Формирование и характеристики пассатов
Пассаты представляют собой устойчивые, относительно постоянные ветровые потоки тропической зоны, направленные от тропических широт к экватору — в северном полушарии с северо-востока на юго-запад, в южном — с юго-востока на северо-запад. Они обусловлены особенностями общей циркуляции атмосферы и специфическим распределением давления в тропосфере.
Основной физический механизм формирования пассатов заключается в действии ячеек Хэдли. В экваториальной зоне происходит интенсивный прогрев поверхности, что вызывает подъём тёплого и влажного воздуха. На высоте около 10–15 км этот воздух перемещается в сторону субтропиков, где происходит его охлаждение, осушение и опускание, формируя зоны повышенного давления — субтропические антициклоны. От этих областей высокого давления воздух начинает перетекать в сторону экватора в нижних слоях атмосферы, компенсируя подъемные потоки в зоне экваториальной конвергенции.
Вследствие вращения Земли (эффект Кориолиса) направление движения воздуха отклоняется вправо в северном полушарии и влево в южном. Это и определяет характерную северо-восточную (в северном полушарии) и юго-восточную (в южном полушарии) направленность пассатов. Сила Кориолиса возрастает с удалением от экватора, что ограничивает широтный диапазон пассатов примерно 5–30° в каждом полушарии.
Структура пассатной циркуляции
Пассаты охватывают тропосферу до высоты примерно 2–3 км. Они характеризуются высокой устойчивостью, постоянством направления, относительно низкой скоростью (в среднем 5–10 м/с) и малой суточной и сезонной изменчивостью. Воздух в пассатной зоне, как правило, сухой, что связано с его происхождением из субтропических антициклонов и малым количеством осадков на пути движения до зоны конвергенции.
Пассатная циркуляция — не просто горизонтальное движение воздуха. Она включает:
Инверсии в пассатной зоне
Одной из характерных особенностей пассатной зоны является пассатная инверсия. Это устойчивый температурный слой, в котором температура воздуха с высотой не понижается, а, напротив, возрастает. Инверсия формируется на высотах от 1 до 2 км, иногда до 3 км.
Механизм её образования связан с опусканием воздуха из субтропических высот в зону пассатов. При адиабатическом сжатии воздух прогревается, что вызывает образование слоя тёплого воздуха над более прохладным воздухом нижнего пассатного уровня. Таким образом, создаётся температурная инверсия, которая:
Наличие пассатной инверсии оказывает серьёзное влияние на климат прибрежных и островных районов, особенно в субтропических зонах с океаническим климатом, таких как Канарские острова, юго-западное побережье Африки, западное побережье Южной Америки. Здесь наблюдается феномен «инверсийного тумана», при котором нижний слой насыщается влагой с поверхности холодного океана, но из-за инверсии облачность не переходит в осадки.
Сезонные и региональные особенности пассатов
Характер и широтное положение пассатной зоны изменяются в зависимости от сезона:
Это сезонное смещение влияет на погодные условия в тропиках и субтропиках. Например, летнее усиление пассатов в северном полушарии способствует усилению пассатной инверсии у берегов Сахары, создавая устойчивый, жаркий и сухой климат в этом регионе.
Также пассаты играют ключевую роль в формировании морских течений. Под их действием возникают устойчивые поверхностные течения — например, Канарское и Перуанское течения, которые транспортируют холодные воды из умеренных широт к экватору.
Роль пассатов в климатической системе и атмосферной динамике
Пассаты являются частью общей циркуляции атмосферы, в первую очередь — ячейки Хэдли, и играют важную роль в глобальном перераспределении тепла и влаги. Они способствуют:
Пассаты также влияют на морскую навигацию и являются одним из важнейших климатообразующих факторов в низких широтах. Их устойчивость на протяжении веков позволяла мореплавателям планировать маршруты по Атлантическому и Тихому океанам.
Инверсии и их влияние на турбулентность и обменные процессы
Пассатная инверсия оказывает тормозящее воздействие на вертикальный обмен тепла, влаги и аэрозолей. Она подавляет развитие турбулентных потоков, ограничивает подъем воздушных масс и способствует накоплению загрязняющих веществ в приповерхностных слоях атмосферы. Это особенно важно для понимания экологии приморских городов тропического пояса.
Кроме того, пассатная инверсия определяет высоту развития облачности и глубину смешанного слоя, что важно при моделировании климата и построении прогностических моделей в численной метеорологии.
Связь с явлениями крупномасштабной атмосферной циркуляции
Пассаты взаимодействуют с различными климатическими аномалиями, особенно с феноменами типа Эль-Ниньо и Ла-Нинья. Изменения силы и направленности пассатов над Тихим океаном могут нарушать нормальные режимы апвеллинга (всплытия холодной воды) у побережья Южной Америки, тем самым изменяя глобальные климатические условия, включая количество осадков и температуру воздуха в отдалённых регионах планеты.
Уменьшение силы пассатов во время Эль-Ниньо ослабляет апвеллинг холодной воды у побережья Перу и Эквадора, что приводит к потеплению морской поверхности и изменению атмосферной циркуляции. Наоборот, при Ла-Нинье пассаты усиливаются, увеличивая апвеллинг и понижение температуры поверхности океана.
Заключительные соображения
Пассаты и сопровождающие их инверсии являются фундаментальными элементами тропической циркуляции атмосферы. Их изучение имеет важнейшее значение как для понимания климата планеты, так и для практических задач в области прогноза погоды, климатологии, океанографии и охраны окружающей среды.