Атмосфера. состав, строение, циркуляция. распределение тепла и влаги на земле. погода и климат

Водяной пар в атмосфере

Эту тему лучше прочитать вдумчиво, воображая происходящее

В атмосфере присутствует водяной пар (маленькие частички воды испарившиеся с поверхности водоемов и суши)

От чего зависит испарение:

1. Температура (чем выше температура, тем больше воды испариться, следовательно будет больше водяного пара в атмосфере)

2. Ветра (чем сильнее ветер, тем выше испарение)

3. Рельефа

Чем больше температура — тем больше абсолютная влажность (тем больше водяного пара)

Подсказка!

1. При равном значении температуры: растет относительная влажность и растет количество водяного пара

2. При равном значении водяного пара: растет температура, уменьшается относительная влажность.

3. При равном значении относительной влажности: растет количество водяного пара и растет температура.

Пионеры в климате

В 2021 году Нобелевский комитет поделил премию по физике на две части. Первая половина досталась Сюкуро Манабэ и Клаусу Хассельману «за физическое моделирование климата Земли, количественной оценки изменчивости и надежного прогнозирования глобального потепления». Любопытно, что премию дали за работы, которые были выполнены полвека назад. Родившийся в Японии в 1931 году Сюкуро Манабэ — японско-американский климатолог, он стал пионером компьютерного моделирования климатических изменений, в частности, глобального изменения климата.

Сюкуро Манабэ был во главе команды, которая продемонстрировала, как повышенный уровень углекислого газа в атмосфере приводит к повышению температуры на поверхности Земли. В 1960-х годах он руководил разработкой физических моделей климата Земли и был первым человеком, исследовавшим глобальные модели климата, — например, взаимодействия атмосферы и океана. Он предсказал возможность повышения температуры на 2 градуса в случае увеличения содержания парниковых газов вдвое.

Премия перемен_1

Сюкуро Манабэ

Фото: REUTERS/Mike Segar

Примерно 10 лет спустя Клаус Хассельман, родившийся в 1931 году в Германии, создал модель, которая связывает воедино погоду и климат. Так он доказал, что климатические модели могут быть надежными, хотя погода изменчива.

Ученый смог отделить быстрые изменения погоды, которые идут на уровне дней, от медленных, таких как трансформация климата. Таким образом, стало возможно дать надежное предсказание вероятностей изменения климата, а также доказать определяющее влияние антропогенного фактора.

— С работами первых двух лауреатов связаны пионерские результаты в области климатического моделирования, — отметил научный руководитель Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН и заведующий кафедрой физики атмосферы МГУ Игорь Мохов. — Они работали в разных областях. Клаус Хассельман — в области исследования стохастических процессов в земной климатической системе с более быстрыми процессами в атмосфере и более инерционными — в океане. Он впервые применил методы, связанные с теорией броуновского движения, для моделирования климатической изменчивости. С Сюкуро Манабе связаны разработка радиационно-конвективных моделей климата и развитие глобальных климатических моделей общей циркуляции атмосферы и океана с оценкой влияния антропогенных воздействий.

Премия перемен_4

Фото: Pontus Lundahl/TT News Agency via REUTERS

Как отметил ведущий научный сотрудник лаборатории многомасштабного математического моделирования УрФУ Дмитрий Александров, изменения различных физических величин или параметров климатической системы могут кардинально изменить ее динамическое поведение — например, перебросить климат от теплого к холодному.

— Поэтому анализ нелинейной динамики с учетом таких «шумов», которым занимался Клаус, важен для понимания эволюции любой нелинейной динамической системы, в том числе и климатической, — пояснил эксперт.

Если рассматривать, например, замерзание и таяние льдов в Арктике и Антарктике, с помощью подобных моделей возможно спрогнозировать то, как будет изменяться ледяной покров в дальнейшем, отметила научный сотрудник НТЦ «Нейропрогнозирование материалов и технологий электронной промышленности» НЦМУ СПбПУ Анастасия Кондратьева.

Премия перемен_2

Клаус Хассельман

Фото: REUTERS/Fabian Bimmer

— Если мы наблюдаем глобальное потепление и тренд на повышение температуры, значит, необходимо предпринимать какие-то шаги, чтобы «уничтожить» этот тренд, иначе через условные 20 лет повышение температуры приведет к тому, что растают все ледники, — сказала эксперт.

