Классификация циклонов и антициклонов1. По широтной зоне возникновения:
Для конкретного циклона – место возникновения или вхождения на территорию страны. 2. По связи с фронтальными разделами:
3. По степени развития по вертикали: ü низкие (до изобарической поверхности 850 гПа); ü средние (до изобарической поверхности 700 гПа); ü высокие (до изобарической поверхности 300 гПа). 4. По направлению перемещения: § северные; § южные; § западные; § восточные. По направлению вхождения или перемещения (полярные – северные, северо-западные; ультраполярные – северо-восточные). Тропические циклоны зарождаются в штилевой зоне только над океанами (между 5° и 20°) в обоих полушариях и двигаются с востока на запад вдоль изобар. Тропические циклоны меньше внетропических, их диаметр составляет десятки и сотни километров. Горизонтальные градиенты давления и температуры значительны: в среднем 20–40 гПа/100 км, могут достигать до 40–60 гПа/100 км. Давление в центре циклона в среднем равняется 960–970 гПа. Система циркуляции воздуха в тропических широтах аналогична циркуляции во внетропических широтах. Причина возникновения тропических циклонов еще недостаточно известна. Предполагается, что их образование связано с большой термической неустойчивостью воздуха при его достаточном влагосодержании. В зоне возникновения тропического циклона температура поверхностных вод океанов составляет не менее 26–27°С. При таких значениях температуры воздух становится неустойчиво стратифицированным. Если при этом на высотах с севера или юга вторгается холодный воздух, то неустойчивость возрастает, и создаются благоприятные условия для возникновения тропического циклона. Т.к. температура на поверхности океанов достигает 27°С летом и осенью, то и тропические циклоны в северном полушарии чаще всего наблюдаются в августе–октябре, а в южном – в декабре–марте. В зимнее время тропические циклоны вообще не обнаруживаются. В зависимости от скорости вращения воздуха тропические циклоны делят на: тропические штормы (18–33 м/с) и тропические ураганы (более 33 м/с). Скорость движения тропического циклона заметно меньше скорости перемещения циклонов внетропических широт. Она редко превышает 15–20 км/ч, или 300–350 км/сут., т.е. соответствует скорости пассатов. В зависимости от места возникновения тропические циклоны называются по-разному: 1) тайфун – Тихий океан; 2) ураган – Северная Атлантика; 3) циклон – Индия; 4) вилли-вилли – Австралия. Есть теория, которая говорит о волновом характере происхождения тропических циклонов. Слабые и более сильные волновые возмущения возникают во внутритропической зоне конвергенции и на пассатных фронтах, а также внутри пассатного течения. В некоторых случаях эти возмущения усиливаются настолько, что скорость ветра в них достигает 20 м/с и более. Неравномерное нагревание подстилающей поверхности при участии отклоняющей силы вращения земли может вызвать образование атмосферных вихрей. В атмосфере постоянно развиваются и исчезают вихри больших масштабов (диаметр до нескольких тысяч км.), которые называются циклонами и антициклонами. Циклоны – восходящие атмосферные вихри с сильно наклоненной осью вращения, проявляющиеся у поверхности Земли замкнутой областью пониженного давления (барический минимум) с соответствующей системой ветров от периферии к центру. Формирование циклонов и антициклонов объясняется волновыми движениями в атмосфере. Наиболее благоприятные условия возникновения волнового движения существуют в зоне атмосферного фронта. Циклоны за редким исключением (возникновение в результате местного перегрева) имеют фронтальную структуру. Ежегодно севернее 25° с.