Ветер. общая циркуляция атмосферы

Климатологические фронты

Постоянное расчленение барического поля Земли на циклоны и антициклоны приводит к тому, что и воздух тропосферы всегда расчленяется на воздушные массы, разделенные фронтами.
Многолетние средние положения главных фронтов в разные сезоны будем называть климатологическими фронтами.

В действительности положение и число фронтов могут резко отличаться от многолетнего среднего распределения. Фронты возникают, перемещаются и размываются в связи с циклонической деятельностью

Но сейчас следует рассмотреть среднее положение фронтов, важное для понимания распределения на Земле климатических условий.

В январе в северном полушарии на средней карте обнаруживаются два арктических фронта: один — на севере Атлантического океана и на севере Евразии, другой — на севере Североамериканского материка и над архипелагом арктического сектора Америки.

В более низких широтах, между 30 и 50° с. ш., обнаруживается цепь полярных фронтов, отделяющих области преобладания полярного воздуха (воздуха умеренных широт) от областей преобладания тропического воздуха. Полярные фронты проходят: над Атлантическим океаном; над Средиземным морем; над Тихим океаном; над югом США.

Аналогично в южном полушарии обнаруживаются антарктические фронты, окружающие материк Антарктиды, и четыре полярных фронта под 40-50° ю. ш. над океанами.

Внутри тропиков обнаруживаются тропические фронты, которые на климатологических картах сливаются или почти сливаются в один общий фронт.

В июле арктические и антарктические фронты занимают положения, близкие к январским. Полярные фронты в северном полушарии несколько смещены к северу в сравнении с январем. Полярные фронты над южным полушарием несколько смещены к экватору. Наконец, тропические фронты в июле смещены в северное полушарие. Они также объединяются на средней карте в один общий фронт.

Таким образом, от января к июлю все климатологические фронты более или менее смещаются к северу, а от июля к январю — к югу.

Местные эффекты

Ячейки Хэдли, Феррела и Полярные клетки дают общее представление об атмосферной циркуляции. Однако местные эффекты очень важны и модулируют эту циркуляцию и создают субклетки. На последние влияют разница в поверхностном трении, способность поглощать и дифференцированно выделять тепло между океанами и сушей, а также суточный цикл солнечного света. Он работает даже в микромасштабе. Например, в случае морского бриза воздух с берега, нагретый Солнцем, поднимается вверх и заменяется более прохладным воздухом из воды. Ночью земля теряет тепло быстрее, чем вода, и направление ветра меняется на противоположное.

В более широком масштабе этот суточный цикл может стать сезонным или даже многолетним. Теплый воздух экваториальных континентов и западной части Тихого океана поднимается вверх, движется на восток или запад в зависимости от обстоятельств, пока не достигает тропопаузы, затем опускается в Атлантическом , Индийском или Восточном Тихом океане, более холодный.

Кровообращение Уокера

Нормальная конвективная циркуляция Уокера

Уменьшение пассатов нарушает цикл Уокера и позволяет горячей воде течь дальше на восток.

Усиление ветров растягивает область, покрытую кровообращением Уокера, и укрепляет ее.

Тихоокеанская ячейка, которая полностью океаническая, особенно важна. Ему было дано имя Уолкер клеток в честь сэра Гилберта Уокера , директора в начале XX — го  века метеорологических обсерваторий Индии . Он пытался найти способ предсказывать муссонные ветры. Хотя он и потерпел неудачу, его работа привела его к открытию периодического изменения давления между Индийским и Тихим океанами, которое он назвал Южным колебанием . Две другие идентичные клетки находятся недалеко от экватора в Индийском океане и в Южной Атлантике.

Гумбольдта , исходя из Антарктиды, охлаждает побережье Южной Америки. Следовательно, существует большая разница температур между западом и востоком этого огромного океана, что вызывает прямую циркуляцию, подобную циркуляции Хэдли. Наблюдается конвекция в западной части около Азии и Австралии и опускание в области высокого давления вдоль побережья Южной Америки. Это создает сильную обратную циркуляцию с востока, которая производит эффект каракатицы  : уровень моря в западной части Тихого океана на 60 см выше, чем на востоке.

