Общая циркуляция атмосферы

Министерство  транспорта РФ

Федеральное агентство  воздушного транспорта

«училище гражданской  авиации»

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине: «Авиационная метеорология»

Тема: «Общая циркуляция  атмосферы»

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: 

Специальность:  

Группа:  

Руководитель:  

 

 

 

 

2014

 

Содержание

Стр. 

Введение…………………………………………………………………………. 3

1. Представление  о масштабах атмосферных движений………………………. 3

2. Общая циркуляция  атмосферы……………………………………………….. 4

3. Квазигеострофичность  течений общей циркуляции……………………….... 7

4. Зональность в распределении давления и ветра…………………………….. 8

5. Меридиальные  составляющие общей циркуляции………………………….. 9

6. Географическое распределение давления.

Центры действия атмосферы…………………………………………………. 10

7. Географическое  распределение давления в свободной атмосфере……….... 13

8. Средняя величина давления  для земного шара и полушарий………………. 14

9. Преобладающие направления ветра………………………………………….. 14

10. Циркуляция в тропиках……………………………………………………… 16

11. Внетропическая циркуляция………………………………………………… 17

12. Типы атмосферной циркуляции во внетропических широтах……………. 19

13. Местные ветры……………………………………………………………… 21

14. Роль серии циклонов в междуширотном обмене воздуха………………. 22

Заключение………………………………………………………………………. 23

Список используемой литературы…………………………………………….. 24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В связи с сильной зависимостью человеческой деятельности от изменений погоды в течение последнего столетия практически во всех странах возникла национальная служба погоды, которая занимается наблюдением и изучение изменений погоды и составлением синоптических карт, сводок погоды и пр.

Смена дня и ночи, сезонов года вносит в погоду достаточно простые и регулярные изменения в виде суточного и годового хода метеорологических элементов. Но резкие и нерегулярные изменения, гораздо более характерные для погоды, являются результатом смены воздушных масс, прохождения разделяющих их фронтов, перемещения и эволюции циклонов и антициклонов. В отдельных широтах  большее значение имеют не междусуточные изменения погоды, а долгосрочные ее проявления, такие как засуха, наводнения и т.д. Непрерывно происходящие изменения в состоянии погоды связаны в первую очередь с процессами общей циркуляции атмосферы.

Вышеизложенные  положения обуславливают актуальность данной работы, формируя ее цель, которая состоит в теоретическом исследовании темы: «Общая циркуляция атмосферы» с изложением полученных результатов.

Для наиболее полного  достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

• дать общее понятие о масштабах атмосферных движений и общей циркуляции атмосферы;
• рассмотреть составляющие общей циркуляции, и географическое распределение давления и ветра, центры действия атмосферы;
• рассмотреть циркуляцию на различных широтах, типы атмосферных циркуляций;

 

 

1. Представление  о масштабах атмосферных движений

Если окинуть  взглядом Землю, то в каждый данный момент времени нам представится очень сложная система ветров и сложная картина распределения давления. В практике службы погоды картина распределения ветров и давления отражается на географических картах Северного и Южного полушарий, а также тропической зоны. Такие карты называются синоптическими. Они составляются как для атмосферных движений у поверхности Земли, так и в форме топографии изобарических поверхностей и ветра на них. Так как атмосфера находится в непрерывном движении, то системы ветров и распределение давления все время меняются. Эти изменения можно проследить, если рассматривать синоптические карты за последовательные сроки наблюдений, т.е. следить за изменением полей ветра и давления от карты к карте (например, за 00 и 12 ч Гринвичского времени). На них видны различные атмосферные образования. Среди них циклоны и антициклоны, которые непрерывно возникают, двигаются и разрушаются. Анализ атмосферных движений позволяет выделить следующие характерные масштабы движений:

• Микрометеорологический масштаб;
• Масштаб конвективных облаков;
• Мезометеорологический масштаб;
• Синоптический масштаб;
• Глобальный масштаб;

В каждый данный момент времени в атмосфере существуют движения всех масштабов, накладывающиеся друг на друга. Именно этим определяется сложность атмосферной циркуляции. Однако, прослеживая из года в год развитие атмосферных процессов, можно отметить определенные устойчивые черты, проявляющиеся в полях ветра и давления. Лучше всего они выявляются с помощью статистического осреднения полей давления и ветра, при котором ежедневные возмущения сглаживаются, а остаются наиболее устойчивые особенности воздушных течений. Именно они и представляют общую циркуляцию атмосферы.