ш. возникает около 1000 циклонов, ежедневно – 15–20. Жизнь каждого циклона характеризуется обычно 3 стадиями: · возникновение; · развитие; · старение. Продолжительность каждой стадии колеблется от нескольких часов до 1–2 суток. В некоторых случаях, когда условия циркуляции не способствуют развитию циклона, он не проходит всех стадий и быстро исчезает. В первой, начальной стадии циклоны являются небольшими барическими возмущениями, очерченными одной–двумя изобарами, с разностью давления между центром и периферией до 5–10 гПаи с определившейся системой ветра у поверхности земли. На высотах 2–3 кмзамкнутые изобары не обнаруживаются. Вторая стадия – это стадия наибольшего развития барического образования с минимумом давления в центре циклона и максимумом в центре антициклона. Разность давления между центром и периферией часто превосходит 20–30 гПа. В этой стадии соответствующая система циркуляции обнаруживается в верхней тропосфере и нижней стратосфере. В третьей стадии – стадии разрушения концентрическая система изобар прослеживается не только у поверхности земли, но и на высотах. В этих случаях циклоническая циркуляция обычно охватывает не только всю тропосферу, но и нижние слои стратосферы. Однако постепенно циклоны заполняются. На рисункеизображена схема циклона в начальной стадии развития. В его системе у поверхности земли (жирные линии) появилась первая замкнутая изобара. Ветры слабые. Атмосферный фронт (зубчатая жирная линия) у поверхности земли, лишь слабо возмущен. Слева от центра – в тыловой части циклона расположен холодный фронт, а справа – теплый. Над приземным центром в средней тропосфере (на высотах 5–6 км) наблюдается густая система изогипс (тонкие сплошные линии), с низким давлением к северу от приземного центра и высоким давлением к югу. Такой структурой высотного поля давления определяются над приземным центром циклона западные ветры со скоростями 60–80 км/ч и более. При таких скоростях ветра в области расходящихся изогипс происходит отклонение ветра от градиентного, развитие восходящих движений воздуха и падение давления. В первой, начальной стадии циклоны являются небольшими барическими возмущениями, очерченными одной–двумя изобарами, с разностью давления между центром и периферией до 5–10 гПаи с определившейся системой ветра у поверхности земли. На высотах 2–3 км замкнутые изобары не обнаруживаются. Вторая стадия – это стадия наибольшего развития барического образования с минимумом давления в центре циклона и максимумом в центре антициклона. Разность давления между центром и периферией часто превосходит 20–30 гПа. В этой стадии соответствующая система циркуляции обнаруживается в верхней тропосфере и нижней стратосфере. В третьей стадии – стадии разрушения концентрическая система изобар прослеживается не только у поверхности земли, но и на высотах. В этих случаях циклоническая циркуляция обычно охватывает не только всю тропосферу, но и нижние слои стратосферы. Однако постепенно циклоны заполняются. На рисунке76 а изображена схема циклона в начальной стадии развития. В его системе у поверхности земли (жирные линии) появилась первая замкнутая изобара. Ветры слабые. Атмосферный фронт (зубчатая жирная линия) у поверхности земли, лишь слабо возмущен. Слева от центра – в тыловой части циклона расположен холодный фронт, а справа – теплый. Над приземным центром в средней тропосфере (на высотах 5–6 км ) наблюдается густая система изогипс (тонкие сплошные линии), с низким давлением к северу от приземного центра и высоким давлением к югу. Такой структурой высотного поля давления определяются над приземным центром циклона западные ветры со скоростями 60–80 км/ч и более. При таких скоростях ветра в области расходящихся изогипс происходит отклонение ветра от градиентного, развитие восходящих движений воздуха и падение давления.
