений в атмосфере служит неравномерное распределение тепла на поверхности Земли, что приводит к неодинаковому нагреванию почвы и воздуха в различных поясах земного шара. Таким образом, солнечная энергия является первопричиной всех движений в воздушной оболочке Земли. Кроме притока солнечной энергии к важнейшим факторам, вызывающим возникновение ветра, относятся также вращение Земли вокруг своей оси, неоднородность подстилающей поверхности и трение воздуха о почву. В земной атмосфере наблюдаются воздушные движения самых различных масштабов – от десятков и сотен метров (местные ветры) до сотен и тысяч километров (циклоны, антициклоны, муссоны, пассаты, планетарные фронтальные зоны). Простейшая схема глобальной циркуляции атмосферы была составлена более 200 лет назад. Ее основные положения не потеряли своего значения и до сих пор.

Современные принципы классификации форм атмосферной циркуляции северного полушария Вангенгейма – Гирса. Воздушные массы постоянно перемещаются вокруг земного шара. На скорость их движения влияет неравномерность поступления солнечной радиации и поглощение ее различными участками подстилающей поверхности и атмосферы, вращение Земли, термическое и динамическое взаимодействие атмосферы с подстилающей поверхностью, в том числе и взаимодействие с океаном.

Основной причиной атмосферных движений является неоднородность нагревания различных участков поверхности Земли и атмосферы. Подъем теплого и опускание холодного воздуха на вращающейся Земле сопровождается формированием циркуляционных систем различного масштаба. Совокупность крупномасштабных атмосферных движений получила название общей циркуляции атмосферы.

Атмосфера получает тепло путем поглощения солнечной радиации, за счет конденсации водяного пара и благодаря теплообмену с подстилающей поверхностью. Поступление скрытой теплоты в атмосферу зависит от подъема влажного воздуха. Так тропическая зона Тихого океана является мощным источником тепла и влаги для атмосферы. Значительная теплопередача от поверхности океана происходит зимой там, где холодные воздушные массы приходят в районы теплых морских течений.

Одним из наиболее крупномасштабных звеньев общей циркуляции атмосферы является циркумполярный вихрь. Его формирование обусловлено очагами холода в полярной области и очагами тепла в тропической зоне. Циркумполярное движение и его проявление – западный перенос – являются устойчивой и характерной особенностью общей атмосферной циркуляции. В 1930-е были начаты обстоятельные исследования общей циркуляции атмосферы путем деления всех синоптических процессов на элементарные (ЭСП) и обобщение их в трех формах циркуляции: западной (W), восточной (Е) и меридиональной (С). Процессы западной формы (W) характеризуются развитием зональных составляющих циркуляции и быстрым смещением с запада на восток барических образований. При развитии меридиональных форм циркуляции, когда формируются стационарные волны большой амплитуды, наблюдаются процессы формы Е и С. Распределение воздушных течений на земном шаре тесно связано с распределением давления, температуры и характером циклонической деятельности. Следовательно, в распределении ветра у Земли должна быть определенная зональность. Но фактические направления ветров зимой и летом отличаются от реальных ветров в зональной схеме. Наиболее четкую зональность имеют ветры в приэкваториальной зоне. В северном полушарии зимой и летом преобладают ветры северо-восточного направления, а в южном – ветры юго-восточного направления – пассаты. Яснее всего пассаты выражены над Тихим океаном. Над материками и вблизи них пассаты нарушаются другой системой течений – муссонами, которые возникают из-за циклонической деятельности, связанной с большим перепадом температуры между морем и сушей. Зимой муссон направлен с континента на океан, а летом – с океана на континент. Муссонный перенос воздушных масс представлен в прибрежных районах Восточной Азии и, в частности, в Приморье. Воздушные массы перемещаются как у поверхности Земли, так и на больших высотах от Земли и не только в горизонтальном направлении, но и в вертикальном. Несмотря на то, что вертикальные скорости движения воздуха малы, они играют важную роль в обмене воздуха по вертикали, образовании облаков, осадков и других погодных явлений. Есть и другие особенности в распределении вертикальных движений. Анализ синоптических карт показал, что температурные контрасты полюс – экватор неравномерно распределены по широте. Наблюдается сравнительно узкая зона, где сконцентрирована значительная часть энергии атмосферной циркуляции. Здесь отмечаются максимальные значения барических градиентов, а следовательно, и скоростей ветра. Для таких областей было введено понятие высотной фронтальной зоны (ВФЗ), а связанные с ней сильные западные ветры стали называть струйными течениями или струями. Обычно скорость ветра вдоль оси струи превышает 30 м/с, вертикальный градиент скорости ветра превышает 5 м/с на 1 км, а горизонтальный градиент скорости достигает 10 м/с и более на 100 км. ВФЗ занимает большие географические пространства: ширина ее 800–1000 км, высота 12–15 км и длина 5–10 тыс. км. ВФЗ включает в себя обычно один или несколько фронтов и является местом возникновения подвижных фронтальных циклонов и антициклонов, перемещающихся по направлению основного (ведущего) потока. В периоды сильного развития меридиональности процессов ВФЗ как бы «извивается», огибая высотные гребни с севера и ложбины с юга.

