Струминні течії в атмосфері
Ми уже знаємо, що в зоні атмосферного фронту завжди великі горизонтальні градієнти температури. Якщо горизонтальний баричний градієнт досить добре співпадає з горизонтальним градієнтом температури, то при підняття догори баричний градієнт збільшується, а значить збільшується і швидкість вітру. Отже, у випадку добре вираженого атмосферного фронту над ним у верхній тропосфері і нижній стратосфері спостерігається паралельна фронту висотна фронтальна зона, де виникає потужна повітряна течія, яка називається струминною. Довжина струминної течії досягає кількох тисяч кілометрів, ширина – кількох сотень, товщина течії – кілька кілометрів. Вісь струминної течії розташована під тропопаузою. На осі струминної течії швидкість вітру може перевищувати 100 м/с (мал. 6.22). Умовною межею струминної течії є вітер 30 м/с. У стратосфері горизонтальний градієнт температури обернений, тому баричний градієнт зменшується і вітер поступово стихає.
Головні фронти в атмосфері – арктичний та полярний (помірний) простягаються в широтному напрямку. Тому пов’язані з ними струминні течії мають напрямок із заходу на схід, можливі незначні відхилення від широтного напрямку.
Струминні течії існують в тропосфері та стратосфері. Тропосферні струминні течії поділяють на течії помірних широт, субтропічні та екваторіальні. Вісь струминної течії помірних широт лежать на висоті 8-10 км зимою та 9-12 км влітку. Швидкість вітру на осі повітряної річки досягає 180-220 км/год. і більше (50-60 м/с).
Субтропічна струминна течія зимою розташована на широті 250-350пн. ш., влітку – 350-450пн. ш. Вісь струминної течії на висоті 11-13 км, середня швидкість вітру на осі 150-200 км/год., а в окремих випадках над Японськими островами перевищує 300-400 км/год.
Екваторіальна струминна течія розташована між 50пн. ш. та 50 пд. ш. Її вісь лежить на висоті 15-20 км. Зимою стратосферна течія спостерігається на висотах 25-30 км зі швидкістю вітру понад 200 км/год. Екваторіальна струминна течія змінює свій напрямок за сезонами: взимку із заходу на схід, а влітку зі сходу на захід.
Врахування струминних течій важливе для авіації: зустрічна течія значно зменшує швидкість літаків, супутня течія – значно її збільшує.
Географічний розподіл атмосферного тиску.
Центри дії атмосфери
Географічні закономірності розподілу атмосферного тиску можна виявити лише на середніх багаторічних картах. Такі карти представлені для найхолоднішого і найтеплішого місяців. Ці карти демонструють досить чіткі зональні особливості атмосферного тиску.
Розподіл тиску в січні
У січні вздовж екватора розташована зона низького атмосферного тиску. Вісь цієї зони зміщена в південну півкулю на широту 10-15 пд. ш. де в цей час літо. На осі зони середній тиск близько 1010 гПа із замкненими ізобарами близько 1008 гПа (мал. 6.23). Ці області найнижчого тиску розташовані над нагрітими материками південної півкулі (Африка, Австралія, Південна Америка).
На північ і на південь від зони низького тиску, на широтах переважно 300 – 350 обох півкуль, існують зони високого тиску. Ці зони неоднорідні, в них виділяються окремі області з тиском у центрі понад 1021 гПа. Ці області називаються субтропічними баричними максимумами або субтропічними антициклонами. У північній півкулі це Азорський максимум, розташований в субтропічних широтах Атлантичного океану з центром поблизу Азорських островів та Гавайський (або Гонолулський) максимум, розташований в субтропічних широтах Тихого океану з центром поблизу Гавайських островів.
В субтропічних широтах південної півкулі виділяється три субтропічні антициклони: в південній частині Атлантичного океану – Півдненноатлантичний, в південній частині Тихого океану – Південнотихоокеанський, та в південній частині Індійського океану – Південноіндійський антициклони. Усі ці баричні максимуми розташовані над океанічною поверхнею. Над материками південної півкулі в цей час відносно знижений атмосферний тиск, оскільки тут в цей час літо.
На північ від субтропіків у північній півкулі тиск над океанами зменшується і виділяються два баричні мінімуми: Ісландський мінімум з тиском у центрі близько 996 гПа та Алеутська депресія з тиском у центрі близько 999 гПа. У північній півкулі в цей час зима і тому атмосферний тиск вглиб суходолу збільшується, утворюючи два баричні максимуми: Азіатський (Сибірський) антициклон з тиском у центрі понад 1035 гПа і з центром над Монголією та Канадський антициклон з тиском у центрі понад 1021 гПа.
