Еще совсем недавно, до изобретения спутников, метеорологи не могли и представить, что ежегодно в земной атмосфере возникает около 150 циклонов и порядка 60 антициклонов.
Теперь же ученым известно не только их количество, но и процесс образования, а также влияние на на Земле. Что же это за природные явления? Как они возникают и какую роль играют в земном климате?
Что такое циклон?
В тропосфере (нижнем атмосферном слое) беспрестанно появляются и исчезают атмосферные вихри. Многие из них довольно малы, но некоторые имеют огромный размер и достигают в поперечнике нескольких тысяч километров.
Если такой вихрь движется против часовой стрелки в северном полушарии или по часовой в южном, а внутри наблюдается область пониженного давления, то его называют циклоном. Он имеет колоссальный запас энергии и приводит к негативным погодным явлениям, таким как гроза, сильные ветры, шквалы.
В зависимости от места образования циклоны бывают тропические и внетропические. Первые возникают в тропических широтах и обладают небольшими размерами (несколько сотен километров в диаметре). В их центре обычно находится район диаметром 20–25 км с солнечной погодой, а по краям бушуют бури и ветры.
Внетропические циклоны, образуемые в полярных и умеренных широтах, достигают гигантских размеров и одновременно покрывают большие территории земной поверхности. В разных районах их называют по-разному: в Америке – , в Азии – тайфуном, а в Австралии – вилли-вилли. Каждый мощный циклон получает собственное имя, например Катрина, Сэнди, Нэнси.
Как возникает циклон?
Причина возникновения циклонов кроется во вращении земного шара и связана с силой Кориолиса, согласно которой при движении против часовой стрелки вихри отклоняются в левую сторону, а по часовой уходят вправо. Формирование циклонов происходит в тех случаях, когда теплые экваториальные массы воздуха встречаются с сухими арктическими потоками. При столкновении между ними возникает барьер – атмосферный фронт.
В попытке преодолеть эту границу холодные потоки оттесняют часть теплых слоев, а те, в свою очередь, сталкиваются с идущими за ними холодными массами и начинают вращение по эллипсоидной траектории. Постепенно они захватывают прилагающие воздушные слои, втягивают их в свое движение и перемещаются по поверхности Земли со скоростью до 50 километров в час.
Что такое антициклон?
Антициклоны, как видно из названия, выступают полной противоположностью циклонам и приносят на определенные территории хорошую погоду.
В их внутренней части находится область повышенного давления, а скорость движения варьируется от 30 до 40 километров в час в зависимости от полушария. Нередко антициклоны зависают в неподвижном состоянии, надолго сохраняя в конкретном регионе малую облачность, безветрие и отсутствие осадков.
В летнее время антициклоны приводят к жаре, зимой, напротив, – к сильным морозам. Возникают они в приполярных или субтропических широтах, причем при образовании над мощным ледовым покровом (например, в Антарктиде) становятся более выраженными.
Для антициклонов характерны резкие перепады температур на протяжении суток, что объясняет отсутствие осадков, которые, как правило, оказывают влияние на температуру и делают разницу в градусах не столь заметной. Иногда во время их движения над земной поверхностью появляются туманы или слоистые облака.
Как развиваются антициклоны?
Антициклоны имеют более сложную структуру, нежели циклоны. В северном полушарии в них передвигаются по часовой стрелке, в южном – против. К образованию антициклонов приводит вторжение холодных воздушных потоков в более теплые.
В результате в области столкновения повышается давление и образуется так называемый высотный гребень, под которым начинает формироваться центр вихря. По мере разрастания антициклоны достигают размеров до нескольких тысяч километров в диаметре и передвигаются с запада на восток, отклоняясь к нижним широтам.
Антициклон является антиподом циклона. Давление атмосферы в этом воздушном вихре царит повышенное. Два воздушных потока, встретившись, начинают переплетаться в виде спирали. Только у антициклонов давление атмосферы по мере приближения к центру возрастает. А в самом центре воздух начинает спускаться, образуя нисходящие потоки. Затем воздушные массы рассеиваются, и антициклон постепенно затухает.
Почему образуется антициклон
Антициклоны появляются как бы в противовес циклонам. Восходящие потоки воздуха, вырывающиеся из центра циклонов, создают избыточную массу. И эти потоки начинают перемещаться, но уже в обратном направлении. При этом по размерам антициклоны намного превосходят своих "собратьев", так как в диаметре могут достигать 4-ех тысяч километров.
