Bendroji Atmosferos Cirkuliacija
-
Upload
saima-yankee -
Category
Documents
-
view
438 -
download
5
Transcript of Bendroji Atmosferos Cirkuliacija
Bendroji atmosferos cirkuliacija
TURINYS
Įvadas.................................................................................................................................................3
1. Atmosferos cirkuliacijos ypatumai.............................................................................................3
2. Bendra atmosferos cirkuliacijos schema....................................................................................3
2.1. Cirkuliacijų zonos....................................................................................................................3
2.2. Koriolio efektas...................................................................................................................3
2.3. Oro masių pakitimai ir vėjo cirkuliacija..............................................................................3
3. Musoninė cirkuliacija.................................................................................................................3
4. Atmosferos sraujymės................................................................................................................3
Literatūros sąrašas..............................................................................................................................3
Įvadas
Žemės atmosfera yra nuolatiniame judėjime, o jėgos, sukeliančios atmosferos judėjimą,
atsiranda dėl nevienodo žemės paviršiaus įšilimo. Šių jėgų veikimas yra nukreiptas palaikyti
atmosferos pusiausvyrą. Tačiau realioje atmosferoje tokios pusiausvyros nėra, kadangi oro
judėjimas niekada nenutrūksta, o tai sukelia orų permainas. Orų pasikeitimo analizė, sinoptinių
žemėlapių pagalba, leido išaiškinti priklausomybę kiekviename Žemės geografiniame taške ir
fizinių atmosferos procesų. Iš sinoptinių žemėlapių galima sužinoti ne tik orus, kurie buvo stebimi
tam tikrą valandą, bet ir numatyti dėsningumus, orų pasikeitimus kelių valandų ar net parų bėgyje.
Šį sudėtingą darbą atlieka meteorologai.
Iš visų oro tėkmių galima išskirti pagrindines, dėsningesnes savo masteliais ir pastovesnes.
Tokios oro tėkmės, apimančios didelius geografinius rajonus ir tam tikru atžvilgiu pastovios,
vadinamos bendrąja atmosferos cirkuliacija.
1. Atmosferos cirkuliacijos ypatumai
Atmosferos cirkuliacija, tai oro judėjimas visuose atmosferos lygmenyse, per visas planetos
dalis. Varomoji jėga yra saulės energija, kuri skirtingai įšildo Žemę ties pusiauju, vidurinėse
platumose bei ties poliais. (Science Clarified, 2006).
Du pagrindiniai veiksniai, sukeliantys atmosferos cirkuliaciją, yra pusiaujo ir ašigalių
temperatūrų skirtumas bei planetos sukimasis. (Wikipedia, aplankyta 2011 m. sausio 7 d.)
Atmosferos cirkuliacija ir ilgalaikės orų anomalijos Europoje priklauso nuo bendrosios
vandenynų ir atmosferos cirkuliacijos procesų, jūrų ledų paplitimo, astronominių ir geofizinių
veiksnių. Tačiau betarpišką ir stipriausią poveikį orams Europoje daro gretimų rajonų – Šiaurės
Atlanto, Arkties ir Azijos – procesai. Šių kaimynų poveikis ne visada “malonus”, bet gana
neblogai pažįstamas (Veidas.lt, atnaujinta sausio 7d.)
Dėl nevienodo šilumos pasiskirstymo Žemėje, susiformuoja aukšto ir žemo slėgio sritys. Dėl
bendrosios atmosferos cirkuliacijos ties pusiauju ir vidutinėmis platumomis susidaro žemas slėgis,
o ties atogrąžomis ir ašigaliais - aukštas slėgis. Žemas slėgis, jį lemiantys aukštyneigiai oro
srautai, nuo kurių priklauso gausūs krituliai ir aukšta temperatūra ties pusiauju, sudaro puikias
sąlygas atogrąžų miškams augti (pvz.: Amazonės miškai). Iš aukštesnių troposferos sluoksnių
plūstantys žemyneigiai oro srautai lemia aukštą slėgį ties atogrąžomis. Čia iškrinta mažai kritulių,
susidaro dykumos (pvz.Saharos dykuma). (Rytas Šalna, Giedrė Motiejuitė, 2007)
Atšilus klimatui sumažėja temperatūrų skirtumas tarp ekvatoriaus ir kitų klimato juostų. Šis
temperatūrų skirtumas yra pagrindinis atmosferos cirkuliacijos variklis, dėl jo šiluma iš
ekvatoriaus pernešama į kitų platumų juostas. Jeigu temperatūrų skirtumas didėja, tai ir atmosferos
cirkuliacijos aktyvumas didėja. Sumažėjus šiam skirtumui atmosferos cirkuliacija tampa vangesnė
ir šilumos bei drėgmės pernešimas sumažėja. Vadinasi, sausos zonos atšilimo atveju tampa dar
sausesnės, gauna mažiau drėgmės, o tai neigiamai paveiks biotos produktyvumą (Prof. Juozas
Burneikis, 2003).
