В школьном кабинете географии самыми запоминающимися вещами вечно оказываются старые потертые глобусы на вершинах покосившихся гряд деревянных шкафов, такая же потертая карта мира над зеленым океаном грифельной доски, островок собственной парты, исписанный петроглифами аборигенов старших классов да вид из окна, расположенного по левую руку. Слова молодой учительницы, с выжженными перекисью светлыми кудрями и непривычной для школьной учительницы стройностью, запоминались хуже, чем особенности ее внешности. Что-то, конечно, влетало в голову через одно из ушей, но задерживалось там ровно до контрольной работы по этой теме, после чего немедленно вылетало из другого уха. И это говорит отличница! В головах у двоечников вряд ли хоть что-то задерживалось на срок больший, чем необходимо звуковой волне, чтобы преодолеть расстояние между ушами.
Учительница была молодая и искренне расстраивалась невнимательности и распущенности класса, однако никаких воспитательных санкций не применяла. А зря, может быть, я бы запомнила что-то интересное для взрослой жизни, а не делала виновато-озадаченное лицо каждый раз при словах "циклон" или "антициклон", сказанные диктором на радио при прогнозе погоды.
Уверена, такие проблемы есть не только у меня. Поэтому сегодня мы разберемся с явлением циклонов, а в следующей статье - антициклонов.
Циклон - это воздушная масса в виде атмосферного вихря огромного диаметра (от сотен до нескольких тысяч километров) с зоной пониженного давления воздуха в ее центре, внутри которой ветра дуют от краев к центру. Срок жизни среднего циклона - 7-10 дней. Циклоны возникают в пограничной области атмосферы. Так называется область атмосферы, чьи свойства и динамика во многом определяются ее взаимодействием с твердой поверхностью планеты. Необходимое условие для образования циклонов - это осевое вращение планеты. Ветры, дующие от краев циклона к его центру, в северном полушарии закручиваются против часовой стрелки, а в Южном - по ней. Дело в том, что в пограничном слое атмосферы действие внутреннего трения приводит к появлению у вектора скорости ветра нового слагаемого, направленного к центру циклона и против направления барического градиента. Барический градиент - это вектор, характеризующий степень изменения давления сплошной среды в пространстве. У этого градиента есть две компоненты - вертикальная и горизонтальная. В метеорологии используется горизонтальная компонента. В горизонтальной плоскости вектор горизонтального градиента нормален к линиям изобар (линии на карте, соединяющие области с одинаковым давлением), т.е. перпендикулярен и направлен в сторону уменьшения давления. В случае с циклоном - к его центру.
Второе необходимое для формирования циклона условие - это присутствие эффекта Кориолиса, который также возможен благодаря осевому вращению Земли. Это одна из сил инерции, действующая на поток жидкости или газа в неинерциальной системе отсчета. Здесь самое время вспомнить другой школьный предмет - физику. Инерция - это явление сохранения скорости телом. Неинерциальная система отсчета - система, движущаяся с ускорением относительно инерциальной системы. А инерциальная система отсчета - это система, где тело движется равномерно и постоянно, либо находится в покое. Шуруп, вворачиваемый отверткой в стену - инерциальная система отсчета относительно этой стены, которая никуда не убегает.
Равновесие горизонтальной компоненты силы барического градиента и силы Кориолиса приводит к установлению потока воздуха, направление которого расположено вдоль изобар (геострофический ветер).
На формирование циклонов также влияют центробежные силы и силы трения воздуха о твердую поверхность планеты. Сочетание действия всех этих сил объясняет направление движения воздуха внутри циклона. В Северном полушарии ветры отклоняются вправо (против часовой стрелки) под действием осевого вращения Земли, в Южном - влево (против часовой стрелки). Это, а так же причину понижения давления в центре циклона, легко объяснить с помощью правила, изучаемого на уроках той же физики в школе: правила буравчика или правила правого винта. Если расположить шуруп перпендикулярно поверхности стены, то для его выкручивания необходимо вращать его против часовой стрелки, а для вкручивания (как в антициклонах) - по ней. При "выкручивании" шурупа направление его вращения определяет направление потоков воздушных масс. Т.е. при циклоне они поднимаются вверх, а раз воздух поднимается вверх, то он не давит больше на поверхность земли, и образуется область пониженного давления.
Внимательный читатель мог запомнить, что выше уже говорилось о том, что циклоны формируются в пограничном слое атмосферы. Пограничным он называется не только потому, что граничит с поверхностью Земли своим нижним слоем, но и со стратосферой - верхним. Верхний слой тропосферы, где вертикальный градиент температуры убывает до 0,2№/100 м или ниже (и остается столь же низким по крайней мере в вышележащем двухкилометровом слое), называется тропопаузой. Выше расположена стратосфера. При движении в атмосфере циклонов и антициклонов высота тропопаузы изменяется волнообразно: она снижается над тыловой частью циклона и передней частью следующего за ним антициклона и поднимается над тыловой частью следующего циклона. Одновременно меняется температура на уровне тропопаузы и в лежащей над ней нижней части стратосферы: при низкой тропопаузе температура повышена, при высокой - понижена.
