Барический минимум – система замкнутых изобар с пониженным давлением в центре, барический максимум – система замкнутых изобар с повышенным давлением в центре. Барический гребень – полоса повышенного давления от барического максимума внутри поля пониженного давления. Барическая ложбина соответствует полосе пониженного давления от барического минимума внутри поля повышенного давления. Между двумя барическими максимумами и двумя минимумами, расположенными крест-накрест, образуется незамкнутая система изобар, называемая барической седловиной. В литературе встречается понятие «барическая депрессия» – пояс пониженного давления, внутри которого могут быть замкнутые барические минимумы.
Виды барических систем
Интересно знать!
Изменение давления имеет суточный и годовой ход, зависящий от нагрева подстилающей поверхности. Суточный ход имеет один максимум ночью и минимум – днем. В годовом ходе над сушей максимум наблюдается зимой, минимум – летом, над океаном, наоборот, минимум приходится на зиму, максимум – на летний сезон. Давление на Земле постоянно меняется. Максимальное давление зарегистрировано в Красноярском крае в 1968 г. – 1083,8 мб, минимальное – на Филиппинских островах в 1979 г. – 870 мб. В Москве (150 м над уровнем моря) самое высокое давление достигало 1037 мб, самое низкое – 944 мб.
Давление по земной поверхности распределено зонально. На экваторе в течение года располагается пояс пониженного давления – экваториальная депрессия. В июле она перемещается в Северное полушарие на 15 – 20° с.ш., в декабре – в Южное, на 5° ю.ш. В тропических широтах давление в течение года повышенное, зимой над океанами и над сушей возникает сплошной пояс повышенного давления, летом повышенное давление сохраняется только над океанами, над сушей давление уменьшается, возникают термические депрессии. В умеренных широтах Северного полушария летом формируется сплошной пояс пониженного давления, зимой над материками из-за сильного охлаждения поверхности возникают барические максимумы. В Южном полушарии в умеренных и субполярных широтах над водной поверхностью весь год существует полоса пониженного давления. В полярных широтах, над ледяными щитами Антарктиды и Гренландии давление в течение года повышенное.
Следовательно, существуют территории, над которыми в течение года давление сохраняется постоянным, здесь формируются постоянные барические системы. Сезонные барические системы образуются в том случае, если давление по сезонам изменяет знак на обратный: на месте барического максимума возникает барический минимум и наоборот.
Постоянные барические системы
- На экваторе экваториальная депрессия.
В тропических, субтропических широтах пять барических максимумов:
- Северо-Тихоокеанский,
- Северо-Атлантический,
- Южно-Тихоокеанский,
- Южно-Атлантический,
- Южно-Индийский.
В умеренных широтах в течение года существуют барические минимумы:
в Северном полушарии
- Алеутский барический минимум
- Исландский барический минимум,
в Южном полушарии
- Приантарктический пояс пониженного давления.
В полярных широтах – два барических максимума:
- Антарктический,
- Гренландский.
Сезонные барические системы
летний Южно-Азиатский минимум с центром около 30° с.ш.,
зимний Азиатский максимум с центром над Монголией.
В Северной Америке –
летний Мексиканский минимум,
Северо-Американский и Канадский максимумы, образующиеся зимой.
Все барические системы смещаются вслед за Солнцем в летнее полушарие: в июле они занимают крайнее северное положение, в декабре – крайнее южное. Все барические системы оказывают большое влияние на воздушные течения, погоду и климат на значительных территориях. Их называют центрами действия атмосферы.
3. Ветер
Характеристики ветра. Движение воздуха в горизонтальном направлении называется ветром. Ветер характеризуется скоростью, силой и направлением.
Скорость – расстояние, которое проходит воздух за единицу времени, выражается в м/с, км/ч.
Сила ветра – давление, оказываемое воздухом на площадку в 1 м2,
расположенную перпендикулярно движению. Сила ветра определяется в килограммах на квадратный метр (кг/м2) или в баллах по шкале Бофорта (0 баллов – штиль, 12 баллов – ураган). Сила ветра зависит от скорости: F = 0,25v2,
где F – сила ветра; v – скорость ветра.
Скорость ветра определяется горизонтальным барическим градиентом – изменением давления на единицу расстояния в сторону уменьшения давления и перпендикулярно изобарам. За единицу расстояния принимается 100 км. Замедляет движение воздуха трение о земную поверхность, которое сказывается до высоты 1000 м. Этот слой атмосферы называется слоем трения, выше него скорость ветра больше.
Интересно знать!
Максимальные скорости ветра были зафиксированы в Антарктиде – до 90 м/с. Максимальная скорость ветра в приземном слое воздуха наблюдается в 13– 14 ч, минимальная – в ночные часы. В более высоких слоях атмосферы суточный ход скорости ветра обратный. Такое движение воздуха объясняется изменением интенсивности вертикального обмена в атмосфере в течение суток. Средняя скорость ветра у земной поверхности равна 5–10 м/с. Зимой скорость ветра возрастает из-за уменьшения трения над снежным покровом, летом скорость ветра становится меньше.
