Циркуляция атмосферы над океаном

Океан — не просто поверхность, над которой движется воздух, а огромный источник влаги и тепла. Над океанами формируются и изменяются воздушные массы, а их перемещение ветрами определяет погоду на океанах и прилегающих материках.

Океан как источник воздушных масс

Воздушная масса — большой объём воздуха с относительно однородными температурой и влажностью. Над океаном воздух соприкасается с водной поверхностью, поэтому получает водяной пар. Его температура зависит главным образом от температуры поверхности океана, широты, времени года и характера морских течений. Поэтому над разными частями Мирового океана формируются воздушные массы с разными свойствами.

В тропических широтах образуется тёплый и влажный морской воздух, в умеренных — прохладный и влажный, в полярных — холодный и относительно сухой. Однако свойства воздуха могут изменяться при перемещении: над холодным течением он охлаждается и становится устойчивее, над тёплым течением получает дополнительное тепло и влагу.

После формирования воздушные массы перемещаются из областей высокого давления в области низкого давления. Направление движения изменяется под действием вращения Земли — это подробно рассматривается на странице силе Кориолиса. Так возникает связь между океаном, атмосферным давлением и ветром.

Почему погода зарождается над океаном

Погода — состояние атмосферы в определённом месте и в определённое время. Над океаном постоянно происходят испарение, теплообмен и перемешивание воздуха. Поэтому океанические пространства часто становятся областью, где начинают развиваться облачность, осадки, туманы, циклоны и антициклоны. Подробная последовательность этих процессов разобрана на странице «Зарождение погоды над океаном».

• Испарение увеличивает содержание водяного пара в воздухе.
• При подъёме и охлаждении воздуха водяной пар конденсируется, образуя облака.
• Выделение скрытой теплоты конденсации поддерживает восходящие движения.
• Разность давления создаёт ветер и перемещает тепло и влагу.
• Столкновение воздушных масс порождает фронты, облачность и осадки.

В упрощённой записи \(E\) — энергия, необходимая для испарения, \(\rho_w\) — масса испарившейся воды, \(L_v\) — удельная теплота парообразования, \(P\) — доля или интенсивность процесса испарения. При обратном процессе — конденсации — эта энергия выделяется в атмосферу.

Система ветров над океаном

Ветер возникает из-за горизонтального различия атмосферного давления. Чем больше градиент давления, то есть изменение давления на единицу расстояния, тем выше возможная скорость ветра. В реальной атмосфере направление ветра определяется не только градиентом давления, но и вращением Земли, трением и рельефом.

Здесь \(p\) — давление, \(\rho\) — плотность воздуха, а знак «минус» показывает, что сила направлена от большего давления к меньшему. В верхних слоях атмосферы трение мало, поэтому воздушные потоки могут двигаться почти вдоль изобар. У земной поверхности трение замедляет ветер и немного отклоняет его в сторону низкого давления.

Над океанами действуют планетарные ветры: пассаты в тропиках, западный перенос в умеренных широтах и восточные ветры в полярных областях. Эти потоки входят в систему общей циркуляции атмосферы. Их направление и скорость меняются сезонно, особенно в районах муссонов и сильных циклонов.

Циклоны, антициклоны и океаническая погода

Циклон — область пониженного давления с восходящими движениями воздуха. Воздух в циклоне движется к центру, поднимается, охлаждается, и водяной пар конденсируется. Поэтому для циклона типичны облачность, осадки и усиление ветра. В Северном полушарии движение воздуха вокруг циклона направлено против часовой стрелки, в Южном — по часовой.

Антициклон — область повышенного давления с нисходящими движениями воздуха. Опускаясь, воздух прогревается и становится суше, поэтому облаков обычно мало. В Северном полушарии воздух движется по часовой стрелке, в Южном — против часовой.

Ответ: это циклон. Над океаном он может усиливаться благодаря поступлению водяного пара и выделению теплоты при его конденсации. Если циклон перемещается к материку, он приносит осадки и сильный ветер на побережье.

Океанические течения и перенос тепла

Океанические течения изменяют свойства воздуха над водой. Тёплое течение повышает температуру и испарение, а холодное течение охлаждает нижний слой атмосферы. Над холодными течениями часто возникают температурные инверсии и туманы: воздух у поверхности холоднее, чем выше, поэтому вертикальное перемешивание затруднено.

Если тёплый влажный воздух перемещается над холодной водой, он охлаждается снизу. Влага конденсируется, но облака могут оставаться низкими и слоистыми. Если холодный воздух проходит над тёплой водой, снизу он нагревается, становится неустойчивым и поднимается; возможны ливни и кучево-дождевая облачность.

1. Сначала определите, где находится область высокого или низкого давления.
2. Затем установите направление движения воздуха с учётом полушария и силы Кориолиса.
3. Проверьте, поднимается или опускается воздух.
4. Оцените влажность и температуру поверхности океана.
5. Сделайте вывод о ветре, облачности, осадках и устойчивости погоды.

Как решать задания по теме

В заданиях экзамена часто требуется связать природный процесс с его следствием: испарение — влажность, разность давления — ветер, подъём воздуха — облака и осадки, холодное течение — охлаждение воздуха и туманы. Необходимо читать условие как цепочку причин и последствий, а не выбирать ответ по одному знакомому слову.