Атмосферный вихрь с повышенным давлением в центре

Атмосферные явления изучались еще древними учеными с начала времен. Однако, большой шаг в этом направлении был сделан после появления современных технологий и оборудования, такого как метеорологические станции и спутники.

Атмосферные вихри

Циклоны и антициклоны образуются в тропосфере – самом нижнем из слоев Земли. Некоторые из них незаметны для нас, другие наоборот – сильно влияют на климат планеты. Циклонами принято называть области в атмосфере планеты с низким давлением, в середине которой давление намного ниже, чем на окраинах. Антициклоном, наоборот, называется область с высоким давлением, которое повышается от оконечностей к середине.

Находясь в северном полушарии Земли, циклоны, согласно силе Кориолиса, движутся в направлении против часовой стрелки и сдвигаются вправо. В тоже время антициклоны, также находясь в северном полушарии, вращаются по часовой стрелке и сдвигаются в левую сторону. В южном полушарии нашей планеты вращение и сдвиги циклонов и антициклонов происходят в обратном направлении.

Ученые заметили, что если в одном регионе Земли давление становится меньше, то в другом наблюдается его увеличение. Кроме того, ученые отмечают, что механизм, который приводит в движение циклоны и антициклоны является для них общим: это неоднородное повышение температуры разных участков поверхности и обороты нашей планеты вокруг своей оси.

Тем областям, где господствует циклон, свойственны дождь, порывы ветра и облачность. Во время нахождения антициклона над этими областями летом наблюдается жаркая, малооблачная погода, редкие осадки и отсутствие ветра, а зимой из-за него образуется холодная и ясная погода.

Огромные вихри, которые достигают нескольких тысяч километров в диаметре, называют Кольцом змеи. Они образуются в умеренных и полярных широтах вследствие столкновения теплого экваториального воздуха и холодных и сухих воздушных арктических (или антарктических) потоков. Граница таких потоков воздуха называется атмосферным фронтом. 

Образовавшийся вихрь в процессе своего движения захватывает близлежащие слои воздуха и начинает двигаться с большой скоростью – от 30 до 50 километров в час. Движение на окраинах циклона быстрее, чем в его центре. Через некоторое время своего существования циклон достигает значительных размеров: его диаметр становится от 1 до 3 тысяч километров, а высота достигает от 2 до 20 километров. В тех областях земного шара, где проходит циклон, резко меняются погодные условия. Это происходит из-за того, что в центре циклона наблюдается нехватка воздуха из-за низкого давления, и для того, чтобы пополнить его недостаток в центр начитает поступать холодный воздух. Это приводит к выталкиванию теплого воздуха вверх, там он охлаждается, а находящаяся в нем влага преобразуется в облака, которые несут в эти области осадки.

Ученые наблюдают разную продолжительность существования циклонов: некоторые из них живут от пары дней до нескольких недель. Однако, некоторые из них могут существовать около одного года. Отметим, что для экваториальной зоны не свойственно образование вихрей, так как в ней не действует сила Кориолиса, которая необходима для их образования.

Тропический циклон считается самым южным и формируется не ближе пяти градусов от экватора. Ему свойственен меньший диаметр, однако, скорость ветра более высокая. Тропический циклон зачастую перерождается в ураган.

Выделяют несколько типов циклонов. Это вихрь умеренных широт и тропический циклон, который становится прародителем страшных ураганов.

Тропический циклон

Тропические циклоны зарождаются в областях, где температура  поверхности океана не опускается ниже 26 градусов. Когда разница с температурой воздуха становится более 2 градусов, испарение происходит более интенсивно, повышается влажность воздуха, что способствует вертикальному поднятию воздушных масс. В результате этого образуется сильная тяга, которая затягивает в себя все новые прогретые и влажные массы воздуха. Из-за вращения планеты вокруг своей оси поднимающемуся воздуху придается вращение, скорость которого увеличивается. Нередко эти вихри перерождаются в мощнейшие ураганы.

Такие тропические циклоны образуются исключительно над поверхностью океана между 5 и 20 градусами северной и южной широт. Когда они добираются до суши, сила их быстро исчезает.

Как правило, тропические циклоны имеют относительно небольшой размер – их диаметр часто не более 250 километров. А вот давление в центре вихря очень низкое. Чем ниже давление – тем быстрее движется ветер. Скорость перемещения таких вихрей, как правило, составляет от 10 до 30 метров в секунду, а порывы ветра превышают 100 метров в секунду.