Движение воздуха в этой циркуляции влияет на температуру во всей системе, которая циклически создает необычно теплые или холодные зимы через несколько лет. Это также может изменить частоту ураганов.

Эль-Ниньо и Южное колебание

Поведение ячейки Уокера — главный ключ к пониманию явления Эль-Ниньо (на английском языке ENSO или Эль-Ниньо — Южное колебание). Если конвективная активность снижается в западной части Тихого океана по не совсем понятным причинам, клетка разрушается. Западная циркуляция на высоте уменьшается или прекращается, что перекрывает подачу холодного воздуха в восточную часть Тихого океана, а восточный возвратный поток с поверхности ослабевает.

Это позволяет теплой воде, скопившейся в западной части Тихого океана, спускаться по склону в сторону Южной Америки, что изменяет температуру поверхности моря в этой области в дополнение к нарушению морских течений. Это также полностью меняет систему облаков и дождя, а также создает необычные температуры в Северной и Южной Америке, Австралии и на юго-востоке Африки .

Между тем в Атлантике сильные западные ветры, которые обычно блокируются циркуляцией Уокера, теперь могут достигать необычной силы. Эти сильные ветры отсекают восходящие столбы влажного воздуха от гроз, которые обычно превращаются в ураганы, и таким образом сокращают их количество.

Противоположностью Эль-Ниньо является Ла-Нинья . В этом случае конвекция в западной части Тихого океана увеличивается, что усиливает клетку Уокера, приносящую более холодный воздух вдоль побережья Америки. Последний дает более холодные зимы в Северной Америке и больше ураганов в Атлантике. Поскольку горячая вода под высоким давлением выталкивается на запад, это позволяет холодной воде из глубин подниматься вверх к побережью Южной Америки, что обеспечивает лучшую поставку питательных веществ для рыбы и обеспечивает отличную рыбалку. Однако при ясной погоде в одном и том же регионе наблюдаются продолжительные периоды засухи.

Распределение осадков на Земле

Атмосферные осадки на земной поверхности распределяются неравномерно (рис. 12). Главные причины неравномерного распределения осадков — температура воздуха и общая циркуляция атмосферы. Распределение осадков на Земле также зависит от положения территории относительно Мирового океана, близости теплых или холодных течений, рельефа. (Изучите факторы распределения атмосферных осадков на земном шаре.)

Температура воздуха и общая циркуляция атмосферы определяют зональное выпадение атмосферных осадков.

Для экваториального пояса характерно максимальное количество осадков — до 2000 мм в год. На склонах некоторых гор выпадает до 6000—7000 мм, а, например, на склонах вулкана Камерун (Африка) — 10 000 мм. Большое количество осадков обусловлено высокой влажностью, а также господством восходящих потоков воздуха, благоприятствующих образованию облаков. Абсолютный максимум осадков приходится на предгорья Гималаев (Черапунджи — 12 000 мм). В тропических поясах выпадает за год наименьшее количество осадков (100—250 мм). Это Сахара, пустыни Аравии, Западной Австралии и другие территории земного шара. Минимальное количество характерно для пустыни Атакама (0,01 мм). Особенно бедны осадками западные побережья материков, омываемые холодными течениями (Перуанским, Калифорнийским, Бенгельским, Западно-Австралийским). Восточные побережья материков в тропиках (Флорида, юго-восточные части Азии и Африки, Восточная Австралия) орошаются дождями, приносимыми пассатами и муссонами.

В умеренных широтах в условиях пониженного атмосферного давления количество осадков увеличивается. Значительное количество осадков в умеренных широтах Северного полушария связано с западными ветрами. Однако существуют различия из-за большой площади материков. На западе (Западная Европа, северо-запад Северной Америки, западные склоны Анд) под влиянием морских воздушных масс осадки достигают 2000—3000 мм и более. В центральной части количество осадков составляет от 600 мм на западе до 300 мм на востоке. В районах действия муссонов (восточные побережья Северной Америки и Евразии) количество осадков увеличивается до 1000 мм.