В антициклонах, которые появились в северном полушарии, воздушный поток вращается по часовой стрелке, а у тех, что прилетают с юга, поток вращается против направления часовой стрелки.
Где образуются антициклоны
Антициклоны, как и циклоны, образуются только над определенными участками суши, в определенных климатических поясах. Чаще всего они зарождаются над бескрайними просторами Арктики и Антарктики. Еще один вид зарождается в тропиках.
Географически антициклоны более привязаны к определенным широтам, так что в метеорологии принято называть их по месту образования. Так, например, метеорологи выделяют Азорский и Бермудский, Сибирский и Канадский, Гавайский и Гренландский. Замечено, что тот антициклон, который зарождается в Арктике, намного мощнее Антарктического.
Признаки антициклона
Определить, что над какой-то частью нашей планеты навис антициклон, очень просто. Здесь будет царить ясная, безветренная погода, безоблачное небо и абсолютное отсутствие осадков. Летом антициклоны приносят с собой удушающую жару и даже засуху, которая часто приводит к лесным пожарам. А зимой эти вихри одаривают сильными трескучими морозами. Нередко в такой период можно наблюдать морозные туманы.
Самым катастрофическим по последствиям принято считать блокирующий антициклон. Он создает неподвижную область над определенной территорией и не пропускает воздушные потоки. Такой способен держаться в течение 3-5 дней, очень редко дольше полумесяца. В результате на этой территории становится невыносимо, аномально жарко, засушливо. Последний такой мощный блокирующий антициклон наблюдался в 2012 году в Сибири, где он господствовал в течение трех месяцев.
Воздушные массы - это крупные массы воздуха тропосферы и нижней стратосферы, которые формируются над определенной территорией суши или океана и обладают относительно однородными свойствами - температурой, влажностью, прозрачностью. Они движутся как одно целое и в одном направлении в системе общей циркуляции атмосферы.
Воздушные массы занимают площадь в тысячи квадратных километров, их мощность (толщина) достигает до 20-25 км. Перемещаясь над поверхностью с иными свойствами, они нагреваются или охлаждаются, увлажняются или становятся суше. Теплой или холодной называют воздушную массу, которая теплее (холоднее) окружающей ее среды. Различают четыре зональных типа воздушных масс в зависимости от районов формирования: экваториальные, тропические, умеренные, арктические (антарктические) воздушные массы (рис. 13). Они отличаются, прежде всего, температурой и влажностью. Все типы воздушных масс, кроме экваториальных, делятся на морские и континентальные в зависимости от характера поверхности, над которой они сформировались.
Экваториальная воздушная масса формируется в экваториальных широтах, поясе пониженного давления. Обладает достаточно высокими температурами и влажностью, близкой к максимальной, и над сушей, и над морем. Континентальная тропическая воздушная масса формируется в центральной части материков в тропических широтах. Она обладает высокой температурой, низкой влажностью, сильной запыленностью. Морская тропическая воздушная масса образуется над океанами в тропических широтах, где преобладают довольно высокие температуры воздуха и отмечается высокая влажность.
Континентальная умеренная воздушная масса формируется над материками в умеренных широтах, господствует в Северном полушарии. Ее свойства изменяются по сезонам. Летом довольно высокая температура и влажность, характерны осадки. Зимой низкие и крайне низкие температуры и невысокая влажность. Морская умеренная воздушная масса формируется над океанами с теплыми течениями в умеренных широтах. Летом она прохладнее, зимой - теплее, отличается значительной влажностью.
Континентальная арктическая (антарктическая) воздушная масса формируется над льдами Арктики и Антарктиды, обладает крайне низкими температурами и небольшой влажностью, высокой прозрачностью. Морская арктическая (антарктическая) воздушная масса образуется над периодически замерзающими морями и океанами, ее температура несколько выше, влажность больше.
Воздушные массы находятся в постоянном движении, при их встрече образуются переходные зоны, или фронты. Атмосферный фронт - пограничная зона между двумя воздушными массами, обладающими разными свойствами. Ширина атмосферного фронта достигает десятков километров. Атмосферные фронты могут быть теплыми и холодными в зависимости от того, какой воздух надвигается на территорию и какой вытесняется (рис. 14). Чаще всего атмосферные фронты возникают в умеренных широтах, где встречаются холодный воздух из полярных широт и теплый из тропических широт.