Выделяют несколько типов тропических вихрей: возмущение, депрессия, шторм и ураган.

Возмущением принято называть вихрь, который движется со скоростью не выше 17 метров в секунду. Под депрессией понимают скорость движения циклона от 17 до 20 метров в секунду. Движение циклона со скоростью до 38 метров в секунду называют штормом. Ураган перемещается на скорости более 39 метров в секунду, а центр такого циклона — область тихой погоды — называют «глазом бури». Его размеры около 30 километров в диаметре, однако, если циклон приобретает разрушительную силу, то размер «глаза бури» может увеличиться до 70 километров в диаметре.

Область тихой погоды внутри циклона имеет более теплый и менее влажный воздух, чем в остальной части вихря. На границе вихря и «глаза бури» резко прекращаются осадки, зачастую наступает штиль, небо становится безоблачным.

Из-за того, что движение циклона происходит в направлении с океана на сушу, он гонит перед собой огромные водные массы, которые, достигая земли, уничтожают все, что там находится.

Ученые отмечают и тот печальный факт, что из-за глобального потепления из года в год сила таких тропических циклонов увеличивается.

Выделяют несколько видов циклонов и антициклонов:

— стационарные движутся со скоростью менее 5 километров в час

— малоподвижные движутся со скоростью от 5 до 10 километров в час

— подвижные перемещаются со скоростью более 10 километров в час

Зарождение и перемещение циклонов и антициклонов принято называть циклонической деятельностью, которая занимает важное место в циркуляции атмосферы. Выделяют фронтальные и нефронтальные (термические) циклоны и антициклоны. Фронтальные образуются на фронтах, а нефронтальными называют такие вихри, которые зарождаются над летом над сушей, а зимой над теплыми морями. Термические циклоны зарождаются из-за неровного прогревания подстилающей поверхности, возникновения устойчивых восходящих движений воздуха над довольно небольшими территориями, радиусом от 100 до 200 километров, а также образования зон падения давления. 

Выделяют несколько стадий жизни фронтальных циклонов:

— стадия возникновения. Циклон зарождается благодаря движению воздушных масс в противоположном направлении друг от друга с обеих сторон фронта, или в одном направлении, но с различной скоростью. В результате такого движения на одном из участков линия фронта искривляется и образовывается завихрение, что приводит к постоянному увеличению холодного и теплого фронтов. Из-за возникновения вихря появляется область с низким давлением.

— стадия молодого циклона. Этой стадии характерно возникновение теплого участка циклона, который образуется между холодным и теплым фронтами, а также системой нескольких замкнутых изобар. Из-за того, что холодный фронт движется быстрее, чем теплый, то со временем теплый фронт сужается. Это сужение сопровождается дальнейшим понижением давления внутри циклона.

— стадия максимального развития циклона. Когда понижение давления в центре циклона останавливается и происходит сужение теплого сектора циклона, то в задней части возникают вторичные холодные фронты. Облачная система циклона приобретает отчетливую спиралевидную форму. Происходит смыкание облачных систем холодного и теплого фронтов. Далее происходит вытеснение теплого воздуха, из-за чего перестают существовать холодный и теплый фронты. У земной поверхности циклон заполняется холодными воздушными массами, которые в дальнейшем распространяются вверх. Из-за того, что увеличивается масса воздуха в циклоне, возрастает и давление в его центре.  

— стадия заполнения. На этой стадии наблюдается деградация облачных систем, уменьшается скорость ветра, уменьшается давление, и, в конце концов, у земли циклон исчезает, хотя на высоте он может существовать еще некоторое время.

Антициклоны

Под антициклоном принято называть противоположность циклону — это вихрь, в центре которого высокое атмосферное давление, а на окраинах – пониженное. Воздух в таком вихре движется вниз. Антициклоны зарождаются в нижних слоях атмосферы во время проникновения холодных масс воздуха в более теплые. Свое начало антициклоны берут в субтропических и полярных широтах. Движется такой вихрь со скоростью около 30 километров в час. Для антициклона характерна жаркая, ясная и сухая погода при отсутствии ветра летом, и морозная, сухая, ясная и безветренная погода зимой. Кроме того, из-за отсутствия осадков могут происходить большие колебания суточной температуры.