Холодные области полярных широт в обоих полушариях отличаются малым количеством осадков (менее 250 мм). Основными причинами являются слабая солнечная радиация, низкие температуры воздуха, ничтожная величина испарения.

На всей Земле за год выпадает 520 тыс. км3 осадков. Из них над океанами — 79 % и над сушей — 21 %. В области экватора осадков выпадает много, почти половина всех осадков Земли. В тропических и полярных поясах (в областях высокого давления) осадков выпадает мало — там располагается большинство тропических и арктических пустынь земного шара.

Водяной пар в атмосфере

Эту тему лучше прочитать вдумчиво, воображая происходящее

В атмосфере присутствует водяной пар (маленькие частички воды испарившиеся с поверхности водоемов и суши)

От чего зависит испарение:

1. Температура (чем выше температура, тем больше воды испариться, следовательно будет больше водяного пара в атмосфере)

2. Ветра (чем сильнее ветер, тем выше испарение)

3. Рельефа

Чем больше температура — тем больше абсолютная влажность (тем больше водяного пара)

Подсказка!

1. При равном значении температуры: растет относительная влажность и растет количество водяного пара

2. При равном значении водяного пара: растет температура, уменьшается относительная влажность.

3. При равном значении относительной влажности: растет количество водяного пара и растет температура.

Общая циркуляция атмосферы

Общей циркуляцией атмосферы называют систему крупномасштабных воздушных течений над Земным шаром, т. е. таких течений, которые по своим размерам соизмеримы с большими частями материков и океанов. От общей циркуляции атмосферы отличают местные циркуляции, такие, как бризы на побережьях морей, горно-долинные ветры, ледниковые ветры и др. Эти местные циркуляции налагаются на течения общей циркуляции.

Разнообразие проявлений общей циркуляции атмосферы зависит от того, что в атмосфере постоянно возникают огромные волны и вихри, по-разному развивающиеся и по-разному перемещающиеся. Это образование атмосферных возмущений — циклонов и антициклонов — является самой характерной чертой общей циркуляции атмосферы.

Однако в общей циркуляции атмосферы, при всем разнообразии ее непрерывных изменений, можно подметить и некоторые устойчивые особенности, повторяющиеся из года в год. Такие особенности лучше всего выявляются с помощью статистического осреднения, при котором ежедневные возмущения циркуляции более или менее сглаживаются.

Зональность в распределении давления и ветра

Наиболее устойчивая особенность в распределении как ветра, так и связанного с ним атмосферного давления над Земным шаром — зональность этого распределения.

Причина этой зональности — зональность в распределении температуры, а также и некоторые особенности самого механизма общей циркуляции атмосферы.

Зональность циркуляции проявляется в преобладании меридиональных барических градиентов над широтными, а стало быть, и в преобладании широтных составляющих ветра (восточной или западной) над меридиональными составляющими. При этом составляющая того или другого направления (западная или восточная) преобладает одновременно или постоянно в значительной по широте зоне Земного шара.

Энергия циклона

При развитии циклонов скорости ветра в них возрастают; следовательно, выделяется большое количество кинетической энергии. Откуда берется эта энергия?

Лишь отчасти это та кинетическая энергия, которую воздушные течения имели еще до циклонообразования. В большей мере кинетическая энергия циклона возникает заново за счет потенциальной энергии положения воздушных масс, разделяемых фронтом, на котором происходит циклонообразование.

Можно сказать, что основным условием прироста кинетической энергии циклона является температурный контраст воздушных масс на фронте: именно он определяет потенциальную энергию системы двух воздушных масс в циклоне.

Классификация воздушных масс

Разделение воздушных масс основывается на их термодинамических свойствах и очагах формирования.

