Физика зональной циркуляции атмосферы, страница 4

Межгодовые изменения углового момента атмосферы, очевидно, отражают либо долгопериодические колебания общей циркуляции атмосферы, либо долговременный тренд циркуляции. Поэтому такое важное значение имеет задача мониторинга момента импульса атмосферы.

В качестве примера влияния меридионального переноса на момент импульса атмосферы укажем на явление Эль-Ниньо 1982-1983 гг. [62]. Это было одно из самых сильных явлений за всю историю наблюдений. В апреле 1982 г. градиент давления вдоль экватора между восточной и западной частями Тихого океана сменил свой знак, и уже в мае в экваториальной полосе появились западные ветры, вместо привычных для этого региона восточных. В результате резко усилилась волна, выравнивающая уровень поверхности океана, и температура поверхности в центральной и восточной частях Тихого океана стала быстро расти.

Позже потепление распространилось вдоль западного побережья Южной Америки и достигло даже Канады, где ранее эффекты Эль-Ниньо никогда не отмечались. Изменения в полях ветра и температуры поверхности океана вызвали радикальную перестройку процессов движения атмосферы. В обычно сухих центральных и восточных частях экваториальной зоны Тихого океана выпало небывалое количество осадков. В Эквадоре и Перу - более 2 000 мм за 6 месяцев. Там отмечались катастрофические наводнения. В то же время в Австралии, Индонезии, на Филиппинах и в Восточной Африке наблюдались сильные засухи.

Из-за аномального нагрева поверхности вод атмосфера получила от мирового океана столь избыточное количество тепла, что в январе 1983 г. температура воздуха на уровне тропопаузы  над экватором превышала норму на 2-4^о С. Нагрев экваториальной зоны атмосферы обострил контраст температур между экватором и полюсами, и это привело к значительному усилению зональной циркуляции атмосферы. Момент импульса атмосферы в январе 1983 г. возрос до приблизительно 2.10∙10²⁶ кг∙м²∙с^-1, то есть, приблизительно в 1.5 раза по сравнению с многолетним средним максимальным значением.

В это же время отмечались очень сильные региональные аномалии атмосферной циркуляции. Зимой 1982-1983 г. с Северной Атлантики через Скандинавию двигались на восток сильнейшие циклоны. Из-за штормовой погоды, вызванной этими циклонами, была размыта Куршская коса (Калининградская область), а прибрежные города Балтийского моря страдали от наводнений.

Природа суперротации атмосферы

Из предыдущего обсуждения ясно, что атмосфера «забирает» момент импульса у Земли на экваторе и «отдает» в высоких широтах. Передача момента из области «отбора» в область «отдачи» осуществляется за счет макротурбулентного перемешивания воздуха в меридиональном направлении.

Очевидно, что отбираемый и возвращаемый угловые моменты должны в среднем равняться друг другу. Иначе бы скорость вращения Земли изменялась бы в одном направлении, а этого не происходит уже много миллионов лет. В связи с этим возникает вопрос, каковы условия подобного баланса? В частности, при каком значении относительного углового момента атмосферы возможен такой баланс?

Первое, что приходит на ум, сказать, что атмосфера в целом обладает нулевым угловым моментом относительно Земли. Однако это не так. Наблюдения показывают, что условия равновесия притока и оттока момента импульса наступают в случае, когда атмосфера имеет положительный относительный угловой момент, то есть, имеет место суперротация атмосферы. Причина такого положения заключается в особенностях взаимодействия атмосферы с Землей, а именно, - в осредненных количественных характеристиках трения воздуха при движении над поверхностью Земли.