У південній півкулі на південь від субтропіків атмосферний тиск також зменшується. Тут однорідна водна поверхня. Тому на широті 600-650 пд. ш. спостерігається майже суцільна зона зниженого тиску навколо Антарктиди нижче 990 гПа.
В Арктиці та в Антарктиді в напрямку до полюсів атмосферний тиск збільшується і навколо полюсів виділяються слабко виражені полярні баричні максимуми: Арктичний та Антарктичний антициклони.
Розподіл тиску в липні
У липні екваторіальний пояс низького тиску зберігається, але зміщується у північну півкулю, в бік термічного екватора (мал. 6.24).
Субтропічні баричні максимуми над океанами також зберігаються і дещо посилюються. У північній півкулі у їхньому центрі тиск перевищує 1024-1027 гПа і вони розширюються на північ. У південній півкулі зима і вони наближаються до екватора. Атмосферний тиск у їхніх центрах перевищує 1021-1027 гПа. У південній півкулі у цей час зима, тому атмосферний тиск і над материками підвищений.
Ісландський та Алеутський мінімуми у липні значно послаблені – в центральних частинах їх тиск близько 1008-1009 гПа. Над материками північної півкулі як в субтропічних, так і в помірних широтах атмосферний тиск низький. Особливо добре виражений Південноазіатський баричний мінімум з тиском у центрі менше 1000 гПа. Над Північною Америкою виражений Мексиканський мінімум з тиском у центрі менше 1011 гПа. Таким чином, у помірних та субполярних широтах навколо північної півкулі існує зона низького атмосферного тиску.
У південній півкулі в січні навколо Антарктиди також зберігається зона низького тиску. В окремих замкнених областях тиск зменшується до значення менше 985 гПа.
В Арктиці та в Антарктиді, як і в січні, в напрямку до полюсів атмосферний тиск збільшується і зберігаються баричні максимуми: Арктичний та Антарктичний антициклони.
Отже, протягом року розподіл середнього атмосферного тиску на рівні моря в цілому має зональний характер. Виділяються зони низького тиску – екваторіальна та дві зони в помірних і субполярних широтах, а також зони високого тиску – субтропічні і полярні. Повна зональність розподілу тиску порушується тим, що над материками тиск зимою підвищується, а влітку знижується.
Слід відмітити, що взимку України досягає виступ Сибірського антициклону, а влітку Азорський антициклон розширюється далі на північ і від нього до України простягається виступ. Тому в Євразії в середньому протягом року вздовж 500 пн. ш. спостерігається зона підвищеного тиску, яка називається віссю Воєйкова.
Центри дії атмосфери
Ми спостерігали, що на картах середнього атмосферного тиску виділяються області високого та низького тиску із замкненими ізобарами. Ці області називаються центрами дії атмосфери. Одні центри зберігаються на кліматологічних картах усіх місяців року і їх називають перманентними або постійними. Інші центри виділяються на картах лише літніх або зимових місяців і їх називають сезонними центрами дії атмосфери. Перманентні центри дії атмосфери – це Азорський, Гавайський, Південнотихоокеанський, Південноіндійський, Південноатлантичний субтропічні антициклони, Арктичний та Антарктичний антициклони та Ісландський і Алеутський мінімуми. Сезоні центри дії атмосфери – це Азіатський і Канадський антициклони та Південноазіатський і Мексиканський мінімуми.
Пояси високого та низького тиску формуються під дією термічних та динамічних факторів. Над охолодженими районами в нижніх шарах атмосфери виникають сприятливі умови для підвищення тиску, а над нагрітими – зниження тиску. Тому над термічним екватором утворюється пояс низького тиску, а навколо полюсів – області високого тиску. Над материками атмосферний тиск змінюється за сезонами – взимку високий тиск, влітку низький.
Дія динамічних факторів складніша. Наука механіка показує, що в результаті добового обертання Землі з великою швидкістю на широтах 30-350 накопичується надлишок повітря. В реальних умовах атмосфери це відбувається завдяки надходженню на широти 30-350 антициклонів з помірних широт. Завдяки великій повторюваності цих антициклонів тут і формуються пояси високого тиску. Області низького тиску в субполярних широтах обох півкуль формуються завдяки інтенсивній циклонічній діяльності на цих широтах. Завдяки великій повторюваності циклонів на середній багаторічній карті і формуються тут зони низького атмосферного тиску.
