Циркуляция воздушных масс в атмосфере

Размещено на http://www.allbest.ru/

Циркуляция воздушных масс в атмосфере

Оглавление

1. Воздушные массы

1.1 Классификация воздушных масс

1.2 Основные районы формирования воздушных масс

2. Циркуляция атмосферы

2.1 Глобальные системы ветров

3. Воздушные течения

3.1 Пассаты

3.2 Муссоны

3.3 Циклоны

3.3.1 Трофические циклоны

3.3.2 Тайфуны

3.4 Торнадо

3.5 Циклоны умеренных широт

3.6 Антициклоны

Заключение

Список используемой литературы и веб-ресурсов

1. Воздушные массы

Воздушные массы -- большие объёмы воздуха в нижней части земной атмосферы -- тропосфере, имеющие горизонтальные размеры во много сотен или несколько тысяч километров и вертикальные размеры в несколько километров, характеризующиеся примерной однородностью температуры и влагосодержания по горизонтали. Однородность свойств воздушной массы достигается формированием её над однородной подстилающей поверхностью в сходных условиях теплового и радиационного баланса.

Значения метеорологических элементов в пределах воздушной массы меняются незначительно -- горизонтальные градиенты малы. Резкое возрастание градиентов метеорологических величин, или, по крайней мере, изменение величины и направления градиентов происходит в переходной зоне между двумя воздушными массами, приводит к возникновению зоны атмосферного фронта.

Объекты, возникающие в тропосфере в результате взаимодействия воздушных масс -- переходные зоны (фронтальные поверхности), фронтальные облачные системы облачности и осадков, циклонические возмущения, имеют тот же порядок величины, что и сами воздушные массы -- сравнимы по площади с большими частями материков или океанов, время их существования -- более двух суток.

воздушный циркуляция атмосфера циклон

1.1 Классификация воздушных масс

Так как каждая воздушная масса сравнительно однородна, то метеорологи создали классификацию, в которой выделили четыре главных типа воздушных масс, причем каждый тип подразделяется на подтипы. Классификация основана на физических свойствах рассматриваемых воздушных масс. Названия воздушным массам при классификации давались на основании климатических особенностей тех областей Земли, в которых формируются эти массы. Тем самым название каждой массы сразу дает некоторое указание на ее температуру и влажность.

Четыре главные воздушные массы, выделенные в рассматриваемой классификаций, таковы. Арктическая (А) и полярная (П) воздушные массы имеют низкую температуру и малую влажность. Разница между этими воздушными массами невелика, но она отражает некоторое различие тех очагов, в которых массы формируются. Тропическая (Т) и экваториальная (Э) воздушные массы -- теплые и влажные. Разница между ними тоже невелика, но и она характерна для двух воздушных масс, сформировавшихся в разных очагах.

Воздушные массы, образовавшиеся в четырех главных очагах, отражаемых названиями этих масс, подразделяются далее в зависимости от вида поверхности, над которой они формировались. Различают массы континентальные (к), сравнительно сухие, сформировавшиеся над сушей, и морские (м) -- сравнительно влажные за счет испарения с водоемов, над которыми они формировались.

1.2 Основные районы формирования воздушных масс

Основные воздушные массы, встречающиеся на Земле, формируются в четырех главных очагах. В каждом очаге формируется воздушная масса, обладающая своими особыми физическими свойствами, приобретенными ею при взаимодействии с местными источниками тепла, влаги и т. д.

В районах северного и южного тропиков формируются две основные воздушные массы: над континентами -- континентальный тропический воздух (кТ), над океанами -- морской тропический (мТ). Сухой горячий континентальный воздух является главной причиной возникновения многих пустынь в субтропических широтах нашей планеты. В поясе пассатов формируется теплый и влажный морской экваториальный воздух (мЭ). В этом поясе мало суши, несмотря на это он оказывает на развитие атмосферных процессов не меньшее влияние, чем континентальные районы. В северных районах Атлантического и Тихого океанов формируются воздушные массы третьего типа. Это -- прохладный и влажный морской полярный воздух (мП) и холодный и сухой континентальный полярный воздух (кП), формирующийся в поясе 55--65° с. ш.

2. Циркуляция атмосферы

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.

Рис.1

Существование циркуляция атмосферы обусловлено неоднородным распределением атмосферного давления (наличием барического градиента), вызванным прежде всего неодинаковым притоком солнечной радиации в различных широтах Земли и различными физическими свойствами земной поверхности, особенно в связи с её разделением на сушу и море. Неравномерное распределение тепла на земной поверхности и обмен теплом между ней и атмосферой приводят в результате к постоянному существованию циркуляция атмосферы, энергия которой расходуется на трение, но непрерывно пополняется за счёт солнечной радиации. 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, приводя к формированию в тропосфере циклонов, антициклонов, муссонов и пассатов.

В стратосфере происходят преимущественно зональные переносы, что обуславливает существование широтной зональности. Простейшая схема (рис.1) глобальной циркуляции атмосферы была составлена более 200 лет назад.

Ее основные положения не потеряли своего значения и до сих пор.

2.1 Глобальные системы ветров

Теплый воздух над экватором поднимается и движется к полюсам. На высоте он остывает, у 30-й параллели (в обоих полушариях) опускается в приземный слой и возвращается к экватору. Так возникает вертикальный цикл движения воздушных масс, названный ячейкой атмосферной циркуляции. Ячейки формируются также между 30-й и 60-й параллелями и между 60-й параллелью и полюсом. Это так называемые циркуляционные ячейки - ячейка Хадли, ячейка Феррела, ячейка Гадлея, полярная ячейка.

