Влагооборот_Лекция №8 - Климат и жизнь | Climate and life
advertisement
Зональный и меридиональный перенос водяного пара в атмосфере Макросиноптические процессы классифицируют по типам циркуляции • При зональном типе циркуляции над Северным полушарием господствует западный перенос и воздух течет с океанов на сушу • Пример зонального типа циркуляции на карте абсолютной топографии поверхности 500 мб. • Про меридианальном типе циркуляции (вне тропиков) перенос воздуха с юга на север или наоборот • Пример меридионального типа циркуляции на карте абсолютной топографии поверхности 500 мб. Степень преобладания зональных составляющих над меридиональными может быть различной. • Над тропическими океанами преобладание восточных составляющих в переносе воздуха в нижней части тропосферы выражено очень резко и легко различимо даже на отдельных синоптических картах, т. е. в отдельные дни. • Меридиональные составляющие в тропиках, по крайней мере, в 10 раз меньше зональных. • Наблюдается преобладание западных ветров в умеренной зоне южного полушария. • В то же время во многих районах умеренных широт северного полушария ветер часто и сильно 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. Меридиональные составляющие Меридиональные составляющие переноса воздуха в общей циркуляции атмосферы, при меньшей величине по сравнению с зональными, имеют очень большое значение. Именно они обусловливают обмен воздуха между различными широтами Земли. Результирующие потоки ВП • • • • Январь и июль –рис. 6-10 в МВБ период 1957-1965 гг. В ЮП-всего 32 станции По данным «Материалы по климату и циркуляции в свободной атмосфере над СССР», 1970 г. для 12 стандартных высот • По данным «Материалы по климату и циркуляции в свободной атмосфере над зарубежными странами СП.», 1972-73 гг. 7 высот (до 300 мб) январь • Преобладает зональная составляющая • Западный перенос и пассаты • Западный перенос в УШ над ОКЕАНАМИ (300 кг/(м*с) • Пассаты- восточный перенос 400 кг/(м*с) над Тихим океаном • Высокие широты –восточный перенос- 20 кг/(м*с) • Результирующие потоки в СП больше чем в ЮП • ЗП в 4 раза больше МП Меридиональные составляющие январь • -преобладают южные потоки над УШ • северные потоки – в тропических широтах СП • ЮП- поле меридиональных потоков выражено слабее Над континентами и морями • Евразия – с Атлантики 55-60°сш. • СВ Азии- с Тихого океана по северной периферии Алеутского мин. – зональная составляющая имеет восточное направление. • Значителен вклад турбулентного потока влаги с океана июль • СП- зональный перенос меньше, чем в ЮП, т.е. преобладает меридиональный перенос. • УШ- западный перенос с южной составляющей. • Зона пассатов расширяется до 20ю.ш.. -25◦сш. (ВЗК смещается в летнее полушарие) Сев. Ам., Сев.Индийского океана, Индостан и Индокитай – вместо пассата- летний муссон. • Влагооборот- адвективные потоки и местные потоки вп • Осадки местные и принесенные • (испарение) • Для правильного расчета влагооборота в атмосфере необходимо выявить роль главнейших факторов, являющихся составными его частями, а именно переноса влаги в атмосфере, осадков, стока и испарения, причем особенно важно определить количество влаги, переносимой в атмосфере в единицу времени. • Осадки, сток и испарение для средних годовых условий связаны следующим соотношением: • О=И+С • где О — количество осадков, выпадающих на данной территории в течение некоторого отрезка времени, • И — количество влаги, испаряющейся с этой же территории, • С — речной сток за тот же отрезок времени. • Осадки О, выпадающие на некоторой территории, образуются частично из водяного пара, перенесенного на эту территорию извне (это так называемые внешние осадки Ов), и частично из водяного пара, которым обогащается воздух вследствие местного испарения с подстилающей поверхности (это внутренние, или местные, осадки Ом) (рис. 72). Так как воздух с содержащимся в нем водяным паром находится в непрерывном движении, скорость которого по сравнению со скоростью вертикальных перемещений достаточно велика, то естественно, что осадки, выпадающие на малой площади, будут состоять главным образом