Циркуляція атмосфери в тропічних широтах. Пасати

У тропічних широтах горизонтальні баричні градієнти в обох півкулях спрямовані від субтропічних поясів високого тиску до екваторіального поясу низького тиску (мал..6.26.). Тому геострофічний вітер тут має східний напрямок і охоплює усю тропічну зону. У приземному шарі повітря під дією сил тертя вітер відхиляється від ізобар на деякий кут у бік низького тиску і в північній півкулі набуває північно-східного напрямку, а в південній – південно-східного (мал.. 6.26, б). Ці вітри називаються пасатами. Пасати не охоплюють земну кулю суцільними смугами. Відомо, що субтропічні пояси високого тиску розпадаються на окремі субтропічні антициклони, які розташовані над океанами і витягнуті в широтному напрямку. У північній півкулі повітря в антициклонах рухається за годинниковою стрілкою. Тому на південній периферії цих антициклонів у шарі тертя вітри мають північно-східний і східний напрямок (мал. 6.29.).

У південній півкулі повітря в антициклоні рухається проти годинникової стрілки. Тому на північній периферії цих антициклонів у приземному шарі вітри мають південно-східний і східний напрямок. Отже, пасати – це вітри екваторіальної периферії субтропічних антициклонів. Вони займають територію від 30⁰ до 10⁰ широти обох півкуль. В тій півкулі, де зараз літо, зона пасатів відступає на кілька градусів від екватора, а в зимовій півкулі наближається до екватора.

Пасати – стійкі вітри, вони майже не змінюють свого напрямку протягом року. Швидкість вітру поблизу поверхні Землі в зоні пасатів близько 5-7 м/с на суходолі, та 8-10 м/с над океаном. Товщина пасатного потоку повітря на початку руху становить 2-4 км і збільшується у напрямку до екватора. Над цим пасатним потоком панують східні вітри. Раніше вважали, що над пасатами існують чітко виражені протилежно спрямовані вітри антипасати. Сучасні дослідження показали, що на висотах повітря із екваторіального поясу розтікається поступово, а не у вигляді чітко виражених вітрів протилежного напрямку. Лише у верхній тропосфері та нижній стратосфері над пасатами панують західні вітри, які умовно можна називати антипасатами.

У зоні пасатів з океанів випаровується величезна кількість води. У тропічному поясі опадів випадає мало, тому що на висоті 1-2 км спостерігається пасатна інверсія або інверсія стиснення повітря в антициклонах. Це перешкоджає розвитку висхідних рухів повітря і тому вся волога зосереджена в шарі повітря до висоти 1-2 км і вся вона переноситься в зону екватора. З наближенням до екватора пасатна інверсія зникає і розвивається інтенсивна конвекція і, як результат, - тут випадає велика кількість опадів.

Отже пасати мають виражений напрямок до екватора, правда під гострим кутом. Тут добре виражена зона сходження течій повітря з обох півкуль, яку називають зоною конвергенції (сходження) в середині тропічних широт. На мал. 6.30 наведено типові течії повітря в зонах конвергенції. Як правило, пасати обох півкуль поступово вливаються в екваторіальний пояс і безпосередньо не зустрічаються між собою. Але над океанами часто пасати контактують між собою, утворюючи тропічний фронт. У цьому випадку тропічний фронт проходить вздовж екваторіальної улоговини.

У зоні зустрічі пасатів двох півкуль у багатьох місцях вздовж екватора виникає вузька зона західних вітрів (мал. 6.30, ІІІ). Особливо добре виражені західні вітри на заході Тихого та на сході Індійського океанів. Ці вітри не обумовлені баричними градієнтами, це інерційні вітри, які виникають у процесі зменшення швидкості пасатів при наближенні до екватора. Подібні інерційні протитечії ми спостерігаємо на поверхні річок недалеко від берега.

Тропічні циклони

В зоні тропічного фронту, який формується у тій півкулі де зараз літо, часто виникають збурення атмосфери. Це хвильові рухи в зоні конвергенції. Приблизно кожне десяте збурення перетворюється в циклони із швидкістю вітру понад 20 м/с. Це і є тропічний циклон. Діаметр тропічних циклонів становить кілька сотень кілометрів, інколи він досягає 1000 км. Якщо швидкість вітру досягає 18-33 м/с то їх називають тропічними штормами, якщо ж швидкість вітру перевищує 33 м/с, то їх називають тропічними ураганами.

Тропічні циклони виникають на широтах від 5⁰ до 20⁰ широти у кожній півкулі. Ближче до екватора дуже мала відхиляюча сила обертання Землі і тому вони тут не виникають. Тропічні циклони виникають лише над поверхнею води, коли ї температура досягає 27⁰ і більше при величезній енергії нестійкості атмосфери. Кінетичну енергію циклону визначає величезна вологість повітря, яке піднімаючись догори, досягає стану насичення і вивільняється велика кількість тепла конденсації. Підняттю повітря вгору над океаном сприяє дивергенція або розходження ліній плину повітря. Отже, в нижніх шарах циклону спостерігається сходження (конвергенція) ліній плину і повітря втікає в область циклону, піднімається вгору, а в верхніх шарах повітря витікає з нього, підтримуючи таким чином низький тиск у його центрі.