Bendroji atmosferos cirkuliacija yra daugelio faktorių rezultatas, iš kurių esminiai yra šie:
Saulės energijos pritakos nevienodumai įvairiose platumose ir įvairiu metų laiku;
Žemės sukimasis apie savo ašį ir dėl to kylančios inercinės jėgos poveikis;
Žemės paviršiaus nevienodumai;
Vieni iš pagrindinių bendrosios atmosferos cirkuliacijos elementų:
Zoninės cirkuliacijos tėkmės, turinčius bendrą judėjimo kryptį virš platuminių ratų.
Troposferoje ir stratosferoje vyraujantys vakarų vėjai, žiemą vyrauja poliariniuose
rajonuose, o ištisus metus – vidurio platumose. Šiaurės rytų vėjai, pasatai, vyrauja prie
žemės paviršiaus ir apatinėje troposferoje, tropinėse platumose.
Musonai vyrauja virš tropinių sričių, kyla dėl nevienodo žemyno ir vandenyno įšilimo.
Vasarą pučia iš vandenyno į žemyną, žiemą – atvirkščiai.
Ciklonų ir anticiklonų trajektorijos ir jų tėkmės. Tai didžiuliai sūkuriai su uždara
cirkuliacija. Būdinga vidutinėms platumoms. Tropinėse srityse virš vandenyno vėlyvą
vasarą ir rudenį susidaro tropiniai ciklonai (taifūnai, uraganai) (Mokslai.lt, aplankyta 2011
m. sausio 11 d.).
Taigi, atmosferos cirkuliaciją Lietuvoje formuoja trys klimatologiniai slėgio centrai: Šiaurės
Atlanto – Islandijos žemo slėgio sritis, Azorų anticiklonas ir Azijos anticiklono vakarinis gūbrys.
Centrų aktyvumo kitimui būdingas ne tik metinis ciklas, bet ir ilgalaikiai svyravimai, trunkantys
keliolika metų (Bukantis ir kt., 1998a, 2001; Portapas, 1990).
2. Bendra atmosferos cirkuliacijos schema
2.1. Cirkuliacijų zonos
Yra išskiriamos trys vėjo cirkuliacijos, arba dar kitaip vadinamos cirkuliacijų juostos, tarp
pusiaujo ir kiekvieno poliaus: pasatai (Hadley cirkuliacijos), vidutinių platumų vėjai (Ferrel
cirkuliacijos) bei poliariniai rytiniai vėjai (poliarinės Hadley cirkuliacijos) (2.1.1 pav.) (Science
Clarified, 2006).
Pasatai, arba Hadley cirkuliacijos, pavadintos Anglų mokslininko George Hardley (1685–
1768) garbei, kuris pirmasis šiuos vėjus aprašė 1753 metais. Kadangi oras įšyla ties pusiauju, jis iš
čia pakyla iki žemiausios žemės atmosferos dalies, troposferos, t.y. apie 16 km. Dėl kylančio šilto
oro, žemas slėgis susidaro ties pusiauju. Orui pasiekus aukščiausią troposferos tašką (orui patekus
į tropopauzę), jis nebegali kilti aukščiau, todėl vėsdamas pradeda judėti link polių (Science
Clarified, 2006).
