Слава Кан - Океан и атмосфера

• Название: Океан и атмосфера
• Автор: Слава Кан
• Издательство: Наука
• Жанр: Научпоп
• Год: 1982

Океан, занимающий две трети нашей планеты, и атмосфера, окутывающая ее, играют огромную роль в жизни человечества. Составляя вместе оболочку Земли, они функционируют как единая механическая и термодинамическая система. Совместное изучение этих сфер и их взаимодействия — основное направление современной мировой гидрометеорологической науки. Этим вопросам посвящена и предлагаемая вниманию читателя книга. В пей показано также, что знание процессов, которые происходят в океане и атмосфере, имеет большое практическое значение, и в первую очередь для мореплавания, эксплуатации ресурсов океана, для морских и метеорологических прогнозов.

Для читателей, интересующихся проблемами окружающей среды.

---

В субтропической зоне океанов ночью скорость ветра сильно возрастает, создается как бы баланс со слабыми ветрами, дующими в то же время над сушей.

Устойчивая система ветров над обширным пространством образует воздушный поток, определяемый его направлением и скоростью. Но внутри потока постоянно существуют струн, объемы воздуха, движущиеся в различных направлениях, с разными скоростями, беспорядочно, толчками, порывами, то ослабевая, то усиливаясь. Чем сильнее ветер, тем он порывистее. Большое препятствие порывистость ветра создает для движения самолетов и вертолетов — начинается болтанка. Под передней частью кучево-дождевых облаков иногда возникает резкое кратковременное усиление ветра — шквал, когда скорость может усиливаться до 20–30 м/с. Это явление особенно опасно для авиации.

Встречаясь с препятствиями, ветер изменяется — он обтекает их или перетекает сверху. Если путь ветру преграждает лес, горный хребет, холмы или строения, с наветренной стороны возникает вихрь. Позади препятствия ветер ослабевает, но и тут рождаются вихри. На подветренной стороне горных склонов ветры как бы стекают. При этом возможны два противоположных эффекта — повышение температуры воздуха и ее понижение. Ветры, дующие с низких горных хребтов выхоложенного материка в направлении теплого моря, называются борой. Это — сильный, холодный, порывистый ветер, преимущественно холодного времени года. Прорываясь сквозь узкие перевалы, он набирает значительную скорость. Местные особенности накладывают свой отпечаток на характер боры. Широко известна бора в районе Новороссийска на Черном море. Здесь природой как бы специально созданы условия для ее возникновения. Скорость новороссийской боры может достигать 40 и даже 60 м/с, температура воздуха при этом понижается до —20 °C. Иногда замерзает гавань, покрываются льдом суда и строения, слой льда на набережной 2–4 м. В это время происходит много бедствий не только в порту, но и в городе — нарушаются линии связи, с домов срываются крыши, опрокидываются автомашины, вагоны, суда выбрасываются на берег. Бора бывает чаще всего в период с сентября по март, в среднем 46 дней в году. Бора наблюдается и в других районах нашей страны — на Байкале, на Новой Земле. Известна бора на Средиземноморском побережье Франции (мистраль) и в Мексиканском заливе.

Холодный воздух, который движется под воздействием силы тяжести по длинному пологому склону, создает так называемые стоковые ветры. Они характерны для Гренландии и еще более для Антарктиды. Возникая в нескольких сотнях километров от морского побережья, на периферии антарктического антициклона, они устремляются вниз, достигая скоростей более 20 м/с и затухают лишь вблизи берега, на расстоянии 3–4 км от него. Стоковые ветры изменчивы, они меняются от штиля до шторма и даже до урагана. На станции Земля Адели в Антарктиде (недаром названную полюсом ветров) в феврале 1951 г. наблюдалась скорость ветра 45 м/с с отдельными порывами до 90 м/с.

В атмосфере время от времени возникают вертикальные вихри с быстрым спиралеобразным движением диаметром в несколько десятков метров (редко до 100–200 м). Это смерчи над морем и тромбы над сушей (в Северной Америке последние называют торнадо). Измерить скорость движения в них пока не представляется возможным. Разрушения, производимые ими, позволяют думать, что она составляет 50—100 м/с, в особенно сильных вихрях — до 250 м/с с большой вертикальной составляющей скорости. Давление в центре столба падает на несколько десятков миллибар.

Смерчи существуют недолго — от нескольких минут до нескольких часов. Но и в пределах этого небольшого времени они успевают продвинуться на значительное расстояние — несколько десятков километров над морем и еще больше над сушей, неся разрушения и даже смерть. При подходе тромба к зданиям разница между давлением внутри здания и в центре тромба так велика, что дома как бы взрываются — разрушаются стены, выпадают стекла и рамы, слетают крыши. В лесах появляются просеки от вырванных с корнем деревьев, далеко переносятся люди и звери. Обычно тромбы единичны, но бывают случаи, когда их два и больше. В Европе тромбы редки, в азиатской части нашей страны они чаще. Особенно же часты и разрушительны тромбы в США. На побережье Антарктиды при встрече относительно теплого воздуха с моря и стокового ветра с суши часто возникают тромбы. Во фронтальной зоне здесь вздымаются снежные буруны, снежные тромбы, короткое время дуют очень сильные ветры — до 30–35 м/с. Смерчи не имеют такой разрушительной силы, как тромбы.

