Общая циркуляция атмосферы представляет собой совокупность устойчивых
и крупномасштабных движений воздушных масс, охватывающих всю Землю и
определяющих перераспределение тепла, влаги и импульса между различными
широтными зонами. Этот процесс является следствием неравномерного
нагрева поверхности планеты Солнцем, вращения Земли и взаимодействия
атмосферы с гидросферой и литосферой.
Циркуляция атмосферы формирует климатические зоны, влияет на погоду,
режим осадков, а также играет ключевую роль в функционировании биосферы
и энергетическом балансе планеты.
Основные
энергетические источники циркуляции
Главным двигателем атмосферной циркуляции служит разность
радиационного баланса между экватором и полюсами:
- В экваториальной зоне поступает избыток солнечной энергии.
- В приполярных областях — энергетический дефицит.
Вследствие этого происходит меридиональный перенос
тепла — атмосфера и океан перемещают энергию от низких широт к
высоким, стремясь выровнять дисбаланс.
Другим источником является вращение Земли, создающее
эффект Кориолиса, который существенно изменяет траектории движения
воздушных масс, превращая прямые меридиональные потоки в изогнутые
зональные циркуляции.
Ячейки циркуляции
Классическая схема описывает атмосферную циркуляцию через три
основные ячейки в каждом полушарии.
Ячейка Хэдли
- Расположена между экватором и субтропическими широтами (0–30°).
- В экваториальной зоне восходящие потоки образуют зону низкого
давления (экваториальный минимум).
- Воздух поднимается, охлаждается, отдает влагу в виде обильных
осадков и перемещается на высоте к субтропикам.
- В районе 30° формируется зона высокого давления (субтропический
максимум), где воздух опускается, создавая сухой климат пустынь.
Ячейка Феррела
- Простирается от 30° до 60° широты.
- Является промежуточной и менее устойчивой.
- В ней формируются западные ветры умеренных широт, которые переносят
влагу и тепло с океанов вглубь континентов.
- Потоки в этой ячейке направлены противоположно ячейке Хэдли, что
делает ее зоной активных атмосферных фронтов.
Ячейка Полярная
- Расположена в пределах от 60° до полюсов.
- Характеризуется нисходящими потоками холодного воздуха вблизи
полюсов и его движением к умеренным широтам на уровне поверхности.
- В зоне столкновения холодных и теплых масс формируются полярные
фронты — области интенсивной циклонической активности.
Зональная структура
атмосферного давления
Общая циркуляция обусловливает формирование характерных
поясов давления, чередующихся по широте:
- Экваториальный пояс низкого давления (область
конвергенции).
- Субтропические пояса высокого давления.
- Умеренные пояса низкого давления.
- Полярные области высокого давления.
Эта структура не является абсолютно симметричной, так как на нее
влияют материки, океаны и сезонные изменения радиационного баланса.
Основные ветровые системы
Пассаты
- Устойчивые восточные ветры, дующие от субтропических максимумов к
экватору.
- Образуются под действием эффекта Кориолиса: в северном полушарии
отклоняются вправо, в южном — влево.
- Отличаются стабильностью и высокой скоростью.
Западные ветры умеренных
широт
- Переносят тепло и влагу с океанов на континенты.
- Являются основной причиной частой циклональной деятельности в этих
широтах.
Полярные восточные ветры
- Холодные и сухие потоки, исходящие из полярных областей.
- Взаимодействуют с западными ветрами умеренных широт, формируя зону
полярного фронта.
Циклоны и
антициклоны как элементы циркуляции
Общая циркуляция не существует в виде идеальной схемы ячеек. Она
осложнена наличием мезомасштабных и синоптических
образований — циклонов и антициклонов.
- Циклоны формируются в зонах фронтов и
характеризуются пониженным давлением, восходящими потоками воздуха и
осадками.
- Антициклоны связаны с повышенным давлением,
нисходящими потоками и устойчивой, сухой погодой.
Циклональная деятельность обеспечивает перенос тепла и влаги в
умеренных широтах, а также служит важным механизмом перераспределения
энергии.
Влияние рельефа и океанов
Циркуляция атмосферы испытывает сильное воздействие со стороны
подстилающей поверхности:
- Горные системы создают барьеры для потоков,
формируя фёны, муссоны и орографические осадки.
- Океаны влияют через теплые и холодные течения,
усиливающие или ослабляющие температурные контрасты.
- Континенты вносят сезонную асимметрию, вызывая
муссонную циркуляцию.
Сезонные и долгопериодные
изменения
Общая циркуляция подвержена колебаниям:
- Муссонная циркуляция — яркий пример сезонного
изменения потоков в тропиках и субтропиках.
- Эль-Ниньо и Ла-Нинья — межгодовые колебания,
связанные с изменением циркуляции в тропической части Тихого
океана.
- Североатлантическое колебание (NAO) и Южное
колебание (ENSO) оказывают заметное влияние на климат разных
регионов.
Роль общей
циркуляции в климатической системе
Общая циркуляция атмосферы является фундаментальным механизмом
поддержания климатического равновесия:
- переносит тепло и влагу между широтами;
- регулирует режимы осадков;
- формирует климатические зоны;
- определяет характер погоды и экстремальные явления.
Она тесно взаимодействует с океанической циркуляцией, формируя единый
глобальный климатический комплекс.