Погода. Радиационный баланс Земли. Локальные ветры и бризы. Движение Земли и погода, страница 10

Аналогично, самое жаркое время днем наступает значительно позже полудня. Инерционность солнечных нагревательных установок очень мала. Поэтому их максимальная эффективность приходится на июнь.

Вращение Земли и ветры.В отсутствие вращения Земли нагретый воздух поднимался бы на экваторе (месте наибольшего нагрева) вверх вследствие конвекции (зона конвергенции). Воздух у поверхности Земли двигался бы от полюсов к экватору, восполняя недостаток утекающего вверх воздуха в экваториальной области. Поднявшийся к верхней границе тропосферы воздух над экватором  начинал бы перемещаться горизонтально в направлении полюсов. В полярных областях  воздух верхней атмосферы опускался бы вниз, чтобы замкнуть кольцо циркуляции.

Из-за вращения Земли описанная схема не соответствует реальности. На самом деле происходит отклонение ветра, которое вызывается вращением Земли.

На рисунке 2.13 показан след от мела на вращающемся диске, когда мы проводим прямую линию от края диска к центру и наоборот. Если скорость рисования мала, след приобретает форму спирали. Приведенная модель очень похожа на Землю, наблюдаемую из космоса над Северным полюсом.

Ветры изгибаются вправо от направления ветра в северном полушарии. В южном – влево. Если рассматривать движение воздуха в системе координат, связанной с Землёй, такое отклонение есть  результат действия силы Кориолиса. Последняя пропорциональна угловой скорости вращения. Поэтому эффект получается более заметным при увеличении скорости вращения диска. Строгое рассмотрение вопроса о силе Кориолиса проведено в разд.  14.

При учете вращения Земли движение воздуха, описанное выше, должно существенно измениться. Вращение Земли приводит к образованию 3-х ячеек циркуляции[18] в каждом полушарии. Эти три ячейки  называют: ячейка Хедли (George Hadley, 1735), ячейка Феррела (Ferrel) и полярная ячейка. В рамках новой модели экватор по-прежнему остается самой теплой областью на Земле (рис. 2.14). Эта область наибольшего нагрева действует как зона термических циклонов и называется зоной внутритропической конвергенции. Зона «всасывает» поверхностный воздух из субтропиков. Когда субтропический воздух достигает  экватора, он поднимается вверх вследствие конвергенции (сходимости) и конвекции (нагретый воздух более легкий).

По мере подъема воздух охлаждается и запасенная в виде пара влага конденсируется и выпадает в виде осадков. Именно поэтому в тропической зоне столь часты дожди.  Поднимающийся воздух достигает максимальной высоты около 14 км (вершина тропосферы) и начинает движение к полюсам. Сила Кориолиса вызывает отклонение движущегося в верхней тропосфере воздуха.

На широте около 30 градусов воздух в Северном полушарии уже движется зонально – с запада на восток. Этот зональный поток называют субтропическим струйным течением. Зональное течение приводит также к накоплению воздуха в верхней тропосфере, поскольку ветер уже не дует в меридиональном направлении. Чтобы компенсировать это накопление, часть воздуха опускается вниз к поверхности Земли, образуя субтропическую зону высокого давления (зону дивергенции). Часть опустившегося воздуха возвращается назад к экватору, замыкая циркуляционную систему ячейки Хедли. Этот воздух также подвержен действию силы Кориолиса, что приводит к возникновению «торговых» (trade) ветров (северо-восточных в Северном и юго-восточных в Южном полушариях). Такое название эти ветры получили в эпоху интенсивного развития морских перевозок на парусных судах.

Воздух у поверхности Земли, движущийся к полюсам из субтропической зоны высокого давления, под действием силы Кориолиса загибается к востоку, приводя к возникновению западного переноса (prevailingwesterlies). Между 30 и  60 градусами  широты воздух в нижней части тропосферы стремится  в основном к полюсам, но сила Кориолиса отклоняет его к востоку и образует полярное струйное течение приблизительно около круга 60 градусов широты.