Розділ «5. АТМОСФЕРА»

Отже, пасати — це постійні вітри біля поверхні Землі від 30° пн. і пд. ш. в напрямі до екватора.

Вітри у верхніх шарах атмосфери від екватора до 30° північної і південної широти називаються антипасатами. Пасати й антипасати утворюють повітряне колесо, по якому підтримується безперервний кругообіг повітря між екватором і тропіками.

Циклон — великомасштабне атмосферне збудження вихрового характеру (на початковій стадії — хвильового), пов'язане із зниженим тиском. Мінімальний тиск припадає на центр циклону. Вітри в циклоні Північної півкулі дмуть проти годинникової стрілки, спрямовуючись у нижньому шарі до центру; у Південній — за стрілкою годинника з таким же спрямуванням у нижньому шарі. У поперечнику циклони досягають 1000—3000 км. Із фронтами в циклоні пов'язані широкі зони хмар та опадів; хмари та опади інших типів спостерігаються також у циклоні всередині повітряних мас незалежно від фронтів. Проходження фронтів підчас циклонів і відповідна зміна повітряних мас створюють різкі коливання температури. Швидкість поступового руху в циклоні в середньому близько 30 км/год; напрям переміщення — переважно із заходу на схід.

З циклонами пов'язане виникнення бур. Якщо тиск у центрі циклону дуже низький порівняно з його окраїнами, то виникає велика різниця тиску, яка спричиняє штормові вітри. Штормові циклони (до 12 балів) у середніх широтах бувають рідко — один раз на 8-10 років. Якщо циклонічні бурі проходять над пустелями, вони піднімають у повітря і переносять на величезні відстані багато піщаного пилу.

Циклони тропічних регіонів зароджуються МІЖ6°і 20°пн. і пд. ні.. Найчастіше вони виникають у Карибському морі і в Мексиканській затоці і називаються антильськими ураганами, а в Бенгальській затоці, в Аравійському, Південно-Китайському та Японському морях тропічні циклони називаються тайфунами. Тропічні циклони найбільше лютують на берегах островів або континентів, над якими вони проносяться вільно, не зустрічаючи ніяких перепон. У центрі тропічного циклону завжди буває зона затишшя. Проясняється небо, світить сонце, вітер стихає, але, як і раніше, ходять хвилі розбурханого океану.

Антициклон — зона підвищеного тиску з максимальним тиском у центрі і баричними градієнтами (векторна величина, яка характеризує зміну атмосферного тиску в просторі), спрямований від центру до периферії. Поперечники антициклонів становлять тисячі кілометрів. Ізобарична поверхня в антициклонах прогнута вгору. Вітри в антициклонах у Північній півкулі оточують центр за годинниковою стрілкою, у Південній — проти годинникової стрілки; при цьому в шарі тертя вони мають складові від центру до периферії. В антициклонах переважають низхідні рухи повітря і спричиняють малохмарну суху погоду. Антициклони особливо часто розвиваються в субтропічних широтах і над Антарктидою, а зимою також над материками в помірних широтах. Швидкість поступового руху антициклону (переважно із заходу на схід) — 30—40 км/год., але часто антициклони надовго стабілізуються втому або іншому районі, зокрема над материками. Антициклони в теплому повітрі є високими антициклонами, у холодному — низькими.

В атмосфері весь час є циклони та антициклони. Одні циклони зароджуються, інші зникають. Разом з тим усі циклони й антициклони постійно перебувають у русі. Циклони, як правило, рухаються з більшою швидкістю, ніж антициклони.

Циклони й антициклони в помірних і високих широтах обох півкуль здебільшого рухаються з заходу на схід. Але антициклони часто переміщуються і з півночі на південь (у Північній півкулі).

На земній кулі є райони, в яких звичайно зароджуються і частіше спостерігаються циклони, ніж антициклони. Такими районами, наприклад, є північна частина Атлантичного океану, північна частина Тихого океану, помірні широти в Південній півкулі. В інших широтах земної кулі, наприклад, у районах Азорських островів в Атлантичному океані, у районі Гавайських островів на Тихому океану і в ряді інших районів спостерігаються переважно антициклони. Усі ці особливості руху та розміщення циклонів і антициклонів зумовлені загальною циркуляцією атмосфери.