Какими бывают газообразные состояния

Согласно термодинамической классификации воздушные массы подразделяют на:

• холодные (отличаются более низкой температурой, чем окружающий воздух, перемещаются на более теплую поверхность, вызывая похолодание);
• теплые (имеют температуру выше окружающего воздуха, двигаются с более теплой поверхности в район более холодной и приносят потепление);
• местные или нейтральные (пребывают в состоянии теплового равновесия с окружающей средой, то есть не изменяют свойств; теплые или холодные массы воздуха становятся местными после трансформации).

Относительно устойчивости выделяют две группы воздушных масс. В устойчивых отсутствуют условия для формирования восходящих движений воздуха (конвекции), часто образуются инверсионные и изотермические слои. Это, как правило, теплые воздушные массы. Такими они становятся в двух случаях:

• если воздух малоподвижный, а подстилающая поверхность охлаждается (радиационный процесс);
• при движении теплого воздуха над холодной поверхностью (адвективный процесс).

Охлаждение нижнего слоя воздушной массы приводит к процессу конденсации водяной пары. Для устойчивых воздушных масс в холодный период года характерно возникновение слоистых и слоисто-кучевых туч, тумана, дымки. Для теплого периода года свойственна безоблачная погода в дневное время, и возникновение тумана, дымки ночью и утром.

Неустойчивые воздушные массы обладают условиями для развития восходящих движений воздуха. Неустойчивость характерна для холодных масс. Данное свойство они приобретают при следующих обстоятельствах:

• если воздух летом малоподвижен, а поверхность под ним прогревается (инсоляционный процесс);
• при движении холодного воздуха над теплой землей (адвентивный процесс).

Типичным для неустойчивых воздушных масс является формирование крупных кучевых и кучево-дождевых облаков, приносящих ливневые дожди и грозы. В теплое время года этот процесс чаще происходит над сушей во второй половине дня, а над водной поверхностью — ночью. В холодный период года образование значительной облачности кучевого типа, выпадение сильных осадков более характерно для океанов и морей, чем для внутриматериковых областей.

Типы воздушных масс классифицируют и в соответствии с географическим очагом их формирования (климатическим поясом). Но поскольку каждый из этих типов образуется в рамках своего пояса как над сушей, так и над и водной поверхностью, отличающимися своими физико-географическими характеристиками, существуют и подтипы — морские и континентальные. 

Таким образом, согласно географической классификации выделяют следующие типы воздушных масс:

1. Экваториальные. Образуются на экваторе, отличаются высокими показателями температуры (+24 — +28 °С). Насыщенные влагой, поэтому круглый год приносят обильные осадки. Не подразделяются на морские и континентальные. 
2. Тропические. Формируются в тропических широтах. Характеризуются высокими температурными показателями. Морские тропические воздушные массы влажные, с высокими летними температурами (+20 — +27 °С), которые снижаются в зимний период (+10 — +15 °С). Континентальные же в тропиках сухие, запыленные, их средние температуры от +26 до +40 °С.
3. Умеренные. Район формирования — умеренные широты (от 45° до 65° северной широты). Умеренные континентальные воздушные массы летом сухие и теплые, а зимой — сухие и холодные, вызывают морозную, но ясную погоду. Морские влажные, с относительно теплой температурой, способствуют похолоданию и дождливой погоде летом и оттепелям зимой.
4. Арктические и антарктические. Образуются в полярных широтах соответственно Северного и Южного полушарий. Сухие, прозрачные и очень холодные, они приносят значительное похолодание. Морской тип в данном случае более влажный, чем континентальный. 

В переходных климатических поясах осуществляется смена воздушных масс в зависимости от времени года. Они приходят из соседних основных поясов: зимой — из северного, а летом — из южного.

Что такое циркуляция атмосферы

Одной из важных составляющих, которые оказывают влияние на формирование климата планеты Земля, является циркуляция атмосферы

Данное явление представляет собой закрытую систему воздушных течений над Землей в планетарных масштабах и оказывает важное влияние на осадки, погоду, облачность, смену температур. Проявляется циркуляция в виде постоянно возникающих больших вихрей в атмосфере, развивающихся и перемещающихся разнообразно

Возникновение таких вихрей носит название циклоны и антициклоны и является характерным показателем общей циркуляции атмосферы.

