Метель Эмма фото

Циркуляция атмосферы Земли. Урок 14

Циркуляция атмосферы зависит от барических систем. Поэтому их называют центрами действия атмосферы. Нагревание воздуха вблизи земной поверхности приводит в действие механизмы перемещения воздушных масс на десятки и сотни километров: в вертикальном направлении (конвекции), к её следствию – движению воздушных масс от области высокого к области низкого атмосферного давления (ветру).

Изучив тему, не забудьте пройти тестирование.

Циркуляция атмосферы – это совокупность воздушных течений над поверхностью Земли. Она бывает общей – в масштабах океанов и материков всего земного шара и местной, зависящей от рельефа и подстилающей поверхности.

Причины образования ветра фото
Рис. 1. От чего зависит образование ветра?

Нагреваясь, воздух расширяется и его объём увеличивается, он становится легче. Лёгкий тёплый воздух, подчиняясь закону Архимеда, выталкивается вверх. Именно поэтому батареи в домах ставят внизу, у пола. Холодный воздух более тяжёлый опускается и нагревается от поверхности Земли. Так происходит постоянная смена масс воздуха в вертикальном направлении – конвекция. На место ушедшего вверх воздуха движется более тяжёлый и холодный, и появляется ветер.

Циркуляция атмосферы: ветер

Участки земной поверхности нагреваются с разной интенсивностью. Вода нагревается медленно, суша быстрее, тёмная поверхность улавливает больше солнечной радиации, у снега и льда высокое альбедо. Из-за разного нагрева появляется перепады атмосферного давления, следствием которого являются ветры.

Ветер – это движение воздуха относительно земной поверхности, вызванное неравномерным распределением атмосферного давления и направленное от области высокого давления к области низкого давления. Чем больше разница в атмосферном давлении над разными участками поверхности, тем сильнее ветер.




Не совсем правильно говорить, что ветер – это движение воздуха в горизонтальном направлении, так как встречаются отклонения, связанные с рельефом местности. Например, местные ветры в горах могут дуть сверху вниз – с вершин в долины. Но у поверхности равнин ветры действительно имеют горизонтальное направление.

Циркуляция атмосферы: схема образования ветраРис. 2. Образование местного ветра

Направление ветра

Направление – одна из важнейших характеристик ветра. Она указывается в предположении, что ветер дует горизонтально. Например, юго-восточный ветер движетсяс юго-востока на северо-запад. Обратите внимание: юго-восточный ветер дует не на юго-восток, а с юго-востока. В названии ветра указывают не куда он дует, а откуда. Северный ветер дует с севера (ясно, что он направлен на юг). Западный – с запада (направлен на восток).Направление ветра обычно определяется по 16 румбам: северный, северо-северо-восточный, северо-восточный и т. д. Его определяют при помощи прибора, называемого флюгером. Флюгеры бывают разные. Общим в их устройстве является свободно вращающийся на оси указатель (флюгарка), который устанавливается по направлению ветра.

Циркуляция атмосферы: флюгер в городе Перт, фото

 

На самом деле румбов 32. Румб – это одно из делений картушки компаса, а значит и одно из направлений относительно севера. В морской терминологии – это 1/32 окружности.

16-лучевая роза румбов, фото
Рис. 4. Шестнадцатилучевая роза румбов.
Автор: Wereldburger758

На картах направление ветра изображается стрелками.

Изображение направления ветров на карте фото
Рис. 5. Способ изображения направления ветров на карте

Для более точного определения направления иногда указывают азимут – угол между направлением на север и вектором скорости, отсчитываемой от точки севера по часовой стрелке от 0 до 360°.

Названия ветров в Древней Греции соответствовали их мифологическим богам. Зефир – бог западного ветра был любим греками. Он приносил свежесть, влагу и прохладу на  их раскалённые земли. Совсем по-другому относились они к богу северного ветра – Борею. Он представлялся грекам могучим бородатым великаном с длинными волосами, который прячется в тёмных горных пещерах, а время от времени со злом и без жалости налетает на их земли. Бога южного ветра Нота, называли не иначе как быстрым.

Чтобы определить преобладающие ветры какой-то местности, строят розу ветров – график-чертёж, показывающий направление ветров за определённый промежуток времени (сутки, месяц или год).

Роза ветров фото
Рис. 6. Роза ветров на месяц

Как построить розу ветров?

  1. Чертим линии, показывающие основные и промежуточные румбы.
  2. Каждую линию делим на отрезки по 1 см или по 0,5 см. Одно деление будет означать 1 день или 1 час и т. д.
  3. Отмечаем такое количество делений, сколько часов в сутки, или дней в месяце дул ветер в этом направлении.
  4. Когда по всем линиям отмечены данные, соединить концы полученных отрезков.

Турбулентное движение воздушных масс – когда частицы воздуха движутся неупорядоченно, хаотично. При турбулентном движении воздуха трудно или вообще невозможно говорить о каких-либо определенных направлении и скорости воздушного потока.

Сила ветра

Вторая важная характеристика ветра – скорость его движения относительно земной поверхности. Она определяет силу ветра. Поэтому говоря о силе ветра, подразумевают скорость перемещения воздушных масс.

Ветрам разной силы присваивают специальные названия (например, легкий, свежий, крепкий, шторм, ураган). Измеряют силу ветра в метрах в секунду (м/с) или в баллах по условной 12-бальной шкале Бофорта. Эти два показателя связаны между собой простой зависимостью – 1 балл равен 2 м/с. Шкалу предложил в 1806 году английский гидрограф и картограф Френсис Бофорт. В таблице 1. дана шкала Бофорта; в ней же приведены соответствующие значения скорости ветра.

Таблица 1. Шкала Бофорта

Балл Название ветра Скорость, м/с Действие ветра
На земле На воде
0 Штиль 0-0,5 Дым поднимается

вверх, флаг висит

спокойно

Зеркально спокойное море
1 Тихий 0,5-2,0 Дым слабо отклоняется, листья шелестят Небольшие чешуеобразные волны без

барашков

2 Лёгкий 2,0-3,5 Качаются тонкие

ветки, флаг слабо

развевается, пламя

спички гаснет

Короткие, хорошо

выраженные волны,

поверхность воды

рябит

3 Слабый 3,5-5,5 Раскачиваются

небольшие ветви,

флаг развевается

Гребни волн образуют стекловидную пену, образуются маленькие барашки
4 Умеренный 5,5-7,5 Раскачиваются

большие ветви,

флаг вытягивается,

поднимается пыль

Волны становятся

длиннее, местами

образуются пенящиеся барашки

5 Свежий 7,5-10,0 Слегка наклоняются тонкие и средние

деревья

Все море покрывается барашками
6 Сильный 10,0-12,5 Раскачиваются

средние деревья,

ветер свистит в

ушах

Гребни волн замет-

ной высоты

7 Крепкий 12,5-15,0 Срываются палатки, гудят телефонные провода Громоздятся волны,

ветер срывает с

гребней белую пену

8 Очень крепкий 15-18 Гнутся большие

деревья, ломаются

ветки, движение

человека против

ветра затруднено

Заметно увеличиваются высота и

длина волн

9 Шторм 18-21 Ломаются большие

деревья, ветер срывает дымоходы и

черепицу с крыш

Высокие волны с

длинными опрокидывающимися

гребнями

10 Сильный шторм 21-25 Срываются крыши

домов, вырываются

с корнем деревья

Вся поверхность

моря становится

белой от пены

11 Жёсткий шторм 25-30 Происходят большие разрушения Высота волн такова, что находящиеся в поле зрения

корабли скрываются за ними

12 Ураган Более 30 Происходят опустошения Водяная пыль, срываемая с гребней,

значительно уменьшает видимость

Моряки измеряют силу ветра в узлах. Один узел равен морской миле (1,852 км/ч).

