Распределение ветров, дующих над океанами

  Зная теперь, что такое сила Кориолиса, мы можем объяс­нить, почему ветры, дующие над землей, распределены так, что образуют широтные пояса. Как газообразная оболочка нашей планеты, атмосфера должна испытывать влияние от­клоняющего эффекта, равно как внутреннего давления и си­лы тяжести.

Следуя за воздушной частицей

  На рисунке 10.4 показан путь, который проходит частица воз­духа, находящаяся под воздействием указанных сил. Движе­ние начинается вблизи экватора в полосе восточных ветров, где частица воздуха содержит влагу, испарившуюся с по­верхности воды. По мере того как частица поднимается в столбе воздуха благодаря конвекции, она смещается на за­пад; в этом причина восточных ветров в экваториальной зо­не. Двигаясь на запад, она отклоняется к северу под дейст­вием силы Кориолиса, даже если и продолжает поднимать­ся вследствие высокого содержания пара. Поднявшись на большую высоту и продвинувшись на север дальше, чем на запад, воздух высвобождает лишнюю влагу в виде дожде­вых осадков и охлаждается вследствие расширения и излуче­ния тепла в направлении от земли. К тому времени, когда частица достигает северной широты 30°, она уже потеряла влагу и тепло и сжалась до такой степени, что начинает опускаться к поверхности моря. Опускание приводит к то­му, что частица начинает двигаться в восточном направле­нии, что соответствует зарождению западных ветров сред­них широт. Двигаясь в горизонтальном направлении, она продолжает отклоняться вправо, так что проекция траекто­рии частицы на поверхность земли к этому времени превра­щается в подобие круга. Когда частица приближается к уровню моря, она движется быстро и при этом отклоняется назад к юго-западу, что соответствует системе ветров, на­зываемых пассатами. В Северном полушарии они называ­ются северо-восточными пассатами, в Южном — юго-вос­точными. Путь частицы завершается, когда она вновь ока­зывается у поверхности моря вблизи экватора. В результате этих движений и возникает система ветров в виде поясов, очень напоминающая схему, показанную на рисунке 3.1.

 Рисунок 10.4. Траектория движения воздушной частицы, силы, заставляющие ее двигаться, и обусловленная этим система ветровых поясов у поверхности Земли. (Помните, что в метеорологии за направление ветра принимается то направление, откуда он дует.)

Траектория движения воздушной частицы, силы, заставляющие ее двигаться, и обусловленная этим система ветровых поясов у поверхности Земли

Поднимаясь, воздушная частица удаляется от оси вращения Земли и в силу закона сохранения момента количества движения замедля­ет горизонтальное движение относительно поверхности Земли. Наблюдатель воспринимает это замедление как восточный ветер. Потеряв влагу и охладившись, частица начинает опускаться, уско­ряясь в горизонтальном направлении. Благодаря этому в полосе широт от 40 до 50° возникает пояс западных ветров. То, что опускающаяся частица лишена влаги, объясняет наличие на этих широ­тах областей высокого давления. Замыкание траектории частицы происходит благодаря силе Кориолиса: частица отклоняется под ее действием к юго-западу, что служит причиной возникновения пас­сатов. Жирной кривой на рисунке показана истинная траектория частицы.

Области высокого и низкого давления и ветры

  Наличие в поясах ветров крупных масс суши изменяет нари­сованную нами картину. Пояса вынуждены соединяться друг с другом вдоль окраин континентов. По этой причине над центральным районом каждого океана располагается характерная область высокого давления. На рисунке 10.5 пока­зан атмосферный максимум над северной частью Тихого океана; его центр лежит к северо-востоку от Гавайских ост­ровов. Летом атмосферный минимум (называемый Алеут­ским), или область низкого давления, нависает над Беринговым морем. Между этими двумя центрами давления располагается пояс западных ветров; направление ветров показано на рисунке стрелками. К северу от центра низкого давления в Беринговом море дуют ветры обратного направ­ления — восточные, а к югу от гавайского максимума пас­саты Северного полушария сходятся с пассатами Южного полушария, порождая восточные ветры в экваториальной зоне.

Сезонные смешения атмосферного максимума и минимума в северной части Тихого океана

Рисунок 10.5. Сезонные смещения ат­мосферного максимума и минимума в северной части Тихого океана. Каждый замкнутый контур — изоли­ния атмосферного давления на уров­не моря; в летний период давление в центре максимума выше 1020 мбар, а в центре минимума — ниже 990 мбар. У северо-западного побе­режья США летние ветры благопри­ятствуют апвеллингу (см. рисунок 10.8). В, Н — области высокого и низкого давления соответственно.

  На рисунке 10.5 линии тока вокруг алеутского минимума на­правлены по кругу против часовой стрелки. Причина это­го — влияние силы Кориолиса на движение воздуха, кото­рый приповерхностные ветры стремятся перенести непо­средственно из центра области высокого давления в центр области низкого давления. Другими словами, воздух «стре­мится» двигаться в направлении уменьшения давления (см. также рисунок 6.9). И здесь по мере того как воздушная части­ца начинает движение в горизонтальной плоскости, ее тра­ектория отклоняется вправо; окончательное «стационарное» равновесие сил предполагает, что ветры дуют вокруг цент­ров и высокого, и низкого давления.

  Одно дополнительное замечание: доходит ли когда-ни­будь избыточный воздух от центра высокого давления к центру низкого давления, так что различие в давлениях на уровне моря между этими областями сглаживается? Ответ положительный. На самом деле линии тока медленно рас­кручиваются относительно центров давления вследствие не­прекращающейся работы сил трения. Отсюда следует дру­гой вопрос: если дующие по спирали ветры вокруг центров высокого и низкого давления постепенно «уничтожают» разницу давлений между двумя центрами, почему эти обла­сти все же продолжают существовать над океанами? Оказы­вается, «тепловая машина» Земли постоянно «усиливает» обе области, а ветры, дующие над океанами, — это непре­кращающиеся попытки природы ослабить различие в давле­ниях. Следовательно, наблюдаемые структуры в распреде­лении ветров имеют стационарный характер.

  Последний вопрос: следует ли из всего сказанного, что изменчивость ветров ото дня ко дню и от сезона к сезону незначительна? Вовсе нет. Нарисованная выше стационар­ная картина представляет собой «осредненный» результат. Например, мы видим, что атмосферный максимум у Гавай­ских островов весной смещается к северо-востоку, а осенью возвращается назад. В то же время алеутский минимум осенью сдвигается к заливу Аляска, т. е. к юго-востоку, а весной возвращается на свое место над Беринговым морем. Эта двухячейковая «система» испытывает сезонные коле­бания, но в осредненном виде картина является стационар­ной. Влияние таких сезонных изменений на океан достаточ­но велико. В следующих разделах мы увидим, что сезонный апвеллинг у берегов шт. Вашингтон, Орегон и Северной Ка­лифорнии прямо связан с колебаниями в системе атмосфер­ной циркуляции. Для этого нам нужно рассмотреть послед­ний аспект взаимодействия океана и атмосферы — эффект Экмана.