Сейчас глобальные изменения климата, о которых уже не первое десятилетие ведутся научные дискуссии, приобрели очень серьезный политический и экономический аспект, подчеркнул исполнительный директор научно-технического центра мониторинга окружающей среды и экологии МФТИ Александр Родин.

— Нам крайне необходимо наращивать компетенции в этой сфере, в том числе и в моделировании, и в диагностике, и, возможно, в управлении климатом, которое станет глобальной индустрией будущего, — сказал эксперт.

Ссылки

Wikimedia Foundation
.
2010
.

Атмосфера неоднородна. В ее составе, особенно вблизи земной поверхности, можно выделить воздушные массы.

Воздушные массы — отдельные крупные объемы воздуха, обладающие определенными общими свойствами (температурой, влажностью, прозрачностью и т.д.) и движущиеся как одно целое. Однако внутри этого объема ветры могут быть разные. Свойства определяются районом ее формирования. Она приобретает их в процессе соприкосновения с подстилающей поверхностью, над которой она формируется или задерживается. Воздушные массы имеют разные свойства. Например, воздух Арктики имеет низкие, а воздух тропиков высокие во все сезоны года, воздух северной существенно отличается от воздуха материка . Горизонтальные размеры воздушных масс огромны, они соизмеримы с материками и океанами или их крупными частями. Выделяют главные () типы воздушных масс, формирующихся в поясах с разным : арктические (), (полярные), тропические и экваториальные. Зональные воздушные массы подразделяются на морские и континентальные — в зависимости от характера подстилающей поверхности в районе их формирования.

Арктический воздух формируется над , а зимой еще и над севером Евразии и . Воздух характеризуется низкой температурой, малым влагосодержанием, хорошей видимостью и устойчивостью. Его вторжения в умеренные широты вызывают значительные и резкие похолодания и обусловливают преимущественно ясную и малооблачную погоду. Арктический воздух подразделяется на следующие разновидности.

Морской арктический воздух (мАв) — формируется в более теплой Европейской , свободной от льда, с более высокой температурой и большим влагосодержанием. Его вторжения на материк зимой вызывают потепление.

Континентальный арктический воздух (кАв) — формируется над Центральной и Восточной ледяной Арктикой и северным побережьем материков (зимой). Воздух имеет очень низкие температуры, низкое влагосодержание. Вторжение кАв на материк обусловливает сильное похолодание при ясной погоде и хорошей видимости.

Аналогом арктического воздуха в Южном полушарии является антарктический воздух, но влияние его распространяется преимущественно на прилегающие морские поверхности, реже — на южную оконечность .

Умеренный (полярный) воздух. Это воздух умеренных широт. В нем также различают два подтипа. Континентальный умеренный воздух (кУв), который формируется над обширными поверхностями материков. Зимой он очень охлажден и устойчив, обычно ясная с крепкими морозами. Летом он сильно прогревается, в нем возникают восходящие токи, образуются , нередко выпадают дожди, наблюдаются . Морской умеренный воздух (мУв) формируется в средних широтах над океанами, западными и переносится на материки. Он характеризуется высокой влажностью и умеренными температурами. Зимой мУв приносит пасмурную погоду, обильные осадки и повышение температуры (оттепели). Летом он также приносит большую , дожди; температура при его вторжении понижается.

Умеренный воздух проникает в полярные, а также субтропические и тропические широты.

Экваториальный воздух формируется в экваториальной зоне из тропического воздуха, приносимого пассатами. Он характеризуется высокими температурами и большой влажностью в течении всего года. Кроме того, эти качества сохраняются и над сушей, и над морем, поэтому на морские и континентальные подтипы экваториальный воздух не подразделяется.

Воздушные массы находятся в непрерывном движении. При этом если воздушные массы движутся в более высокие широты или на более холодную поверхность, их называют теплыми, так как они приносят потепление. Воздушные массы, перемещающиеся в более низкие широты или на более теплую поверхность, называются холодными. Они приносят похолодание.

