Атмосфера над морем обладает рядом специфических характеристик, обусловленных высокой теплоёмкостью воды, постоянным испарением, слабой шероховатостью подстилающей поверхности и большой однородностью в горизонтальном направлении. Влияние морской поверхности на атмосферу проявляется как в термодинамических, так и в динамических параметрах: формировании приземного температурного профиля, ветрового режима, влажностных условий, турбулентности и облачности.
Основные отличия атмосферы над морем:
Обмен теплом и влагой между морем и атмосферой регулируется градиентами температуры и парциального давления водяного пара. Морская поверхность, в отличие от суши, медленно прогревается и остывает, что сглаживает температурные колебания приземного слоя воздуха. Испарение происходит постоянно и зависит от скорости ветра, влажности воздуха и температуры поверхности воды.
Формула испарения по Бульянину:
E = Ce ⋅ ρ ⋅ U ⋅ (qs − qa)
где:
Этот процесс сопровождается отбором скрытой теплоты испарения, что вносит вклад в формирование морской циркуляции и влажности воздушных масс.
Из-за высокой теплоёмкости и постоянного испарения морская поверхность способствует формированию устойчивой стратификации атмосферы. Особенно характерны приземные инверсии температуры при вторжении тёплых воздушных масс на более холодную морскую поверхность. При охлаждении воздуха у поверхности возникает отрицательный вертикальный градиент температуры, что подавляет вертикальные движения и способствует накоплению влаги, аэрозолей и загрязняющих веществ.
Морская поверхность обладает малой геометрической шероховатостью, однако при наличии волн формируется эффективная аэродинамическая шероховатость, зависящая от состояния моря. Турбулентность над морем определяется, в первую очередь, ветровым напряжением и термодинамической стратификацией.
Закон логарифмического профиля скорости ветра над морем:
$$ U(z) = \frac{u_*}{k} \ln\left(\frac{z}{z_0}\right) $$
где:
Высокая влажность и постоянное испарение создают благоприятные условия для конденсации водяного пара. Над тёплыми морями особенно интенсивно формируются кучевые облака и облака вертикального развития, часто сопровождающиеся ливнями и грозами. Над холодными морями, напротив, преобладают слоистые облака.
Наличие морских аэрозолей (солей, частиц органики, сульфатов) способствует активному образованию конденсационных ядер и льдовых кристаллов, что влияет на микрофизику облаков и механизм выпадения осадков. Особую роль играют морские бризы и мезациклоны, часто инициирующие конвекцию.
Морские бризы — местные циркуляции, возникающие вследствие контраста температур между сушей и морем. Днём воздух над сушей нагревается быстрее, чем над морем, и возникает бриз с моря на сушу. Ночью процесс обращается, и формируется офшорный бриз.
Тропические циклоны формируются преимущественно над тёплыми океанами с температурой поверхности выше 26 °C. Их развитие тесно связано с морским испарением, латентным теплом и вертикальной стратификацией. Эти системы характеризуются экстремальными ветрами, ливневыми осадками и мощной облачностью.
Пассаты и муссоны — крупномасштабные ветровые системы, возникающие над океанами под влиянием глобальной циркуляции. Муссонные дожди, питаемые влагой, испарённой с поверхности Индийского океана, являются ключевым климатическим фактором для тропических регионов.
Морские течения переносят тепло в горизонтальном направлении, создавая температурные аномалии, такие как тёплое течение Гольфстрим или холодное Перуанское течение. Эти аномалии воздействуют на атмосферную циркуляцию, модифицируют траектории циклонов, влияют на частоту осадков и местные температурные режимы.
Пример: Эль-Ниньо и Ла-Нинья
Феномен Эль-Ниньо сопровождается значительным потеплением восточной части Тихого океана и ослаблением пассатов, что влечёт за собой изменение схем осадков, засухи в одних и наводнения в других регионах. Ла-Нинья, напротив, характеризуется усилением пассатов и понижением температуры океанической поверхности, что также влияет на циркуляционные процессы в тропосфере.
Особенности метеонаблюдений над морем связаны с ограниченностью наземной сети станций. Для получения данных используются:
Специфика прогноза морской погоды требует учёта взаимодействия океана и атмосферы, особенно в прибрежной зоне. Важную роль играют численные модели, в том числе совместные океан-атмосфера модели, учитывающие флуктуации температуры поверхности воды, потоки энергии и влаги, а также мезомасштабные процессы.
Туманы над морем возникают при наличии высокой влажности и охлаждении воздуха ниже точки росы. Особо часты:
Туманы резко снижают видимость и представляют опасность для морского судоходства. Их прогнозирование требует моделирования не только температуры и влажности, но и тепловых потоков с поверхности, что делает задачу многокомпонентной и ресурсоёмкой.
Глобальное потепление приводит к росту температуры поверхности моря, что усиливает испарение, увеличивает влагосодержание атмосферы и потенциальную неустойчивость. Это способствует учащению и усилению экстремальных метеорологических явлений: тропических циклонов, штормов, ливней. Также происходит изменение режима морских течений, деформация муссонных циркуляций и усиление процессов стратификации, особенно в тропических и субтропических зонах.
Изменения в морской метеорологии имеют последствия не только для погоды, но и для экосистем, судоходства, прибрежной инфраструктуры, рыбного промысла и глобального водного цикла.