из влаги, перенесенной сюда извне. В этом случае роль местного испарения в формировании осадков на той же территории настолько незначительна, что практически ее можно считать равной нулю. Роль местного испарения в формировании выпадающих на данной территории осадков будет возрастать в зависимости от увеличения размеров рассматриваемой территории. • • При исследовании влагооборота в атмосфере прежде всего определяется значение местного испарения в формировании осадков. Водяной пар, поступающий извне (Вв), частично расходуется на образование внешних осадков (Ов), выпадающих на данной территории, а остальная часть (Вв—Ов) переносится за ее пределы (рис. 72). Это атмосферный сток (Вв—Ом). Испаряющаяся с этой территории влага (И) частично расходуется на образование внутренних, или местных, осадков (Ом), а остальная часть выносится за пределы этой территории. Это тоже атмосферный сток (И—Ом). Таким образом, суммарный атмосферный сток (Ас) с ограниченной территории складывается из влаги, перенесенной сюда извне (Вв—Ов), и влаги, испарившейся с этой территории (И—Ом). Очень важно определить коэффициент влагооборота, показывающий, сколько раз влага, пришедшая извне и выпавшая на данной территории в виде внешних осадков (Ов), будет испаряться и вновь выпадать здесь же до того, как она унесется атмосферным (Ас) и речным (Рс) стоком. Однако из трех величин, входящих в равенство Ов = Ас+Рс и необходимых для определения коэффициента влагооборота, измеряется только величина речного стока (Рс). Две другие величины (Ов и Ас) не поддаются прямым измерениям. Поэтому до последнего времени для определения коэффициента влагооборота делались произвольные предположения. Так, например, при попытке рассчитать влагооборот над Западной и Средней Европой было принято, что величина атмосферного стока равна половине речного стока. Предполагалось, что летние осадки в Европе образуются главным образом из водяного пара, поступающего в атмосферу вследствие местного испарения. • • Новейшие исследования показывают, что над Западной и Средней Европой, так же как и над другими районами средних и высоких широт, воздух находится в непрерывном движении и что отдельные объемы его перемещаются с достаточно большими скоростями. В частности, над Европой, по данным аэрологических наблюдений, средние скорости ветра на высоте 3 км составляют свыше 30 км/час. В соответствии с этим, если учесть размеры территории Западной и Средней Европы, некоторый объем воздуха, движущийся в одном направлении, может пройти эту территорию в среднем примерно за двое суток. Кроме того, осадки, выпадающие летом в Европе, связаны преимущественно с деятельностью циклонов, перемещающихся главным образом с запада на восток. Прогревание поступающих с Атлантики масс воздуха над Европой обусловливая развитие термической конвекции, лишь усиливает процесс образования облаков и осадков из влаги, принесенной сюда воздушными массами. Поэтому неправильным было распространенное мнение, что для Западной и Средней Европы величина внешних осадков составляет лишь 1/2 общей суммы осадков. • В расчетах влагооборота, выполненных по новому методу, предложенному независимо друг от друга М. И. Будыко и О. А. Дроздовым, К. И. Кашиным и X. П. Погосяном, впервые были использованы данные аэрологических наблюдений о влажности и ветре на высотах. Чтобы произвести расчет влагооборота, необходимо определить роль главнейших факторов, участвующих в этом сложном процессе. Как уже говорилось выше, такими факторами являются перенос влаги в атмосфере, осадки, сток и испарение. • Облака, дающие в средних широтах осадки, располагаются большей частью до высот 5—6 км. Так как влагосодержание в единице объема воздуха быстро убывает с высотой, то на уровне 5 км количество влаги настолько мало, что практически в образовании осадков она не может играть существенной роли. Поэтому при расчетах количества влаги, переносимой над какой-либо территорией, учитывается запас влаги, которая содержится в столбе воздуха высотой 4—5 км. • По мере удаления воздуха от берегов океана содержание з нем водяного пара вследствие выпадения