В тропических циклонах (тайфунах) скорости ветра доходят до 70 м/с, а отдельные порывы – до 100 м/с. Среднее значение скорости ветров вблизи земной поверхности составляет примерно 10 м/с. В верхней тропосфере скорости ветров существенно выше.

Скорость ветра измеряют при помощи прибора анемометра.

Лопостный анемомиетр фото
Рис. 7. Опорный лопостный анемометр.
Автор: SreeBot

Бризы

На примере бризов можно познакомиться с наиболее простой ячейкой циркуляции атмосферы. Бризы – это ветры вблизи береговой линии моря или крупного озера, там, где наблюдается суточное колебание температур. Ветры меняют своё направление 2 раза в течение суток. Днём (дневной, или морской бриз) дует с моря на сушу, ночной (береговой бриз) движется в обратном направлении. В крупных городах сформировались городские бризы.

Схема образования бризов фото
Рис. 8. Как образуются бризы?

На рис. 9 показаны замкнутые линии тока (ячейки атмосферной циркуляции), характеризующие направление движения воздушных масс вблизи береговой линии в дневное и в ночное время. Днем суша (берег) прогревается сильнее, чем поверхность воды; поэтому над сушей плотность воздуха понижается, и воздух начинает подниматься вверх. Происходит конвекция воздуха: менее плотная воздушная масса всплывает над более плотной.

Циркуляция атмосферы при образовании бризов, фото
Рис. 9. Циркуляция атмосферы при образовании бризов

В результате давление воздуха вверху над сушей возрастает, а у самой поверхности уменьшается. Давление вблизи поверхности моря оказывается больше давления у поверхности суши – и с моря к берегу устремляется горизонтальный поток воздуха (дневной бриз). Соответственно на высоте поток воздуха движется в направлении от берега к морю, и таким образом возникает ячейка атмосферной циркуляции.

Дневной бриз является одним из элементов этой ячейки. Ночью реализуется обратная ситуация: суша быстрее охлаждается и становится холоднее поверхности моря. Внизу возникает перенос воздуха с берега на море (ночной бриз), а над ним появляется обратный воздушный поток.

Циркуляция атмосферы: дневной и ночной бризы фото
Рис. 10. Дневной и ночной бризы

Бриз захватывает нижний слой воздуха высотой от нескольких сотен метров до одного-двух километров. От береговой линии бриз распространяется вглубь суши или моря на 10-30 км.

В средних широтах бризы имеют скорости 3-5 м/с; в тропиках бризы более мощные, характеризуются более высокими скоростями.

Слабые бризы наблюдаются на суше — на границе поля и леса (рис. 2). Ночью поверхность поля охлаждается быстрее — и появляется приповерхностный поток воздуха с поля к лесу, а на высоте крон деревьев — обратный поток от леса к полю. Днем реализуется обратная циркуляция атмосферного воздуха.

В горных районах наблюдаются ветры с суточной периодичностью, похожие на бризы, — так называемые горно-долинные ветры и ветры склонов (рис. 11). Днем склоны гор и прилегающий к ним воздух нагреваются достаточно сильно и возникает восходящая конвекция воздушных масс.

Циркуляция атмосферы: образование горно-долинных ветров, фото
Рис. 11. Циркуляция атмосферы: схема образования горно-долинных ветров.
Автор: Majuro

Давление воздуха на склоне горы оказывается меньше его давления в долине – и ветер начинает дуть по склону горы снизу вверх (анабатический ветер). В результате образуется ячейка атмосферной циркуляции. Ночью реализуется обратная ситуация: склон горы и прилежащий воздух охлаждаются сильнее, чем воздух в долине, и возникает ветер, дующий по склону сверху вниз, с горы в долину (катабатический ветер). Вот некоторые известные горно-долинные ветры.

  • Фён — тёплый сухой ветер с высоких гор, часто покрытых ледниками. Наиболее часты фёны в переходные сезоны, длятся они несколько суток (в Альпах 125 дней в году). В горах Тянь-Шаня подобные ветры называют костек, в Средней Азии – гарлесиль, в Скалистых горах – чинук. Фёны становятся причиной раннего таяния снега и цветения садов.
  • Борá – холодный ветер, дующий с невысоких гор в сторону тёплого моря. Это местное название подобного ветра у города Новороссийска, его продолжительность – 4-6 дней. Он возникает зимой, когда на равнине перед горным хребтом появляется область повышенного давления, где формируется холодный воздух. Скорость бора может достигать 30 м/с. При этом температура воздуха резко падает до -5°С, бухта замерзает, и слой льда, мощностью до 4 метров покрывает набережную, провода электропередач и т. д. Во Франции такие ветры называют мистраль, в Баку – норд, на побережье озера Байкал – сармá.

По такому же принципу образуются стоковые ветры на границе ледника и моря.

По этой причине прибрежные склоны восточной части Антарктиды можно считать наиболее ветреными местами на Земле. На этот перенос наряду с барическим градиентом влияет сила тяжести, поэтому по мере приближения перемещающихся масс воздуха к береговой линии в нижних 100–200 м могут развиваться очень большие скорости ветра, до 20 м/с (а иногда и выше), с резко выраженной порывистостью.

Муссоны

Как бризы, так и горно-долинные ветры – это местные ветры, чаще с суточной периодичностью. Существенно масштабнее муссоны – сезонные ветры, имеющие континентальный характер и возникающие вследствие разницы атмосферного давления, обусловленной различием степени нагревания суши и моря в летнее и зимнее времена года (внетропические муссоны) и различием нагрева полушарий по сезонам  (тропический-экваториальный муссон).

Муссонные области мира, фото
Рис. 12. Муссонные области

Тропические муссоны

Тропический муссон зависит от перемещения экваториальной депрессии по временам года. Зимний муссон юго-восточного направления устремляется к экватору, при пересечении экватора он меняет своё направление на юго-западное, нагревается, набирает влагу и как летний влажный муссон приходит в субэкваториальные широты Северного полушария.

В январе экваториальная депрессия перемещается в Южное полушарие на 5° ю. ш. В тропических широтах Северного полушария образуется пояс высокого давления. Воздушный поток начинает своё движение от тропиков Северного полушария как северо-восточный зимний муссон. В Южное полушарие он приходит летним северо-западным муссоном.

Летний влажный муссон, дующий от экватора обуславливает сезон дождей, зимний муссон – это пассат соответствующего полушария. Он не приносит осадков. Муссонная циркуляция характерна для субэкваториальных поясов.