Общая циркуляция атмосферы представляет собой систему крупномасштабных воздушных течений над земным шаром. Эта система доступна изучению с помощью ежедневных синоптических карт, а также находит отображение на средних многолетних картах для земной поверхности и тропосферы.

Воздушные течения.

С планетарным распределением давления связана сложная система воздушных течений. Некоторые из них сравнительно устойчивы, а другие постоянно изменяются в пространстве и во времени. К устойчивым воздушным течениям относятся пассаты, которые направлены от субтропических широт обоих полушарий к экватору, и муссоны в средних широтах преобладают воздушные течения западного направления (с Запада на Восток), в которых возникают крупные вихри – циклоны и антициклоны, обычно простирающиеся на сотни и тысячи километров. Циклоны наблюдаются и в тропических широтах, где они отличаются меньшими размерами, но особенно большими скоростями ветра, часто достигающими силы урагана (т.н. тропические циклоны). В верхней тропосфере и нижней стратосфере часто возникают сравнительно узкие (в сотни километров шириной) струйные течения, с резко очерченными границами, в пределах которых ветер достигает больших скоростей до 100–150 м/с.

Пассаты

(немецкий, единственное число Passat, вероятно, от испанского viento de pasade) – ветер, благоприятствующий переезду), устойчивые на протяжении года воздушные течения в тропических широтах над океанами. В Северном полушарии направление пассатов преимущественно северо-восточное, в Южном – юго-восточное. Между пассатами Северного и Южного полушарий – внутритропическая зона конвергенции; над пассатами в противоположном им направлении дуют антипассаты.

Муссоны

– система воздушных течений, в которой в одном сезоне преобладают ветры одного направления, а в другом – прямо противоположного или близкого к нему. Слово муссон происходит от арабского маусим, что значит сезон. В течение многих столетий арабские моряки называли этим словом систему ветров над Аравийским морем и Бенгальским заливом. В летние месяцы там дуют ветры с юго-запада, а в зимние – с северо-востока. О муссонах жители Ближнего Востока и Индии знали очень давно. Еще в 4–3 вв. до н.э. индийские и персидские мореплаватели использовали закономерности смены ветров при плавании в Аравийском море. В 1 и 2 вв. н.э. сложился великий муссонный путь от берегов Индии в Южно-Китайское море и Китай. Индийские, малайские и китайские мореплаватели летом вели по нему свои парусные суда на восток, а зимой на – запад. Внимание, которое в течение столетий в разных частях мира уделяется муссонам, связано не только с сезонной сменой преобладающих ветров, но и с закономерностями выпадения дождей в период муссона. Отсутствие муссонных дождей приводит к засухам, потере урожая, обмелению рек. В то же время слишком интенсивный муссон с бурными, продолжительными ливнями вызывает наводнения. Специфические признаки муссона – его устойчивость в течение сезона и смена от одного полугодия к другому, т.е. именно его сезонность. Причины муссонных ветров и смена их направления по сезонам связаны с годовым ходом Солнца и приходом солнечного излучения на земную поверхность.