Кліматологічні фронти
В системі переважаючого перенесення повітря біля підстильної поверхні проявляються більш-менш виражені зони конвергенції, вздовж яких сходяться різні за походженням повітряні маси. Середнє багаторічне положення зон конвергенції або перехідних зон між двома сусідніми повітряними масами
називається кліматологічним фронтом. Головні кліматологічні фронти – це арктичний (антарктичний), помірний (або полярний) та тропічний.
У липні смуга найбільшого нагрівання Землі розташована на північ від екватора. Це екваторіальна зона низького атмосферного тиску. У цій смузі зустрічаються екваторіальна та тропічна повітряні маси. Місце їх зустрічі і є тропічним фронтом. У цей час екваторіальні повітряні маси поповнюються за рахунок тропічного повітря пасатів південної півкулі. Досягаючи екваторіальних широт, пасати вливаються в зону екватора, втрачають свою стійку стратифікацію і трансформуються в екваторіальне повітря. У січні тропічне повітря північно-східного пасату також досягає екватора і трансформується в екваторіальне.
У деяких місцях над океанами тропічний фронт визначають як зону зустрічі пасатів двох півкуль. Тут пасат зимової півкулі швидко перетікає через екватор і зберігає свою стійку стратифікацію. Пасат південної півкулі є відносно холодною повітряною масою. Якщо ж пасат поступово вливається в екваторіальну зону слабких вітрів, а потім витікає з неї у вигляді зволоженого нестійкого екваторіального повітря, то це вже не пасат, а потік екваторіального повітря.
Отже, тропічний фронт зимою добре виражений на південь від екватора, особливо над Індійським океаном, а влітку на північ від екватора. У цей час над Азією він зміщується аж до Гімалаїв. Тропічний фронт, як і всі інші, не опоясує всю земну кулю, а розпадається на кілька активних ділянок, які не залишаються постійно на одному місці. На суходолі тропічний фронт не виражений у полі температури. Екваторіальне і тропічне повітря дуже тепле і фронт проявляється лише у полі конвергенції та вмісті водяної пари в повітрі (мал. 6.25.)
Зона зустрічі помірного та тропічного повітря називається фронтом помірних широт або полярним фронтом. Тут помірне повітря відносно холодне, а тропічне тепле. Цей фронт також не займає постійного положення. У січні окремі його гілки простягаються: 1) від Флориди до Ла-Маншу, 2) вздовж Середземного моря, 3) вздовж гірських хребтів Ірану, Афганістану, Тибету, 4) від Філіпін до західних берегів Канади.
Влітку окремі гілки фронту помірних широт зміщуються на північ і окремі з них розмиваються, натомість формуються інші. В Атлантичному океані і Західній Європі така гілка розташована в середньому вздовж 500пн. ш. У Східній Європі, Азії й на Тихому океані вони виражені між 40-600пн. ш. Це так звані Східноєвропейська, Східноазіатська (або Монгольська) та Тихоокеанська гілка полярного фронту. У південній півкулі окремі гілки полярного фронту розташовані над океанами на широті 40-600.
На атлантичній та тихоокеанській ділянках фронту помірних широт активна циклонічна діяльність розвивається протягом усього року. На середземноморській гілці циклони розвиваються лише в холодний період року і зміщуються переважно на північний схід. На Ірано-Тибетській гілці зимою та на Східноєвропейській і Східноазіатській гілках влітку циклони малоактивні і не викликають значної кількості атмосферних опадів.
Арктичне повітря та повітря помірних широт розділяє арктичний (у південній півкулі антарктичний) фронт. Найактивніша гілка арктичного фронту розташована над північною частиною Атлантичного океану і протягом усього року зберігається у смузі від 65 до 750пн. ш. Над Північною Америкою та над Східною Азією гілки арктичного фронту в січні опускаються до 600 пн. ш., а в липні зміщуються на північ до 700. Особливо активна циклонічна діяльність на арктичному фронті спостерігається в холодну пору року в північній Атлантиці.
Антарктичне повітря у південній півкулі від помірного повітря відділяє антарктичний фронт, який оточує Антарктиду.
Кліматологічні фронти відіграють велику роль у розумінні циркуляційних механізмів формування погоди та клімату величезних районів земної кулі. Вони показують де на земній кулі протягом усього року переважають відповідні повітряні маси, а де від одного основного сезону до іншого відбувається зміна повітряних мас з різними властивостями.