Розділ «Глава 6. АТМОСФЕРА»

Розподіл атмосферного тиску на земній поверхні утворює баричне поле.

Зони високого і низького тиску, на які завжди розчленоване баричне поле, називаються баричними системами. Розподіл атмосферного тиску біля земної поверхні відображають ізобари — лінії, що проходять через точки з однаковим атмосферним тиском. Таке зображення тиску називається баричним рельєфом за зовнішню схожість з картиною рельєфу, показаного ізогіпсами.

Зони низького тиску обрисовуються системою замкнених концентричних ізобар з найменшими величинами в центрі. Вони називаються баричними мінімумами, депресіями або циклонами. На карті ізобар січня зображено Ісландський баричний мінімум у північній частині Атлантичного океану і Алеутський в північній частині Тихого океану. В центрі циклонів тиск знижується до 970 гПа, а в деяких падає до 925 гПа, в тропічних тайфунах навіть до 890 гПа. Зони високого тиску називаються баричними максимумами, або антициклонами. Вони також зображуються замкненими ізобарами, але в їх центрі тиск завжди найбільший, тут він може досягти 1080 гПа. Прикладами зон підвищеного тиску є Азорський і Гаванський антициклони, а також субтропічні максимуми Південної півкулі — Південнотихоокеанський, Південноатлантичний і Південноіндійський.

Всі названі баричні системи є постійними центрами дії атмосфери: в них тиск протягом року завжди понижений або підвищений. До постійних центрів, крім вищеперерахованих, належать також екваторіальна депресія, мінімум південних помірних широт, Арктична зона підвищеного тиску і Арктичний максимум.

На відміну від постійних у сезонних центрах атмосфери характер баричного рельєфу діаметрально змінюється від холодної до теплої пори року. Яскравою ілюстрацією цього є азіатський материк, де влітку розвивається глибока барична депресія над нагір'ями Передньої Азії, а взимку формується могутній антициклон над територіями Східного Сибіру і Монголії. У Північній Америці канадський зимовий антициклон змінюється літньою північноамериканською депресією. І в Південній півкулі літні (січневі) мінімуми над Австралією, Південною Африкою і Південною Америкою змінюються взимку відповідно австралійським, південноафриканським і південноамериканським антициклонами.

На перший погляд складається враження про тісну залежність атмосферного тиску від зонального розподілу температур і тепла на Землі. Дійсно, постійний низький тиск над екватором і підвищений тиск в приполярних областях легко пов'язується з термічними умовами цих областей. Нагрівання суші влітку супроводжується зниженням тиску, а охолодження взимку, навпаки, веде до утворення над великими регіонами материків зон підвищеного тиску.

Нарешті, діаметрально протилежна сезонна зміна температур в Північній і Південній півкулях зумовлює періодичне зміщення всього баричного поля Землі у бік однієї з півкуль. Так, екваторіальний мінімум у січні знаходиться південніше екватора, а в липні він зміщується на північ, досягаючи над Іраном і пустелею Тар північного тропіка. Тут утворюється глибокий Ірано-Тарський мінімум. Фактично це є частина екваторіального мінімуму, зміщеного на північ і посиленого інтенсивним нагріванням величезного Азіатського материка. Аналогічного широтного зміщення в залежності від сезону року зазнають субтропічні максимуми.

І все ж одним розподілом температур зональність баричного рельєфу не можна повністю пояснити. Особливо добре видно це на прикладі існування чітко виражених антициклонів у субтропічних широтах. Механізм їх утворення і сьогодні є дискусійним. Більшість учених вважає, що основна причина їх виникнення — динамічна. Утворення їх пов'язане не з особливостями термічного режиму, а головним чином, є наслідком постійного зміщення величезних повітряних вихорів циклонів і антициклонів під впливом відхиляючої сили обертання Землі.

Перепади тиску в атмосфері, які зумовлені в основному нерівномірним розподілом сонячної енергії, є причиною руху повітря. Переміщення повітря починається вже при різниці в 2,5 мм рт. ст. Головні форми руху повітряних мас — це вітер і повітряні потоки.

Вітер являє собою рух повітря переважно в горизонтальному напрямі з області високого тиску в область низького тиску під дією гравітаційних сил. Його швидкість пропорційна величині градієнта тиску, тобто швидкості падіння тиску на горизонтальній поверхні заданого висотного рівня. Як і при течії води, чим більший градієнт (нахил русла), тим більша швидкість вітру.

Повітряними потоками називають в основному вертикальні переміщення повітря. Як приклад зазначимо конвекційне підняття теплого вологого повітря і низхідний потік холодного сухого. Вітри, які стікають з усіх боків у область низького тиску, зрештою створюють єдиний висхідний потік. Повітря, що піднімається вгору, охолоджується внаслідок розширення, а те, що опускається, нагрівається в результаті стиснення.