Циркуляция атмосферы составляет систему из воздушных масс четырех типов, а именно:

экваториальных, формирующихся в зоне экватора и имеющих стойкие высокие температуры и повышенную влажность;

умеренных, господствующих в умеренных широтах;  

тропических, формирующихся в тропических и субтропических широтах земного шара и периодически распространяющихся на экваториальные широты;

арктических, представляющих собой воздушные течения над Антарктидой и Арктикой и имеющих низкие температуры и небольшую влажность воздуха.

Примечания и ссылки

1. Флоран Беухер , Руководство по тропической метеорологии: от пассатов к циклону , т.  1, Париж, Метео-Франс ,25 мая 2010 г., 897  с. , гл.  3 («Среднезональный климат»), с.  49-68
2. , с.  98
3. (in) (244 КБ)
4. .
5. (in) AM Thompson , W.-K. Тао , К. Э. Пикеринг , Дж. Р., Скала и Дж. Симпсон , «  Глубокая тропическая конвекция и образование озона  » , Бюллетень Американского метеорологического общества , Американское метеорологическое общество , т.  78, п о  6,1997 г., стр.  1043-1054 )
6. (in) Т. Корти , Б. П. Луо , К. Фу , Х. Фемель и Т. Петер , Влияние перистых облаков на перенос тропосферы в стратосферу , Атмосферная химия и физика , Американское метеорологическое общество ,
   3 июля 2006 г., стр.  2539-2547
7. , с.  99
8. ↑ и Флоран Бойхер , Руководство по тропической метеорологии: от пассатов к циклону , т.  1, Париж, Метео-Франс ,25 мая 2010 г., 897  с. , гл.  2 («Энергетический баланс»), с.  41 — 43Раздел 2.8
9. .
10. Ричард Ледюк и Раймон Жерве , « Знакомство с метеорологией» , Монреаль, Университет Квебека ,1985 г., 320  с. , стр.  72 (раздел 3.6 Основные характеристики общего обращения)
11. ↑ и (fr)

Минимумы и максимумы
Типы	Тепловое антициклон  • барометрического Крит  • субтропический Крит  • барометрического Creux  • муссон корыта  • Cyclone внетропического  • Cyclone субтропического  • Cyclone после тропического  • Тропического циклона  • Cyclone полярной  • вырубленной Депрессии  • Полярного депрессия  • тепловой депрессия  • Погода Shortwave  • Тропических волны  • Vortex полярным
Полуперманентная депрессия	Исландский низкий  • Алеутская депрессия  • Азиатская депрессия
Полуперманентные максимумы	Антициклон Атлантический (Азорские острова / Бермудские острова)  • антициклон Сибирский  • Североамериканский высокий  • Антициклон острова Св. Елены  • антициклон Остров Пасхи  • Гавайский антициклон  • антициклон Маскарен  • Антарктический антициклон
Классические траектории непостоянных депрессий	Альберта Клиппер  • Впадина в Генуэзском заливе (иногда)  • Нористер  • Зимние штормы в Европе  • Синоптические штормы континентальные США
Метеорологический глоссарий • Шкала Саффира-Симпсона

Метеорологический портал

Виды циркуляции атмосферы

Циркуляция атмосферы имеет несколько разновидностей, среди них выделяют такие виды:

постоянные ветры,

сезонные ветры,

местные ветры

большие атмосферные вихри.

К постоянным ветрам относятся: северо-восточные и южно-восточные ветры, дующие на полюсах с районов повышенного давления; пассаты, которые распространяются от тропиков Южного и Северного полушария с высоким давлением к экватору с низким давлением; западные – ветры умеренных широт.

Сезонными ветрами являются муссоны, которые два раза в год изменяют собственную направленность. В зимний период эти ветры ведут направление от суши на море, а в летний период направление меняется и они дуют с моря на сушу.

Местными ветрами являются бризы, фен, бора, шквалы и другие ветры.

Бризы представляют собой ветры у прибрежной зоны морей и озер, которые изменяют собственную направленность два раза в день. Ночью бриз дует с берега на море, а днем – с моря на сушу.