Муссоны распространены в тропиках на огромных территориях от Западной Африки до Юго-Восточной Азии и Индонезии. Муссонная составляющая общей циркуляции атмосферы оказывает существенное влияние и на формирование климата восточных районов азиатского побережья России. Наиболее четко такой муссонный перенос и смена материкового и морского влияния выражены на юге Дальнего Востока и особенно в Приморском крае. В этих широтах муссон можно разделить на две фазы – зимнюю и летнюю: Азия «выдыхает» воздух зимой и «вдыхает» летом. Зимой наиболее ярко проявляется влияние континента. По мере остывания Евразийского материка над ним все чаще формируются области высокого атмосферного давления. Преобладание таких областей ведет к тому, что на картах атмосферного давления при осреднении за зимние месяцы здесь прослеживается огромная область высокого давления, названная сибирским или азиатским антициклоном. В это время здесь формируется мощный северо-западный поток континентального воздуха, с вертикальной мощностью до 4 км – зимний муссон. Летом муссонный перенос в данных широтах обычно возникает вследствие взаимодействия дальневосточной депрессии (области пониженного давления, формирующейся главным образом в бассейне Амура) и областями повышенного давления над окраинными морями (Японским и Охотским) и северо-западной частью Тихого океана. Максимум циклонической деятельности в южных районах Дальнего Востока приходится на лето и весну, минимум – на зиму и осень. Прогрев материка в летний период, меридиональное расположение горных хребтов, в частности, Сихоте-Алиня, образование антициклонов над окраинными морями приводит к тому, что циклоны, смещающиеся с западных районов, замедляют здесь свое движение, блокируются. Эти причины способствуют формированию летней дальневосточной депрессии. Основной особенностью климата южной части российского Дальнего Востока является выпадение осадков преимущественно в теплое время года: с июня по сентябрь выпадает более 60% их годового количества, причем характерной особенностью муссонного климата является то, что в самый дождливый месяц года выпадает осадков почти в 50 раз больше, чем в самый сухой. В континентальном климате это соотношение едва достигает четырех.

Циклон

(от греческого kyklon – кружащийся) – область пониженного давления в атмосфере с минимумом в центре. Поперечник циклона – несколько тысяч километров. Характеризуется системой ветров, дующих против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой – в Южном. Погода при циклонах преобладает пасмурная с сильными ветрами. Это связано с особенностями распределения давления и характером циркуляции воздуха.

Под влиянием трения в нижних слоях атмосферы в циклоне наблюдается, помимо кругового движения воздуха, еще и движение от периферии к центру, и поэтому возникает постоянное вертикальное, восходящее, движение воздуха и его охлаждение по мере подъема. Воздух, охлаждаясь, становится влагонасыщенным, в нем образуются облака, дающие осадки. В циклонах, особенно вблизи их центров, всегда велика разность давления между центром и периферией (т.е. велики так называемые горизонтальные градиенты давления) и, следовательно, постоянно наблюдаются сильные порывистые ветры (вихри). По своему происхождению вихри разделяются на две основные группы: тропические (ураганы, тайфуны) и циклоны умеренных широт.

Тропические циклоны.

Родина тропических вихрей – океанские просторы в приэкваториальной области примерно между 10–15° северной и южной широт, их диаметр – несколько сотен километров, а высота – от 5 до 15 км. Тропические циклоны могут возникать в любое время года в тропических частях всех океанов, за исключением юго-восточной части Тихого океана и южной части Атлантики. Наиболее часто (в 87% случаев) тропические циклоны возникают между широтами 5° и 20°. В более высоких широтах они возникают лишь в 13% случаев. Никогда не отмечалось возникновение циклонов севернее 35° северной широты и южнее 22° южной широты. Тропические циклоны, достигшие значительной интенсивности, в каждом районе имеют свое название. В восточной части Тихого океана и в Атлантике их называют ураганами (от испанского слова «уракан» или английского «харикейн»), в странах полуострова Индостан – циклонами или штормами, на Дальнем Востоке – тайфунами (от китайского слова «тай», что означает сильный ветер). Есть и менее распространенные местные названия: «вилли-вилли» – в Австралии, «вилли-вау» – в Океании и «багио» – на Филиппинах. Тайфунам Тихого океана и ураганам Атлантики присваивают имена согласно установленным спискам. Для тайфунов используются четыре списка имен, для ураганов установлен один. Каждому тайфуну или урагану, образовавшемуся в данном календарном году, кроме имени присваивается порядковый номер двухзначная цифра года: например, 0115, что означает пятнадцатый по счету номер тайфуна в 2001.