При высокой температуре и небольшой влажности воздуха появляется сухой горячий ветер — суховей, в котором температура всегда более 25°, часто 35–40 °C, скорость 5—20 м/с. Прохладный влажный воздух, перемещаясь в летнее время с севера в районы лесостепей и степей европейской территории Союза, в Казахстан и Среднюю Азию, сильно нагревается и делается суше. На юг он приходит уже горячим. На европейской территории страны суховеи бывают с апреля по октябрь, чаще всего в Прикаспийской низменности (Саратов — Астрахань) — 40–80 дней в году; в среднеазиатских пустынях — до 180 дней, т. е. в среднем через день.

Из всех метеорологических явлений суховеи наносят наибольший урон народному хозяйству: усиливается испарение, нарушается водный баланс растений, падает уровень в реках, высыхает почва на поверхности, начинается засуха, даже если почва достаточно влажная. Сходны с суховеями жаркие ветры в тропиках и субтропиках.

Ветры обязаны своим происхождением местным условиям и поэтому приурочены к определенным географическим районам. К местным ветрам относятся бризы. Они появляются вблизи береговой черты морей, океанов, и здесь легко проследить суточную смену направления — днем с моря на сушу, а ночью с суши на море. И объяснение этого явления очень простое — в разнице температур над морем и сушей в различное время суток, порождающей замкнутую термическую циркуляцию воздуха. Горизонтальные потоки замыкаются вертикальными — восходящими над сушей и нисходящими над морем. Нижняя часть такого кольца и есть наблюдаемый и отчетливо ощущаемый жителями береговых районов морской прибрежный бриз. Утром в 8—10 часов бриз начинается, затем делается все заметнее, к полудню скорость ветра достигает своего предела — 5–6 м/с, потом ветер ослабевает, и к заходу Солнца его совсем не чувствуется.

Когда поверхность суши начинает охлаждаться больше, чем морская, возникает обратный лоток в приземном слое с суши на море, а в более высоких слоях — с моря на сушу. Особенно отчетливы бризы в тех местах, где им ничто не мешает, т. е. не накладываются другие, более общие и мощные потоки. В нашей стране бризы бывают на Черном, Азовском, Балтийском и Каспийском морях. Вертикальная мощность морских бризов 1–2 км, в этом же слое может находиться и верхнее противотечение. Бризы проникают в глубь суши на 150–180 км, сохраняя при этом заметные скорости ветра. Вертикальная мощность морских бризов в Крыму достигает 800 м, а в тропиках — почти вдвое больше. Значительно слабее по всем параметрам береговые бризы. Морские бризы дуют почти перпендикулярно к береговой черте. Они сильно влияют на погоду в прибрежных районах суши — понижается температура воздуха, повышается его влажность, меняются обычный ход ветра и характер облачности.

Совокупность основных воздушных течений над планетой называется общей циркуляцией атмосферы. Именно она осуществляет общий обмен воздухом между различными районами Земли. Нагревание и охлаждение земной поверхности на разных географических широтах, над сушей и морем создает воздушные течения, усложняемые отклоняющей силой вращения планеты и силой трения.

При всей сложности, подвижности и изменчивости воздушных потоков можно выявить определенные закономерности, повторяющиеся из года в год в тех или иных районах. Это делается путем осреднения данных, при котором сглаживаются отдельные возмущения и отчетливо выступает общая картина. Каковы же эти основные крупномасштабные атмосферные движения, слагающие общую циркуляцию атмосферы? Прежде всего — воздушные течения, далее — струйные течения, воздушные потоки в циклонах и антициклонах, пассаты и муссоны.

Если бы поверхность Земли была однородна, то температура воздуха плавно убывала бы, а давление возрастало от экватора к полюсам. В то же время с высоты 4–5 и до 20 км распределение давления противоположно приземному — на экваторе, где воздух теплее, оно выше, чем на полюсах. В действительности на высотах эти условия сохраняются. Но в пограничном слое и в нижней тропосфере отчетливо сказывается влияние неоднородности земной поверхности, барических систем и центров действия атмосферы.

Над полярными районами циркуляция связана с более высоким давлением над полюсами и относительно низким над широтным поясом 60°—65°. Для умеренных широт характерны северо-западное направление ветров в северном полушарии (кроме слоя трения) и юго-западное — в южном. Общая зональность циркуляции нарушается такими крупномасштабными возмущениями, как циклоны и антициклоны. В циклонах движение воздуха направлено против часовой стрелки, а в антициклоне — по часовой стрелке. Преобладает, однако, зональная циркуляция — западный перенос. Обмен воздуха (теплого и холодного) происходит и в направлении север — юг и запад — восток, а также по вертикали.