Подпишитесь на наши новости
Вернуться к началу с статьи up
 

ЦИРКУЛЯ́ЦИЯ АТМОСФЕ́РЫ

  • рубрика

    Рубрика: Физика

  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 34. Москва, 2017, стр. 349-350

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: И. И. Мохов, А. В. Чернокульский
Рис. 1. Схема общей циркуляции атмосферы Земли: 1 – ячейки Хэдли; 2 – ячейки Ферреля; 3 – полярные ячейки. Стрелками обозначено направление воздушных потоков.

ЦИРКУЛЯ́ЦИЯ АТМОСФЕ́РЫ, со­во­куп­ность воз­душ­ных те­че­ний в ат­мо­сфе­ре пла­не­ты: вет­ров, вос­хо­дя­щих и нис­хо­дя­щих по­то­ков, вол­но­вых и вих­ре­вых про­цес­сов. Под об­щей Ц. а. пла­не­ты обыч­но по­ни­ма­ют сис­те­му круп­но­мас­штаб­ных те­че­ний, эле­мен­там ко­то­рой при­су­ща про­стран­ст­вен­но-вре­менна́я из­мен­чи­вость разл. мас­шта­бов. Из­ме­не­ния в го­до­вом хо­де Ц. а. за­ви­сят от экс­цен­три­си­те­та ор­би­ты пла­не­ты и на­кло­на её оси; та­кие пе­рио­дич. из­ме­не­ния яр­ко вы­ра­же­ны в Ц. а. Зем­ли. Клю­че­вое зна­че­ние име­ет уг­ло­вая ско­рость вра­ще­ния пла­не­ты (из-за дей­ст­вия Ко­рио­ли­са си­лы, за­ви­ся­щей от ши­ро­ты).

Фор­ми­ро­ва­ние об­щей Ц. а. Зем­ли свя­за­но с не­од­но­род­ным рас­пре­де­ле­ни­ем ат­мо­сфер­но­го дав­ле­ния, воз­ни­каю­щим из-за раз­ли­чия по ши­ро­те при­то­ка сол­неч­ной ра­диа­ции и на­гре­ва ат­мо­сфе­ры, а так­же из-за раз­ных свойств по­верх­ности (напр., су­ши и океа­на). На Ц. а. су­ще­ст­вен­но влия­ют эф­фек­ты тре­ния в пре­де­лах по­гра­нич­но­го слоя ат­мо­сфе­ры, со­дер­жа­ние в ат­мо­сфе­ре во­дя­но­го па­ра и др. пар­ни­ко­вых га­зов. В стра­то­сфе­ре осо­бен­но­сти цир­ку­ля­ции свя­за­ны с по­вы­шен­ным со­дер­жа­ни­ем озо­на.

Рис. 2. Юпитер: атмосферные потоки визуализируют границы ячеек циркуляции атмосферы. Фото NASA/ESA. NASA/ESA