Ячейка Хадли это элемент циркуляции земной атмосферы, наблюдаемый в тропических широтах. Он характеризуется восходящим движением у экватора, направленным к полюсу потоком на высоте 10-15 км, нисходящим движением в субтропиках и потоком по направлению к экватору у поверхности. Эта циркуляция непосредственна связана с такими явлениями как пассаты, субтропические пустыни и высотные струйные течения.

Ячейка Феррела - направление движения воздуха в ячейке противоположно тому, которое имеют воздушные массы соседних ячеек. Часть остывшего воздуха с юга, опустившись у 30-й параллели, продолжает двигаться к полюсам, а часть нагретого с севера, поднявшись у 60-й параллели, к экватору. Эффект Кориолиса отклоняет воздушный поток у земли с запада на восток.

Ячейка Гадлея - нагретый у экватора воздух поднимается, движется к полюсам, остывает, опускается в приземный слой и возвращается к экватору. Эффект Кориолиса отклоняет его с востока на запад.

Полярная ячейка - воздух, остывая у полюсов, опускается, движется к экватору и, нагреваясь, поднимается. Эффект Кориолиса отклоняет его у земли с востока на запад.

Перемещение воздуха в приземном слое ячеек определяет глобальную систему ветров. Вращение Земли существенно влияет на движение воздушных масс. Ветры, дующие в Северном полушарии, отклоняются вправо, а в Южном - влево от направления движения. Это называется эффектом Кориолиса. Он максимален на полюсах, минимален на экваторе. Неодинаковое нагревание солнцем земной поверхности ведет к тому, что на одних широтах воздух поднимается, а на других опускается. Возникают стойкие системы ветров, влияющие на глобальный климат.

3. 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.

3.1 Пассаты

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.

3.2 Муссоны

Система воздушных течений, в которой в одном сезоне преобладают ветры одного направления, а в другом - прямо противоположного или близкого к нему. 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.

Муссонная составляющая общей циркуляции атмосферы оказывает существенное влияние и на формирование климата восточных районов азиатского побережья России. Сезонная смена влияния континента и океана обуславливает холодную зиму и дождливое влажное лето, определяя муссонный климат Дальнего Востока

3.3 Циклоны

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 и, следовательно, постоянно наблюдаются сильные порывистые ветры (вихри). По своему происхождению вихри разделяются на две основные группы: тропические (ураганы, тайфуны) и циклоны умеренных широт.

3.3.1 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. Чаще всего они образуются в северной части тропической зоны Тихого океана: здесь, в среднем, за год прослеживается около 30 циклонов. 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.

Рис.2

Появляющаяся мощная тяга увлекает все новые и новые объемы воздуха, нагревшиеся и увлажнившиеся над водной поверхностью. Вращение Земли придает подъему воздуха вихревое движение (рис.2), 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:

· Тропическое возмущение - скорости ветра небольшие (менее 17 м/с).

· Тропическая депрессия - скорость ветра достигает 17-20 м/с.

· Тропический шторм - скорость ветра до 38 м/с.

· Тайфун (ураган) - скорость ветра превышает 39м/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.

3.3.2 Тайфуны

Рис.3

Тайфуны (рис.3) относятся числу наиболее мощных и разрушительных тропических циклонов, 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.

3.4 Торнадо

Рис.4

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.

3.5 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.

3.6 Антициклоны

Рис.5

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 (рис.5) и против часовой стрелки - в Южном, малооблачной и сухой погодой и слабыми ветрами.

Антициклоны достигают размера несколько тысяч километров в поперечнике. В центре антициклона давление обычно 1020--1030 ГПа, но может достигать 1070--1080 ГПа. Как и циклоны, антициклоны перемещаются в направлении общего переноса воздуха в тропосфере, то есть с запада на восток, отклоняясь при этом к низким широтам. Средняя скорость перемещения антициклона составляет около 30 км/ч в Северном полушарии и около 40 км/ч в Южном, но нередко антициклон надолго принимает малоподвижное состояние.

Признаки антициклона:

· Ясная или малооблачная погода

· Отсутствие ветра

· Отсутствие осадков

· Устойчивый характер погоды (заметно не меняется во времени, пока существует антициклон)

В летний период антициклон приносит жаркую малооблачную погоду. В зимний период антициклон приносит сильные морозы, иногда также возможен морозный туман.

Заключение

Циркуляция атмосферы -- система замкнутых течений воздушных масс, проявляющихся в масштабах полушарий или всего земного шара. Подобные течения приводят к переносу вещества и энергии в атмосфере как в широтном, так и в меридиональном направлениях, из-за чего являются важнейшим климатообразующим процессом, влияя на погоду в любом месте планеты.

Основная причина циркуляции атмосферы -- солнечная энергия и неравномерность её распределения на поверхности планеты, в результате чего различные участки почвы и воздуха имеют различную температуру и, соответственно, различное атмосферное давление (барический градиент). Кроме солнца на движение воздуха влияет вращение Земли вокруг своей оси и неоднородность её поверхности, что вызывает трение воздуха о почву и его увлечение.

Список используемой литературы и веб-ресурсов

1. Н.П. Неклюкова, И.В. Душина и др. География: справочник для старшеклассников и поступающих в вузы. - М., : Аст-пресс школа, 2005. - 656с.

2. К.И. Трифонов, В.А. Девисилов. Физико-химические процессы в техносфере. - М., :Форум-Инфра-М. 2010. - 240с.

3. http://ru.wikipedia.org/wiki/Циркуляция_атмосферы

4.http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/fizika/ATMOSFERI_TSIRKULYATSIYA.html

Размещено на Allbest.ru