Внетропические муссоны

Внетропические муссоны появляются на восточных берегах материков от тропиков до субарктических широт, образуются из-за неравномерного нагрева суши и океана.

Летом поверхность суши прогревается сильнее, чем поверхность моря. Поэтому летние муссоны дуют с моря на материк. Зимой муссоны дуют с охладившегося материка к морю, поверхность которого не успевает сильно охладиться. Можно сказать, что муссон – это своеобразный гигантский бриз, имеющий не суточную, а сезонную периодичность.

Слово «муссон» происходит от арабского слова «маусим», означающего «сезон». Муссонный климат ярко выражен на полуостровах Индостан, Индокитай, Сомали, а также в Верхней Гвинее и на Дальнем Востоке. Летом на материк и прилегающие острова муссоны приносят обильные осадки, зимой обеспечивают относительно сухую погоду.

Смена летних и зимних муссонов происходит в апреле-мае и октябре-ноябре. Зимние северо-восточные муссоны фактически совпадают с пассатами Северного полушария. Тем не менее их скорость, как правило, не превышает 10 м/с. А вот летние муссоны с Индийского океана достигают штормовой силы 20-25 м/с и тем самым искажают картину пассатов Северного полушария в бассейне Индийского океана.

Общая циркуляция атмосферы

В огромном разнообразии и кажущейся хаотичности воздушных потоков, формирующих беспокойную тропосферу Земли, просматриваются постоянные потоки воздушных масс, имеющие глобальный характер. Ими определяется общая циркуляция атмосферы. Они обусловлены двумя причинами:

  • зависимостью среднегодовой температуры атмосферного воздуха вблизи поверхности от географической широты;
  • вращением Земли вокруг собственной оси.

Представим себе, что вращения Земли вокруг оси нет. Остался только один фактор – широтная зависимость температуры нижних слоев атмосферы. В этом случае общая картина воздушных потоков в атмосфере выглядела бы относительно просто. Понятно, что в экваториальной области воздух прогревается наиболее сильно. Значит, здесь плотность приповерхностных его слоев должна быть относительно низкой (по сравнению с более высокими широтами). Теплый экваториальный воздух будет за счет конвекции подниматься вверх – к верхней границе тропосферы и там он начнет растекаться частью к одному географическому полюсу, а частью – к другому.

Холодный воздух в приполярных областях будет опускаться вниз – к земной поверхности. Итак, в районе экватора воздушные массы поднимаются вверх, а в районе полюсов они опускаются вниз. Поэтому атмосферное давление у поверхности вблизи экватора оказывается меньше давления вблизи полюсов. Эта разница давлений должна порождать постоянные приповерхностные ветры, дующие вдоль меридианов от полюсов к экватору.

Образуется общая циркуляция атмосферы: у поверхности – вдоль меридианов от полюса к экватору, на экваторе – подъем вверх, в верхней тропосфере – вдоль меридианов от экватора к полюсу, на полюсе опускание вниз.

Циркуляция атмосферы на невращающейся Земле, фото
Рис. 13. Циркуляция атмосферы на невращающейся Земле

Именно интенсивный подъем воздушных масс в экваториальном поясе приводит к тому, что высота тропосферы на экваторе примерно в два раза больше, чем на полюсах. Однако ошибочно думать, что воздушная циркуляция охватывает все полушарие – от экватора до полюса. Так не могло случиться, даже если бы Земля не вращалась вокруг своей оси. Тогда воздушные массы, поднявшиеся вверх со всего экватора, должны были бы собраться над полюсами, приобретя там исключительно большие скорости, что, конечно, далеко от реальности. При учете вращения Земли не происходит скопления воздушных масс над полюсами и циркуляция атмосферы выглядит иначе.

Общая циркуляция атмосферы с учетом вращения Земли

Вращение Земли вокруг своей оси приводит к двум существенным усложнениям в глобальной картине атмосферных циркуляций. Первое усложнение состоит в том, что вместо одной (экваториальной) области пониженного атмосферного давления вблизи поверхности наблюдаются три такие области:

  • в экваториальном поясе,
  • поясе около 60° с. ш.
  • поясе около 60 °ю. ш.

Соответственно, вместо двух областей повышенного атмосферного давления вблизи поверхности наблюдаются четыре области – две приполярные области плюс пояс около 30°с.ш. и пояс около 30°ю.ш. Нет общей циркуляции в пределах всего полушария (от экватора до полюса); вместо этого наблюдаются несколько циркуляций или, иначе говоря, несколько ячеек (шесть).

Общая циркуляция атмосферы фото
Рис. 14. Общая циркуляция атмосферы

Для всех ячеек справедливо общее правило: воздух поднимается вверх в области пониженного приповерхностного давления и опускается в области повышенного приповерхностного давления. Вблизи земной поверхности воздух движется из области повышенного давления в область пониженного давления.

Итак, в экваториальной области происходит подъем теплого влажного воздуха. На высотах 1-5 км содержащаяся в воздухе влага конденсируется – образуются облака (небо над экватором почти всегда закрыто облаками). Поднявшийся выше 10 км уже сухой воздух растекается в верхней тропосфере частью в направлении к северу, а частью – к югу.

Достигнув 25°-30° северной или южной широты, сухой воздух опускается к поверхности. Обратим внимание: в Северном полушарии именно на этих широтах расположены крупнейшие пустыни Земли – Сахара в Африке, Тар и Аравийская в Азии; в Южном полушарии на широтах вблизи 30° находятся пустыни Калахари в Африке и Большая пустыня Виктория в Австралии.

Скорость опускания воздушных масс в рассматриваемых широтах невелика и горизонтальные скорости ветра вблизи поверхности тоже малы. Эти широты – области штилей. Моряки издавна называли их «конскими широтами». Парусные корабли могли месяцами находиться в безветрии; при этом во множестве погибали от жары и жажды перевозимые морем лошади.

Опустившиеся к поверхности на конских широтах воздушные массы частью перемещаются к экватору, где они поднимаются, замыкая тем самым ячейку, а частью переходят в область пониженного давления около 60° (как в Северном, так и в Южном полушарии), где они поднимаются, формируя другую ячейку.

Циркуляция атмосферы: циркумполярные ветры, пассаты и антипассаты, западные ветры, полярные восточные ветры

Второе усложнение, которое вносит вращение земли в картину воздушных потоков, состоит в том, что эти потоки как вблизи поверхности, так и в верхней тропосфере распространяются отнюдь не в меридиональных плоскостях.

Общее правило таково: в Северном полушарии все ветры, удаляющиеся от экватора, заворачивают к востоку, а ветры, приближающиеся к экватору, заворачивают к западу; в Южном полушарии наблюдается симметричная картина. Это правило можно выразить проще: в Северном полушарии все ветры, распространяющиеся не вдоль параллели, отклоняются вправо, а в Южном полушарии – влево.

Это правило (будем называть его правилом отклонения) не противоречит основному положению, согласно которому воздушные массы перемещаются из области повышенного давления в область пониженного давления. Просто во время перемещения воздушные массы отклоняются вправо в Северном полушарии и влево в Южном. Важно, однако, чтобы область пониженного давления не была достаточно сильно локализована.