Чаще всего они образуются в северной части тропической зоны Тихого океана: здесь, в среднем, за год прослеживается около 30 циклонов. В умеренные широты тропические циклоны выходят в период с конца июня по начало октября, а наиболее активны в августе-октябре. Отличительной особенностью циклонов этой группы является то, что они термически однородны (т.е. нет температурных контрастов между различными частями вихря), в них сосредоточено колоссальное количество энергии, они приносят с собой штормовые ветры и сильные осадки.

Тропические циклоны образуются там, где наблюдается высокая температура поверхности воды (выше 26°), а разность температур вода-воздух более 2°. Это приводит к усилению испарения, увеличению запасов влаги в воздухе, что, в известной степени, определяет накопление тепловой энергии в атмосфере и способствует вертикальному подъему воздуха. Появляющаяся мощная тяга увлекает все новые и новые объемы воздуха, нагревшиеся и увлажнившиеся над водной поверхностью. Вращение Земли придает подъему воздуха вихревое движение, и вихрь становится подобным гигантскому волчку, энергия которого грандиозна. Центральную часть воронки называют «глазом бури». Это феноменальное явление, которое поражает особенностями своего «поведения». Когда глаз бури хорошо выражен, на его границе осадки внезапно прекращаются, небо проясняется, а ветер значительно ослабевает, иногда до штиля. Форма глаза бури может быть самой разной, она постоянно меняется. Иногда встречается даже двойной глаз. Средний диаметр глаза бури в хорошо развитых циклонах равен 10–25 км, а в разрушительных он составляет 60–70 км.

Тропические циклоны в зависимости от их интенсивности:

1. Тропическое возмущение – скорости ветра небольшие (менее 17 м/с).

2. Тропическая депрессия – скорость ветра достигает 17–20 м/с.

3. Тропический шторм – скорость ветра до 38 м/с.

4. Тайфун (ураган) – скорость ветра превышает 39 м/с.

В жизненном цикле тропического циклона выделяют четыре стадии:

1. Стадия формирования. Начинается с появления первой замкнутой изобары (изобара – линия равного давления). Давление в центре циклона опускается до 990 гПа. Лишь около 10% тропических депрессий получает дальнейшее развитие.

2. Стадия молодого циклона или стадия развития. Циклон начинает быстро углубляться, т.е. отмечается интенсивное падение давления. Ветры ураганной силы образуют вокруг центра кольцо радиусом 40–50 км.

3. Стадия зрелости. Падение давления в центре циклона и увеличение скорости ветра постепенно прекращаются. Область штормовых ветров и интенсивных ливней увеличивается в размерах. Диаметр тропических циклонов в стадии развития и в зрелой стадии может колебаться от 60–70 км до 1000 км.

4. Стадия затухания. Начало заполнения циклона роста давления в его центре). Затухание происходит при перемещении тропического циклона в зону более низких температур поверхности воды или при переходе на сушу. Это связано с уменьшением притока энергии (тепла и влаги) с поверхности океана, а при выходе на сушу еще и с увеличением трения о подстилающую поверхность.

Двигаясь в сторону умеренных широт, тропические циклоны постепенно теряют свою силу и затухают.

Тайфуны.

К числу наиболее мощных и разрушительных тропических циклонов относятся тайфуны, они возникают над океаном к северо-востоку от Филиппин. Средняя продолжительность существования тайфуна составляет 11 дней, а максимальная – 18 дней. Минимальное давление, наблюдавшееся в таких тропических циклонах, колеблется в широких пределах: от 885 до 980 гПа. Максимальные суточные суммы осадков достигают 400 мм, а скорость ветра – 20–35 м/с. Основной сезон выхода тайфунов в умеренные широты с июля по сентябрь.

Торнадо.

Сильные штормы на Земле могут вызвать появление необычных, небольших по размерам, но неистовых облаков. Торнадо кружатся со скоростью сотен километров в секунду, а когда они достигают поверхности Земли, сметают практически все на своем пути вдоль длинной и узкой полосы следования. Как правило, торнадо длятся не более нескольких минут, но самые сильные и опасные из них могут продолжаться часами.

Циклоны умеренных широт.