Як відомо, вітри бувають в одних районах переважно північними, в інших — південними, західними чи східними, де стійкими, а де — різко змінними. Найпримітивніше уявлення про те, чому виникають ті чи інші вітри, можна дістати, якщо пригадати, як обігріваються наші квартири в будинках з центральним опаленням. Батареї опалення не випадково встановлюють під вікнами: холодне повітря від вікон, як більш важке, опускається до батарей і нагрівається, а витіснюване ним тепле й більш легке поширюється по кімнаті і піднімається вгору. Так виникає елементарна циркуляція теплого і холодного повітря.

Дещо схожі циркуляції відбуваються й на Землі. Нагрітий від земної поверхні шар повітря піднімається вгору і розширюється в об'ємі, а на його місце пересувається більш важке повітря. Такі переміщення повітряних мас є не тільки локальними, вони охоплюють в узагальненому вигляді всю тропосферу. При цьому в "опалювальній" системі нашої планети основними нагрівачами повітря виступають екваторіальні широти і океан (а влітку ще і суша), найбільшими ж охолоджувачами, або "холодильниками", — полярні області (взимку до них додаються також великі масиви суші). Саме нерівномірність нагрівання земної поверхні є основною причиною змін атмосферного тиску, що і зумовлює постійні рухи повітря, тобто вітри різної сили і різних напрямів.

Отже, різниця атмосферного тиску між двома точками викликає горизонтальне переміщення повітряних мас — вітер. Для його характеристики використовують два показники — швидкість і напрям. Швидкість вітру прийнято виражати в метрах на секунду, кілометрах на годину. Біля земної поверхні вітри найчастіше дмуть зі швидкістю 4—8 м/с. Під час ураганів їх швидкість нерідко перевищує ЗО м/с. Напрям вітру визначається стороною горизонту, звідки він дме. Для характеристики вітрів застосовується 16-променева троянда вітрів: північ (Пн), північ-північ-захід (ПнПнЗх), північ-захід (ПнЗх), захід-північ-захід (ЗхПнЗх), захід (Зх) і т. д. Інколи вираховують кут (румб) між напрямом вітру і меридіаном, причому північ вважається за 0° або 360°, схід (Сх) — за 90", південь (Пд) — за 180°, захід — за 270°.

Всі вітри в сукупності виконують геркулесову роботу — вони переносять над земною поверхнею величезні маси повітря разом з водяною парою, пилом і піском. Адже вся маса атмосфери, що становить багато мільярдів тонн, перебуває в безперервному русі. Крім того, вітер є рушійною силою при утворенні хвиль, океанічних і морських течій. Щоб змусити такі маси постійно пересуватися, та ще й іноді у вигляді шквалів, штормових вітрів, буревію або урагану чи тайфуну, необхідна грандіозна енергія. І постачає безперервно та безоплатно цю енергію на Землю Сонце.

6.7. Загальна циркуляція атмосфери

Під загальною циркуляцією атмосфери розуміють сукупність основних видів повітряних рухів у нижній атмосфері, внаслідок яких здійснюється обмін великих мас повітря в горизонтальному і вертикальному напрямах. Ці повітряні течії зумовлені перш за все різницею температур між екваторіальними і полярними широтами, материками й океанами, а також обертанням Землі навколо своєї осі.

Коли б поверхня Землі була рівною і одноманітною, тобто тільки сушею або водною оболонкою, і на повітряних потоках не позначалась би відхиляюча дія обертання Землі, тоді схема циркуляції повітря була б досить простою: холодне повітря розтікалось би в приземному шарі від полюсів до екватора, а більш легке тепле утворило б на певній висоті компенсаційний потік від екватора до полюсів. Рух повітря, таким чином, здійснювався б уздовж меридіанів.

Насправді ж загальна циркуляція має значно складніший вигляд. На ній позначається вплив форми Землі, добове обертання Землі, річний рух Землі, особливості розподілу суші і моря, характер рельєфу, океанічні течії, поширення льодовиків тощо.

Земна поверхня, маючи кулясту форму, нагрівається Сонцем нерівномірно, і саме ця нерівномірність надходження сонячної енергії в різних широтах є основною причиною виникнення атмосферної циркуляції великого масштабу, яка шляхом переносу величезних мас холодного й теплого повітря в меридіональному напрямі вирівнює температурну різницю між високими і низькими широтами Землі. Крім того, навіть на одній і тій самій широті сонячна радіація поглинається неоднаково материками й океанами, лісами й пустелями, засніженими й оголеними поверхнями. Внаслідок цього виникає циркуляція малого масштабу між материками й океанами, горами й долинами тощо.