Прохождение фронта сопровождается изменениями в погоде. Теплый фронт перемещается в сторону холодного воздуха. С ним связаны потепление, слоисто-дождевые облака, приносящие моросящие осадки. Холодный фронт перемещается в сторону теплого воздуха. Он приносит обильные кратковременные ливневые осадки, часто со шквалистыми ветрами и грозами, и похолодание.
Циклоны и антициклоны
В атмосфере при встрече двух воздушных масс возникают крупные атмосферные вихри - циклоны и антициклоны. Они представляют плоские вихри воздуха, охватывающие тысячи квадратных километров при высоте всего 15-20 км.
Циклон - атмосферный вихрь огромного (от сотен до нескольких тысяч километров) диаметра с пониженным давлением воздуха в центре, с системой ветров от периферии к центру против часовой стрелки в Северном полушарии. В центре циклона наблюдаются восходящие потоки воздуха (рис. 15). В результате восходящих потоков воздуха в центре циклонов формируются мощные облака и выпадают атмосферные осадки.
Летом во время прохождения циклонов температура воздуха снижается, а зимой повышается, начинается оттепель. Приближение циклона вызывает пасмурную погоду и изменение направления ветра.
В тропических широтах от 5 до 25° обоих полушарий возникают тропические циклоны. В отличие от циклонов умеренных широт они занимают меньшую площадь. Тропические циклоны возникают над теплой морской поверхностью в конце лета - начале осени и сопровождаются мощными грозами, выпадением ливневых осадков и ветрами штормовой силы, обладают огромной разрушительной силой.
В Тихом океане тропические циклоны называют тайфунами, в Атлантическом - ураганами, у берегов Австралии - вилли-вилли. Тропические циклоны переносят большое количество энергии от тропических широт в направлении умеренных, что делает их важной составляющей глобальных процессов циркуляции атмосферы. За свою непредсказуемость тропическим циклонам дают женские имена (например, «Катрин», «Джульетта» и др.).
Антициклон - атмосферный вихрь огромного диаметра (от сотен до нескольких тысяч километров) с областью повышенного давления у земной поверхности, с системой ветров от центра к периферии по часовой стрелке в Северном полушарии. В антициклоне наблюдаются нисходящие потоки воздуха.
Как зимой, так и летом для антициклона характерны безоблачное небо и безветрие. Во время прохождения антициклонов погода солнечная, летом жарко, а зимой очень холодно. Антициклоны образуются над ледовыми покровами Антарктиды, над Гренландией, Арктикой, над океанами в тропических широтах.
Свойства воздушных масс определяются районами их формирования. При их перемещении из мест своего формирования в другие они постепенно меняют свои свойства (температуру и влажность). Благодаря циклонам и антициклонам между широтами осуществляется обмен теплом и влагой. Смена циклонов и антициклонов в умеренных широтах приводит к резким изменениям погоды.
Воздушные массы. Воздушной массой называется большое количество воздуха, имеющего сравнительно однородные свойства в горизонтальных направлениях, порой на протяжении тысяч километров.
Воздушная масса, двигающаяся над более теплой подстилающей поверхностью, называется холодной; двигающаяся над более холодной подстилающей поверхностью - теплой; находящаяся в тепловом равновесии с окружающей средой - местной.
Воздушная масса, формирующаяся в Арктике, называется арктическим воздухом, который сильно охлажден по всей толще, обладает малой абсолютной и большой относительной влажностью, несущий с собой туманы и дымки. В умеренных широтах формируется полярный воздух. Зимой массы такого воздуха близки по своим свойствам к арктическому; летом полярный воздух сильно запылен и отличается пониженной видимостью. Формирующийся в субтропиках и тропиках тропический воздух сильно прогрет, запылен, отличается большой абсолютной влажностью, нередко вызывающий явления опалесценции (красноватое солнце и далекие предметы в голубой дымке). Континентальный тропический воздух днем неустойчив (конвекция, пыльные вихри и бури, смерчи). Видимость понижена.
Экваториальный воздух имеет в общем те же свойства, что и тропический, но некоторые из них выражены еще в большей степени.
Фронты. Место соприкосновения двух воздушных масс, обладающих различными физическими свойствами, называется поверхностью раздела (фронтом). Линия пересечения такой поверхности с подстилающей поверхностью (моря или земли) называется линией фронта. Фронты разделяются на подвижные и стационарные.
Главный арктический фронт отделяет арктический воздух от полярного; главный полярный фронт - полярный воздух от тропического; главный тропический фронт - тропический воздух от экваториального.
