Мезомасштабные циркуляции

Мезомасштабные циркуляции — это атмосферные процессы и движения воздуха, которые занимают промежуточное место между крупномасштабными (планетарными и синоптическими) и микромасштабными (турбулентными) явлениями. Их пространственные размеры обычно составляют от нескольких километров до сотен километров, а временные масштабы варьируют от десятков минут до нескольких суток. Именно на мезомасштабном уровне формируются многие важнейшие процессы, определяющие климатические и погодные условия на локальном и региональном уровнях.

Особенность этих циркуляций заключается в том, что они чувствительны как к крупномасштабным процессам в атмосфере (например, перемещению циклонов), так и к локальным условиям — рельефу, распределению суши и водных поверхностей, неоднородностям подстилающей поверхности.

Классификация мезомасштабных процессов

Мезомасштабные циркуляции можно условно разделить на несколько типов:

  1. Термально обусловленные циркуляции

    • Бризы (морские, озёрные, речные, горно-долинные).
    • Циркуляции, вызванные контрастами температуры почвы и воздуха над различными типами подстилающей поверхности.

  2. Орорафически обусловленные циркуляции

    • Воздушные потоки, связанные с горными системами: горно-долинные ветры, фён, катабатические и анабатические ветры.
    • Локальные вихри и волновые структуры на подветренных склонах.

  3. Мезомасштабные конвективные системы

    • Отдельные кучево-дождевые облака и грозы.
    • Локальные штормовые системы.
    • Линейные мезомасштабные конвективные комплексы.

  4. Фронтально-локальные процессы

    • Локальные фронтальные волны.
    • Системы мезоциклонов.

Физические механизмы мезомасштабных циркуляций

Мезомасштабные процессы формируются под действием целого ряда факторов:

  • Неоднородность подстилающей поверхности. Контраст температур между сушей и водоёмами, разная теплоёмкость, различная влажность почвы создают локальные градиенты давления.
  • Солнечная радиация. Суточный ход облучения поверхности вызывает регулярные колебания температуры и плотности воздуха.
  • Ороография. Горы, холмы и долины изменяют траекторию движения воздушных масс, создают условия для возникновения термиков, восходящих и нисходящих потоков.
  • Конвекция. Локальные участки перегретого воздуха формируют восходящие токи, которые могут инициировать образование кучево-дождевых облаков.
  • Взаимодействие с крупномасштабной циркуляцией. Мезопроцессы часто развиваются на фоне синоптических систем, усиливая или ослабляя их локальное проявление.

Бризовые циркуляции

Одним из наиболее изученных типов мезомасштабных процессов являются бризы.

  • Морской бриз формируется днём, когда суша нагревается быстрее воды. Тёплый воздух над сушей поднимается, а со стороны моря к берегу устремляется более прохладный воздух.
  • Ночной бриз (обратный) возникает в тёмное время суток, когда поверхность воды теплее, чем суша, и циркуляция направлена от суши к морю.
  • Озерные и речные бризы имеют аналогичный механизм, но их масштабы меньше.
  • Бризы влияют на термический и влажностный режим прибрежных зон, а также на формирование облачности и выпадение осадков.

Горно-долинные ветры

В условиях сложного рельефа проявляются долинные и горные ветры.

  • Днём солнечный нагрев склонов приводит к подъёму воздуха и образованию восходящих потоков вдоль склонов (анабатические ветры).
  • Ночью происходит охлаждение склонов, воздух становится плотнее и стекает вниз в долины (катабатические ветры).
  • Эти процессы играют важную роль в переносе влаги и загрязняющих примесей, а также в формировании специфических микроклиматических условий в горах.

Мезомасштабные конвективные системы

Кучево-дождевые облака и грозы являются типичными проявлениями мезомасштабной циркуляции.

  • Физическая основа – неустойчивость стратифицированного воздуха при наличии влажности и конвективного подъёма.
  • Грозы могут существовать как изолированные системы, либо объединяться в крупные комплексы, охватывающие сотни километров.
  • Мезоциклоны — вращательные структуры, связанные с грозовыми системами, нередко предшествующие образованию торнадо.

Взаимодействие мезомасштабных процессов с окружающей средой

Мезомасштабные циркуляции оказывают значительное влияние на окружающую среду:

  • Тепловой баланс: перераспределение тепла между различными участками поверхности.
  • Влажностный режим: перенос влаги и образование осадков.
  • Загрязнение атмосферы: локальные ветровые системы могут как усиливать накопление загрязняющих веществ (например, в замкнутых долинах), так и способствовать их рассеиванию.
  • Энергетические ресурсы: мезомасштабные ветры важны для расчётов ветряной энергетики.
  • Климатические эффекты: систематическое действие бризов и горно-долинных ветров формирует локальные климатические особенности регионов.

Методы исследования мезомасштабных циркуляций

Для изучения этих процессов используют:

  • Метеорологические наблюдения (наземные станции, радиозонды, аэрологические данные).
  • Радиолокацию и спутниковые наблюдения — позволяют фиксировать развитие облачных систем и движение воздушных масс.
  • Численное моделирование — мезомасштабные модели атмосферы (например, WRF) дают возможность воспроизводить динамику ветров, конвекции и взаимодействие с подстилающей поверхностью.
  • Лабораторные эксперименты — моделирование бризов и горных ветров в аэродинамических трубах и термокамерах.
Оглавление