Вихревое движение атмосферы, сопровождающееся осадками - это что за явление?

Циклоны, антициклоны, тайфуны, ураганы, торнадо, смерчи — эти явления вызваны вихревыми движениями в атмосфере, сопровождающимися осадками (большими или меньшими). Рассмотрим характеристики и условия возникновения этой стихии.

Движение воздушных масс в атмосфере

В атмосфере нашей планеты существует постоянная циркуляция воздушных масс с переносом энергетической и вещественной составляющих. Движение происходит:

• с севера на юг и в противоположную сторону (меридиональное);
• с запада на восток и в противоположную сторону (широтное).

В тропосфере, помимо меридиональных и широтных переносов воздушных масс, присутствуют вихревые движения атмосферы, сопровождающиеся осадками — циклоны и антициклоны.

Эти явления вызывают изменение климатических условий во всех регионах планеты.

В нижних слоях тропосферы, в тропической зоне, воздушные массы нагреваются достаточно сильно. При этом воздушные массы наполнены влагой (особенно над океанами). Разогретый воздух поднимается вверх, до высоты 1000-1200 метров, где начинает охлаждаться с последующим образованием облачности. На место поднятых теплых масс приходят холодные северные (в северном полушарии). Теплые воздушные массы захватываются силой Кориолиса, вызванной вращением Земли. Они начинают двигаться не только вверх, но и по горизонтали, отклоняясь при этом от прямолинейного направления - в северном полушарии на северо-восток. Холодные массы идут на юго-запад (в южном полушарии воздушные массы двигаются строго противоположно). Так формируются пассаты.

Водная поверхность океана, прогретая к концу лета и началу осени, предоставляет возможность формирования других воздушных масс, наполненных влагой, - муссонов. Их направление строго противоположное пассатам.

Тепловое равновесие планеты сохраняется за счет глобального междуширотного переноса: тепла из тропических широт в высокие, холода из приполярных (высоких) широт к тропикам.

Циклоническая деятельность атмосферы основана на связи тропической циркуляции с вихревой деятельностью воздушных масс в умеренных широтах.

Циклогенез

Под эти термином понимается формирование, развитие или сворачивание вихревого движения атмосферы, сопровождающегося осадками. То есть просто любого циклона — вихря с низким давлением внутри. «В недрах» циклонов северного полушария дуют ветры против часовой стрелки. Нижняя область циклона характеризуется отклонением ветра к его центру.

Современная метеорология разделяет циклонические вихри на два типа: по месту их происхождения и последующей деятельности — тропические и внетропические (циклоны умеренных широт).

Первые образуются в зоне тропиков, при развитии достигают размера до тысячи километров (очень редко больше). Вторые — вихревое движение атмосферы в зоне умеренных и приполярных широт. Внетропические циклоны достигают огромных (до нескольких тысяч километров) размеров.

Скорость вихревого движения воздуха в тропических циклонах огромна, может достигать штормовых значений. Эти вихри могут при перемещении стать внетропическими.

Условия, необходимые для формирования тропического вихревого движения

Для того чтобы образовался тропический вихрь, необходимо, чтобы окружающий воздух был насыщен влагой (это дает фактор нестабильности). Вода в океане прогревается на глубину в пятьдесят метров, до температуры более двадцати шести градусов Цельсия. При конденсации паров в нижних слоях тропосферы воздух должен очень быстро охлаждаться (это основной источник энергии циклона).

Тайфуны и ураганы - тропические циклоны

На Дальнем Востоке и в странах Юго-Восточной Азии, тропические вихревые движения атмосферы сопровождающиеся осадками, называют тайфунами. В странах Северной и Южной Америк — ураганами (у индейцев майя бог ветра — Хуракан). Если скорость бури при шторме превысит сто семнадцать километров в час, то это уже ураган.

Тропические циклоны приносят ливневые дожди. На море, во время тайфуна и урагана, возникают огромные волны. Но они слабеют, попадая под действием ветров на сушу. Ливни, вызванные тропическими циклонами, проливаются в глубине суши на расстояниях до сорока километров. Это очень важно для смягчения сухого климата континентов.

Сами циклоны переносят энергетический запас из одного места планеты в другое, из тропиков в зоны умеренного климата. Это важно для глобальных циклонических процессов в атмосфере, потому что приводит к сближению температур на планете, выравнивая климат и делая его более мягким.

Внетропические циклоны и антициклоны

Огромные по размерам (несколько тысяч километров) вихревые движения атмосферы, сопровождающиеся осадками и возникающие в умеренных и приполярных зонах, называются внетропическими циклонами и антициклонами. Воздушные вихри в северных циклонах вращаются в ту же сторону, что и северные тайфуны.

С приходом такого урагана устанавливается ненастная погода, а вот антициклон приносит ясный и солнечный день.

Возникновение циклонов умеренных широт

Чтобы представлять механизм возникновения этих образований, необходимо оперировать понятием атмосферного фронта. В первом приближении — это просто граница, разделяющая две разные воздушные массы.

На самом деле это зона в несколько десятков километров, наклоненная под углом в один градус. В случае теплого фронта ее наклон лежит в сторону движения (она как бы охватывает сверху холодную массу). При холодном — наоборот, в противоположный бок перемещения. Уравнение движения атмосферы выражается через формулу Макса Маргулеса (австралийского метеоролога).

Взаимодействие теплого и холодного фронтов приводит к образованию циклонического вихря. При такой связи часть теплого фронта внедряется в холодную массу в виде вытянутого «языка». При этом теплый воздух поднимается вверх, как более легкий.

Во время этого взаимодействия происходят два процесса, приводящие к циклоническому вихрю. Молекулы пара (воды), поднимаясь, начинают вращаться: на них действует магнитное поле Земли. Они вовлекают в это вращательное движение весь окружающий воздух. В итоге из него и молекул воды образуется огромный водоворот.

Наверху воздушные массы охлаждаются. При этом происходит конденсация водяного пара, который превращается в облака (это последующие дождь, град, снег). Такая погода с ненастьем может задержаться на несколько дней, а то и недель. Это будет зависеть от «долголетия» циклона: чем больше поступление теплого воздуха, тем дольше существует циклон.

Возникновение антициклонов

Возникновение этого вихря обусловлено опусканием атмосферных масс, когда они нагреваются с окружающими массами, без обмена теплотой. При этом процессе влажность внутри падает, а это влечет за собой испарение уже имеющихся облаков. Под действием магнитного поля Земли молекулы воды начинают вращаться — в северных антициклонах — по часовой стрелке. Устойчивая погода при этом процессе может продолжаться до трех недель.