Циклоны умеренных широт менее опасны, они возникают преимущественно в зонах атмосферных фронтов, где встречаются две различные воздушные массы. В северном полушарии самые обширные циклоны обычно наблюдаются над акваториями Атлантического и Тихого океанов. Повторяемость их зависит от времени года и географического района. В среднем, в северном полушарии циклоны над европейской частью континента более часты зимой, над Азиатской – летом. Циклоны имеют диаметр порядка 2–3 тыс. км и более.

Погода в циклоне внетропических широт неоднородна: различают переднюю и тыловую части циклона, левую и правую – по отношению к направлению его движения. В передней части циклона преобладают сплошная слоистообразная облачность теплого фронта, обложные осадки с ветрами южной четверти горизонта. В тылу циклона, за холодным фронтом, погода отличается неустойчивостью, с выпадением осадков ливневого типа, порывистым ветром северо-западной и северной четвертей; облачность может быть с разрывами и даже с кратковременными прояснениями, а летом – конвективного типа. Левая (чаще всего северная) часть циклона характеризуется условиями погоды, которые можно назвать промежуточными между передней и тыловой частями циклона; преобладают ветры восточной и северо-восточной четверти, облака сплошные, осадки обложные, выпадающие с перерывами и постепенно переходящие в кратковременные ливневого типа. Правая южная часть циклона некоторый период его жизни является «теплым сектором» – она заполнена теплой воздушной массой, которая со временем вытесняется наверх. Здесь, в зависимости от сезона и типа воздушной массы, погода может быть разнообразной, но преимущественно без существенных осадков, с туманами или низкой тонкой слоистой облачностью, нередко безоблачная и всегда теплая, с ветрами южной и юго-западной четверти.

Антициклон

– область повышенного давления в атмосфере с максимумом в центре (на уровне моря 1050–1070 гПа). Поперечник антициклона – порядка тысяч километров. Антициклон характеризуется системой ветров, дующих по часовой стрелке в Северном полушарии и против часовой стрелки – в Южном, малооблачной и сухой погодой и слабыми ветрами.

В зависимости от географического района зарождения различают внетропические и субтропические антициклоны. Возникновение и развитие антициклонов тесно связано с развитием циклонов, практически это единый процесс. В одном районе создается дефицит массы, а в соседнем – избыток. Антициклоны занимают площади, сравнимые с размером материков, над которыми они лучше развиваются зимой,а над океанами – летом. В среднем, повторяемость антициклонов в 2,5–3 раза меньше, чем циклонов.

Годовой ход выражен довольно слабо, но подвижных антициклонов над континентами немного больше, чем над океанами. Есть районы, в которых антициклоны чаще всего становятся малоподвижными и существуют длительное время. От центра антициклона воздух оттекает во все стороны, что исключает возможность сближения и взаимодействия разнородных воздушных масс. В связи с нисходящими движениями воздуха в центральных частях антициклонов преобладает малооблачная погода. Однако при значительной влажности воздуха в холодную половину года в центральной части антициклона могут наблюдаться сплошные облака, а туманы наблюдаются как зимой, так и летом.

В каждом антициклоне погода существенно меняется в различных секторах. На окраинах антициклонов условия погоды, в общих чертах, сходны с условиями погоды в примыкающих секторах соседних циклонов.

Северная окраина антициклона обычно непосредственно связана с теплым сектором соседнего циклона. Здесь в холодное полугодие часто наблюдается сплошная облачность, иногда идут слабые осадки. Нередко отмечаются туманы. Летом в этом секторе антициклона облачность небольшая, в дневные часы могут развиваться кучевые облака.

Западная окраина антициклона примыкает к передней части области низкого давления. В холодное полугодие в этой части антициклона часто отмечаются слоисто-кучевые облака, из которых выпадают слабые осадки. Зона осадков довольно обширная и перемещается вдоль изобар, огибая антициклон по часовой стрелке и претерпевая некоторые изменения. Летом на западной окраине антициклона при высокой температуре воздуха и значительной влажности нередко развиваются кучевые облака и гремят грозы.

Южная окраина антициклона примыкает к северной части циклона. Здесь нередко наблюдаются слоистые облака, из которых зимой выпадают осадки. В этой части антициклона создаются большие перепады давления, поэтому нередко усиливается ветер и возникают метели.