Перемещаясь в другие географические районы, воздушные массы постепенно меняют свои свойства, прежде всего температуру и , т.е. переходят в воздушные массы другого типа. Процесс превращения воздушных масс из одного типа в другой под влиянием местных условий называется трансформацией. Например, тропический воздух, проникая и в умеренные широты, трансформируется соответственно в экваториальный и умеренный воздух. Морской умеренный воздух, оказавшись в глубине континентов, зимой охлаждается, а летом нагревается и всегда иссушается, превращаясь в континентальный умеренный воздух.

Все воздушный массы связаны между собой в процессе постоянного их перемещения, в процессе тропосферы.

Порядок и хаос

Вторую часть премии жюри присудило итальянскому физику-теоретику Джорджио Паризи — «за открытие взаимодействия беспорядка и флуктуаций в физических системах от атомов до планетарных масштабов». Труды ученого в основном посвящены квантовой теории поля, статистической механике и сложным системам.

— Это не одна работа, а огромный массив работ от теории элементарных частиц до статистической физики, — подчеркнул профессор БФУ им. И. Канта, доктор физико-математических наук Артем Юров. — Благодаря Джорджо Паризи мы весьма продвинулись в понимании универсальных закономерностей, действующих в сложных, неупорядоченных системах.

Руководитель Международной научной лаборатории фотопроцессов в мезоскопических системах ИТМО Иван Иорш рассказал, что Паризи был известен своими пионерскими работами в области физики стекол. Это не те стекла, которые стоят в окнах. Это объекты, которые находятся на границе между абсолютным порядком (как в кристаллах) и беспорядком (как в жидкости). Паризи смог сформулировать описание этого состояния — он описал, что происходит, когда на систему действуют две эти силы — порядок и хаос.

Премия перемен_3

Джорджио Паризи

Фото: REUTERS/Remo Casilli

— Оказывается, что на границе — некое устойчивое состояние, хоть и называющееся критическим, — пояснил Иван Иорш. — И в природе такие пограничные состояния возникают повсеместно — начиная с планетарных систем и скоплений звезд, заканчивая атомными системами. По сути, благодаря работе Паризи люди приблизились к пониманию того, как из простых вещей могут возникать сложные. В частности, это касается и того, как из простых органических молекул при их взаимодействии возникает жизнь.

С «Известиями» согласился поговорить научный руководитель лаборатории «Моделирование и разработка новых материалов» НИТУ «МИСиС», академик Шведской Королевской академии наук, профессор теоретической физики университета Линчепинга Игорь Абрикосов. Он принимал участие в утверждении сегодняшнего решения.

— С моей точки зрения, очень важно понимать, что это премия именно по физике и физике сложных систем, — сказал эксперт. — Их можно объединить тем, что как теория, которую разработал Джорджио Паризи, так и моделирование климата — исключительно сложные с точки зрения физики задачи

Это объединяет обе работы.

Ученый добавил: гений Джорджио Паризи позволил дать математическое решение подобным задачам. Эта методика используется не только для описания узких моделей спинового стекла, но она используется также в теории нейронных сетей, в описании неупорядоченных лазеров и других неупорядоченных систем вплоть до моделирования систем планетарного масштаба.

Муссоны

В некоторых областях Земли перенос воздуха в нижней половине тропосферы носит название муссонов. Муссоны — это устойчивые сезонные режимы воздушных течений с резким изменением преобладающего направления ветра от зимы к лету и от лета к зиме. В каждом месте области муссонов в течение каждого из двух основных сезонов существует режим ветра с резко выраженным преобладанием одного направления над другими. При этом в другом сезоне преобладающее направление ветра будет противоположным или близким к противоположному. Таким образом, в каждой мус-сонной области есть зимний муссон и летний муссон с взаимно противоположными или, по крайней мере, с резко различными преобладающими направлениями.

В случае муссонов, как и в случае пассатов, устойчивость распределения вовсе не означает, что в течение сезона над данным районом удерживается один и тот же антициклон или одна и та же депрессия. Муссоны наблюдаются в тех районах, где циклоны и антициклоны обладают достаточной устойчивостью и резким сезонным преобладанием одних над другими.

Особенно резко выраженные и устойчивые муссоны наблюдаются в тропических широтах.