Связь правила отклонения с вращением Земли нетрудно объяснить. Предварительно заметим, что благодаря вращению Земли точки на экваторе движутся в направлении с запада на восток со скоростью, равной 40000 км : 24 часа = 1670 км/ч. Точки на 30-й параллели движутся в том же направлении, но их скорость меньше, она равна 1450 км/ч. А скорость движения точек на 60-й параллели еще меньше —830 км/ч. Теперь представим себе, что некая масса воздуха, находившаяся на параллели 30° с. ш. и имевшая скорость 1450 км/ч, перескочила на экватор, где точки движутся со скоростью 1670 км/ч. Ясно, что эта масса окажется отброшенной назад по отношению к направлению движения точек экватора, т. е. отброшенной на запад. А если бы масса воздуха перескочила с 30° с. ш. на 60° с. ш., где скорость всего 830 км/ч, то в этом случае она оказалась бы отброшенной вперед по направлению движения точек параллели, т. е. на восток.

При постепенном перемещении воздушных масс от 30° с. ш. к экватору они будут все время отставать от точек, движущихся по своим параллелям; это отставание выразится в том, что, приближаясь к экватору, воздушные массы будут заворачивать к западу, т.е. отклоняться вправо. Если же воздушные массы перемещаются от 30° с. ш. к полюсу, то они будут все время обгонять точки, движущиеся по своим параллелям. Это приведет к тому, что, удаляясь от экватора, воздушные массы будут заворачивать к востоку, т. е. опять будут отклоняться вправо. Все это касалось перемещений в Северном полушарии. С помощью аналогичных рассуждений можно получить, что в Южном полушарии воздушные массы, приближаясь к экватору или удаляясь от него, будут отклоняться влево.

Антипассаты зарождаются над экватором. Поднявшись благодаря конвекции над экваториальной областью, воздушные массы начинают растекаться в верхней тропосфере частью к северу, а частью к югу, формируя тем самым антипассаты. Антипассаты Северного полушария, удаляясь от экватора, отклоняются к востоку и на широтах около 30° принимают направление с запада на восток строго вдоль параллели.

На этом их удаление от экватора прекращается. На данных широтах воздушные потоки сливаются в единый воздушный поток, опоясывающий земной шар – циркумполярный ветер Северного полушария («циркумполярный» означает «окружающий полюс» или «движущийся вокруг полюса»). Скорость этого ветра в его центральной части достигает 50 м/с. Он циркулирует непосредственно над конскими широтами на высоте 8-10 км.

Циркуляция атмосферы: постоянные ветры земли, фото
Рис. 15. Постоянные ветры: а) в верхней тропосфере; б) в нижней тропосфере

В Южном полушарии антипассаты, удаляясь от экватора, также отклоняются к востоку и около 30°ю.ш. принимают направление с запада на восток строго вдоль параллели. Сливаясь, воздушные потоки образуют на данных широтах циркумполярный ветер Южного полушария. Он аналогичен циркумполярному ветру Северного полушария и циркулирует, как и тот, в направлении с запада на восток. Итак, над конскими широтами в обоих полушариях циркулируют вокруг земной оси два воздушных потока. Они охлаждены и к тому же непрерывно подпитываются антипассатами. Поэтому воздух в циркумполярных потоках оказывается довольно плотным и опускается к земной поверхности.

Это опускание воздушных масс как раз и обеспечивает повышенное приповерхностное атмосферное давление в поясах вблизи широты 30° в Северном и Южном полушариях. В результате возникают приповерхностные ветры, дующие от конских широт (от тропиков) как к экватору (северо-восточные и юговосточные пассаты), так и от экватора (западные ветры).

Ревущие сороковые – название, данное моряками океаническим пространствам между 40° и 50° широты в Южном полушарии Земли, где дуют сильные и устойчивые западные ветры, вызывающие частые штормы.

Суша в основном находится в Северном полушарии, поэтому картина ветров в этом полушарии дополнительно усложняется. Одним из таких усложнений являются муссоны. Зимние северо-восточные муссоны на полуостровах Индостан, Индокитай, Сомали совпадают с северо-восточными пассатами, тогда как летние южные и юго-восточные муссоны с Индийского океана не просто подавляют юго-восточные пассаты, но достигают штормовой силы.

Вращающийся вокруг своей оси земной шар представляет собой неинерциальную систему отсчета. При рассмотрении тех или иных явлений в этой системе необходимо принимать во внимание силы инерции. На тела, находящиеся на Земле (в том числе на воздушные массы атмосферы), действуют две такие силы — центробежная сила инерции и так называемая сила Кориолиса

Циркуляция атмосферы: циклоническая деятельность

Циклонической деятельностью называют постоянное возникновение, развитие и перемещение в тропосфере умеренных и высоких широт крупномасштабных атмосферных возмущений с пониженным и повышенным приповерхностным давлением – циклонов и антициклонов.

Циклон

Циклон – область пониженного приповерхностного атмосферного давления, принимающего наименьшее значение в центре циклона (зоне депрессии). Размеры области, занятой циклоном, могут достигать в поперечнике двух-трех тысяч километров.

Циркуляция атмосферы: схема образования циклонов
Рис. 16. Образование циклонов в Северном и Южном полушариях:
а) направление ветров приближающихся к центру вблизи земной поверхности;
б) картина ветров в вертикальном разрезе;
в) направление ветров, расходящихся от центра цик-
лона в верхней тропосфере

Воздушные массы в циклоне устремляются к его центру, поскольку там находится зона пониженного давления; вблизи земной поверхности возникают ветры, дующие от периферии циклона к центру. Но линии тока имеют вид не прямых линий, а заворачивающихся. В Северном полушарии они заворачиваются против часовой стрелки, а в Южном – по часовой стрелке.

Слово «циклон» происходит от греческого kyklos, означающего «кружащийся», а также «кольцо змеи». Достигнув зоны депрессии, воздушные потоки в циклоне устремляются вверх от поверхности Земли, поднимаясь в верхнюю тропосферу. Ничего иного им и не остается: не могут же они все время накапливаться в зоне депрессии. Подъем воздушных масс приводит к образованию мощной облачности и интенсивным осадкам. Для циклонов характерна пасмурная погода с сильными ветрами и обложными дождями. Падение атмосферного давления — верный признак того, что вскоре погода испортится.

Каждый циклон — система недолговечная. Он существует в течение нескольких суток (как правило, не более недели), в течение которых глубина циклона постепенно уменьшается, и он затухает.




Интересно, что движение приповерхностных ветров в циклонах не подчиняется известному правилу отклонения и, более того, прямо противоречит ему. Напомню оговорку, сделанную при формулировании этого правила: «важно, чтобы область пониженного давления не была достаточно сильно локализована». Но в случае с циклоном она как раз локализована — это зона депрессии, центр циклона. Перемещающиеся внутри циклона воздушные массы, конечно, находятся под действием силы Кориолиса, стремящейся отклонить их в Северном полушарии вправо. Однако более сильным оказывается различие давлений.

Стремясь попасть в зону пониженного давления в центре циклона, воздушные массы движутся заворачиваясь к ней, а потом отклоняются в Северном направлении не вправо, а влево, что и соответствует закручиванию в направлении против часовой стрелки.