Восточная окраина антициклона граничит с тыловой частью циклона. Летом при неустойчивой воздушной массе в дневные часы здесь образуются облака кучевых форм, выпадают ливневые дожди и гремят грозы. Зимой может наблюдаться безоблачная погода или не сплошная слоистая облачность.

В разных антициклонах наблюдаются значительные различия в погоде, что обусловливается в каждом случае свойствами воздушных масс и зависит от сезона. Поэтому для прогноза погоды свойства каждого антициклона исследуется индивидуально.

Цунами – длинные морские волны, образующиеся в океанах и морях под действием землетрясений, вулканических извержений, а также в результате резкого перепада атмосферного давления, либо при падении с берега в воду масс грунта и льда.

Основным районом, где возникает цунами, является Тихий океан. Из 400 действующих сегодня на земле вулканов 330 расположены в бассейне Тихого океана, здесь наблюдается более 80% всех землетрясений.

«Цунами» в переводе с японского языка означает «волна в гавани». И хотя этот перевод звучит несколько экзотически и носит описательный характер, указанный термин как нельзя лучше характеризует суть явления. Основная природа возникновения цунами – сейсмическая. В участках земной коры, находящихся под дном океана, происходят разрывы, проявляющиеся в виде землетрясений. В случаях, когда эпицентр землетрясений располагается на глубине более 50 км, цунами, как правило, не образуется. Существует и иная трактовка причин образования цунами – это извержение наземных и подводных вулканов. Иногда возникают цунами метеорологического происхождения. Такие «метеоцунами» связаны с выходами на морские акватории тайфунов и ураганов.

Упрощенная схема образования цунами.

Чаще всего волны цунами бывают сейсмического происхождения, при землетрясениях образуются разломы поверхности земной коры – трещины и, как следствие – сбросы, сдвиги и надвиги, приводящие к опусканию или поднятию значительных районов дна. При этом в толще воды происходят мгновенные изменения объема и давления, вызывающие появление волн сжатия и разрежения, которые, достигая поверхности океана, вызывают ее колебания и формируют цунами. Период образовавшихся волн составляет от 2 до 20 мин, т.е. это длинные волны. В открытом море эти волны не заметны, но они несут огромную энергию. Скорость смещения волн цунами на глубокой воде составляет 500–700 км/час. При движении энергия цунами расходуется на преодоление сил вязкости и трения о дно. Интенсивность цунами связана с силой землетрясения. В России для определения интенсивности землетрясения используется 12-ти бальная шкала, в Японии единицей землетрясения служит магнитуда, представляющая собой величину, пропорциональную логарифму максимальной амплитуды горизонтального смешения почвы (дна) на расстоянии 100 км от очага землетрясения. Самые сильные землетрясения имеют магнитуду 8,5.

Основным методом предсказания цунами является сейсмический, основанный на существовании разницы между скоростью распространения сейсмических волн в земной коре и скоростью распространения в океане волн цунами. Сейсмические волны достигают побережья в 50–80 раз быстрее, чем волны цунами. Сейсмическая служба регистрирует землетрясение, определяет его параметры, цунамигенность и передает эту информацию оперативной службе Центра морской гидрометеорологии.

Свыше 99% волн цунами вызываются подводными землетрясениями. При землетрясении под водой образуется вертикальная трещина и часть дна опускается. Дно внезапно перестает поддерживать столб воды, лежащий над ним. Поверхность воды приходит в колебательное движение по вертикали, стремясь вернуться к исходному уровню, – среднему уровню моря, – и порождает серию волн.

Ветер

– движение воздуха относительно земной поверхности (горизонтальная составляющая этого движения), иногда говорят о восходящем или о нисходящем ветре, учитывая и его вертикальную составляющую.

Скорость ветра.