 

2. Общая циркуляция атмосферы

Общей циркуляцией атмосферы называют систему крупномасштабных воздушных течений на земном шаре, т.е. таких течений, которые по своим размерам сравнимы с материками и океанами.

ОЦА – результат  взаимодействия многих факторов, из которых решающими являются:

• неравномерность притока солнечной энергии на разных широтах и в разное время года;
• вращение Земли и действие возникающих при этом инерционных сил;
• неоднородность земной поверхности (например, наличие суши с различно ориентированными горными хребтами, плато, равнинами, морями и т.д.).

Самое первое элементарное представление об общей циркуляции атмосферы получают, рассматривая средние  многолетние карты. Для ветра  это обычно карты преобладающих  направлений либо равнодействующих, для давления карты многолетнего среднего распределения давления за отдельные месяцы, сезоны и за год.

Рассматривая глобальное распределение давления (рис.1 и рис.2), можно заметить, что поля давления в тропиках и вне их сильно отличаются. Вне тропиков отчетливо выделяются следующие зоны:

зона I — область относительно высокого давления над полюсами;

зона II — пояс низкого  давления в районе субполярных широт (60—65°);

зона III — умеренные широты, где непрерывно возникают, развиваются и исчезают движущиеся атмосферные возмущения — волны и вихри в форме циклонов и антициклонов;

зона IV — пояс высокого давления в субтропических широтах около 30—35° широты, объединяющий обширные, расположенные над океанами антициклоны; это так называемый пояс субтропических антициклонов.

На обращенной к экватору периферии субтропического пояса  высокого давления в тропиках также  можно выделить характерные зональные области в поле давления:

зона IV — те же самые крупномасштабные замкнутые области высокого давления в форме субтропических антициклонов, особенно над океанами, периферия которых распространяется до 25° широты;

зона V – где приземное давление уменьшается от субтропиков в направлении экватора;

зона VI — экваториальная ложбина, т.е. пояс низкого давления, который опоясывает весь земной шар и испытывает сезонные смещения, различные на разных долготах.

Описанные особенности в  той или иной степени можно  видеть на каждой синоптической карте, хотя они в значительной степени  замаскированы подвижными циклонами  и антициклонами. Даже на многолетних средних картах особенности в распределении давления носят отпечаток различного влияния суши и моря на циклоническую деятельность. Однако по величине и направлению средние градиенты давления между указанными выше зонами близки к меридиональным градиентам. В умеренных широтах они направлены от I и IV зон ко II зоне, а в тропиках — от IV к VI зоне.

Так как реальный ветер  близок к геострофическому (градиентному), такие градиенты обусловливают преобладание восточных движений в полярных и тропических широтах и западных — в умеренных широтах.

Сопоставление среднего атмосферного давления на уровне моря зимой (рис.1 январь, рис.2 июль) и летом (рис.2 июль, рис.1 январь) показывает существенную асимметрию между Северным и Южным полушариями.

В северном континентальном  полушарии поле давления значительно менее зонально, чем в Южном океаническом. Например, зимой в Северном полушарии существуют две огромные области низкого давления: над Северной Атлантикой и Северным Тихим океаном, в то время как в Южном полушарии в полосе широт 40—60° ю.ш. — зональные изобары.

Как видно, такое  среднее поле давления в Северном полушарии складывается из-за преобладания циклонов над антициклонами на севере Атлантического и Тихого океанов. В Южном полушарии в этих широтах никаких материков нет, циклоны и антициклоны развиваются над океаном на любых меридианах и при движении циклонов на юго-восток, а антициклонов — на северо-восток в полосе широт 40—60° ю.ш. области низкого и высокого давления взаимно погашаются. Но конечные стадии развития циклонов дают кольцо областей низкого давления вокруг Антарктиды, а антициклонов — кольцо субтропического пояса высокого давления.