Антициклон

Антициклон – область повышенного приповерхностного давления, принимающего наибольшее значение в центре антициклона. Как и циклон, антициклон представляет собой крупномасштабный вихрь; он может занимать область размерами в поперечнике до трех тысяч километров и более. Как и циклон, антициклон перемещается вдоль земной поверхности со скоростью около 10 м/с, придерживаясь направления глобальных приповерхностных ветров.

Временами он оказывается в малоподвижном состоянии, зависая над какой-либо территорией более чем на неделю. В соответствии с различием атмосферных давлений в центре и на периферии антициклона, приповерхностные ветры растекаются от центра к периферии, раскручиваясь в Северном полушарии в направлении по часовой стрелке, а в Южном полушарии против часовой стрелки – согласно известному правилу отклонения, т.е. под действием силы Кориолиса.

Высотные ветры, напротив, притекают от периферии к центру антициклона. Они закручиваются в Северном полушарии в направлении против часовой стрелки, а в Южном — по часовой стрелке. Такое движение ветров не согласуется с правилом отклонения. Притекающие к центру антициклона в верхней тропосфере воздушные массы опускаются вниз, к земной поверхности, принося с собой, как правило, сухую малооблачную погоду.

Всем известно: показания барометра падают (давление понижается) – жди плохой погоды с дождями, давление повышается – жди хорошей погоды.

Циркуляция атмосферы: схема антициклона фото
Рис. 17. Схема образования антициклона:
а) направление приповерхностных ветров, б) перемещение воздушных масс в вертикальном направлении, в) направление высотных ветров

Среди особенно крупных антициклонов отметим зимний Азиатский антициклон над всей территорией Сибири и Китая, Антарктический над Антарктидой, Арктический антициклон над Северным Ледовитым океаном и Гренландией, зимний Североамериканский над США, Мексикой и половиной Канады.

Циркуляция атмосферы: карта циклонической деятельности на январь, фото
Рис. 18. Карта циклонической деятельности, январь. Циклоны и антициклоны изображаются на карте замкнутыми изобарами с указанием низкого (Н) или высокого (В) давления в центре.

Воздушные массы

В тропосфере выделяют зональные (движущиеся) и местные (малоподвижные) типы воздушных масс. Воздушные массы — это крупные (мощностью – до верхней границы тропосферы, протяжённостью в тысячи километров) объёмы воздуха, характеризующиеся относительно однородными свойствами (температурой, влажностью) и движущиеся как одно целое.

По отношению к подстилающей поверхности движущиеся (зональные) воздушные массы (ВМ) делят на тёплые и холодные. Если температура подстилающей поверхности выше температуры ВМ, то они считаются холодными и наоборот, если они движутся над более холодной поверхностью, то считаются тёплыми. Свойства ВМ постоянно изменяются.

В зависимости от района формирования, различают 4 типа ВМ:

  • экваториальные (ЭВМ);
  • тропические (ТВМ);
  • умеренные (УВМ), по международной классификации их называют полярными (ПВМ);
  • арктические-антарктические (АВМ).

Сформировавшиеся над морем, они называются морскими, а появившимися над сушей – континентальными.

Воздушные массы, фото
Рис. 19. Воздушные массы

Экваториальные воздушные массы образуются в полосе пониженного атмосферного давления над влажными лесами и океанами. Характеризуются высокими температурами и влажностью. Летом соответствующего полушария они в виде экваториальных муссонов проникают до тропиков. Особенно далеко они заходят в Индии, вплоть до Гималаев.

Континентальные тропические воздушные массы. Формируются над тропическими пустынями: Сахарой, Калахари, аравийскими, австралийскими, североамериканскими, южноамериканскими. Характеризуются высокой температурой, высокой абсолютной, но низкой относительной влажностью.

Морские тропические воздушные массы. Образуются в барических максимумах над океанами. У них высокая температура и большая абсолютная влажность.

Контитентальный воздух умеренных широт (кПВМ). Господствует в Северном полушарии, образуясь над материками. По сезонам его свойства меняются: летом они тёплые и с высокой абсолютной влажностью, зимой с низкими температурами и влажностью.

Морской воздух умеренных широт (мПВМ). Формируется в барических минимумах над тёплыми течениями в незамерзаущих участках океанов. Летом он прохладнее, зимой – теплее, но всегда высоко влажный.

Континентальный арктические-антарктические воздушные массы. Приобретают свои свойства надо льдами Арктики и Антарктики. Характеризуются низкими температурами и незначительной влажностью.

Морские арктические — антарктические воздушные массы. Формируются над периодически замерзающими морями. Их температура несколько выше, чем у континентальных арктических масс и абсолютная влажность тоже выше.

 

Теплый и холодный атмосферные фронты

Вследствие неодинакового нагрева воздуха разными участками земной поверхности формируются теплые и холодные воздушные массы. Перемещаясь вдоль поверхности, они могут приближаться друг к другу или удаляться. При сближении разнородных воздушных масс образуется переходная область, иначе говоря, фронтальная зона. Ее можно представлять как поверхность, разделяющую две воздушные массы (фронтальную поверхность). Линию, по которой эта зона пересекается с земной поверхностью, называют линией атмосферного фронта или, проще, атмосферным фронтом.

Предположим, наступающий теплый воздух движется быстрее отступающего холодного. Масса теплого воздуха как бы наваливается (наезжает) на образуемый отступающим холодным воздухом клин, начинает скользить вверх по нему. Клин холодного воздуха отодвигается, и атмосферный фронт постепенно перемещается по земной поверхности в сторону холодного воздуха, принося с собой теплую погоду. Такой атмосферный фронт называют теплым.

В случае теплого атмосферного фронта восходящее скольжение охватывает значительную массу теплого воздуха над фронтальной поверхностью, вследствие чего возникает мощная система облаков – перисто-слоистых, высоко-слоистых, слоисто-дождевых. Последние порождают обложные осадки.

Предположим теперь, что наступает холодный воздух, а теплый отступает. Масса холодного воздуха подвигается под массу теплого воздуха и тем самым приподнимает ее. В этом случае мы имеем дело с холодным атмосферным фронтом.

В случае холодного атмосферного фронта восходящее движение теплого воздуха ограничено более узкой зоной, сосредоточенной в основном непосредственно над линией фронта. Облака имеют здесь, как правило, характер кучево-дождевых с ливневыми осадками и грозами.

Атмосферные фронты фото
Рис. 20. Циркуляция атмосферы: атмосферные фронты:
а) холодный;
б) тёплый

Атмосферные фронты постоянно возникают, перемещаются и затухают. Фронтальные поверхности могут подниматься вверх на несколько километров и даже достигать стратосферы. Линии фронтов могут иметь длину до нескольких тысяч километров.

На синоптических картах теплый и холодный фронты изображают линиями; стрелками обозначены направления перемещения фронтов, а штриховкой отмечена зона депрессии.

Антициклоны возникают вне атмосферных фронтов. Как возникновение, так и развитие фронтов тесно связаны с возникновением и развитием циклонов. По сути дела, это единый процесс.