Фен – это сухой, теплый, порывистый ветер, который дует с гор в долины.

Бора является порывистым, сильным холодным ветром, который дует с низких горных вершин в направлении теплого моря. В местности, куда дует бора, температура снижается.

Шквалы представляют собой резкое, длящееся несколько минут, усиление ветра. Несмотря на свою непродолжительность шквалы могут привести к последствиям катастрофического масштаба.

Большие атмосферные вихри формируют погоду на огромных территориях поверхности Земли, к ним относятся циклоны и антициклоны.

Циклоны – воздушные вихри крупных размеров с низким давление в центре. Циклоны характеризуются сильными разрушениями, ливнями с грозами, сильными ветрами, ураганами, штормами, снегопадами и прочими масштабными потрясениями с явлениями негативного характера. 

Для антициклона характерно повышенное атмосферное давление, где воздух распространяется от центра к периферии. Антициклон отличается хорошей и устойчивой погодой, характеризуется небольшими ветрами, ясной погодой, отсутствием осадков или их небольшим количеством.

Пассаты

Пассаты — это устойчивые в общем восточные ветры умеренной скорости (в среднем 5-8 м/сек у земной поверхности), дующие в каждом полушарии на обращенной к экватору стороне субтропической зоны высокого давления. Однако субтропические зоны даже на средних картах (а тем более на картах ежедневных) распадаются на отдельные антициклоны. Таким образом, пассаты — это ветры в обращенных к экватору частях субтропических антициклонов.

Рис. 95. Схема переноса воздуха в зоне пассатов. Кривые — изобары субтропических антициклонов, сплошные стрелки — ветры у земной поверхности, двойные стрелки — ветры над уровнем трения.

Субтропические антициклоны вытянуты по широте. Поэтому на их обращенной к экватору периферии изобары проходят параллельно широтным кругам, и, следовательно, пассаты над уровнем трения должны иметь восточное направление. Однако на востоке каждого антициклона к восточной составляющей ветра присоединяется еще направленная к экватору составляющая, а на западе — составляющая, направленная от экватора.
В общем же меридиональные составляющие в пассатном переносе малы по сравнению с восточной составляющей.

Распределение давления меняется в тропиках день ото дня мало. Поэтому пассаты обладают большой устойчивостью направления. Но все же, поскольку субтропические антициклоны день ото дня перемещаются, направления пассатных ветров также в общем подвержены некоторым изменениям.

Циркуляция атмосферы

Систему перемещения воздуха над материками и океанами под влиянием энергии Солнца называют циркуляцией атмосферы. В результате неравномерного нагревания земной поверхности, а также влияния отклоняющей силы вращения Земли вокруг своей оси образуются пояса с разным атмосферным давлением. Воздух перемещается из поясов с более высоким атмосферным давлением в пояса с более низким атмосферным давлением. Это является основной причиной циркуляции атмосферы.

Необходимо учитывать, что пояса атмосферного давления могут смещаться по сезонам года. На это влияют различия в нагревании материков и океанов. Летом материки нагреваются быстрее и больше, чем океаны; теплый легкий воздух устремляется вверх, создавая над поверхностью материка разреженное пространство, — давление понижается. Поэтому воздух перемещается с океанов с более высоким давлением на сушу, где наблюдается низкое давление. Зимой, наоборот, суша охлаждается быстрее, а океан остается длительное время более теплым, и воздух перемещается с суши на море. Также надо отметить, что летом Северное полушарие нагревается больше, зимой — меньше. Поэтому пояса давления летом смещаются к северу, а зимой — к югу. Это отражается и на перемещении воздуха между поясами.

В экваториальных широтах из-за высокой солнечной радиации в течение года давление всегда пониженное. Это объясняется тем, что нагревающийся от земной поверхности воздух над экватором постоянно поднимается (восходящие воздушные потоки) и растекается к северу и югу от экватора в сторону тропических широт. Вследствие вращения Земли вокруг оси движущийся воздух отклоняется к востоку. В верхних слоях тропосферы на высоте 10—12 км он постепенно охлаждается. Над тропиками между 20 и 30 с. и ю. ш. остывший на высоте воздух начинает опускаться (нисходящие воздушные потоки). Поэтому в тропических широтах воздух, опускаясь, образует в приземном слое (у поверхности) повышенное давление. Здесь в течение года наблюдаются сплошные пояса повышенного давления.

