Название: Восемь лекций по физике атмосферы и гидросферы (Браже Р. А.)

Жанр: Радиотехнический

Просмотров: 1309


2.3. ячейки хэдли и феррела. пассаты и муссоны

 

При конвективном подъеме воздуха у экватора происходит его охлажде- ние. На высоте, где температура падает ниже точки росы, водяные пары, со- держащиеся в воздухе, конденсируются и образуются облака. Поэтому небо над экватором почти всегда в облаках. Эти облака   располагаются   на   высотах

1–5 км.   Поднявшийся   выше, до 17 км, уже сухой воздух имеет огромную

внутреннюю энергию. Путь от экватора до широт циркумполярных вихрей он проходит быстро, примерно за сутки. Здесь он опускается вниз и растекается по поверхности. Это сухой и теплый воздух, так как энергия, затраченная на подъ- ем, теперь выделяется обратно при опускании. Поэтому широтам под циркум-

 

полярными вихрями (25–30º) соответствуют пустыни на суше и области штилей на море*.

«Конские широты»  – это область повышенного давления (антициклон), а экваториальная зона – область пониженного давления – циклон. Почему же эта разность давлений не выравнивается? Все дело в том, что температура у по- верхности Земли вблизи экватора и в «конских широтах» почти одинакова, но воздух у экватора более влажный  и, следовательно, более легкий. Из уравнения

(1.3) следует, что его давление        с          высотой          падает быстрее,         чем      у          сухого воздуха            (см. рис. 2.4 [1]).

 

h, км

 

12

 

2          1

8

 

4

 

1          2

 

0          P 0       P

 

Рис. 2.4. Высотная зависимость давления в циклоне (1) и антициклоне (2)

 

Из рис. 2.4 следует, что  из-за противоположного по знаку перепада дав- лений у поверхности Земли и на высоте в приэкваториальной области возника- ет вертикальная циркуляция воздуха. Сила Кориолиса отклоняет поток воздуха наверху в восточном, а внизу в западном направлении (рис.2.5 [1]).

Впервые атмосферную циркуляцию в тропиках описал в 1735 г. англий- ский ученый Хэдли. Поэтому такие ячейки называют ячейками Хэдли. Правда,

Хэдли считал, что эти ячейки простираются от экватора до самых полюсов. Английский школьный учитель Феррел в1856 г. уточнил схему Хэдли, показав, что в умеренных широтах возникают ячейки вертикальной атмосферной цирку-

ляции противоположного направления. Их назвали ячейками Феррела.

 

* У моряков они получили название «конских широт», так как во времена парусного флота, когда корабли порой месяцами не могли выбраться из этих широт, от жажды погиба- ло много перевозимых морем лошадей.

 

 

3

 

3

 

а          б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 
Рис. 2.5. Глобальная схема Земных ветров – ячейки Хэдли (1), Феррела (2) и при- полярной циркуляции (3): а – у поверхности Земли, б – в верхней тропосфере

 

Ячейки Феррела обязаны своим происхождением высокому давлению воздуха у поверхности Земли на широте 30–40º под циркумполярными вихрями и низкому давлению у поверхности океана на широтах около 60°. Поскольку движение воздуха в ячейках Феррела обратное по сравнению с ячейками Хэд- ли, то сила Кориолиса отклоняет в них воздушные массы в другую сторону. Поэтому в умеренных широтах высотные ветры дуют преимущественно с севе- ро-востока, а низовые ветры с юго-запада (см. рис. 2.5). В Южном полушарии, где препятствием является только узкая полоска Анд, этот западный ветер у поверхности океана разгоняется до ураганной силы*.

В приполярной области циркуляция воздуха происходит опять в прямом направлении (см. рис. 2.5).  От  областей  низкого давления на широтах около

60° воздух поднимается и опускается вниз вблизи полюсов, где создаются анти- циклоны. Кориолоисовы силы закручивают воздушные массы вокруг полюсов к западу. Поэтому там преобладают восточные ветры.

Устойчивые на протяжении года низовые ветры в ячейках Хэдли, дующие в Северном полушарии преимущественно с северо-востока, а в Южном полу- шарии – с юго-запада, называются пассатами (с нем. Passat от исп. viento de pasade – ветер, благоприятствующий переезду).

Наряду с пассатами существуют ветры, направление которых меняется на противоположное два раза в год. Их называют муссонами (с франц. mousson от араб. маусим – сезон). Муссоны обусловлены различным нагревом материков и

океана. Муссоны приносят дожди летом и приводят к сухой зиме. Муссонный климат ярко выражен в бассейне Индийского океана и на Дальнем Востоке.

 

* У моряков эта область широт получила название «ревущих сороковых».

Еще IV–III вв. до н. э. индийские и персидские мореплаватели пользовались муссонами при плавании в Аравийском море. К I–II вв. н. э. сложился великий муссонный путь от берегов Индии в Южно-Китайское море и Китай, по кото- рому парусные суда летом шли на восток, а зимой на запад.