Циркуляция атмосферы на синоптической карте, фото
Рис. 21. Атмосферные фронты на синоптической карте

Тропический циклон

Жители Китая, Японии, Вьетнама, Филиппин, Индии, Австралии, Мадагаскара, Центральной Америки, южных районов США, островов Карибского моря знакомы с исключительно грозным природным явлением – тропическими циклонами. В Америке их называют ураганами, а на западном побережье Тихого океана тайфунами. Название «ураган» связано с именем бога бурь у древнего народа майя. «Тайфун» в переводе с китайского означает «очень большой ветер».

Великий тайфун 1281 г. уничтожил, по мнению историков, флот Хубилая, потомка Чингисхана, и тем самым предотвратил завоевание монголами Японии. Пожалуй, это был единственный в истории случай, когда тропический циклон сыграл положительную роль. А вообще тропические циклоны причиняли и причиняют только бедствия, разрушая города, затопляя огромные территории, унося тысячи человеческих жизней.

Отметим некоторые мощные тропические циклоны за последние пятьдесят лет.

  • В сентябре 1959 г. на Японию обрушился тайфун Вера (тайфунам и ураганам принято давать женские и мужские имена). Погибли 5 тыс. человек, остались без крова полтора миллиона. Тайфун уничтожил либо выбросил на берег более 400 судов, в том числе 12 океанских большого тоннажа.
  • В июне 1962 г. тропический циклон опустошил все побережье республики Бангладеш. Он унес 22 тыс. человеческих жизней. В октябре 1963 г. ураган Флора на несколько суток задержался над Кубой. Он опустошил восточную провинцию Кубы и унес более 3000 жизней. В ноябре 1970 г. на побережье Бангладеш обрушился особенно разрушительный тайфун. Погибло более 300 тыс. человек.
  • Более свежий пример – обрушившийся на Новый Орлеан (США) в августе 2005 года ураган Катрина. Несмотря на все предупредительные меры, в результате урагана погибли более 1300 человек.

Разрушительные тропические циклоны регулярно посещают определенные районы на земном шаре. Их разрушительное воздействие обусловливают три фактора, три оружия тайфуна.

  • Первое оружие – исключительно сильный ветер, его скорость превышает 30 м/с и может достигать примерно 100 м/с. При такой скорости воздух воспринимается как твердая материя, способная наносить мощные удары. Как писал исследователь тайфунов Пьер Андре Молэн,

 

«такие ветры вызывают ощущение, что рушатся все нормальные отношения между живым существом и окружающим его миром. Человек чувствует, что его предали – так же, как в те минуты, когда земля сотрясается у него под ногами. При тайфуне воздух, извечный источник жизни, ее постоянная поддержка и пища, внезапно становится врагом. Мирная кормилица превращается в безумную фурию. Как если бы мать, перестав укачивать ребенка, вдруг швыряет его на землю и топчет ногами… И действительно, пушечный выстрел — это, пожалуй, единственное подходящее сравнение для такого ветра».

  • Второе оружие тайфуна – мощные дожди, продолжительные ливни. Очевидцы отмечают, что в условиях привычного для нас климата трудно представить себе ливни, сопровождающие тайфуны и ураганы. Они сравнивают их с небом, которое низвергается на землю. Для сравнения заметим, что среднее годовое количество осадков в Европе и Северной Америке составляет около 1000 мм. А вот во время урагана 1906 г. на Ямайке всего лишь за четверо суток выпало 2400 мм воды. Ливни, сопровождающие тайфуны, вызывают грандиозные наводнения, порождают мощные водные потоки, которые сносят мосты и дома, приводят к появлению гигантских оползней.
  • Третье оружие тайфуна – штормовые приливы. В центре тайфуна возникают морские волны высотой более 10 м. Приближаясь к берегу, подобные волны сокрушают все, что окажется на их пути. Попадая в устье реки (эстуарий), такая волна нагоняет в речную долину огромные массы воды. Она становится подобной движущемуся внутри орудийного ствола снаряду.

Как видим, тропический циклон существенно отличается от обычного. При обычном циклоне (его называют внетропическим циклоном) портится погода, идут дожди, усиливается ветер – только и всего. Тогда как тропический циклон чреват огромными разрушениями, сопровождается многочисленными человеческими жертвами. А между тем физическая природа обоих циклонов — обычного и тропического — по сути одна и та же.

Различие состоит в том, что приповерхностное атмосферное давление в центре тропического циклона на 70-100 гПа (50- 75 мм рт. ст) ниже давления в центре обычного циклона. Нередко атмосферное давление в центре тропического циклона оказывается равным 900-920 гПа; оно может опускаться до 870- 880 гПа. Снижение давления всего на одну десятую атмосферы существенно изменяет картину циклонического вихря.

Правда, со стороны это изменение не очень заметно.

Отличие от обычных циклонов состоит в том, что:

  • во-первых, в центре тропического циклона наблюдается четкое темное пятно диаметром до нескольких десятков километров – так называемый глаз тайфуна (у обычного тайфуна его нет);
  • а во-вторых, диаметр тропических циклонов составляет несколько сотен километров, тогда как у обычных циклонов он заметно больше – достигает нескольких тысяч километров.

Тропические циклоны зарождаются в низких широтах в результате взаимодействия дующих там ветров (пассатов) с мощными конвективными потоками воздуха, которые возникают над сильно нагретой (до 26-28 °С) поверхностью океана. Предположим, что где-то над теплым океаном на некоторой параллели к северу от экватора сильно нагретый влажный воздух устремляется вверх, поэтому приповерхностное атмосферное давление внутри данной области резко падает – образуется довольно глубокая зона депрессии.

Тут же возникают силы, стремящиеся направить окружающие воздушные массы в зону депрессии. И вот обе эти массы устремляются к зоне депрессии. Они бы вскоре заполнили зону, если бы не было вращения земного шара вокруг своей оси. Но оно происходит.

Итак, огромные скорости воздушных масс в тропическом циклоне (достигающие 80-100 м/с) вынуждают эти массы не скручиваться к центру зоны, а циркулировать вокруг него по окружности. Огромные массы воздуха, измеряемые триллионами тонн, кружатся вокруг центра тропического циклона, оставляя в покое относительно небольшую область в центре – тот самый глаз тайфуна. Разумеется, это кружение не бесконечно. Когда тропический циклон, использовав запасы кинетической энергии, постепенно затухает, он превращается сначала в обычный циклон, а затем и вовсе исчезает.

Стремясь заполнить зону депрессии, воздушные массы устраивают карусель вокруг ее центра. Заполнению зоны депрессии препятствуют центробежные силы инерции, действующие на движущиеся частицы воздуха. Каждая частица, подобно камню в праще, стремится прочь от центра такой карусели. Эти центробежные силы инерции как бы отсасывают воздух и еще более понижают давление в зоне депрессии.

Напомним, что основной причиной понижения давления (обусловившей возникновение зоны депрессии) являются восходящие воздушные потоки, т. е. конвекция. Она происходит благодаря нагреванию поверхности вод океана в тропическом поясе и усиливается вследствие выделения тепла при конденсации водяного пара и образовании огромной массы облаков в процессе подъема воздушных масс. Понятно, что восходящие воздушные потоки необходимо принимать во внимание, рассматривая в целом картину тропического циклона. Одновременно с кружением масс воздуха вокруг центра депрессии происходит их подъем от земной поверхности к верхней тропосфере, так что фактически движение частиц воздуха происходит не по окружности, а по восходящей винтовой линии (спиральной кривой, располагающейся на поверхности круглого цилиндра).

