Общая циркуляция атмосферы
Общая циркуляция атмосферы — это система постоянных и сезонных перемещений воздуха, связывающая области разного давления на Земле. Она переносит тепло и влагу между экватором и полюсами и формирует основные закономерности климата.
Что заставляет воздух двигаться
Главная причина циркуляции — неравномерный нагрев земной поверхности Солнцем. Экватор получает больше солнечной энергии, чем полярные области. Над нагретой поверхностью воздух расширяется, становится менее плотным и поднимается. У поверхности возникает пониженное давление. Над холодной поверхностью воздух охлаждается, уплотняется и опускается, поэтому формируется повышенное давление.
Система крупномасштабных перемещений воздуха между поясами атмосферного давления, которая охватывает весь земной шар и переносит тепло, влагу и примеси.
Горизонтальное движение воздуха из области высокого давления в область низкого называется ветром. Чем больше разность давления на одинаковом расстоянии, тем сильнее градиент давления и, как правило, скорость ветра. Вертикальные движения особенно важны в областях восходящего и нисходящего воздуха.
У поверхности воздух направляется от области повышенного давления к области пониженного давления. В реальной атмосфере направление отклоняется вращением Земли — это действие силы Кориолиса.
На направление циркуляции влияют также трение о земную поверхность, рельеф, различия между сушей и океаном и сезонный перенос поясов давления. Основы измерения и распределения давления разобраны на странице атмосферное давление.
Пояса давления и ячейки циркуляции
В среднем на Земле выделяют семь широтных поясов давления: один экваториальный пояс низкого давления, два субтропических пояса высокого давления, два субполярных пояса низкого давления и два полярных пояса высокого давления. Пояса простираются не сплошной ровной полосой: материки, океаны и сезонные изменения делают их прерывистыми и смещёнными.
| Широты | Преобладающее давление | Основное движение воздуха |
|---|---|---|
| Экватор | Низкое | Воздух поднимается |
| 20–35° | Высокое | Воздух опускается |
| 55–65° | Низкое | Воздух поднимается |
| Полярные области | Высокое | Воздух опускается |
Между поясами давления образуются три циркуляционные ячейки в каждом полушарии. В тропиках действует ячейка Хэдли: воздух поднимается у экватора, переносится в верхней тропосфере к субтропикам, опускается и возвращается к экватору у поверхности. В средних широтах расположена ячейка Ферреля, а в высоких — полярная ячейка.
У экватора воздух преимущественно поднимается, около 30° широты опускается, около 60° снова поднимается, а у полюсов опускается. Поэтому у экватора и около 60° формируются пояса низкого давления, а около 30° и у полюсов — высокого.
Почему в районе экватора у поверхности обычно формируется пониженное давление?
Планетарные ветры
Постоянные ветры возникают потому, что между поясами давления существует устойчивый обмен воздухом. В тропиках дуют пассаты: в Северном полушарии они имеют северо-восточное направление, а в Южном — юго-восточное. Их общий перенос направлен от субтропических максимумов к экваториальному минимуму.
В средних широтах преобладают западные ветры. Они направлены от субтропических областей высокого давления к субполярным областям низкого давления, но из-за вращения Земли получают западно-восточное направление. В полярных широтах преобладают восточные ветры, дующие от полярных максимумов к субполярным минимумам.
| Зона | Пояса давления | Преобладающие ветры |
|---|---|---|
| 0–30° | От высокого к низкому | Пассаты |
| 30–60° | От высокого к низкому | Западные ветры |
| 60–90° | От высокого к низкому | Полярные восточные ветры |
В Северном полушарии движущийся воздух отклоняется вправо относительно направления движения, а в Южном — влево. Поэтому ветер не идёт строго по кратчайшей линии от максимума давления к минимуму.
Вблизи поверхности движение замедляется из-за трения. На высоте трение слабее, поэтому воздушные потоки движутся быстрее и могут иметь другое направление. Крупные ветры верхней тропосферы, например струйные течения, связаны с большими контрастами температуры и давления.
Сезонные изменения и циркуляция над океанами
Пояса давления и зоны восходящих потоков в течение года смещаются вслед за поясом наиболее сильного нагревания. Летом соответствующая область перемещается к более прогретому полушарию, зимой — к противоположному. Особенно заметно это в тропиках, где сезонное смещение экваториальной зоны низкого давления вызывает смену направления ветров.
Суша нагревается и остывает быстрее воды. Поэтому летом над материком давление часто ниже, чем над соседним океаном, а зимой — выше. Сезонная смена ветров между материком и океаном называется муссонной циркуляцией. Она определяет чередование влажного и сухого сезонов в ряде регионов. Подробный механизм рассматривается на странице циркуляция атмосферы над океаном.
Дано: пункт находится в Северном полушарии между экватором и 30° с. ш. Нужно определить направление преобладающего ветра у поверхности.
1) Путают направление, откуда дует ветер, с направлением его движения: северо-восточный ветер движется к юго-западу. 2) Считают, что все ветры дуют строго от экватора к полюсам: у поверхности основные потоки направлены между соседними поясами давления. 3) Забывают о полушарии при определении отклонения силы Кориолиса. 4) Называют муссон постоянным ветром: его направление меняется по сезонам. 5) Смешивают погоду и общую циркуляцию: отдельный порыв ветра не показывает планетарную закономерность.
Для заданий экзамена сначала определите широтную зону и пояс давления, затем установите направление движения воздуха, после чего учтите отклонение в нужном полушарии. Если в условии указаны материк, океан и время года, дополнительно проверьте сезонное различие нагревания.
Алгоритм решения заданий
- Определите широту и полушарие пункта.
- Найдите ближайшие пояса высокого и низкого давления.
- Установите, откуда и куда направлен воздух у поверхности.
- Отклоните поток вправо в Северном полушарии или влево в Южном.
- Проверьте влияние сезона, суши, океана и рельефа.
Сначала подпишите на схеме экватор, 30° и 60°. Затем вспомните чередование поясов: низкое — высокое — низкое — высокое. После этого направление основных ветров определяется значительно легче.
Быстрая проверка
Главное
- Общая циркуляция возникает из-за неравномерного нагревания Земли и различий атмосферного давления.
- Основные пояса давления чередуются: низкое давление у экватора и около 60°, высокое — около 30° и у полюсов.
- В каждом полушарии действуют ячейки Хэдли, Ферреля и полярная.
- Пассаты дуют в тропиках, западные ветры — в средних широтах, полярные восточные — в высоких.
- Сила Кориолиса отклоняет воздух вправо в Северном полушарии и влево в Южном; сезонный контраст суши и океана формирует муссоны.