Apytiksliai ties 30 laipsnių šiaurės ar pietų platuma (2.1.1 pav.), atvėsęs oras leidžiasi
žemyn, išstumdamas žemiau esantį orą pusiaujo kryptimi, kadangi oro srautai visada juda link
žemo slėgio sričių. Kai šiaurės ir pietų pasatai susitinka ties pusiauju ir vėl pakyla, ramybės sritis
išauga dėl priešinių vėjų nebuvimo. Pirmieji jūreiviai tokias vietas vadindavo depresijomis (nuo
senosios anglų kalbos žodžio „dull“- vangus, nuobodus), mat įsivyravus štiliui, jie baimindavosi,
jog jų buriniai laivai įstrigs (Science Clarified, 2006).
Tuo metu, kai didžioji dalis susilpnėjusių pasatų vėjų, ties 30 laipsnių platuma, sugrįžta link
pusiaujo, kita šių vėjų dalis plūsta link polių. Apytiksliai ties 60 laipsnių šiaurės ar pietų platuma,
ši oro masė susitinka daug šaltesnį poliarinį orą (sritys, kur tai nutinka, vadinamos poliariniais
frontais). Šaltesnis oras išstumia šiltesnį orą į tropopauzę, iš kur didžioji oro dalis grįžta atgal į
pusiaujo zoną, susilpnėja ties 30 laipsnių platuma ir pradeda ciklą iš naujo. Šios, antros
cirkuliacijos juostos, einančios per vidurines platumas tarp 30 laipsnių ir 60 laipsnių yra
vadinamos vidutinių platumų vėjais arba Ferrell‘io cirkuliacijomis (2.1.1 pav.), taip pavadintomis
po to, kai amerikiečių meteorologas William‘as Ferrell‘is (1817–1891) jas atrado 1856 metais
(Science Clarified, 2006).
Čia, ties 30 laipsnių platuma, Hadley ir Ferrell cirkuliacijų susitikimo vietoje taip pat
įsivyrauja bevėjės zonos, tik šiuo atveju taip nutinka dėl šoninio (lateral) vėjo trūkumo. Jūreiviai,
plukdantys arklius į Ameriką, šioms zonoms suteikė pavadinimą „arklių platumos“ (2.1.1 pav.).
Dėl vėjo stygiaus, įstrigus laivams ir išsekus maisto atsargoms, jie suvalgydavo savo arklius
(Science Clarified, 2006).
2.1.1 pav. Vėjų cirkuliacijos Pasaulyje
Oro srovės ties ašigaliais juda nebe link pusiaujo, bet vietoj to - link polių. Poliuose šis oras
atvėsta, nusilpsta ir teka atgal link 60 laipsnių šiaurės ar pietų platuma. Šios, trečios cirkuliacijos
juostos, einančios per polius yra žinomos kaip poliariniai rytiniai vėjai, arba kaip poliarinės
Hadley cirkuliacijos (2.1.1 pav.), nes teka ta pačia kryptimi kaip ir Hadley cirkuliacijos esančios
netoli pusiaujo. Kaip bebūtų, kadangi joms stinga ties pusiauju būdingos saulės energijos, šios
srovės nėra tokios galingos (Science Clarified, 2006).
2.2. Koriolio efektas
Tai matomas objektų nukrypimas nuo tiesaus judėjimo, stebint iš besisukančio atskaitos
taško. Koriolio efektas sukelia akivaizdžius pokyčius kūno kelio, judančio tiesiaeigėje
besisukančioje koordinačių sistemoje. Iš tiesų kūnas nuo tiesios linijos neatsijungia, taip atsitinka
dėl paviršiaus judėjimo (Elementy, 2006).
Oro srautai, šiose trijose cirkuliacijų srityse, nejuda tiesiai šiaurė – pietūs ar pietūs – šiaurė
maršrutu. Vietoj to, oro srautai pajuda iš rytų į vakarus, ar iš vakarų į rytus. Šis efektas pirmą kartą
buvo užfiksuotas prancūzų matematiko Gaspard-Gusta Coriol‘io (1792–1843) dėka, 1835 metais.
Coriol’is pastebėjo, kad dėl planetos sukimosi, bet koks virš Žemės paviršiaus judantis objektas
yra linkęs dreifuoti šonu nuo jo judėjimo eigos (Science Clarified, 2006).
Žemės paviršiaus vėjų nukrypimas: į dešinę nuo pradinės krypties šiaurės pusrutulyje ir į
kairę nuo pradinės krypties pietų pusrutulyje (Elementy, 2006).