Основную причину тропических муссонов можно видеть в различном нагревании полушарий в течение года. Если по обе стороны от экватора находится океан, то указанные сезонные смещения зон давления невелики и муссоны не получают особого развития. Но, например, над материком Африки распределение давления меняется от января к июлю сильно. В связи с этим направление барических градиентов над тропической Африкой от сезона к сезону резко меняется в широкой полосе, что и является здесь причиной муссонов.

Тропические циклоны, их возникновение и перемещение

Атмосферные возмущения возникают и внутри тропиков. По большей части это слабые тропические депрессии во внутритропической зоне конвергенции. Перемещаются эти тропические депрессии медленно, преимущественно с востока на запад, в общем направлении переноса воздуха внутри тропиков.

В некоторых редких случаях (примерно в одном из десяти) тропические возмущения усиливаются настолько, что сила ветра в них достигает 20 м/сек и более. Диаметр такого возмущения — порядка нескольких сотен километров. Эти жестокие возмущения со штормовыми или ураганными ветрами носят название тропических циклонов; в зависимости от силы ветра их называют тропическими штормами (скорость ветра 18-33 м/сек) или тропическими ураганами (скорость ветра более 33 м/сек). Районы их возникновения лежат между 20 и 5° широты в каждом полушарии.

Тропический циклон сначала перемещается в общем с востока на запад, т. е. в направлении общего переноса в тропической зоне. При этом он отклоняется к высоким широтам, т. е., например, в северном полушарии движется к северо-западу.

Ссылки [ править ]

1. Monkhouse, FJ (2017-07-12). . Рутледж. ISBN
2. ^ Цзюньлинг Хуанг и Майкл Б. МакЭлрой (2014). . Журнал климата . 27 (7): 2656–2666. Bibcode . DOI .
3. Йоханан Кушнир (2000). . Проверено 13 марта 2012 года .
4. . Британская антарктическая служба (БАС).
5. . RGS-IBG в партнерстве с BAS. Архивировано из на 2015-03-06.
6. . Scientific American. 2008 г.
7. . BNSC. 2006-03-03. Архивировано из на 2008-04-24 . Проверено 26 июля 2007 .
8. . Празднование 200-летия . NOAA. 2007-01-08 . Проверено 26 июля 2007 .
9. . Океанография 101 . Лаборатория реактивного движения, НАСА. 2006-07-05. Архивировано из 14 апреля 2009 года . Проверено 26 июля 2007 .
10. . ПРОЕКТ МОНИТОРИНГА УРОВНЯ БАЗОВОГО МОРЯ АВСТРАЛИИ . Бюро метеорологии. Архивировано из 07 августа 2007 года . Проверено 26 июля 2007 .
11. . www.climate.gov . Проверено 3 октября 2020 .

Зоны давления и ветра в верхней тропосфере и в стратосфере

Зональность в распределении давления и ветра яснее и проще не у земной поверхности, а в верхней тропосфере и в стратосфере.

Как нам уже известно, высокое давление здесь более или менее близко совпадает с высокой температурой, а низкое давление — с низкой температурой. Поскольку температура в тропосфере в среднем падает от низких широт к высоким, то и меридиональный барический градиент направлен, начиная с высоты 4-5 км, также из низких широт в высокие.

Геострофический ветер при таком градиенте должен быть направлен с запада на восток. Так будет в обоих полушариях: в северном градиент будет направлен к северу, а ветер, отклоняясь от него на прямой угол вправо, — с запада на восток; в южном полушарии градиент будет направлен к югу, а ветер, отклоняясь от него влево, — опять-таки с запада на восток. Это относится не только к геострофическому ветру, но, с достаточной точностью, и к действительному ветру, поскольку он является квазигеострофическим.

Таким образом, в верхней тропосфере и в нижней стратосфере мы имеем западный перенос воздуха вокруг полюса, где давление наиболее низкое — своего рода планетарный циклонический вихрь над каждым из полушарий. Исключением являются самые низкие широты.

Рис. 88. Зональное распределение давления и переносов воздуха в верхней тропосфере и в нижней стратосфере (схема). Справа — направление барических градиентов вдоль меридиана в соответствующих зонах.

В сравнительно узкой зоне вблизи экватора, барический градиент в верхней тропосфере будет направлен к экватору. Это значит, что в верхней тропосфере и в нижней стратосфере здесь господствует восточный перенос.