Направление ветра определяется той точкой горизонта, откуда дует ветер, оно выражается в румбах или азимутом. Румб – направление к точке видимого горизонта относительно стран света. Главные румбы – север, юг, восток и запад. Азимут в градусах отсчитывается от севера по часовой стрелке. Для более точного определения направления иногда указываются и румб и азимут: С 25° В, т.е. от севера к востоку на 25°. Наглядное представление о повторяемости ветров определенных направлений дает диаграмма «роза ветров». Она показывает, какие ветры преобладали на данной территории за определенный промежуток времени. Направление ветров, их величину необходимо знать при планировании улиц, размещении промышленных предприятий.
3. Общая циркуляция воздушных масс.
Общая циркуляция атмосферы – система воздушных потоков планетарного масштаба, охватывающая весь земной шар, тропосферу и нижнюю стратосферу.
В циркуляции атмосферы выделяют зональные и меридиональные переносы.
К зональным переносам, развивающимся в основном в субширотном направлении, относятся:
западный перенос, господствующий на всей планете в верхней тропосфере и нижней стратосфере;
в нижней тропосфере в полярных широтах – восточные ветры, в умеренных широтах – западные ветры, в тропических и экваториальных широтах – восточные;
струйные течения, развивающиеся над фронтальными зонами в верхней тропосфере.
К меридиональным переносам относятся муссоны тропических-экваториальных широт и внетропических широт.
Общая циркуляция атмосферы складывается под влиянием
- неравномерного распределения солнечной радиации,
- действия силы Кориолиса,
- неоднородности подстилающей поверхности.
При поступлении солнечной радиации на однородную невращающуюся Землю в верхней части тропосферы возникло бы движение воздуха от экватора к полюсу, у подстилающей поверхности – от полюса к экватору.
В самом деле, воздух на экваторе в приземном слое атмосферы сильно прогревается. Теплый и влажный воздух поднимается вверх, объем его возрастает, и в верхней тропосфере возникает высокое давление. У полюсов из-за сильного охлаждения приземных слоев атмосферы воздух сжимается, объем его уменьшается и наверху давление падает. Следовательно, в верхних слоях тропосферы возникает переток воздуха от экватора к полюсам. Благодаря этому масса воздуха у экватора, а значит, и давление у подстилающей поверхности уменьшаются, а на полюсах возрастает. И в приземном слое атмосферы начинается движение от полюсов к экватору.
Вывод: солнечная радиация формирует меридиональную составляющую общей циркуляции атмосферы.
На однородной вращающейся Земле действует еще сила Кориолиса. Наверху сила Кориолиса отклоняет поток в Северном полушарии вправо от направления движения, т. е. с запада на восток. В Южном полушарии движение воздуха отклоняется влево, т. е. опять с запада на восток. Поэтому вверху возникает западный перенос, он отмечен для всей Земли в целом. Наблюдения и измерения показали, что в верхней тропосфере и нижней стратосфере в интервале высот от 10 до 20 км давление действительно уменьшается от экватора к полюсам и существует западный перенос. Ветры на этих высотах – геострофические, дуют вдоль параллельных прямолинейных изобар, ветер вне слоя трения довольно сильный. В общем движение воздуха происходит вокруг полюсов. Следовательно, сила Кориолиса формирует зональный перенос общей циркуляции атмосферы.
Внизу у подстилающей поверхности движение более сложное, влияние оказывает неоднородная подстилающая поверхность, т. е. расчленение ее на материки и океаны. Образуется сложная картина основных воздушных потоков.
От субтропических поясов высокого давления воздушные потоки оттекают к экваториальной депрессии и в умеренные широты.
В первом случае образуются восточные ветры тропических-экваториальных широт. Над океанами благодаря постоянным барическим максимумам они существуют круглый год.
Пассаты – ветры экваториальных периферий субтропических максимумов, постоянно дующие только над океанами.
Над сушей давление меняется в течение года и только зимой, когда возникает сплошной пояс высокого давления, формируется зимний пассат. Воздух оттекает из области высокого давления в сторону экваториальной депрессии. Летом над сушей в тропических широтах давление уменьшается из-за сильного прогрева и перемещения в эти широты экваториальной депрессии.
В Северном полушарии пассаты имеют северо-восточное направление, в Южном полушарии – юго-восточное.
Воздух перемещается к экватору от менее нагретой поверхности к более нагретой, в результате прогрева воздуха начинается конвекция. Но развивается она только в нижнем слое. На высоте 1200–2000 м лежит инверсионный слой, препятствующий образованию облаков и осадков. Пассаты двух полушарий сходятся вблизи экватора. В области их сходимости (внутритропическая зона конвергенции) возникают сильные восходящие токи воздуха, образуются кучевые облака и выпадают ливневые осадки.
Ветровой поток, идущий в умеренные широты от тропического пояса повышенного давления, формирует западные ветры умеренных широт. Они усиливаются в зимнее время, так как над океаном в умеренных широтах разрастаются барические минимумы, увеличивается барический градиент между барическими минимумами над океанами и барическими максимумами над сушей, следовательно, увеличивается и сила ветров. В Северном полушарии направление ветров юго-западное, в Южном полушарии – северо-западное.
Преобладающими ветрами в полярных широтах являются северо-восточные в Северном полушарии и юго-восточные – в Южном. Воздух перемещается от полярных областей повышенного давления в сторону пояса пониженного давления умеренных широт.