В полярных широтах, над ледниками Антарктиды и Гренландии, дрейфующими ледяными полями Арктики в течение года наблюдаются низкие температуры воздуха и повышенное давление в течение года (воздух холодный и тяжелый).

Из поясов высокого давления (тропических и полярных широт) воздух у поверхности Земли движется к умеренным широтам. Здесь он нагревается и поднимается. Вследствие этого в умеренных широтах обоих полушарий формируются пояса пониженного давления.

Таким образом, распределение атмосферного давления по земной поверхности носит ярко выраженный зональный характер. На Земле формируются пояса низкого (экваториальный и умеренные) и высокого давления (тропические и полярные). Возникающие пояса давления являются причиной перемещения воздуха в разных широтах, над сушей и морем, и определяют общую циркуляцию атмосферы (рис. 10).

Пионеры в климате

В 2021 году Нобелевский комитет поделил премию по физике на две части. Первая половина досталась Сюкуро Манабэ и Клаусу Хассельману «за физическое моделирование климата Земли, количественной оценки изменчивости и надежного прогнозирования глобального потепления». Любопытно, что премию дали за работы, которые были выполнены полвека назад. Родившийся в Японии в 1931 году Сюкуро Манабэ — японско-американский климатолог, он стал пионером компьютерного моделирования климатических изменений, в частности, глобального изменения климата.

Сюкуро Манабэ был во главе команды, которая продемонстрировала, как повышенный уровень углекислого газа в атмосфере приводит к повышению температуры на поверхности Земли. В 1960-х годах он руководил разработкой физических моделей климата Земли и был первым человеком, исследовавшим глобальные модели климата, — например, взаимодействия атмосферы и океана. Он предсказал возможность повышения температуры на 2 градуса в случае увеличения содержания парниковых газов вдвое.

Премия перемен_1

Сюкуро Манабэ

Фото: REUTERS/Mike Segar

Примерно 10 лет спустя Клаус Хассельман, родившийся в 1931 году в Германии, создал модель, которая связывает воедино погоду и климат. Так он доказал, что климатические модели могут быть надежными, хотя погода изменчива.

Ученый смог отделить быстрые изменения погоды, которые идут на уровне дней, от медленных, таких как трансформация климата. Таким образом, стало возможно дать надежное предсказание вероятностей изменения климата, а также доказать определяющее влияние антропогенного фактора.

— С работами первых двух лауреатов связаны пионерские результаты в области климатического моделирования, — отметил научный руководитель Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН и заведующий кафедрой физики атмосферы МГУ Игорь Мохов. — Они работали в разных областях. Клаус Хассельман — в области исследования стохастических процессов в земной климатической системе с более быстрыми процессами в атмосфере и более инерционными — в океане. Он впервые применил методы, связанные с теорией броуновского движения, для моделирования климатической изменчивости. С Сюкуро Манабе связаны разработка радиационно-конвективных моделей климата и развитие глобальных климатических моделей общей циркуляции атмосферы и океана с оценкой влияния антропогенных воздействий.

Премия перемен_4

Фото: Pontus Lundahl/TT News Agency via REUTERS

Как отметил ведущий научный сотрудник лаборатории многомасштабного математического моделирования УрФУ Дмитрий Александров, изменения различных физических величин или параметров климатической системы могут кардинально изменить ее динамическое поведение — например, перебросить климат от теплого к холодному.

— Поэтому анализ нелинейной динамики с учетом таких «шумов», которым занимался Клаус, важен для понимания эволюции любой нелинейной динамической системы, в том числе и климатической, — пояснил эксперт.