Зональное распределение давления и ветра у земной поверхности и в нижней тропосфере

У земной поверхности и в нижней тропосфере зональное распределение давления и ветра сложнее, чем в вышележащих слоях.

Имеется зона с пониженным давлением по обе стороны экватора. Параллель с самым низким давлением приходится в январе на 5-10° ю. ш., а в июле — на 15° с. ш. Это — зона экваториальной депрессии, распространяющаяся больше на то полушарие, в котором в данном месяце лето. В направлении к высоким широтам от этой зоны давление в каждом полушарии растет, и максимальные значения давления мы находим в январе под 30-32° северной и южной широты, а в июле — под 33-37° с. ш. и 26-30° ю. ш. Это — две субтропические зоны повышенного давления.

От субтропиков к еще более высоким широтам давление падает, особенно сильно в южном полушарии. Под 75-65° с. ш. и под 60-65° ю. ш. наблюдается минимальное давление в двух субполярных зонах низкого давления, а еще дальше в направлении к полюсам давление снова растет.

Итак, зональность в распределении давления в нижней тропосфере сложнее, чем в распределении температуры. Температура у земной поверхности непрерывно падает от низких широт к высоким. Давление же от экваториальной зоны сначала растет к субтропикам, затем падает к субполярным широтам и снова растет к полюсам.

При этом меридиональный барический градиент направлен от субтропиков к экватору, от субтропиков же к субполярным широтам и от полюса к субполярным широтам; направление барического градиента, таким образом, несколько раз меняется вдоль меридиана (рис. 91). С этим согласуется и зональное распределение ветра, о чем будет сказано ниже.

Рис. 91. Зональное распределение давления и переносов воздуха у земной поверхности и в нижней тропосфере (схема).
Справа — направление барических градиентов вдоль меридиана в соответ-ствующих зонах.

Зональность в распределении давления и ветра

Наиболее устойчивая особенность в распределении как ветра, так и связанного с ним атмосферного давления над Земным шаром — зональность этого распределения.

Причина этой зональности — зональность в распределении температуры, а также и некоторые особенности самого механизма общей циркуляции атмосферы.

Зональность циркуляции проявляется в преобладании меридиональных барических градиентов над широтными, а стало быть, и в преобладании широтных составляющих ветра (восточной или западной) над меридиональными составляющими. При этом составляющая того или другого направления (западная или восточная) преобладает одновременно или постоянно в значительной по широте зоне Земного шара.

Классификация воздушных масс

Разделение воздушных масс основывается на их термодинамических свойствах и очагах формирования.

Какими бывают газообразные состояния

Согласно термодинамической классификации воздушные массы подразделяют на:

• холодные (отличаются более низкой температурой, чем окружающий воздух, перемещаются на более теплую поверхность, вызывая похолодание);
• теплые (имеют температуру выше окружающего воздуха, двигаются с более теплой поверхности в район более холодной и приносят потепление);
• местные или нейтральные (пребывают в состоянии теплового равновесия с окружающей средой, то есть не изменяют свойств; теплые или холодные массы воздуха становятся местными после трансформации).

Относительно устойчивости выделяют две группы воздушных масс. В устойчивых отсутствуют условия для формирования восходящих движений воздуха (конвекции), часто образуются инверсионные и изотермические слои. Это, как правило, теплые воздушные массы. Такими они становятся в двух случаях:

• если воздух малоподвижный, а подстилающая поверхность охлаждается (радиационный процесс);
• при движении теплого воздуха над холодной поверхностью (адвективный процесс).

Охлаждение нижнего слоя воздушной массы приводит к процессу конденсации водяной пары. Для устойчивых воздушных масс в холодный период года характерно возникновение слоистых и слоисто-кучевых туч, тумана, дымки. Для теплого периода года свойственна безоблачная погода в дневное время, и возникновение тумана, дымки ночью и утром.

Неустойчивые воздушные массы обладают условиями для развития восходящих движений воздуха. Неустойчивость характерна для холодных масс. Данное свойство они приобретают при следующих обстоятельствах:

• если воздух летом малоподвижен, а поверхность под ним прогревается (инсоляционный процесс);
• при движении холодного воздуха над теплой землей (адвентивный процесс).