Повітряні маси постійно рухаються, змінюють свої властивості, але між ними залишаються різкі кордони — перехідні зони шириною в кілька десятків і довжиною до тисячі кілометрів, які характеризуються повітряними масами з різними фізичними властивостями. Ці прикордонні зони називаються атмосферними фронтами або просто фронтом. Якщо фронт рухається в напрямі від теплого повітря до холодного, тобто холодне повітря відступає, а тепле насувається слідом за ним, то такий фронт називається теплим. Теплий фронт приносить найчастіше дуже тривалі дощі. Коли теплий фронт рухається через яку-небудь місцевість, то там настає потепління, на зміну холодному повітрю приходить тепле. Піднімаючись, воно охолоджується; отже, в теплому повітрі над фронтальною поверхнею утворюються хмари. Тепле повітря піднімається дуже повільно, тому хмарність теплого фронту має вигляд рівної гладенької пелени перисто-шаруватих і високошаруватих хмар.

Якщо тепле повітря відступає, а холодне розтікається слідом за ним, то такий фронт називається холодним фронтом. Прихід цього фронту завжди спричиняє похолодання, бо теплу повітряну масу замінює холодна. Нижня частина холодного фронту внаслідок тертя об земну поверхню рухається повільніше, ніж верхня, і відстає від неї. Через те вгорі поверхня холодного фронту "випинається" вперед, холодне повітря в "голові" холодного фронту спадає вниз, і фронтальна поверхня набуває опуклої форми валу, що котиться. Утворюється вал клубчастих темних хмар (купчасто-дощових) із зливою, грозою і градом (улітку) або сніговим шквалом і хуртовиною (взимку). Найбільші грози і шквали завжди пов'язані з холодним фронтом.

Виділяються арктичні (антарктичні), полярні і тропічні фронти.

Арктичний фронт — фронт між арктичним повітрям і повітрям помірних широт Північної півкулі. Розчленований на кілька гілок, що розміщуються в широтах 60—75° пн. ш. Внаслідок циклонічної діяльності може переходити в помірні широти. Антарктичний фронт фронт між антарктичним повітрям і морським повітрям помірних широт; проходить над океаном навколо Антарктиди у вигляді кількох гілок, що виникають і розмиваються, постійно змінюють своє положення. Полярний фронт — межа планетарного масштабу між повітряними масами високих і середніх широт з одного боку, і повітряними масами тропічних широт — з іншого. Полярні фронти в кожній півкулі часто розірвані на кілька окремих гілок, кожна з яких пов'язана зі своєю серією циклонів. Ці гілки полярного фронту багаторазово виникають і розмиваються протягом року. Тропічний фронт — зона поділу між тропічним і екваторіальним повітрям, чітко виражена. Тропічний фронт формується між пасатами двох півкуль або пасатом і мусоном, або між пасатом (мусоном) і зоною змінних вітрів у іншій півкулі. Збігається з віссю екваторіальної депресії. На земній кулі одночасно спостерігається кілька гілок тропічних фронтів. Із тропічними фронтами пов'язані випадання великих дощів.

5.8. Водяна пара в атмосфері

У повітрі завжди є водяна пара. Водяна пара — це безбарвний невидимий газ. Хмари складаються з дрібнісіньких краплинок води і є результатом переходу водяної пари з газоподібного стану в рідкий — у воду. Такий перехід газу в рідину називається конденсацією, а зворотний перехід рідкої води у водяну пару має назву випаровування. Конденсація і випаровування тісно пов'язані зі змінами температури повітря.

Певний об'єм простору — порожнього чи наповненого повітрям, може вмістити в себе тільки відповідну кількість водяної пари. Тому випаровування буде тривати лише доти, поки водяна пара не досягне стану насиченості, тобто такого стану, коли цей простір уже не спроможний увібрати більше вологи.

Виявляється, що кількість водяної пари, яка потрібна для того, щоб "наситити" нею простір, не завжди однакова, — вона змінюється залежно від зміни температури повітря. Чим вища температура, тим більше потрібно водяної пари аби наситити даний простір.

При температурі нижче 0 °С вода в атмосфері може перебувати не вдвох, а в трьох станах — газоподібному (водяна пара), рідкому (вода) і твердому (лід). Рідкі краплі можуть плавати в повітрі навіть при від'ємній температурі, тобто нижче 0 °С, все-таки не замерзаючи; у цьому випадку вода перебуватиме в переохолодженому стані, хоч, як правило, вона починає замерзати вже при 0 °С. При морозі конденсація дуже ускладнюється через здатність льоду притягувати до себе вологу.

При температурі 10 °С морозу 1 м3 повітря, коли немає поблизу льоду, може містити до 2,35 г водяної пари. Якщо ж у цей об'єм повітря внести кусок льоду, то на його поверхні починає утворюватися білий сніговий наліт і кількість водяної пари в повітрі зменшиться до 2,19 г. Отже, при морозі місткість простору для водяної пари залежить не тільки від температури, а й від того, чи стикається це повітря з льодом чи ні. За присутності льоду ця місткість зменшується, і повітря насичується меншою кількістю водяної пари.

5.9. Атмосферні опади та їх утворення