Ц. а. – важ­ный фак­тор фор­ми­ро­ва­ния по­го­ды и кли­ма­та. На про­тя­же­нии все­го вре­ме­ни су­ще­ст­во­ва­ния ат­мо­сфе­ры Зем­ли Ц. а. силь­но из­ме­ня­лась. Для совр. тро­по­сфе­ры Зем­ли в сред­нем ха­рак­тер­но фор­ми­ро­ва­ние трёх ме­ри­дио­наль­ных яче­ек цир­ку­ля­ции в ка­ж­дом по­лу­ша­рии (ячей­ки Хэд­ли, Фер­ре­ля и по­ляр­ные, рис. 1 см. на с. 350). В ат­мо­сфе­ре бы­ст­ро вра­щаю­щих­ся пла­нет (напр., Юпи­те­ра) чис­ло по­доб­ных яче­ек боль­ше, что при­во­дит к ха­рак­тер­ной по­ло­са­той струк­ту­ре по­вер­х­но­сти (рис. 2 см. на с. 350). Вос­хо­дя­щая ветвь ячей­ки Хэд­ли фор­ми­ру­ет­ся вбли­зи эк­ва­то­ра (во внут­ри­тро­пич. зо­не кон­вер­ген­ции), нис­хо­дя­щая – в суб­тро­пич. ши­ро­тах. В наи­бо­лее вы­со­ких ши­ро­тах фор­ми­ру­ют­ся по­ляр­ные ячей­ки с вос­хо­дя­щи­ми вет­вя­ми в суб­по­ляр­ных ши­ро­тах и нис­хо­дя­щи­ми око­ло по­лю­сов. Ме­ж­ду суб­тро­пич. и суб­по­ляр­ны­ми ши­ро­та­ми об­ра­зу­ет­ся ячей­ка Фер­ре­ля. При этом в при­эк­ва­то­ри­аль­ных и суб­по­ляр­ных ши­ро­тах дав­ле­ние у по­верх­но­сти Зем­ли по­ни­же­но, а в суб­тро­пи­че­ских (и, как пра­ви­ло, в по­ляр­ных) – по­вы­ше­но. От­кло­няю­щее влия­ние си­лы Ко­рио­ли­са спо­соб­ст­ву­ет фор­ми­ро­ва­нию в ат­мо­сфе­ре ква­зи­зо­наль­ной цир­ку­ля­ции. В тро­пич. ши­ро­тах это при­во­дит к об­ра­зо­ва­нию пас­са­тов, а в сред­них ши­ро­тах – зап. вет­ров (зап. пе­ре­но­са), для ко­то­рых ха­рак­те­рен ре­жим гео­стро­фи­че­ско­го вет­ра. Ве­ли­чи­на ско­ро­сти зап. вет­ра уве­ли­чи­ва­ет­ся в тро­по­сфе­ре Зем­ли с вы­со­той и дос­ти­га­ет макс. зна­че­ний в струй­ных те­че­ни­ях в рай­оне тро­по­пау­зы у гра­ни­цы раз­де­ла ме­ри­дио­наль­ных тро­по­сфер­ных яче­ек. При этом вра­ще­ние ат­мо­сфер­ных сло­ёв с за­па­да на вос­ток опе­ре­жа­ет су­точ­ное вра­ще­ние пла­не­ты (на мед­лен­но вра­щаю­щей­ся Ве­не­ре – су­ще­ст­вен­но опе­ре­жа­ет). Наи­боль­шие зна­че­ния зо­наль­ной ско­ро­сти вет­ра на Зем­ле про­яв­ля­ют­ся в струй­ных те­че­ни­ях в стра­то­сфе­ре и ме­зо­сфе­ре, на­прав­ле­ние те­че­ний за­ви­сит от се­зо­на (за­пад­ное в зим­нем по­лу­ша­рии и вос­точ­ное в лет­нем). С се­зон­ной ди­на­ми­кой цир­кум­по­ляр­но­го те­че­ния свя­за­но и про­яв­ле­ние эф­фек­тов озо­но­вой ды­ры в ан­тарк­тич. стра­то­сфе­ре.

Раз­ли­чие про­гре­ва су­ши и океа­на при­во­дит к фор­ми­ро­ва­нию мус­со­нов – се­зон­ных вет­ров в ниж­ней ат­мо­сфе­ре, на­прав­лен­ных с бо­лее хо­лод­ной по­верх­но­сти (оке­ан ле­том и су­ша зи­мой) на бо­лее тё­п­лую (см. Мус­сон­ная цир­ку­ля­ция). Над океа­на­ми в тро­по­сфе­ре про­яв­ля­ют­ся ква­зи­по­сто­ян­ные круп­но­мас­штаб­ные ба­рич. ано­ма­лии (об­ла­сти по­вы­шен­но­го или по­ни­жен­но­го дав­ле­ния) – цен­тры дей­ст­вия ат­мо­сфе­ры. В суб­по­ляр­ных ши­ро­тах Сев. по­лу­ша­рия это Ис­ланд­ский и Але­ут­ский ба­рич. ми­ни­му­мы, в суб­тро­пи­че­ских – Азор­ский и Га­вай­ский ба­рич. мак­си­му­мы. Над кон­ти­нен­та­ми зи­мой фор­ми­ру­ют­ся ба­рич. мак­си­му­мы (напр., Си­бир­ский), ле­том – ба­рич. ми­ни­му­мы.