Типичным для неустойчивых воздушных масс является формирование крупных кучевых и кучево-дождевых облаков, приносящих ливневые дожди и грозы. В теплое время года этот процесс чаще происходит над сушей во второй половине дня, а над водной поверхностью — ночью. В холодный период года образование значительной облачности кучевого типа, выпадение сильных осадков более характерно для океанов и морей, чем для внутриматериковых областей.

Типы воздушных масс классифицируют и в соответствии с географическим очагом их формирования (климатическим поясом). Но поскольку каждый из этих типов образуется в рамках своего пояса как над сушей, так и над и водной поверхностью, отличающимися своими физико-географическими характеристиками, существуют и подтипы — морские и континентальные. 

Таким образом, согласно географической классификации выделяют следующие типы воздушных масс:

1. Экваториальные. Образуются на экваторе, отличаются высокими показателями температуры (+24 — +28 °С). Насыщенные влагой, поэтому круглый год приносят обильные осадки. Не подразделяются на морские и континентальные. 
2. Тропические. Формируются в тропических широтах. Характеризуются высокими температурными показателями. Морские тропические воздушные массы влажные, с высокими летними температурами (+20 — +27 °С), которые снижаются в зимний период (+10 — +15 °С). Континентальные же в тропиках сухие, запыленные, их средние температуры от +26 до +40 °С.
3. Умеренные. Район формирования — умеренные широты (от 45° до 65° северной широты). Умеренные континентальные воздушные массы летом сухие и теплые, а зимой — сухие и холодные, вызывают морозную, но ясную погоду. Морские влажные, с относительно теплой температурой, способствуют похолоданию и дождливой погоде летом и оттепелям зимой.
4. Арктические и антарктические. Образуются в полярных широтах соответственно Северного и Южного полушарий. Сухие, прозрачные и очень холодные, они приносят значительное похолодание. Морской тип в данном случае более влажный, чем континентальный. 

В переходных климатических поясах осуществляется смена воздушных масс в зависимости от времени года. Они приходят из соседних основных поясов: зимой — из северного, а летом — из южного.

Циркуляция Хэдли

Ветры представляют собой движения воздуха и располагаются горизонтально относительно поверхности земного шара. Определяются ветры благодаря вращению планеты и распределению атмосферного давления.

В середине восемнадцатого века английский ученый-естествоиспытатель Джон Хэдли выдвинул теорию, которая объясняет возникновение постоянных ветров – пассатов. Эти ветры входят в циркуляцию Хэдли и характеризуются северо-восточным направлением в Северном полушарии и юго-восточным – в Южном.

Циркуляция атмосферы Земли имеет свои элементы, так называемые тропосферные ячейки. Одним из таких элементов является ячейка Хэдли, которая проходит в тропиках и обусловлена движением воздуха от субтропических широт к экватору, его подъем над экватором, снижением в субтропиках и движением потоками к экватору у поверхности. Циркуляция Хэдли определяет погоду и климат в тропических регионах.  

От чего зависит количество осадков:

1) Температуры воздуха

чем выше температуры, тем испарение больше

2) Морских течений:

Теплое течение способствует образованию осадков (воздух над ними теплый и влажный, а следовательно легко поднимается и в соседних областях выпадают осадки)
Холодное течение не способствует образованию осадков (над ними небольшое испарение и воздух из-за этого холодный, почти не насыщенный влагой)

3) Циркуляции атмосферы

• Если воздух перемещается с водоема с теплым течением на сушу, это способствует выпадению осадков

• Если воздух перемещается с водоема с холодным течением, это не способствует выпадению осадков

4) Высоты точки

• В горах насыщенные влагой воздушные массы поднимаются вверх и вследствие охлаждения и конденсации (превращения пара в жидкость) выпадают осадки на наветренных склонах.

• Например, больше осадков выпадет на восточных склонах Гималаев. Эти склоны называются наветренными, так как на них дует ветер.

5) Количество осадков меняется соблюдая меридиональную и широтную зональность

• От экватора к полюсам — широтная зональность

• В Тропическом и умеренном поясе количество осадков уменьшается при движении вглубь континента — меридиональная зональность (например, в Санкт — Петербурге, который находится на берегу финского залива осадков выпадет больше, чем в Тыве, находящейся в центральной части континента)

Циркуляция атмосферы в России

Наибольшая часть российской территории расположена в умеренных широтах, где распространены умеренные воздушные массы. На севере государства хозяйствуют воздушные массы арктического направления, а в южных областях дуют тропические ветры.