Если рассматривать, например, замерзание и таяние льдов в Арктике и Антарктике, с помощью подобных моделей возможно спрогнозировать то, как будет изменяться ледяной покров в дальнейшем, отметила научный сотрудник НТЦ «Нейропрогнозирование материалов и технологий электронной промышленности» НЦМУ СПбПУ Анастасия Кондратьева.

Премия перемен_2

Клаус Хассельман

Фото: REUTERS/Fabian Bimmer

— Если мы наблюдаем глобальное потепление и тренд на повышение температуры, значит, необходимо предпринимать какие-то шаги, чтобы «уничтожить» этот тренд, иначе через условные 20 лет повышение температуры приведет к тому, что растают все ледники, — сказала эксперт.

Сейчас глобальные изменения климата, о которых уже не первое десятилетие ведутся научные дискуссии, приобрели очень серьезный политический и экономический аспект, подчеркнул исполнительный директор научно-технического центра мониторинга окружающей среды и экологии МФТИ Александр Родин.

— Нам крайне необходимо наращивать компетенции в этой сфере, в том числе и в моделировании, и в диагностике, и, возможно, в управлении климатом, которое станет глобальной индустрией будущего, — сказал эксперт.

Зональное распределение давления и ветра у земной поверхности и в нижней тропосфере

У земной поверхности и в нижней тропосфере зональное распределение давления и ветра сложнее, чем в вышележащих слоях.

Имеется зона с пониженным давлением по обе стороны экватора. Параллель с самым низким давлением приходится в январе на 5-10° ю. ш., а в июле — на 15° с. ш. Это — зона экваториальной депрессии, распространяющаяся больше на то полушарие, в котором в данном месяце лето. В направлении к высоким широтам от этой зоны давление в каждом полушарии растет, и максимальные значения давления мы находим в январе под 30-32° северной и южной широты, а в июле — под 33-37° с. ш. и 26-30° ю. ш. Это — две субтропические зоны повышенного давления.

От субтропиков к еще более высоким широтам давление падает, особенно сильно в южном полушарии. Под 75-65° с. ш. и под 60-65° ю. ш. наблюдается минимальное давление в двух субполярных зонах низкого давления, а еще дальше в направлении к полюсам давление снова растет.

Итак, зональность в распределении давления в нижней тропосфере сложнее, чем в распределении температуры. Температура у земной поверхности непрерывно падает от низких широт к высоким. Давление же от экваториальной зоны сначала растет к субтропикам, затем падает к субполярным широтам и снова растет к полюсам.

При этом меридиональный барический градиент направлен от субтропиков к экватору, от субтропиков же к субполярным широтам и от полюса к субполярным широтам; направление барического градиента, таким образом, несколько раз меняется вдоль меридиана (рис. 91). С этим согласуется и зональное распределение ветра, о чем будет сказано ниже.

Рис. 91. Зональное распределение давления и переносов воздуха у земной поверхности и в нижней тропосфере (схема).
Справа — направление барических градиентов вдоль меридиана в соответ-ствующих зонах.

Погода пассатов

В нижнем слое пассатов воздух вследствие влияния трения течет с составляющей, направленной к экватору. На восточной периферии каждого субтропического антициклона эта составляющая, направленная к экватору, значительно усиливается уже независимо от трения. Поэтому, двигаясь на все более теплую поверхность моря, пассатное течение в нижних слоях приобретает неустойчивость стратификации. Устанавливаются большие вертикальные градиенты температуры, часто превышающие сухоадиабатический в нижних сотнях метров, и развивается оживленная конвекция образованием кучевых облаков.

Но конвекция не достигает больших высот. Уже на высотах порядка 1200-2000 м в области пассатов обнаруживается задерживающий слой в несколько сотен метров толщиною с инверсией температуры или, по крайней мере, с уменьшением вертикального градиента температуры. Инверсия и задерживает развитие конвекции на сравнительно низком уровне. Облака не получают большого вертикального развития, нередко принимают характер слоисто-кучевых и, во всяком случае, не достигают уровня оледенения. Поэтому из облаков или вовсе не выпадает осадков, или выпадают незначительные кратковременные дожди.