§ 15. Циркуляция атмосферы

Общие сведения. Горизонтальные и вертикальные движения воздуха играют большую роль в эволюции метеорологических процессов. В низких широтах такие перемещения достаточно устойчивы и лишь изредка возмущаются пассатными волнами и тропическими циклонами.

Воздушные массы. В процессе общей циркуляции атмосферы воздух тропосферы расчленяется на отдельные воздушные массы. Воздушная масса, формирующаяся в Арктике (Антарктике), называется арктическим (антарктическим) воздухом; в умеренных широтах — полярный воздух; в субтропиках и тропиках — тропический воздух;

в районе экватора — экваториальный воздух. Воздушные массы каждого географического типа делятся на морские и континентальные. Характер погоды в воздушной массе зависит от того, перемещается ли она на более теплую или на более холодную подстилающую поверхность. В этом плане все воздушные массы разделяют на теплые и холодные.

Воздушная масса, двигающаяся над более теплой подстилающей поверхностью, называется холодной; двигающаяся над более холодной подстилающей поверхностью — теплой; находящаяся в тепловом равновесии с окружающей средой — местной.

В холодной неустойчивой воздушной массе ветер порывистый, неустойчивый, видимость хорошая (вне зоны осадков), возможны ливни с грозой.

В теплых устойчивых воздушных массах ветер у поверхности ровный, без порывов, видимость ухудшена, наблюдается адвективный туман (охлаждения) или сплошная облачность с выпадением моросящих осадков. Такие воздушные массы наблюдаются над океанами, когда на относительно холодную морскую поверхность поступает прогретый воздух с континента либо из районов теплых морских течений.

Атмосферные фронты. Место соприкосновения двух воздушных масс, обладающих различными физическими свойствами, называется поверхностью раздела, или фронтом. Линия пересечения такой поверхности с подстилающей поверхностью моря или суши называется линией фронта. Фронты разделяются на подвижные и стационарные. В зонах фронтов наблюдаются наиболее сложные условия погоды:

( мощная облачность, осадки, нередко грозовая деятельность, усилие ветра, ухудшение видимости и другие явления.

Главный арктический фронт отделяет арктический воздух от полярного; главный полярный фронт — полярный воздух от тропического; главный тропический фронт — тропический воздух от экваториального.

1 В зависимости от относительного направления перемещения фронты делят на теплые, холодные и малоподвижные.

Теплый фронт возникает при наползании теплой воздушной массы на холодную. Атмосферное давление перед теплым фронтом падает, появляются перистые облака в виде «коготков» или предфронтовые туманы. Пересекая зону теплого фронта, судно попадает в широкую полосу обложного дождя или снега с пониженной видимостью.

Холодный фронт возникает, когда холодные воздушные массы вклиниваются в теплые. Он наступает «стеной» ливневых облаков. Давление перед фронтом значительно падает. При встрече с холодным фронтом судно попадает в зону ливней, гроз, шквалов и сильного волнения. Однако если клин холодного воздуха «подсекает» теплые массы медленно, то за линией такого холодного фронта судно попадает в зону обложных осадков с резким понижением температуры и видимости.

образуется сложный комплексный фронт, называемый фронтом окклюзий.

Фронт окклюзий возникает тогда, когда догоняющая масса имеет температуру ниже впереди идущей (теплый фронт окклюзий) либо наоборот (холодный фронт окклюзий). Проходя фронты окклюзий, судно может попасть в условия пониженной видимости, осадков, сильного ветра, сопровождаемого волнением.

Циклоны и антициклоны. Внетропическим циклоном называется замкнутая область пониженного давления с наименьшим давлением в центре. Такой циклон зарождается на границе двух масс воздуха разной температуры. Движение воздуха в циклоне имеет вихревой характер, причем воздушные частицы перемещаются в северном полушарии против, а в южном — по часовой стрелке. Диаметр циклона колеблется от нескольких сотен до 5 тыс. км; давление в центре составляет примерно 98—99 кПа; средняя скорость перемещения достигает 30—50 км/ч. Циклон существует обычно 5—6 сут. Нередко несколько циклонов последовательно развиваются на одном и том же фронте. Такая серия называется семейством циклонов. Обычно циклоническая серия проходит через какой-либо район в течение недели. С этим и связаны 5—7-дневные периоды штормовой погоды.

Внимательное наблюдение за облачностью, ветром, изменениями атмосферного давления и температуры воздуха позволяет делать важные для мореплавания выводы:

если отдельные кучевые облака движутся в том же направлении, что и ветер у поверхности моря, наблюдатель находится в задней стороне циклона и можно ожидать ухудшения погоды;

если направление движения облаков не совпадает с направлением ветра у поверхности моря, наблюдатель находится в передней части циклона и через 1—2 сут следует ожидать продолжительных осадков и изменения температуры (понижения ее летом и повышения зимой);

если ветер усиливается и направление его изменяется по солнцу, наблюдатель северного полушария (южного полушария) находится в правой (левой) половине циклона; если направление усиливающегося ветра изменяется против солнца, следует сделать обратное заключение; если направление ветра не меняется, наблюдатель находится на пути центра циклона и следует ожидать временного затишья, а затем усиления ветра с противоположной стороны.