Умеренные воздушные массы подразделяются на континентальные и морские, так как они образуются над сушей и над океаном. Со стороны Атлантики движутся морские умеренные воздушные массы, приносящие воздух повышенной влажности и оказывающие влияние на Восточно-Европейскую равнину. Зимой такое воздушное течение порождает потепление, туманы, а также снегопад. Морские умеренные воздушные массы могут преобразоваться в континентальные в результате продвижения в середину континента. Дальневосточные области России расположены под влиянием тихоокеанских морских воздушных течений.

На климат северных побережий России оказывают влияние арктические воздушные течения, которые формируются над Северным Ледовитым океаном. Такие воздушные течения способны проникают на равнины в глубь территории государства.

Южные территории России на протяжении всего года подвержены тропическим воздушным массам, приносящим сухой теплый воздух со стороны Азии и Африки. Со стороны Средиземноморья и Атлантики на Европейскую часть России воздействуют морские воздушные массы.

Воздушные массы имеют рубежи – атмосферные фронты. Над российской территорией образуются полярный и арктический фронты. В зависимости от сезона позиция фронтов изменяется. Летом на дальневосточных территориях России и в западной части Восточно-Европейской равнины усиленно действуют циклоны. Антициклоны более свойственны для южных частей Восточно-Европейской равнины. Восточная Сибирь зимой подвержена действию стойких антициклонов.

Перемещаясь над российской территорией воздушные массы обладают свойством преобразовываться и обретать новые качества.

Местные эффекты

Ячейки Хэдли, Феррела и Полярные клетки дают общее представление об атмосферной циркуляции. Однако местные эффекты очень важны и модулируют эту циркуляцию и создают субклетки. На последние влияют разница в поверхностном трении, способность поглощать и дифференцированно выделять тепло между океанами и сушей, а также суточный цикл солнечного света. Он работает даже в микромасштабе. Например, в случае морского бриза воздух с берега, нагретый Солнцем, поднимается вверх и заменяется более прохладным воздухом из воды. Ночью земля теряет тепло быстрее, чем вода, и направление ветра меняется на противоположное.

В более широком масштабе этот суточный цикл может стать сезонным или даже многолетним. Теплый воздух экваториальных континентов и западной части Тихого океана поднимается вверх, движется на восток или запад в зависимости от обстоятельств, пока не достигает тропопаузы, затем опускается в Атлантическом , Индийском или Восточном Тихом океане, более холодный.

Кровообращение Уокера

Нормальная конвективная циркуляция Уокера

Уменьшение пассатов нарушает цикл Уокера и позволяет горячей воде течь дальше на восток.

Усиление ветров растягивает область, покрытую кровообращением Уокера, и укрепляет ее.

Тихоокеанская ячейка, которая полностью океаническая, особенно важна. Ему было дано имя Уолкер клеток в честь сэра Гилберта Уокера , директора в начале XX — го  века метеорологических обсерваторий Индии . Он пытался найти способ предсказывать муссонные ветры. Хотя он и потерпел неудачу, его работа привела его к открытию периодического изменения давления между Индийским и Тихим океанами, которое он назвал Южным колебанием . Две другие идентичные клетки находятся недалеко от экватора в Индийском океане и в Южной Атлантике.

Гумбольдта , исходя из Антарктиды, охлаждает побережье Южной Америки. Следовательно, существует большая разница температур между западом и востоком этого огромного океана, что вызывает прямую циркуляцию, подобную циркуляции Хэдли. Наблюдается конвекция в западной части около Азии и Австралии и опускание в области высокого давления вдоль побережья Южной Америки. Это создает сильную обратную циркуляцию с востока, которая производит эффект каракатицы  : уровень моря в западной части Тихого океана на 60 см выше, чем на востоке.

Движение воздуха в этой циркуляции влияет на температуру во всей системе, которая циклически создает необычно теплые или холодные зимы через несколько лет. Это также может изменить частоту ураганов.