Циклоны похожи не только на шурупы, но и на ежей. Существует даже теорема о причесывании ежа и доказываемая с ее помощью теорема о неподвижной точке Бауэра, следствием которой является наличие в атмосфере хотя бы одного циклона в любой момент времени. Теорема о причесывании ежа утверждает, что на планете всегда будет хотя бы одна точка, в которой нет ветра. Такая точка будет центром циклона или антициклона: ветер будет закручиваться вокруг этой точки, при этом он не может направляться к ней или исходить из нее. Иными словами, если попытаться причесать свернувшегося в комок ежа, то хотя бы одна иголка все равно будет торчать. Поэтому при наличии хоть какого-то ветра на планете в ее атмосфере обязательно будет циклон. Над циклоном тропопауза, как правило, прогнута вниз в виде воронки.
Этих ежей принято делить на два вида по месту их формирования: внетропические и тропические.
Внетропические ежи живут в течение всего года во внетропических широтах обоих полушарий и достигают весьма значительных размеров: хорошо развитый внетропических еж имеет в поперечнике 2-3 тыс. км. Его появление над всей огромной территорией земного шара определяет погоду на ней. Вертикальная мощность (распространение) таких циклонов меняется с течением времени. В первой части их жизней температура в них распределена ассиметрично относительно центра: в передней части циклона с притоком воздуха из низких широт, температуры повышены; в задней части, наоборот, понижены. Поэтому с высотой изобары размыкаются: над теплой передней частью располагается гребень повышенного давления, над холодной тыловой - пониженного. По мере развития циклон становится высоким, т.е. замкнутые изобары обнаруживаются и в верхней части тропосферы. Поэтому температура воздуха в общем в циклоне понижается, погода становится пасмурной, начинают идти дожди. Тропопауза над хорошо развитым циклоном прогнута вниз, и над ней формируется область с повышенной температурой стратосферы. Давление в центре внетропического циклона, также называемое "глубиной" циклона, обычно составляет 990-970мб, однако зафиксированы и случаи экстремально низкого давления в 925мб. Внетропические циклоны формируются между воздушными массами разной температуры на главном (полярном и арктическом) фронте.
Тропические же ежи живут в тропических широтах. Обязательное условие для их формирования - наличие теплой морской поверхности (ее температура должна быть не ниже 26,5 ̊при глубине не менее 50м). Это мощные вихри меньших диаметров, чем внетропические (от 222км до 888км, самые распространенные - 400-600км), которые получают свою энергию от поднятия влажного воздуха вверх, конденсации водяных паров в виде дождей и опускание получаемого в этом процессе более сухого воздуха вниз, где повторно происходит его насыщение водяными парами. Строение тропического ежа так же отличается от строения ежа внетропичаского, как различаются зоны их обитания. Его центральная часть, где воздух опускается вниз, называется глазом. Погода в этой области часто безветренная и даже солнечная. Вокруг глаза расположена стена глаза, состоящая из мощных грозовых кучевых облаков. Осадки и ветры у поверхности в этой области сильнейшие. Внешняя часть тропического циклона заплетена в дреды дождевых полос, состоящие их грозовых кучевых облаков. В стене глаза и в этих дождевых облаках воздух поднимается, а в пространствах между полосами, свободных от низких облаков - опускается. Тропические ежи - создания крайне агрессивные и несут за собой масштабные разрушения благодаря скорости ветра. На Дальнем Востоке и в Юго-Восточной Азии тропические циклоны называются тайфунами, а в Северной и Южной Америке - ураганами.
Примечательно, что люди с XIXв. Стали давать тропическим циклонам названия. Это была необходимая мера для учета всех существующих циклонов, ведь срок их жизни составляет более недели, и за это время на смену старому циклону может прийти вновь сформировавшийся. Жители Карибских островов давали урагану имя того святого, в чей день он обрушился на людей. Так, например, свое имя получил ураган Santa-Ana, который достиг г. Пуэрто-Рико 26 июля 1825 г., в день св. Анны. А в конце XIXв. Австралийский метеоролог Клемент Рагг подошел к этому вопросу с юмором и называл циклоны в честь политиков, которых он не поддерживал. Широкое распространение наименование тайфунов в северо-западной части Тихого океана получила по время Второй Мировой Войны. Метеорологи военно-воздушных и военно-морских сил США называли их в честь своих жен и подруг. Список этих имен был официально узаконен. В 1979г. Всемирная Метеорологическая Организация (ВМО) под давлением феминистских организаций США расширила имеющийся список женских имен и мужскими. Региональные центры ВМО, как правило, также присваивают тайфунам женские имена. Однако в азиатском списке присутствует некоторое количество существительных, обозначающих различные виды растений, животных, птиц, даже блюда. Кроме имени, каждый тайфун в северо-западной части Тихого океана получает четырехзначный номер, где первые две цифры обозначают год его появления, а вторые две - порядковый номер в этом году.
Сегодня мы разобрались с метеорологическим понятием "циклон". А в следующем выпуске рассмотрим понятие "антициклон", после чего перейдем к обобщающей теме атмосферных фронтов. Оставайтесь с нами, дорогие читатели!