В третьей стадии развития – стадии заполнения в циклоне находится уже только холодный воздух. Это происходит благодаря адвекции холода в тылу его и охлаждения воздуха в результате восходящих движений. На рисунке 1в изображена схема такого циклона. Как видим, центр его у поверхности земли и на высотах почти совпадают. Холодный фронт вследствие быстрого продвижения догнал теплый и произошло окклюдирование. Вместе с переходом холодного фронта на периферию циклона туда же сместилась зона наибольших контрастов температуры и скоростей ветра. В центре циклона давление уже выросло. Циклон заполняется. В последней стадии развития восходящие движения воздуха в центральной части циклона ослабевают и прекращаются, а облака разрушаются. Циклон уже полностью становится очагом холода в тропосфере, и активные процессы изменения давления переходят на его периферию, где образуется новая высотная фронтальная зона. При соответствующих условиях здесь могут возникать новые циклоны и антициклоны. Таким образом, в результате адвекции холода в тылу циклона, наличия восходящих движений и адиабатического охлаждения весь циклон заполняется холодным воздухом, и в тропосфере, как и в нижней стратосфере, устанавливается мощная циклоническая циркуляция, т. е. циклон становится высоким барическим образованием. В этой последней стадии горизонтальные контрасты температуры, являющиеся энергетическим источником циклона, перемещаются на периферию и циклон затухает. Процесс перемещения контрастов температуры на периферию есть по существу процесс окклюдирования циклона. На периферии образуется новая фронтальная зона. При соответствующих условиях здесь могут возникать новые циклоны (частные), расположенные южнее. Скорость движения циклонов на разных стадиях неодинакова: больше в начальных и замедляется по мере старения циклона. В том случае, если в области старого циклона вторгаются новые порции ХВ или ТВ, он регенерирует (возрождается). Между циклонами возникают подвижные антициклоны, перемещающиеся вместе с циклонами в направлении ведущего потока (т.е. с запада на восток). Антициклон – нисходящий атмосферный вихрь с наклонной осью, проявляющийся у поверхности Земли замкнутой областью повышенного давления с соответствующей системой ветров от центра к периферии. Как и циклоны, антициклоны проходят 3 стадии: возникновения, развития и разрушения. На первой стадии антициклон представляет собой небольшой вихрь, обнаруживающийся до высоты 2–3 км (рисунок 77 а). Фронты располагаются на периферии антициклона. Холодный воздух в правой части, теплый воздух – в левой. Нисходящие токи воздуха и адиабатическое повышение температуры, адвекция тепла в левой половине приводят к непрерывному росту температуры в системе антициклона. Облака рассеиваются, осадки прекращаются. Над антициклоном – густая система сходящихся изогипс, скорости ветра – более 60–80 км/ч. Ветер отклоняется от градиентного, нисходящие токи развиваются и антициклон усиливается. Во второй стадии антициклон – мощное барическое образование, с высоким давлением в приземном центре и расходящейся системой средних слабых ветров (рисунок 77 б). Фронт у поверхности земли – на периферии. На высотах – густая система изогипс с сильными ветрами и большими контрастами температуры. Зарождается высотный гребень или центр высокого давления. На третьей стадии антициклон – очаг тепла с хорошо выраженной антициклональной циркуляцией. На стадии зарождения горизонтальные контрасты температур, которые являются источником энергии для развития антициклона, перемещаются на периферию, антициклон разрушается (рисунок 77в). Стареющие антициклоны могут сливаться с молодыми антициклонами вследствие преобразования соседнего барического поля.
|
На рисунке 76 б циклон изображен приблизительно через сутки. У поверхности 3емли он углубился, и давление в центре его понизилось до 980 гПавместо 1005 в начальной стадии развития. Ветры усилились. Возмущение фронта дошло почти до максимума, после чего обычно происходит окклюдирование. Система изогипс на тех же высотах значительно деформировалась. Зона наибольшей густоты изогипс, с большими скоростями ветра, сдвинулась к югу от приземного центра. На высотах 5–6 кмначалось формирование высотного его центра. Во второй стадии развития циклона восходящие движениявоздуха наибольшие. Поэтому обычно в этой стадии в системе циклона, особенно в передней его части (по движению), образуется мощная фронтальная облачность, и в зоне теплого фронта выпадают обложные осадки. Холодный воздух находится в области низкого давления, на высотах, а теплый воздух – в области высокого давления. В системе развивающихся циклонов разности температур между холодным и теплым воздухом, как и в первой стадии, обычно превышают 8–10° на расстоянии 1000 кмпоперек фронтальной зоны.