Эль-Ниньо и Южное колебание

Поведение ячейки Уокера — главный ключ к пониманию явления Эль-Ниньо (на английском языке ENSO или Эль-Ниньо — Южное колебание). Если конвективная активность снижается в западной части Тихого океана по не совсем понятным причинам, клетка разрушается. Западная циркуляция на высоте уменьшается или прекращается, что перекрывает подачу холодного воздуха в восточную часть Тихого океана, а восточный возвратный поток с поверхности ослабевает.

Это позволяет теплой воде, скопившейся в западной части Тихого океана, спускаться по склону в сторону Южной Америки, что изменяет температуру поверхности моря в этой области в дополнение к нарушению морских течений. Это также полностью меняет систему облаков и дождя, а также создает необычные температуры в Северной и Южной Америке, Австралии и на юго-востоке Африки .

Между тем в Атлантике сильные западные ветры, которые обычно блокируются циркуляцией Уокера, теперь могут достигать необычной силы. Эти сильные ветры отсекают восходящие столбы влажного воздуха от гроз, которые обычно превращаются в ураганы, и таким образом сокращают их количество.

Противоположностью Эль-Ниньо является Ла-Нинья . В этом случае конвекция в западной части Тихого океана увеличивается, что усиливает клетку Уокера, приносящую более холодный воздух вдоль побережья Америки. Последний дает более холодные зимы в Северной Америке и больше ураганов в Атлантике. Поскольку горячая вода под высоким давлением выталкивается на запад, это позволяет холодной воде из глубин подниматься вверх к побережью Южной Америки, что обеспечивает лучшую поставку питательных веществ для рыбы и обеспечивает отличную рыбалку. Однако при ясной погоде в одном и том же регионе наблюдаются продолжительные периоды засухи.

Трансформация воздушных масс[править | править код]

При перемещении воздушная масса начинает изменять свои свойства — они уже будут зависеть не только от свойств очага формирования, но и от свойств соседних воздушных масс, от свойств подстилающей поверхности, над которой проходит воздушная масса, а также от длительности времени, прошедшего с момента образования воздушной массы. Эти влияния могут вызвать изменения в содержании влаги в воздухе, а также изменение температуры воздуха в результате высвобождения скрытой теплоты или теплообмена с подстилающей поверхностью.

Процесс изменения свойств воздушной массы называется трансформацией или эволюцией. Трансформация, связанная с движением воздушной массы, называется динамической. Скорости перемещения воздушной массы на разных высотах будут различными, наличие сдвига скоростей вызывает турбулентное перемешивание. Если нижние слои воздуха нагреваются, то возникает неустойчивость и развивается конвективное перемешивание. Обычно процесс трансформации воздушной массы продолжается от 3 до 7 суток. Признаком его окончания является прекращение существенных изменений температуры воздуха день ото дня как вблизи земной поверхности, так и на высотах.

Пассаты

Пассаты — это устойчивые в общем восточные ветры умеренной скорости (в среднем 5-8 м/сек у земной поверхности), дующие в каждом полушарии на обращенной к экватору стороне субтропической зоны высокого давления. Однако субтропические зоны даже на средних картах (а тем более на картах ежедневных) распадаются на отдельные антициклоны. Таким образом, пассаты — это ветры в обращенных к экватору частях субтропических антициклонов.

Рис. 95. Схема переноса воздуха в зоне пассатов. Кривые — изобары субтропических антициклонов, сплошные стрелки — ветры у земной поверхности, двойные стрелки — ветры над уровнем трения.

Субтропические антициклоны вытянуты по широте. Поэтому на их обращенной к экватору периферии изобары проходят параллельно широтным кругам, и, следовательно, пассаты над уровнем трения должны иметь восточное направление. Однако на востоке каждого антициклона к восточной составляющей ветра присоединяется еще направленная к экватору составляющая, а на западе — составляющая, направленная от экватора.
В общем же меридиональные составляющие в пассатном переносе малы по сравнению с восточной составляющей.

Распределение давления меняется в тропиках день ото дня мало. Поэтому пассаты обладают большой устойчивостью направления. Но все же, поскольку субтропические антициклоны день ото дня перемещаются, направления пассатных ветров также в общем подвержены некоторым изменениям.