Рис.1. Распределение среднего атмосферного давления на уровне моря в январе (гПа)

 

Рис.2. Распределение среднего атмосферного давления на уровне моря в июле (гПа)

 

 

 

3. Квазигеострофичность  течений общей циркуляции

Крупномасштабные течения общей циркуляции в большей части атмосферы являются квазигеострофическими. Это означает, что ветры, определяющие такие течения, близки к геострофическому ветру и, следовательно, в свободной атмосфере такие течения направлены почти по изобарам (изогипсам) (рис.3, рис.4). Только в слое трения воздушные течения существенно отличаются от геострофического ветра и значительно отклоняются от изобар. Однако приняв известный из опыта средний угол отклонения ветра от изобары, мы и в этом случае можем по полю давления восстановить поле ветра. Употребляя слово «квазигеострофические», мы тем самым подчеркиваем, что и над слоем трения воздушные течения не являются строго геострофическими.

Как правило, реальные крупномасштабные течения и в  свободной атмосфере имеют ускорения, связанные с отклонением от геострофического ветра, и направлены не строго по изобарам, что и служит причиной изменения давления.

 Рис.3. Средняя абсолютная высота (геопотенциальные декаметры) изобарической поверхности 300 гПа в декабре—феврале

 

Однако в  свободной атмосфере эти отклонения реального ветра от геострофического малы в сравнении с величиной самого ветра.

Допущение о  квазигеострофичности справедливо  для умеренных широт. В экваториальном поясе условие геострофичности не выполняется ни у земной поверхности, ни в свободной атмосфере: отклоняющая сила вращения Земли на экваторе равна нулю, а в экваториальном поясе мала и не может уравновешивать силу барического градиента. Поэтому в экваториальной зоне ветер не может быть геострофическим.

Рис.4. Средняя абсолютная высота (геопотенциальные декаметры) изобарической поверхности 300 гПа в июне—августе

 

 

4. Зональность  в распределении давления и  ветра

Наиболее устойчивая особенность в распределении, как атмосферного давления, так и ветра над земным шаром — квазизональность этого распределения. Квазизональность циркуляции проявляется в преобладании широтных составляющих ветра (восточной или западной) над меридиональными составляющими (северной или южной) и в больших значениях широтных составляющих по сравнению с меридиональными.

Степень преобладания зональных составляющих над меридиональными может быть различной. Над тропическими океанами преобладание восточных составляющих в переносе воздуха в нижней части тропосферы выражено очень хорошо и легко различимо даже на отдельных синоптических картах, т.е. в отдельные дни. В общем, меридиональные составляющие в тропиках примерно в 10 раз меньше зональных. Хорошо выражено и преобладание западных ветров в умеренных широтах Южного полушария. В то же время во многих районах умеренных широт Северного полушария ветер часто и резко меняется по направлению и преобладание западного переноса можно подметить только из статистического анализа большого материала наблюдений. Есть, наконец, и такие районы (например, восток Азии), где преобладающие направления ветра в нижней тропосфере ближе к меридиональным, чем к зональным.

Причина зональности  давления и ветра — зональность  в распределении температуры и в динамических особенностях самого механизма общей циркуляции атмосферы.

 

5. Меридиальные  составляющие общей циркуляции

Меридиональные  составляющие переноса воздуха в общей циркуляции атмосферы, хотя они и меньше по сравнению с зональными, имеют очень большое значение. Именно они обусловливают обмен воздуха между различными широтами Земли.

Ежедневное  распределение меридиональных движений на земном шаре очень сложное, поскольку оно связано с подвижными атмосферными возмущениями — циклонами и антициклонами. В самом деле, в каждом циклоне создается перенос воздуха к высоким широтам в передней части и к низким широтам в тыловой части, в антициклонах наоборот. Отсюда следует, что в каждый данный момент на одном и том же уровне под одним меридианом господствуют направленные на север меридиональные составляющие, а под другим меридианом — направленные на юг.