Из­мен­чи­вость Ц. а. свя­за­на с вол­но­вой (см. Вол­ны в ат­мо­сфе­ре) и вих­ре­вой ак­тив­но­стью. Так, в ат­мо­сфе­ре фор­ми­ру­ют­ся и рас­про­стра­ня­ют­ся с вос­то­ка на за­пад круп­но­мас­штаб­ные Росс­би вол­ны. Не­ус­той­чи­вость Ц. а. при­во­дит к об­ра­зо­ва­нию ци­кло­нов и ан­ти­ци­кло­нов. Фор­ми­ро­ва­ние этих вих­рей вне тро­пич. ши­рот свя­за­но с т. н. ба­рок­лин­ной не­ус­той­чи­во­стью – не­ус­той­чи­во­стью те­че­ния во вра­щаю­щей­ся ат­мо­сфе­ре с вер­ти­каль­ным гра­ди­ен­том ско­ро­сти (а так­же меж­ши­рот­ным гра­ди­ен­том темп-ры). Ци­кло­ны сред­них ши­рот, пе­ре­ме­ща­ясь в про­цес­се зап. пе­ре­но­са, от­кло­ня­ют­ся в бо­лее вы­со­кие ши­ро­ты, ан­ти­ци­кло­ны – в бо­лее низ­кие. Об­ра­зо­ва­ние дол­го­жи­ву­щих бло­ки­рую­щих ан­ти­ци­кло­нов в тро­по­сфе­ре сред­них ши­рот и стоя­чих волн Росс­би (их ста­цио­ни­ро­ва­ние в зап. по­то­ке) при­во­дит к воз­ник­но­ве­нию ре­гио­наль­ных за­сух, на­вод­не­ний ле­том, мо­ро­зов зи­мой, яв­ле­ний т. н. бабь­е­го ле­та осе­нью. Фор­ми­ро­ва­ние тро­пич. ци­кло­нов (ура­га­нов, тай­фу­нов), по­ляр­ных ме­зо­ци­кло­нов и смер­чей (тор­на­до) свя­за­но с кон­век­тив­ной ак­тив­но­стью в зем­ной ат­мо­сфе­ре.

Дол­го­жи­ву­щие круп­ные вих­ре­вые об­ра­зо­ва­ния на фо­не зо­наль­ных те­че­ний от­ме­ча­ют­ся и в ат­мо­сфе­рах др. пла­нет. Так, Боль­шое крас­ное пят­но на Юпи­те­ре – ан­ти­ци­кло­нич. об­ра­зо­ва­ние, на­блю­дае­мое бо­лее 350 лет. Ус­той­чи­вые ат­мо­сфер­ные вих­ри за­фик­си­ро­ва­ны так­же на Са­тур­не и Неп­ту­не.

Кро­ме силь­ных из­ме­не­ний в го­до­вом хо­де об­щей Ц. а. и её отд. эле­мен­тов, вы­яв­лен це­лый ряд разл. ко­ле­ба­ний в ат­мо­сфе­ре. Так, в тро­пич. ат­мо­сфе­ре Ин­дий­ско­го и Ти­хо­го океа­нов от­ме­ча­ет­ся т. н. ос­цил­ля­ция Мад­де­на – Джу­лиа­на – из­ме­не­ние ко­ли­че­ст­ва осад­ков с пе­рио­дом 30–60 дней. В стра­то­сфер­ном вет­ре эк­ва­то­ри­аль­ных ши­рот чёт­ко про­яв­ля­ет­ся ква­зид­вух­лет­няя цик­лич­ность (с пе­рио­дом ок. 26 мес). Су­ще­ст­вен­ные ано­ма­лии Ц. а. свя­за­ны с яв­ле­ни­ем Эль-Ни­ньо (Юж­ное ко­ле­ба­ние): из­ме­ня­ют­ся ре­жи­мы т. н. зо­наль­ной цир­ку­ля­ции Уо­ке­ра, Ин­дий­ско­го мус­со­на, цен­тров дей­ст­вия ат­мо­сфе­ры, ат­мо­сфер­ных бло­ки­ро­ва­ний и др. В ва­риа­ци­ях Ц. а. Сев. по­лу­ша­рия от­ме­ча­ют­ся осо­бен­но­сти Се­ве­ро­ат­лан­тич. ко­ле­ба­ния (ха­рак­те­ри­зуе­мо­го вза­им­ной ди­на­ми­кой се­ве­ро­ат­лан­тич. цен­тров дей­ст­вия ат­мо­сфе­ры) и тес­но свя­зан­но­го с ним Арк­тич. ко­ле­ба­ния.

Лит.: Ло­ренц Э. Н. При­ро­да и тео­рия об­щей цир­ку­ля­ции ат­мо­сфе­ры. Л., 1970; Мо­хов И. И. Ди­аг­но­сти­ка струк­ту­ры кли­ма­ти­че­ской сис­те­мы. СПб., 1993; Мо­ха­на­ку­мар К. Взаи­мо­дей­ст­вие стра­то­сфе­ры и тро­по­сфе­ры. М., 2011; Пе­ре­ве­ден­цев Ю. П., Мо­хов И. И., Ели­се­ев А. В. Тео­рия об­щей цир­ку­ля­ции ат­мо­сфе­ры. Ка­зань, 2013.

Вернуться к началу