Вблизи земной поверхности воздушные массы движутся по скручивающейся спирали, превращающейся в окружность (вернее окружности) вокруг центра депрессии. Затем начинается подъем воздушных масс по восходящей винтовой линии. Этот подъем сопровождается образованием большой облачности и обильными осадками.

Смерчи (тромбы, торнадо)

Циркуляция атмосферы включает в себя и смерчи. Смерч – атмосферный вихрь, возникающий в грозовом облаке и затем распространяющийся в виде темного рукава или хобота по направлению к поверхности суши или моря; в верхней части имеет воронкообразное расширение, сливающееся с облаком.

Внешний вид и основные характеристики смерчей

Смерч выглядит устрашающе. Из очень темной, почти черной тучи опускается к земной поверхности сужающийся книзу хобот; он представляет собой вихрь. Вместе с тучей этот хобот-вихрь движется со скоростью поезда вдоль земной поверхности, случайным образом меняя направление движения.

Можно рассматривать смерч как часть грозового облака, быстро вращающуюся вокруг вертикальной оси. Впрочем, эта часть облака весьма специфична. Она не только быстро вращается, но и при этом, подобно сверхмощной вытяжной трубе, втягивает в себя и поднимает вверх воду, песок, камни, а также различные предметы, нередко тяжелые. Поэтому такой удивительной части грозового облака дают отдельное название – смерч. А все остальное облако, откуда опустился смерч, называют материнским облаком, подчеркивая тем самым происхождение смерча.

Термин «смерч» происходит от русского слова «сумрак» – ведь смерчи рождаются из грозовых облаков мрачного вида, создающих при своем появлении сумерки.

Если смерч возникает над морем, его называют водяным смерчем (или просто смерчем). Смерчи над сушей называют тромбами (от французского tromb, означающего «труба»). В Северной Америке тромбы принято называть торнадо (от испанского tornados, означающего «вращающийся»).

В метеорологии для смерчей используют название маломасштабные вихри. Тем самым подчеркивается локальный характер смерчей, их отличие от вихрей среднего масштаба – тропических циклонов, диаметр которых составляет 300-500 км, и вихрей крупного масштаба – внетропических циклонов и антициклонов диаметром 1000-3000 км. Диаметр вихря, образуемого водяным смерчем, составляет 30-200 м, а образуемого тромбом – 100 м-1 км.

Циркуляция атмосферы: торнадо фото
Рис. 22. Торнадо

Внешний вид смерчей может быть различным. Часто смерч напоминает свисающий из материнского облака хобот. Но можно видеть конус, широкую вверху и узкую у поверхности воронку, которая может принимать форму бокала. Смерч бывает похож на простую колонну, которая может слегка расширяться вверху и внизу и даже превращаться в подобие песочных часов.

Смерч характеризуется двумя скоростями – скоростью его перемещения вдоль земной поверхности и скоростью вращения частиц воздуха, участвующих в вихревом движении. Первая соответствует скорости перемещения материнского облака. Она изменяется от нуля (когда смерч на какое-то время зависает неподвижно) до 150 км/ч (40 м/с). В среднем она составляет 20-50 км/ч (5-15 м/с). Вторая скорость (скорость вихревого движения) значительно больше – от 50 м/с до 200 м/с.

Смерчи очень недолговечны. Водяные смерчи существуют обычно несколько минут. Тромбы (торнадо) могут существовать до нескольких десятков минут и даже нескольких часов. Смерчи, как правило, имеют хорошо наблюдаемую боковую стенку. За ней (внутри смерча) давление значительно ниже, чем снаружи. Оно опускается до 800 гПа и даже до 600 гПа. Логичен вопрос: как измеряют давление внутри смерча? Сразу заметим, что бесполезно пытаться поместить туда измерительный прибор.

И дело не в том, что практически невозможно угадать ту точку земной поверхности, над которой пройдет неожиданно опустившийся из грозового облака смерч. Даже если бы это удалось, ураганные вихри внутри смерча тут же уничтожили бы измерительный прибор. Смерч наблюдают и изучают его последствия, т. е. характер и степень произведенных им разрушений. И уже на этом основании делают более или менее достоверные выводы о динамике вихрей внутри смерча.

Смерчи наблюдаются во многих странах – в США, Австралии, Новой Зеландии, Японии, Индии, Аргентине, а также в Южной Африке и Европе. Они появляются во время грозы или перед грозой в жаркие весенние или летние дни. В течение года на земном шаре возникает около 1500-2000 смерчей. Примерно половина из них приходится на территорию США.

В США существует так называемая аллея торнадо – полоса наиболее частых смерчей, проходящая через штаты Техас, Оклахома, Канзас, Миссури. Она начинается от побережья Мексиканского залива и проходит к северу и северо-востоку между Скалистыми и Аппалачскими горными хребтами. Влажный и теплый летний муссон с залива встречается здесь с прохладными воздушными массами, дующими от Скалистых и Аппалачских гор.

При прохождении достаточно мощного смерча возникает полоса серьезных разрушений на местности шириной до 100-200 м. На своем пути смерч вырывает с корнями деревья, разрушает дома, мосты, металлические опоры линий электропередачи.

Он поднимает на десятки и сотни метров тяжелые объекты (людей, животных, автомобили, крыши домов) и отбрасывает их в сторону или переносит на некоторое расстояние, которое тем больше, чем легче объект. Песок, камни и относительно мелкие предметы втягиваются смерчем внутрь облака и выпадают затем оттуда, после того как смерч истощит свою энергию. Смерч может полностью высосать пруд или небольшое озеро, оголить на время дно реки.

Все это указывает на то, что область внутри смерча является зоной глубокой депрессии и характеризуется мощными вихревыми движениями, направленными по винтовой линии от земной поверхности к материнскому облаку. То, что область внутри смерча имеет значительно более низкое давление по сравнению с давлением вне этой области, подтверждается характером разрушений домов, задетых смерчем. Они взрываются изнутри.

В момент прохождения смерча давление воздуха внутри дома внезапно оказывается существенно больше, чем снаружи (т.е. давление внутри смерча). Возникновение резкого перепада давлений разрывает дом (иначе говоря, взрывает его изнутри). Но одного лишь низкого давления в смерче недостаточно, чтобы он мог действовать подобно мощной вытяжной трубе.

Сам по себе перепад давлений не смог бы поднять воду по трубе смерча выше 10 м (напомним известный опыт Торричелли). Для подъема воды (и не только ее) на высоту материнского облака необходимо мощное восходящее вихревое движение воздушной массы внутри трубы смерча.

Как можно судить об огромной скорости вихря внутри смерча? В настоящее время предпринимаются попытки локационных измерений этих скоростей. Они подтверждают значения скорости порядка 100 м/с. Но еще до этих исследований было установлено, что скорости могут быть в полтора-два раза больше. Эти данные получили специалисты по сопротивлению материалов, изучавшие изгибы и разрушения различных предметов, «обработанных» смерчем.

