Волновые процессы в атмосфере, страница 3

Однажды начавшись, такое попеременное смещение влево и вправо от направления движения приведет к возникновению волнового движения.

Таким образом, под влиянием возмущений в западном потоке обязательно возникают волновые движения. Детально теория такого волнового движения построена в середине ХХ века американским ученым-метеорологом Россби (Carl-Gustav Rossby), который получил для скорости распространения волны

                                 .

Здесь V_g – скорость зонального западного переноса, λ – длина волны, R – радиус Земли. Сами волны получили название длинных волн или волн Россби. Из формулы видно, что при заданной скорости V_g западного переноса скорость продвижения волны с запада на восток тем меньше, чем больше длина волны. Для крайнего случая неподвижных волн длина волны составляет несколько тысяч километров. Такие стационарные (стационарные или планетарные) волны Россби, охватывающие огромные территории, оказывают влияние на погоду в течение недель и месяцев. Например (рис. 17.2), если летом над европейской частью России расположена ложбина стационарной волны (циклоническое движение, область низкого давления), в регионе наблюдается прохладная дождливая погода, обусловленная выносами холодного воздуха с северо-запада. Одновременно  над Западной Сибирью располагается гребень стационарной волны, в котором летом стоит теплая сухая погода (антициклоническое движение, давление высокое). Если, наоборот, в Европейской части России гребень, то здесь устанавливается теплая сухая погода, иногда с засухами. Планетарные волны имеют длину волны порядка 10 000 км. Они генерируются крупномасштабными особенностями топографии земной поверхности (типа Скалистых гор, горной системой Гималаи-Тибет) или разницей в температурах океана и суши. Вследствие существенных различий между полушариями в этом отношении энергия планетарных волн в Северном полушарии значительно выше, чем в Южном. Очень часто планетарные волны распространяются вверх из тропосферы в стратосферу. Наибольшее влияние такие волны оказывают на зимнюю стратосферу вне экваториальной области. Проникнув в стратосферу, планетарная волна увеличивается в размерах из-за меньшей плотности воздуха. Волна, развившаяся в тропосфере, поднимается вертикально вверх и проникает в стратосферу вдоль оси струйного течения, со временем отклоняясь к тропикам.

Длинные волны наиболее часто возникают в средней и верхней тропосфере. Вблизи поверхности Земли они часто имеют вид обычных циклонов и антициклонов. Существенное значение для динамики стратосферы и мезосферы имеет то, что волны Россби способны распространяться в вертикальном направлении и переносить количество движения в верхние слои атмосферы.

Давайте теперь посмотрим, что будет, если возмущается восточный геострофический ветер. В этом случае при постоянном градиенте давления смещение потока на север приводит к возрастанию силы Кориолиса, усиливающей еще больше отклонение вправо, и образуется антициклон. Подобные движения играют важную роль в расчленении субтропического пояса (восточный перенос) высокого давления на отдельные антициклоны (атлантический, тихоокеанский и др.).

Если масса воздуха получила импульс движения к югу, то образуется также замкнутый вихрь, но уже циклон. Такие циклоны часто образуются при северо-восточных вторжениях арктического воздуха в умеренные широты.

Резюме.  Западный перенос устойчив относительно возмущений в виде длинных волн. Восточный перенос неустойчив относительно таких возмущений и приводит к образованию антициклонов к северу от потока и циклонов к югу. Здесь длинные волны невозможны.

17.3. Волновые движения на границе раздела воздушных масс

Свойства поверхности раздела

Воздушные массы,  обладающие различными свойствами (в первую очередь, различной температурой) могут длительное время двигаться бок о бок без заметного перемешивания. Они разделяются пограничной зоной, в которой происходит переход от одних значений метеорологических элементов (температура, влажность, ветер), характерных для одной воздушной массы, к другой. Очевидно, здесь, в переходной зоне, значения градиентов этих элементов максимальны. Схематически зоны перехода (фронты) можно трактовать как поверхности, на которых происходит разрыв (изменение скачком) метеорологических элементов.