Общая циркуляция атмосферы. Общей циркуляцией атмосферы назы­вают совокупность воздушных течений плане­тарного масштаба или сравнимых по разме­рам с материками и океанами

Общей циркуляцией атмосферы назы­вают совокупность воздушных течений плане­тарного масштаба или сравнимых по разме­рам с материками и океанами, захватывающих всю тропосферу и нижнюю стратосферу (до высоты около 20 км) и характеризующихся относительным постоянством. В ее осно­ве лежат постоянные и сезонные воздуш­ные потоки между центрами действия атмо­сферы.

В нижней тропосфере это основные зональные воздушные течения: восточ­ные — пассаты в низких экваториально-тро­пических широтах, западные — в умеренных широтах и восточные — в приполярных ши­ротах (рис. 63, 64). Помимо зональных пере­носов, в нижней тропосфере развиты также муссоны, где преобладающее направление ве­тров как зимой, так и летом ближе к мери­диональному, чем к зональному. Кроме того, к воздушным течениям общей циркуляции ат­мосферы нередко относят ветры, связанные с циклонами и антициклонами внетропических широт, которые обеспечивают между­широтный обмен воздушных масс.

В верхней тропосфере — нижней стратосфере господствуют западный пе­ренос воздуха и так называемые струйные течения определенного направления в зави­симости от широты.

Атмосферная циркуляция очень сложна, так как в атмосфере одновременно существу­ют движения воздуха разных масштабов, на­кладывающиеся друг на друга. Поэтому все перечисленные воздушные течения выявлены на Земле с помощью статистического осред­нения, позволившего подметить самые основ­ные устойчивые особенности циркуляции ат­мосферы.

Планетарная циркуляция атмосферы скла­дывается под влиянием трех главных факто­ров: во-первых, зонального распределения сол­нечной радиации и соответственно температу­ры и давления; во-вторых, осевого вращения Земли и связанного с ним отклонения воздуш­ных потоков от градиентного направления; в-третьих, неоднородности земной поверхно­сти — наличия материков и океанов с разны­ми физическими характеристиками воздуха над ними. Все эти факторы усложняют общую цир­куляцию атмосферы.

На однородной невращающейся Земле рас­пределение температуры и давления у земной поверхности отвечало бы термическим усло­виям и имело бы широтный характер: темпе­ратура уменьшалась бы от низких широт («на­гревателя») к полюсам («холодильникам»). В связи с этим над экватором теплый воздух поднимался бы, а у полюсов холодный воздух опускался бы к земной поверхности. При этом в верхней тропосфере над экватором проис­ходило бы скопление воздуха и было бы по­вышенное давление, убывающее к полюсам. Воздух при этом оттекал бы на высоте в том же направлении — от экватора к полюсам, что приводило бы к уменьшению давления над экватором и увеличению его на полюсах. Близ земной поверхности воздух оттекал бы от по­люсов с их высоким давлением к экватору в меридиональном направлении. Таким образом, первая причина циркуляции термическая: тем­пературная разница между широтами обуслов­ливает различие их давления и меридиональ­ную слагающую общей циркуляции атмосфе­ры. На реальной Земле это выражается в существовании на уровне моря у экватора тер­мического пояса пониженного давления, а у полюсов (особенно у Южного) — областей повышенного давления.

На однородной вращающейся Земле на вы­соте (в верхней тропосфере и нижней страто­сфере) ветер, оттекая от экватора к полюсам, должен отклоняться вправо в северном полу­шарии, влево — в южном и становиться за­падным. В нижней тропосфере, выше слоя тре­ния (на высоте более 1 км), оттекая от по­люсов к экватору и отклоняясь, ветер стал бы восточным, а в слое трения — северо-восточ­ным в северном полушарии и юго-восточным в южном. Таким образом, вторая причина цир­куляции динамическая: вращение планеты обусловливает зональную слагающую общей циркуляции атмосферы.

Наблюдения и измерения подтвердили, что в верхней тропосфере и нижней стратосфере в интервале высот от 10 км над экватором и от 4 км над полюсами вплоть до 20 км дей­ствительно существует западный перенос воздуха. Причем из-за отсутствия трения ве­тер дует довольно сильный. Движение возду­ха происходит против часовой стрелки, если смотреть со стороны Северного полюса, и по часовой — со стороны Южного полюса. Та­ким образом, на высоте существуют две цик­лонические системы ветров с центрами над полюсами.

В верхней тропосфере — нижней страто­сфере близ тропопаузы в 40-х гг. XX в. бы­ли обнаружены струйные течения — пло­ские (вертикальной мощностью в несколько километров) и сравнительно узкие (первые сот­ни километров) сильные потоки воздуха про­тяженностью в тысячи километров со скоро­стью ветра до 300 км/час. Направление их во внетропических широтах в целом западное. Они образуются над фронтальными зонами, т. е. главными арктическим (антарктическим) и полярными фронтами у земной поверхнос­ти, где резкие термические и барические кон­трасты прослеживаются во всей толще тропо­сферы и выше. Струйные течения повторяют местоположение фронтальных зон: при резком отклонении главного фронта от широтного на­правления такое же отклонение имеет и струй­ное течение.

Струйные течения представляют научный и практический интерес. В 1944 г. Япония раз­работала и осуществила план воздушных на­летов на США через Тихий океан с исполь­зованием струйных течений. Было запущено более 10 000 воздушных шаров с зажигатель­ными бомбами. Специальные устройства ав­томатически поддерживали нужную высоту полета шаров. Но лишь 10% их достигли це­ли, и ущерб от них для США оказался незна­чительным. А самолеты ВВС США, летавшие на высоте 12—13 км на запад, в Японию, попадая в очень сильное струйное течение, тормозившее их движение, нередко прерыва­ли полет, сбрасывая бомбы в море, не вы­полнив задания. Особое значение для авиации струйные течения имеют и сейчас, так как уменьшают или увеличивают скорость полета; сильная турбулентность в них вызывает бол­танку самолетов. Струйные течения переносят по земному шару примеси, в том числе про­дукты распада радиоактивных веществ.

Прослеживаются основные черты динами­ческой составляющей циркуляции и в призем­ном слое: так, по обе стороны от экватора су­ществуют пояса повышенного давления дина­мического происхождения, от которых к экватору дуют ветры восточных направлений. Такое же направление, хотя и со слабой по­вторяемостью, имеют и ветры арктических (ан­тарктических) областей. В умеренных и суб­полярных широтах давление, как правило, ни­же, чем в тропиках и высоких широтах; здесь наблюдается отчетливая тенденция западного переноса воздушных масс.

Вместе с тем у Земли на планетарную цир­куляцию атмосферы существенное влияние на­кладывает подстилающая поверхность с ее не­равномерным распределением суши и моря, океаническими течениями разной температуры и горными массивами.

Итак, рассмотрим реальные ветровые по­токи у поверхности Земли, которые имеют наибольшее значение для погоды, климата и при­роды Земли в целом.