2.2.1 pav. Koriolio efektas
To pasakoje, paviršiniai vėjai (surface winds) Hadley cirkuliacijose – tiek ties pusiauju, tiek
poliuose – nukrypsta nuo šiaurės rytų į pietvakarius Šiauriniame pusrutulyje ir nuo pietryčių į
šiaurės vakarus Pietiniame pusrutulyje. Tačiau, paviršiniai vėjai Ferrellio cirkuliacijoje, linkę pūsti
priešinga kryptimi: nuo pietvakarių į šiaurės rytus Šiauriniame pusrutulyje ir nuo šiaurės vakarų į
pietryčius Pietų Pusrutulyje (Science Clarified, 2006).
2.3. Oro masių pakitimai ir vėjo cirkuliacija
Pasaulio vėjo cirkuliacija (the global wind pattern) dar kitaip yra žinomos kaip bendroji
cirkuliacija, o paviršiaus vėjai abiejuose pusrutuliuose yra suskirstyti į tris vėjo juostas:
(Department of Atmospheric Sciences, 2008)
Poliariniai rytiniai (polar easterlies) – vėjai, vyraujantys poliarinėse platumose, pučiantys
nuo aukšto slėgio regionų ašigaliuose (į pietus šiauriniame pusrutulyje ir į šiaurę
pietiniame). Jie yra paprastai silpni ir nereguliarūs (Wikipedia, aplankyta 2011 m. sausio 7
d.).
Vakariniai (westerlies) – vidutinių platumų vėjai, susiję su Ferelo cirkuliacijos modeliu
(Ferrel cell) ir pučiantys link ašigalių: iš pietvakarių šiaurės pusrutulyje ir šiaurės rytų
pietiniame pusrutulyje. Šie vėjai gali būti labai stiprūs, ypatingai pietiniame pusrutulyje
(40–50 laipsnių platumose), kur yra mažiau vėjams kliudančios sausumos (Wikipedia,
aplankyta 2011 m. sausio 7 d.).
Pasatai (trade winds) – neskaitant tam tikrų vėjų Antarktikos bei Grenlandijos ledynuose,
šie pusiaujo regiono vėjai yra patys pastoviausi planetoje. Šiais vėjais vadovaudavosi
laivai, ankstyvosiose kelionėse iš Europos į Šiaurės ir Pietų Ameriką. Jie siejasi su Hedlio
cirkuliacijos modeliu (Hadley cell). Šie vėjai pučia iš šiaurės rytų link pusiaujo šiaurės
pusrutulyje ir iš pietryčių pietų pusrutulyje (Wikipedia, aplankyta 2011 m. sausio 7 d.).
Vėjo cirkuliacijų sąlygos, aprašytos ankstesniuose skyriuose tinka tik bendriems modeliams.
Realiame pasaulyje, tikrojo vėjo cirkuliacijos yra daug sudėtingesnės. Daugelis elementų prisideda
prie šios cirkuliacijos nukrypimo nuo paprastai jam būdingos eigos, taip kaip aprašė Hadley ir
Ferrell‘is. Kadangi Saulė ne visada šviečia tiesiai virš pusiaujo, oro masės tame rajone įkaista
nevienodai. Tuo metu, kai kai kurios oro masės gardelėje įkaista greičiau, suformuodamos stiprias
oro tėkmes aukštyn, kitos, gaudamos mažesnį saulės energijos kiekį, suformuoja silpnesnes oro
tėkmes (Science Clarified, 2006).
Planetos paviršiaus nelygumai taip pat turi įtakos oro masių judėjimui gardelėje. Masė,
judanti skersai nekintančiu regionu, tokiu kaip vandenynas, turėtų išlikti nepakitusi. O kai tik
pajuda virš teritorijos su skirtingu landšaftu (kalnuota teritorija), oro masės stipriai pakinta
(Science Clarified, 2006).
3. Musoninė cirkuliacija
Musonai yra vienas iš vėjo cirkuliacijos pavyzdžių, kurie keičiasi su sezonu (žodis
„monsoon“ yra išvestas iš arabiško žodžio „mausim“, kuris reiškia „sezonas“). Teritorijose, kur
būdinga musoninė cirkuliacija, paprastai, vyrauja drėgnos vasaros ir sausos žiemos. (Tom S.