осадков постепенно уменьшается. Уменьшение влагосодержания происходит тем быстрее, чем больше осадков выпадает вдоль пути переноса воздуха. Если бы все выпавшие осадки уходили через речной сток, то, как мы видели, воздух скоро стал бы сухим. В действительности этого-не происходит, так как значительная часть выпавших осадков путем испарения вновь возвращается в атмосферу. Однако роль испарения в выпадении осадков на различных по величине территориях различна. Поскольку воздух находится в непрерывном движении, то при одной и той же скорости ветра влага, испаряющаяся с малой площади, будет вынесена за ее пределы быстрее, чем с большой площади. Поэтому вода, испарившаяся с малой площади, в большинстве случаев не успевает повлиять на увеличение осадков на этой же территории. • Заметим, что влага, испаряющаяся даже с большой площади, может несколько увеличить количество выпадающих осадков лишь в том случае, если циркуляция атмосферы обусловливает подъем этой влаги вверх, что обычно происходит при циклонической деятельности. Наоборот, при антициклонической циркуляции, когда испарение происходит наиболее интенсивно, как правило, испаряющаяся влага не может играть существенной роли в увеличении количества выпадающих осадков. • В качестве примера приближенного расчета влагооборота на ограниченной территории суши приведем расчет влагооборота для Европейской территории СССР. Согласно этим расчетам, в течение года над Европейской территорией СССР переносится воздухом 8507 км3 воды. Площадь бассейнов всех рек Европейской территории СССР составляет около 6,5 млн. км2. Речной сток на этой территории за год равен 928 км3 воды. Среднее годовое количество осадков на этой же территории можно принять равным 480 мм, или 3120 км3. Значит, в этом случае испаряется 2192 км3 воды. Из полученных величин стока, осадков и испарения следует, что по отношению к влаге, переносимой воздухом в течение года, осадки составляют около 37%, сток — 11% и испарение — 26%. • Эти данные указывают на роль каждой составляющей баланса влаги на таком обширном пространстве, как Европейская территория СССР. Как видно, из огромного количества влаги (8507 км3), переносимой в основном с запада, через речной сток уходит лишь 928 км3, т. е. около 11%, а большая часть влаги (7579 км3) уносится за пределы этой территории в основном в восточном направлении и выпадает в виде осадков на землях, расположенных за Уралом. Что же касается роли испарения, то расчеты дают следующие результаты. Из всей испаряющейся с Европейской территории СССР влаги лишь 13% выпадает вновь на эту же территорию в виде осадков. Остальные 87% осадков образуются из влаги, принесенной сюда извне. Эти выводы получены для средних за год условий. • Следует, однако, заметить, что за средними месячными и годовыми суммами осадков скрываются важнейшие детали. Если средняя температура отдельного меся-да или года не особенно заметно отклоняется от многолетней, т. е. от нормы, то этого нельзя сказать об осадках. Суммы осадков за отдельные месяцы или годы во всех частях земного шара варьируют в широких пределах — от нуля до двойной, тройной нормы и более. Нередко даже суточное количество осадков превышает месячную, а в отдельных случаях и сезонную норму. Отмечены случаи, когда в тропических странах сумма осадков, выпавших за сутки, превышала 1000 мм. • Позднее на основе расчетов было показано (О. А. Дроздов, А. И. Бурцев, А. С. Григорьева), что в отдельные короткие промежутки времени роль местного испарения в выпадении осадков может быть значительна. Это возможно в тех случаях, когда влага менее интенсивно (при слабых ветрах) выносится за пределы рассматриваемой территории и большая часть испаряющейся влаги идет на образование облаков и осадков. Подобные условия создаются обычно в летнее полугодие и выполняются не часто. • Данные аэрологических наблюдений, как и знание особенностей атмосферной циркуляции, позволяют решать проблему влагооборота в атмосфере и на основе физически обоснованного метода произвести расчет влагооборота как над ограниченной территорией суши, так и над материками в целом.