Теплый фронт возникает при наползании теплой воздушной массы на холодную. Давление перед таким фронтом падает. Предвестником теплого фронта служат также перистые облака в виде «коготков». Перед теплым фронтом наблюдаются предфронтовые туманы. Пересекая зону теплого фронта, судно попадает в широкую полосу обложного дождя или снега с пониженной видимостью.
Холодный фронт возникает когда холодные воздушные массы вклиниваются под теплые. Он наступает «стеной» ливневых облаков. Давление перед фронтом значительно падает. При встрече с холодным фронтом судно попадает в зону ливней, гроз, шквалов и сильного волнения. Однако если клин холодного воздуха «подсекает» теплые массы медленно, то за линией такого холодного фронта судно попадает в зону обложных осадков.
Фронт окклюзии возникает при взаимодействии двух масс воздуха - теплого и холодного. Если догоняющая масса имеет температуру ниже впереди идущей, то фронт называют фронтом холодной окклюзии; если догоняющая масса имеет температуру выше впереди идущей - фронт теплой окклюзии. Проходя фронты окклюзии, судно может попасть в условия пониженной видимости, осадков, сильного ветра, сопровождаемого волнением.
Циклоны. Циклон зарождается как область пониженного давления на границе двух масс воздуха разной температуры. Обычно это волновое возмущение на фронтальной поверхности. При длине более 1000 км волна становится неустойчивой и говорят, что циклон «углубляется»: между холодным и теплым фронтами образуется сектор теплого воздуха языкообразной формы. При дальнейшем развитии холодный фронт, движущийся быстрее теплого, нагоняет его; смыкание теплого и холодного фронтов ликвидирует теплый сектор, образуя фронт окклюзии.
Диаметр циклона колеблется от нескольких сот до 5000 км; средняя скорость перемещения 30-60 км/ч. Внимательные наблюдения за облачностью, ветром, изменениями атмосферного давления и температуры воздуха позволяют делать важные для мореплавания выводы:
Если отдельные небольшие кучевые облака движутся в том же направлении, как и ветер внизу, наблюдатель находится в задней стороне циклона и можно ожидать улучшения погоды;
Если направление движения облаков не совпадает с направлением ветра внизу, наблюдатель находится в передней части циклона и через один-два дня следует ожидать продолжительных осадков и изменения температуры (понижение ее летом и повышение зимой);
Если ветер усиливается и направление его изменяется по солнцу, наблюдатель северного полушария (южного полушария) находится в правой (левой) половине циклона; если, направление усиливающегося ветра изменяется против солнца, следует сделать обратное заключение;
Если направление ветра не меняется, наблюдатель находится на пути центра циклона и следует ожидать временного затишья, а затем усиления ветра с противоположной стороны.
Тропические циклоны. В отличие от зарождающихся в умеренных широтах циклонов, циклонические возмущения, возникающие между тропиками, называются тропическими циклонами. В Вест- Индии они называются ураганами; к востоку от Азии - тайфунами; в Индийском океане -циклонами; в южной части Индийского океана - арканами. Тропические циклоны обычно менее 100-300 миль в поперечнике с диаметром центральной части 20-30 миль. Барический градиент в тропическом циклоне порой превышает 40 мб, а скорость ветра достигает 100 км/час, причем эти показатели, в отличие от циклонов умеренных широт, сохраняются практически во всей области урагана (тайфуна и т. Д.).
Рис. 114.
Одним из признаков приближения тайфуна является появление зыби, идущей не от того направления, от которого дует или дул ранее ветер. Развиваемая ветром зыбь может быть обнаружена уже на расстоянии 400-600 миль от центра тайфуна. По направлению зыби можно судить о положении центра тайфуна, а по изменению этого направления - о направлении его движения.
При приближении центра тайфуна атмосферное давление резко падает, перистые облака сменяются нагромождением ливневых облаков; наступает предгрозовое затишье с удушливой жарой. Затем температура воздуха быстро падает, начинается дождь, переходящий в тропический ливень.