Тропическими циклонами называются циклонические возмущения, возникающие между тропиками Рака (ф = 23,5° N) и Козерога (ф = 23,5°S).

от циклонов умеренных широт сохраняются практически во всей области образования циклона.

Скорость перемещения тропических циклонов от 5—10 уз в их начальном периоде до 20—30 уз в зрелой стадии.

Максимум повторяемости тайфунов и антильских ураганов приходится на август-сентябрь. На севере Индийского океана циклоны отмечаются в основном с апреля по ноябрь, а у Мадагаскара — в январе — марте. Чаще всего возникают восточно-азиатские тайфуны — до 23 в год.

Одним из признаков приближения тайфуна является появление зыби, идущей не от направления, от которого дует или дул ранее ветер. Развиваемая ветром зыбь может быть обнаружена уже на расстоянии 400—600 миль от центра тайфуна. О положении такого центра можно судить по направлению зыби, а по изменению направления зыби судят о направлении движения самого циклона. При приближении центра тайфуна атмосферное давление резко падает, перистые облака сменяются нагромождением ливневых облаков; наступает предгрозовое затишье с удушливой жарой. Затем температура воздуха быстро падает, начинается дождь, переходящий в тропический ливень.

Упрощенная схема тропического циклона для северного полушария приведена на рис. 48. Как видно из рисунка, ветры в области тайфуна отклонены от направления на его центр вправо в среднем на 60°. Следовательно, для наблюдателя, стоящего спиной к ветру, центр тайфуна будет находиться впереди, приблизительно на 60° влево от направления ветра.

Зона облаков и осадков тропического циклона имеет форму спиральных полос, сходящихся к центру циклона. Наиболее сильные ветры и интенсивные осадки наблюдаются в поясе, прилегающем к «глазу бури» — центральному району диаметром 15—35 миль.

Пользуясь схемой тропического циклона (см. рис. 48), нетрудно установить положение судна относительно пути движения центра тропического циклона: если направление ветра меняется по часовой стрелке, то через судно проходит правая половина циклона; если направление ветра меняется против часовой стрелки,— левая половина; если направление ветра не меняется,— центр циклона. Таким образом, для выбора оптимального правильного курса при расхождении судна с тропическим циклоном необходимо руководствоваться следующими правилами.

В северном полушарии (рис. 49, а):

при прохождении правой половины тропического циклона нужно лечь в бейдевинд правого галса (ветер привести в правую скулу) и сохранять этот курс до тех пор, пока барометр не начнет подниматься;

при прохождении левой половины тропического циклона — лечь в бакштаг правого галса (привести ветер в корму справа) и держать этот курс до выхода из зоны тропического циклона;

находясь на пути центра тропического циклона, надо лечь в бакштаг правого галса и держаться, как указано ранее.

В южном полушарии (рис. 49, б):

при прохождении левой половины тропического циклона надо лечь в бейдевинд левого галса, сохраняя курс до начала подъема показаний барометра;

при прохождении правой половины тропического циклона — лечь в бакштаг левого галса и держаться, как указано ранее;

при прохождении на пути урагана также привести ветер в бакштаг левого галса и так править до выхода из зоны урагана.

Антициклоны — области повышенного давления с замкнутыми изобарами — могут, как и циклоны, быть стационарными и подвижными. Малоподвижные субтропические антициклоны особенно четко выражены в летний период; наиболее известны азорский и гавайский антициклоны. Воздух в антициклоне циркулирует в северном полушарии по часовой стрелке, а в южном — против. Диаметр хорошо развитого антициклона в среднем около 1 тыс. миль; давление в центральной части 101,5—103,0 кПа.

Условия погоды в антициклоне могут сильно отличаться от описанных выше, так как они зависят от характера воздушной массы, в которой сформирован антициклон, от стадии его развития, от особенностей подстилающей поверхности, от сезона и т. д. Так, антициклон, проникший с севера, в холодное время года приносит понижение температуры, ясную погоду и хорошую видимость; в теплое время года — грозы. Антициклон, приходящий с юга, в холодное время

Рис. 49. Выбор курса судна при расхождении с тропическим циклоном
Рис. 48 Схема тропического циклона се верного полушария

года несет длительную пасмурную погоду; в теплое — дожди с грозами, а по ночам — росу и поземные туманы. Таким образом, в целом в антициклонах гидрометеорологические условия плавания более благоприятные, чем в циклонах.