У поверхности Земли на широте 60 градусов западный ветер «сталкивается» с холодным воздухом, движущимся от полюсов. Это «столкновение» приводит к формированию фронтального поднятия воздуха – субполярной зоны пониженного давления. Небольшая порция поднимающегося воздуха после достижения вершины тропосферы замыкается в ячейку Феррела. Большая же часть воздуха направляется в полярные вихри. Воздух охлаждается за счет теплового излучения, сжимается и становится настолько тяжелым, что опускается вниз к поверхности Земли около полюсов, образуя полярные зоны высокого давления[19].
Повышенное давление в этой области заставляет холодный тяжелый воздух двигаться[20] к югу у поверхности Земли, заворачиваясь на запад. Около 600 широты он «наталкивается» на «западный перенос», смещающийся к северу. Линия столкновения называется полярным фронтом. Теплый воздух с юга «наползает» на холодный северный. Поднимающийся воздух быстро охлаждается. В результате в области полярного фронта наблюдается неустойчивая погода. Часто фронт разрывается, и образуются холодные волны, распространяющиеся далеко на юг.
Очевидно, что появление зональных ветров вдоль широтных кругов «затормаживает» обмен воздухом между «горячим» экватором и «холодными» полюсами. Несмотря на это, огромное количество тепловой энергии «забирается» из экваториальной зоны и переносится к полюсам. Этот перенос тепла сглаживает разницу в температурах различных участков Земли: охлаждает горячие и нагревает холодные. Циркуляция атмосферы способствует также более равномерному распределению влаги: около 4% влаги, содержащейся в экваториальном воздухе, уносится к полюсам, где влажность практически отсутствует. Этот перенос влаги играет заметную роль и в энергетическом балансе атмосферы. Достаточно указать, что 1 кг водяного пара, перенесенный от экватора к полюсу и превращенный в лед, высвобождает более 3 000 кДж тепла.
Описанная модель глобальной циркуляции никогда не реализуется в действительности в каждый конкретный момент времени, особенно в умеренных и высоких широтах. Причины: различие температурных режимов суши и океана, в том числе и сезонная смена знака температурной разности суша – океан, турбулентный (нестационарный, неупорядоченный) характер обмена воздухом в меридиональном направлении.
Об адекватности такой модели можно говорить только в среднем, например, рассматривая усредненное за достаточно большой промежуток времени движение воздуха. В качестве примера на рис. 2.15 приведена реальная циркуляция у поверхности Земли, осредненная за 39 лет. Видны некоторые отличия от модельной трехъячейковой циркуляции. Они возникают, главным образом, по двум причинам: вследствие различия в тепловых характеристиках воды и суши, неравномерно распределенных по поверхности Земли, и вследствие неровности земной поверхности. Поднятие ландшафта интенсифицирует циркуляционные системы, особенно, системы высокого давления.
Рисунок 2.15 со средней реальной циркуляцией.
Внутритропическая зона конвергенции не совпадает с экватором и вообще не параллельна кругам широты. Летом она смещается в Северное полушарие вследствие более сильного нагрева последнего. При этом смещение в области суши сильнее, поскольку суша быстрее нагревается. Зимой зона конвергенции перемещается в Южное полушарие.
Субтропическая зона высокого давления на самом деле не представляет собой цельный замкнутый пояс вокруг земного шара. Она состоит из нескольких локализованных центров высокого давления (антициклонов). Эти центры расположены в интервале широт 20-30о и образуются вследствие опускающихся восточных течений ячейки Хедли. Они усиливаются над океанами в периоды высокого Солнца. В эти периоды воздух над океаном оказывается более холодным по отношению к воздуху над сушей из-за более медленного нагрева океана. Над сушей интенсификация систем высокого давления происходит в зимние месяцы, поскольку земля остывает быстрее по сравнению с океаном, что приводит к формированию огромных холодных континентальных воздушных масс.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.