Упрощенная схема тропического циклона для северного полушария приведена на рис. 114. Как видно из рисунка, ветры в области тайфуна отклонены от направления на его центр вправо в среднем на 60°. Следовательно, для наблюдателя, стоящего спиной к ветру, центр тайфуна будет находиться впереди, приблизительно на 60° влево от направления ветра. При приближении к центру тайфуна угол отклонения ветра от радиуса увеличивается и достигает 90° в непосредственной близости к центру. В центре тайфуна наблюдаются слабые ветры и даже штиль при бурном море. После прохождения центра тайфуна («глаз бури») ветер очень быстро усиливается до ураганного. Сила ветра 12 баллов сохраняется на расстоянии 30-35 миль от центра и более. За- тем она постепенно слабеет. Так, на расстоянии от центра тайфуна в 50-75 миль сила ветра равна 10 баллам; на расстоянии 100- 150 миль - 8-9 баллам. И только на расстоянии 200-250 миль сила ветра снижается до 6-7 баллов. Пользуясь макетом тропического циклона (см. рис. 114), нетрудно установить положение судна относительно пути движения центра тропического циклона: если направление ветра меняется по часовой стрелке, то через судно проходит правая половина циклона; если направление ветра меняется против часовой стрелки - левая половина; если направление ветра не меняется - центр циклона. Таким образом,
Рис. 115.
для выбора правильного курса при встрече тропического цикло на необходимо руководствоваться следующими правилами:
1) при плавании в северном полушарии (рис 115, а) : при прохождении правой половины тропического циклона нужно лечь в байдевинд правого галса (ветер привести в правую скулу) и сохранять этот курс, пока барометр не начнет подниматься;
При прохождении левой половины тропического циклона нужно лечь в бакштаг правого галса (привести ветер в корму справа) и держать этот курс до выхода из зоны тропического циклона; находясь на пути центра тропического циклона, также ложатся в бакштаг правого галса (рис. 115, а) и держатся, как указано ранее;
2) при плавании в южном полушарии (рис. 115,б):
При прохождении левой половины тропического циклона лечь в бейдевинд левого галса, сохраняя курс до начала подъема барометра;
При прохождении правой половины тропического циклона лечь в бакштаг левого галса и держать, как указано ранее; при нахождении на пути урагана также привести ветер в бакштаг левого галса и так править до выхода из зоны урагана.
Антициклоны - области повышенного атмосферного давления бывают, как и циклоны, стационарными и подвижными.
Антициклон, проникший с севера, в холодное время года приносит понижение температуры, ясную погоду и хорошую видимость; в теплое время года -грозы, Антициклон, приходящий с юга, в холодное время года несет длительную пасмурную погоду; в теплое - дожди с грозами, а по ночам - росу и поземные туманы. Явным признаком антициклонической погоды является резкий суточный ход температуры воздуха, влажности и других метеоэлементов.
Вперед
Оглавление
Назад
Циклоны и антициклоны - это гигантские воздушные вихри, несколько сотен километров в диаметре, которые образуются из-за вращения земли и неравномерности температуры и давления воздуха.
Есть миф, что когда вода вытекает из ванны, то воронка закручивается по часовой стрелке в северном полушарии и против часовой стрелки в южном. Это не совсем так, на направление воронки влияет много факторов, а сила Кориолиса очень мала в таких масштабах, поэтому воронка в раковине может закручиваться в любую сторону. Я сам проверял.
Воздух распределен по поверхности земли неравномерно, из-за этого возникают места с высоким и низким давлением. Из областей с высоким давлением, где воздуха в избытке, он перетекает в области с низким давлением, где его недостаток. На человеческом языке это называется «ветер».
Циклон - это такая воронка наоборот, это как если вытекающую из раковины воду перевернуть вверх ногами. В центре у него полюс пониженного атмосферного давления, в который затягивается со всех сторон воздух и поднимается вверх. Из-за силы Кориолиса воздух, который идет в сторону воронки закручивается против часовой стрелки в северном полушарии, и по часовой стрелке в южном.
Внутри циклона всегда облачно, поскольку он затягивает в себя облака. Они как с горки скатываются с областей с повышенным давлением воздуха.
Причина августовской жары 2010 года - мощный антициклон, который не подпускал к европейской части России холодный воздух, при этом затягивая горячий воздух из средней Азии.
Антициклон работает наоборот. В центре антициклона высокое давление, то есть воздуха там очень много и он расползается во все стороны, закручиваясь в противоположную циклону сторону: по часовой стрелке в северном полушарии и против - в южном. Если в трубочку затянуть кока-колы до верху, а потом отпустить, она стечет обратно в стакан, примерно то же самое происходит в антициклоне, только с воздухом и материковых масштабах.
Во время антициклона небо ясное из-за того, что он вытесняет из себя облака. Летом во время антициклона жарко, солнцу не мешают облака, чтобы прогревать воздух. А зимой наоборот, солнце находится низко и не может прогреть воздух, но при этом нет облаков и они не задерживают тепло, поэтому зимой во время антициклона всегда морозно.