Оценка скорости ветра в баллах, так называемая шкала Бофорта , по которой весь интервал возможных скоростей ветра делится на 12 градаций. Эта шкала связывает силу ветра с различными его эффектами, такими, как степень волнения на море, качание ветвей и деревьев, распространение дыма из труб и т.п. Каждая градация по шкале Бофорта носит определенное название. Так, нулю шкалы Бофорта соответствует штиль, т.е. полное отсутствие ветра. Ветер в 4 балла, по Бофорту называется умеренным и соответствует скорости 5–7 м/сек; в 7 баллов – сильным, со скоростью 12–15 м/сек; в 9 баллов – штормом, со скоростью 18–21 м/сек; наконец, ветер в 12 баллов по Бофорту – это уже ураган, со скоростью свыше 29 м/сек. У земной поверхности чаще всего приходится иметь дело с ветрами, скорости которых порядка 4–8 м/сек и редко превышают 12–15 м/сек. Но все же в штормах и ураганах умеренных широт скорости могут превышать 30 м/сек, а в отдельных порывах достигать 60 м/сек. В тропических ураганах скорости ветра доходят до 65 м/сек, а отдельные порывы – до 100 м/сек. В маломасштабных вихрях (смерчи, тромбы) возможны скорости и более 100 м/сек. В так называемых струйных течениях в верхней тропосфере и в нижней стратосфере средняя скорость ветра за длительное время и на большой площади может доходить до 70–100 м/сек. Скорость ветра у земной поверхности измеряется анемометрами разной конструкции. Приборы для измерения ветра на наземных станциях устанавливаются на высоте 10–15 м над земной поверхностью.

Таблица 2. СИЛА ВЕТРА.
Шкала Бофорта для определения силы ветра
Баллы	Визуальные признаки на суше	Скорость ветра, км/ч	Термины, определяющие силу ветра
0	Спокойно; дым поднимается вертикально	Менее 1,6	Штиль
1	Направление ветра заметно по отклонению дыма, но не по флюгеру	1,6–4,8	Тихий
2	Ветер ощущается кожей лица; шелестят листья; поворачиваются обычные флюгеры	6,4–11,2	Легкий
3	Листья и мелкие веточки находятся в постоянном движении; развеваются легкие флаги	12,8–19,2	Слабый
4	Ветер поднимает пыль и бумажки; раскачиваются тонкие ветви	20,8–28,8	Умеренный
5	Качаются покрытые листвой деревья; появляется рябь на водоемах суши	30,4–38,4	Свежий
6	Качаются толстые ветви; слышен свист ветра в электропроводах; трудно удерживать зонт	40,0–49,6	Сильный
7	Качаются стволы деревьев; трудно идти против ветра	51,2–60,8	Крепкий
8	Ломаются ветви деревьев; практически невозможно идти против ветра	62,4–73,6	Очень крепкий
9	Небольшие повреждения; ветер срывает дымовые колпаки и черепицу с крыш	75,2–86,4	Шторм
10	На суше бывает редко. Деревья выворачиваются с корнями. Значительные разрушения строений	88,0–100,8	Сильный шторм
11	На суше бывает очень редко. Сопровождается разрушениями на большом пространстве	102,4–115,2	Жестокий шторм
12	Сильные разрушения (Баллы 13–17 были добавлены Бюро погоды США в 1955 и применяются в шкалах США и Великобритании)	116,8–131,2	Ураган
13		132,8–147,2
14		148,8–164,8
15		166,4–182,4
16		184,0–200,0
17		201,6–217,6

Направление ветра.

Под направлением ветра подразумевают направление, откуда он дует. Указать это направление можно, назвав либо точку горизонта, откуда дует ветер, либо угол, образуемый направлением ветра с меридианом места, т.е. его азимут. В первом случае различают 8 основных румбов горизонта: север, северо-восток, восток, юго-восток, юг, юго-запад, запад, северо-запад. И 8 промежуточных румбов между ними: север-северо-восток, восток-северо-восток, восток-юго-восток, юг-юго-восток, юг-юго-запад, запад-юго-запад, запад-северо-запад, север-северо-запад. Шестнадцать румбов, указывающих направление, откуда дует ветер, имеют сокращенные обозначения:

Таблица 3.
С	N	В	E	Ю	S	3	W
CCB	NNE	ВЮВ	ESE	ЮЮЗ	SSW	ЗСЗ	WNW
CB	NE	ЮВ	SE	ЮЗ	SW	СЗ	NW
BCB	ENE	ЮЮВ	SSE	ЗЮЗ	WSW	ССЗ	NNW
N – норд, E – ост, S – зюйд, W – вест

Эдвард Кононович

Литература:

Eris Chaisson, Steve McMillan Astronomy today. Prentice-Hall, Inc. Upper Saddle River, 2002
Интернет-ресурсы: http://ciencia.nasa.gov/
http://spaceweather.com