Атмосферний тиск у центрі тропічних циклонів зменшується до 960 гПа, а в окремих випадках навіть до 876 гПа. Внаслідок малої площі циклонів і низького тиску в центрі горизонтальні баричні градієнти можуть перевищувати 15 гПа на градус меридіану. Тому в тропічних циклонах швидкість вітру може досягати 70-90 м/с, а в окремих випадках може перевищувати 100 м/с.

В середині тропічних широт панують східні вітри. Тому тропічні циклони рухаються на захід з відхиленням у бік вищих широт зі швидкістю всього 10-20 км/год. Якщо тропічний циклон виходить на суходіл, то він досить швидко заповнюється і зникає. Але якщо він досягає широти 20-30⁰ і ще перебуває над океаном, то він обходить із заходу субтропічний антициклон і виходить за межі тропічних широт, змінивши напрямок з північно-західного на північно-східний. При цьому він перетворюється на циклон помірних широт, тобто збільшується його площа, швидкість руху, зменшується швидкість вітру в ньому. Отже, траєкторія тропічного циклону має форму параболи з вершиною, спрямованою на захід. Середня тривалість існування тропічних циклонів становить 6 діб, але інколи він може існувати навіть місяць.

Ось райони виникнення тропічних циклонів у північній півкулі (мал.. 6.31.).

1. Район Жовтого моря, Філіпінські острови і прилеглі райони Тихого океану. Тут виникає найбільше тропічних циклонів. Місцева їх назва тайфуни. Близько половини їх 9-12 бальні. У більшості випадків ці циклони не досягають берегів Китаю, а повертають на північний схід і досить часто проходять через південь Японії, іноді досягають Камчатки.

2. Тихий океан на захід від Мексики. Тут циклони порівняно рідко досягають ураганної сили.

3. Атлантичний океан: від островів Зеленого Мису на сході – до Карибського моря та Мексиканської затоки. Тут їх називають ураганами. Вони часто проходять над Великими Антильськими островами, виходять на Флориду та інші південно-східні штати США.

4. Індійський океан: а) над Бенгальською затокою; б) в Аравійському морі вони виникають відносно рідко.

У південній півкулі:

1. Тихий океан: на схід від Нової Гвінеї та північно-східної Австралії до островів Самоа. Ураганної сили місцеві циклони досягають рідко.

2. Індійський океан: а) між Мадагаскаром і Маскаренськими островами; б) між північно-західним узбережжям Австралії та Кокосовими островами з місцевою назвою Вілі-Вілі.

У південній півкулі на сході Тихого океану та в південній Атлантиці тропічні циклони не виникають. Тут вони не досягають сили шторму внаслідок приекваторіального положення тропічного фронту. Максимум циклонів спостерігається влітку та восени даної півкулі, коли тропічний фронт розташований найдалі від екватора. Восени тропічні циклони виникають у два рази частіше, ніж влітку. Взимку їх майже не буває. Всього протягом року на Землі виникає в середньому близько 120 тропічних циклонів. У північній півкулі їх буває більше, ніж у південній, причому тут вони частіше досягають ураганної сили.

Хмарність в тропічному циклоні – це по суті величезна купчасто-дощова (С_в) хмара з інтенсивними грозами й великою кількістю опадів. Інколи кількість опадів в одному тропічному циклоні досягає кількох тисяч міліметрів. Внаслідок такої великої кількості опадів часто виникають паводки, що разом з ураганними вітрами наносить великих збитків. На морях в циклонах виникають величезні хвилі, особливо при проходженні їх поблизу плоских узбереж материків. Тоді на береги та в дельти річок накочуються хвилі висотою до 10-15 м і, звичайно, змітають усе на своєму шляху. Наприклад, в Індії 1 січня 1876 р. загинуло близько 250 тисяч людей. Нині при проходженні цих циклонів у США збитки іноді сягають одного мільярда доларів і гинуть сотні і тисячі людей.

В центрі тропічних циклонів спостерігається невелика хмарність і слабкі вітри. Це так зване око бурі або око циклону. Діаметр такої зони становить десятки кілометрів. Це обумовлено тим, що в центральній частині циклону спостерігаються компенсаційні низхідні вертикальні рухи повітря.

В останні десятиріччя успішно фіксується поява нових циклонів і прослідкується напрямок та швидкість їх руху за допомогою штучних метеорологічних супутників Землі та метеорологічних радіолокаторів. Це дозволяє попередити населення та державні органи про наближення небезпеки.