Вот, например, куриное яйцо пробито сухим бобом так, что скорлупа вокруг пробоины осталась невредимой, как при прохождении револьверной пули. Часто наблюдались случаи, когда мелкая галька проходила через оконные стекла, не нанося повреждений кроме пробоин. Зафиксированы многочисленные факты пробивания летящими досками деревянных стен домов, досок и даже железных листов. Соломинки втыкались как иглы в подушку в различные деревянные предметы (доску, дерево, щепку). Все подобные случаи указывают на то, что скорость ветров в смерчах может быть более 200 м/с.

Торнадо прошёл, Оклахома, фото
Рис. 23. Торнадо прошёл, Оклахома

Следует обратить внимание на то, что область произведенных смерчем разрушений нередко оказывается четко отграниченной. Известен случай, когда налетевший смерч поднял в воздух корову, а женщина, доившая ее, так и осталась сидеть на месте и возле нее стояло ведро с молоком. Подобных удивительных случаев наблюдалось немало.

Из двух находящихся рядом объектов один уносится смерчем, а другой остается совершенно невредимым. Это означает, что вихри в смерче весьма четко локализованы. Вне стенки смерча, снаружи, они отсутствуют. Таковы обычные смерчи, их называют гладкими смерчами. Заметно реже появляются расплывчатые смерчи, обладающие нерезкими, расплывчатыми очертаниями. Ограничимся лишь упоминанием о них.

Но оставим разрушения, производимые смерчами, и познакомимся с наблюдениями самих смерчей, сделанными очевидцами. Сохранилось описание смерча, появившегося на окраине Москвы в июне 1904 г.:

«Огромная грозовая туча надвинулась, и наступили сумерки. На нижней поверхности тучи беспорядочно двигались небольшие светлые облака. Постепенно в этих беспорядочных движениях стало проявляться вращение значительной массы облака вокруг общего центра. С земли поднялась пыль и вместе с травой и листьями, крутясь, устремилась вверх, к этому центру. Вдруг из тучи свесилась серая остроконечная воронка, которая быстро увеличилась в размерах и отвисла к земле. Еще немного, и окончание воронки соединилось с концом столба пыли, поднимавшегося с земли навстречу воронке. Образовалась колонна смерча, протянувшаяся от тучи до земли. В воздух полетели обломки строений и сломанные деревья. Начался сильный дождь».

Места частых появлений смерчей, карта
Рис. 24. Места проявления смерчей.
Автор: Runningonbrains

Заслуживают внимания свидетельства редких случайных наблюдателей, над головой которых прошел, не касаясь земли, хобот смерча. В штате Канзас в США в 1930 г. невольно оказался таким наблюдателем один из фермеров. Вот как он писал позднее:

«Конец воронки повис прямо над моей головой. Из конца воронки шел гудящий звук. Я взглянул вверх и к своему удивлению увидел само сердце смерча. В его середине была полость диаметром 30-70 м, которая шла кверху на расстояние около километра. Стены полости были образованы вращающимися облаками, а сама она была освещена блеском молний, перескакивающих с одной части стены на другую. Полость казалась пустой…»

А вот свидетельство другого наблюдателя, случайно оказавшегося под воронкой смерча (штат Техас, 1951 г.):

«Воронка прошла в шести метрах над моей головой. Ширина внутренней полости была около 150 м, толщина стенки — всего 3 м. Стенка быстро вращалась. Вращение было видно до самого верха и, очевидно, уходило в тучу. Когда смерч прошел надо мной и, опустившись, коснулся дома соседа, он в одно мгновение смахнул его».

Обратим внимание: внутри смерча могут сверкать молнии. Они бывают многочисленными и отличаются разнообразием, могут иметь вид изогнутых светящихся поверхностей. Иногда они окружают смерч. Иногда вся его поверхность светится желтоватым сиянием. Неоднократно в смерчах наблюдались шаровые молнии.

Установлено, что смерчи в одном и том же полушарии вращаются в одних случаях против часовой стрелки, а в других — по часовой стрелке. Отсюда следует, что возникновение вихревого движения в смерчах не связано с вращением Земли вокруг своей оси (в отличие от циркуляций воздушных масс в тропических и внетропических циклонах). Это вполне естественно — ведь смерч представляет собой локальный вихрь.

Наконец, отметим, что появление смерчей часто сопровождается выпадением не только дождя, но и града, притом очень крупного. Неоднократно наблюдались градины, имеющие в поперечнике до 30 см. Нетрудно подсчитать, что подобная градина должна иметь массу до 15 кг. Был случай, когда внутри одной гигантской градины оказалась черепаха размерами 5х15х20 см.

Пройдите тест по изученному материалу

1. Между какими точками с атмосферным давлением ветер будет сильнее?

а) 735 и 755 мм рт. ст.;

б) 768 и 778 мм рт. ст.;

в) 750 и 755 мм рт. ст.

 
 
 

2. Ветер, меняющий направление два раза в сутки называется:

а) муссоном;

б) бризом;

в) пассатом.

 
 
 

3. Тёплый воздух по отношению к холодному:

а) более тяжёлый;

б) более лёгкий.

 
 

4. При помощи какого прибора измеряют скорость ветра?

а) барометра;

б) термометра;

в) анемометра.

 
 
 

5. Какова непосредственная причина образования ветра?

а) атмосферное давление;

б) температура воздуха;

в) разница в атмосферном давлении.

 
 
 

6. Как называется график, на котором показаны направления ветров, господствующих в данной местности?
а) диаграмма;
б) климатограмма;
в) роза ветров.

 
 
 

7. Выберите правильное утверждение:

а) Воздух над поверхностью суши и моря нагревается одинаково;

б) Воздух над сушей быстрее нагревается и быстрее остывает;

в) Воздух над водой быстрее нагревается и медленнее остывает.

 
 
 

8. Невозможно определить направление ветра с помощью:

а) барометра;

б) флюгера;

в) дыма из трубы.

 
 
 

9. В какое время суток лучше выходить в море на парусном судне?

а) вечером;

б) утром;

в) в полдень.

 
 
 

10. Как называется ветер, меняющий направление два раза в год?

а) бриз;

б) штиль;

в) муссон.

 
 
 

11. Что образуется вследствие разницы атмосферного давления над разными участками суши? Ответ запишите словом.

12. Дополните предложение: Если ветер дует с северо-востока, то его называют ——— ветром.

13. Дополните предложение:

б) Если ветер дует на юг, то это —————- ветер.

14. Дневной бриз дует:

а) с моря на сушу;

б) с суши на море.

 
 

15. Выберите признаки, характерные для циклона:

а) Вихрь с низким давлением в центре;

б) Воздух движется от периферии к центру;

в) Вихрь с высоким давлением в центре;

г) Прогревание и иссушение воздуха, осадков нет;

д) Охлаждение воздуха, конденсация, выпадение осадков;

е) Летом малооблачно и тепло, зимой морозно;

ж) Пасмурная погода;

з) Воздух движется от центра к окраинам.

 
 
 
 
 
 
 


Leave a Reply

Ваш адрес email не будет опубликован.