Мусони

Мусони (від араб. „маусім” – пора року) – це стійкі сезонні повітряні течії загальної циркуляції атмосфери з різкою зміною переважаючого напрямку вітру на протилежний від зими до літа та від літа до зими. До протилежних напрямків відносять випадки, коли кут між ними змінюється від 120 до 180⁰. Класичним районом тропічних мусонів є басейн Індійського океану. Тут вони переважають над північною частиною Індійського океану, Індостаном, Індокитаєм, південним Китаєм, Індонезією, приекваторіальними районами південної частини Індійського океану аж до Мадагаскару та північної Австралії, у східній приекваторіальній Африці. Непогано виражені тропічні мусони на західному узбережжі Центральної Африки та Центральної Америки (мал. 6.32.).

Безпосередньою причиною тропічних мусонів є сезонна зміна положення субтропічних антициклонів та екваторіальної депресії. В січні екваторіальна депресія розташована в південній півкулі, а в липні – в північній, особливо далеко на північ вона просувається на півдні Азії. Субтропічні ж антициклони відповідно зміщуються на південь у січні, та на північ у липні. Особливо добре виражені мусони на півночі Індійського океану пояснюють тим, що сезонні зміни півкуль Землі посилюються континентом Євразія, який взимку дуже вихолоджується і тут формується потужний Сибірський антициклон, а влітку добре нагрівається і формується Південноазійська депресія. Тому при зміні цих сезонів різко змінюється напрямок горизонтального баричного градієнта.

Внаслідок такого розподілу атмосферного тиску зимою на півдні Азії, у північній частині Індійського океану і в Аравійському морі утворюється північно-східний материковий мусон, який збігається за напрямком з пасатами. Коли у північній півкулі літо і Південноіндійський антициклон наближається до екватора, то південно-східний пасат південної півкулі перетинає екватор в Індійському океані повертає праворуч і рухається на материк у вигляді південно-західного океанічного мусону, охоплюючи Аравійське море, Бенгальську затоку і весь південь Азіатського материка. Літній мусон у цьому районі спрямований проти пасату північної півкулі і повністю його руйнує. Тропічний фронт, який розділяє потік екваторіального морського повітря і континентальне тропічне повітря, зміщується на північ до 10-15⁰пн. ш., а на материку Євразія досягає підніжжя Гімалаїв на 30-35⁰пн. ш. На сході Китаю зимовий мусон має північний та північно-західний напрямок, а літній – південний та південно-східний.

У південній півкулі мусони Індійського океану виражені менше. Найкраще вони проявляються у північній Австралії, де сезонні зміни температури материка зумовлюють сезонні зміни атмосферного тиску. Виражені вони також і в західній частині Індійського океану, зокрема над о. Мадагаскар.

Над Африкою також спостерігається сезонна зміна атмосферного тиску. Над Сахарою влітку переважає низький тиск, а взимку сюди розповсюджується виступ Азорського антициклону. Над південною Африкою влітку також формується депресія, а взимку місцевий антициклон. Тому над тропічними широтами Африки від сезону до сезону різко змінюється напрямок баричних градієнтів, що й обумовлює мусонну циркуляцію.

Отже, взимку переноситься сухе континентальне повітря з материків на океани, а влітку з океанів на материки переноситься тепле вологе екваторіальне повітря. Це призводить до формування особливого режиму погоди та клімату тропічних мусонів. Типовими є дощовий сезон, що збігається з літнім мусоном, а також сухий сезон, що збігається з зимовим мусоном. Тривалість дощового сезону зменшується при віддаленні від екватора. Рясні літні дощі пов’язані з тропічним фронтом, а також з фронтами, що виникають між різними гілками мусонної течії. В екваторіальному повітрі, крім того, дуже розвинена конвекція. Перешкоди рельєфу також різко збільшують кількість атмосферних опадів.

Мусонна циркуляція – це є переважаюче перенесення відповідного повітря. В окремі дні основних сезонів можуть спостерігатись вітри будь-якого напрямку, оскільки центи дії атмосфери перманентні і навіть в областях високого тиску інколи розвивається і рухаються циклони. Весною та восени, коли відбувається сезонна зміна мусонів, однаково часто спостерігаються вітри усіх напрямків.

Крім мусонів тропічних широт ще спостерігаються мусони помірних широт, які добре виражені на Далекому Сході Росії та Китаю. Зимою на материку формується потужний Сибірський антициклон, а в північній частині Тихого океану утворюється область низького тиску. Тому холодне сухе повітря з Сибіру переноситься на море. Влітку на нагрітому материку встановлюється область низького атмосферного тиску, а над холодними Охотським та Японським морями спостерігається відносно високий тиск. Тому повітря переноситься з морів на суходіл.

На берегах Каспійського моря, на Чорноморському узбережжі Кавказу, на берегах Північного Льодовитого океану також помітна зміна напрямку вітру за сезонами, але чіткого переважання цих вітрів немає. Тому С.П. Хромов назвав циркуляцію атмосфери в цих районах циркуляцією мусонної тенденції.