Garrison, 2009.)
Musonai – sezoniniai vėjai, kurie žiemą pučia iš žemyno centrinės dalies link vandenynų ir
priešinga kryptimi vasarą. Ryškiausiai šie vėjai jaučiami virš Indijos (3.4.1 pav.).
3.4.1 pav. Šiaurės rytų musonai (Sausio mėnesį)
Musoniniai vėjai yra nevienodo sausumos bei vandens paviršių įšilimo bei atvėsimo
priežastis. Žiemą stambus šalto bei aukšto slėgio rajonas išsivysto virš Azijos. Aukšto slėgio virš
Azijos ir žemo slėgio virš Pusiaujo kombinacija sudaro slėgio gradientą, kurio kryptis yra iš
šiaurės į pietus. Dėl tėkmės aplink didįjį Azijos anticikloną, šiaurės rytų vėjai daro įtaką
regionams tarp Indijos ir Filipinų ( Tpub.com, aplankyta 2011 m. sausio 11 d.).
Žiemos mėnesiais, virš beveik visų teritorijų, vyrauja giedras dangus. Tai sukelia oro masės
judėjimas iš aukšto slėgio srities virš sausumos, į žemo slėgio sritį virš vandenyno (3.4.1 pav.).
Kai tik oro masė virš sausumos palieka aukšto slėgio sritį, čia įsivyrauja šalti bei sausi orai.
Kadangi oro masė keliauja per sausumą link vandenyno, čia nėra drėgmės šaltinių, kurie galėtų
skatinti kritulių susidarymą. Taip pat, oras keliauja ir iš aukštesnės vietos į žemesnę. Toks
nuožulnus leidimasis priverčia orą adiabatiškai šilti, o tai irgi sąlygoja giedrą dangų (Tpub.com,
aplankyta 2011 m. sausio 11 d.).
Vasaros mėnesiais oro masė virš regiono visiškai pasikeičia - didelė Azijos centrinė sritis
yra įšildoma iki tokio lygio, kai žemynas tampa daug šiltesnis nei piečiau esantis vandenynas. Dėl
to susidaro palyginti mažo slėgio sritys virš Azijos ir didelio slėgio sritys virš Pusiaujo regionų.
Tokia situacija sukelia pietvakarių srautus (3.4.2 pav.).
3.4.2 pav. Pietvakarinis musonas (Liepos mėnesį)
Vasarą, pučiant musoniniams vėjams, vyrauja perkūnijos, beveik pastovi liūtis, stiprūs vėjai.
Šias sąlygas sukėlė oro masės atslinkimas nuo santykinai aukšto slėgio srities virš vandenyno į
žemo slėgio sritį virš sausumos. Kai oro masė pasitraukia nuo vandenyno, įsivyrauja šilti ir drėgni
orai. Kai oras keliauja virš sausumos link žemo slėgio srities, jis taip pat keliauja iš žemesnės
vietos į aukštesnę. Oras yra pakeliamas mechaninės jėgos ir pseudoadiabatiškai atvėsinimas iki jo
kondensacijos lygio ( Tpub.com, aplankyta 2011 m. sausio 11 d.)
.
4. Atmosferos sraujymės
Atmosferos sraujymės (jet stream) – tai palyginus siauros, vingiuojančios formos,
nutrūkstančios oro srovės, greitai judančios atmosferoje maždaug 11 km aukštyje, dažniausiai iš
vakarų į rytus abiejuose pusrutuliuose. (Wikipedia, aplankyta 2011 m. sausio 7 d.).
Šios sraujymės buvo atrastos 1944 metais. Jų bendras judėjimo greitis vyrauja nuo 55 iki
120 km/val, tačiau pasitaiko, jog jis šokteli iki 320 km/val. Atmosferos sraujymės susidaro dėl
didelių temperatūros ir slėgio skirtumų tarp oro masių. Jos yra keturios – po dvi kiekviename
Žemės pusrutulyje. Poliarinės atmosferos sraujymės, susiformavusios palei poliarinį frontą, tarp
Ferrel‘io ir poliarinės Hadley cirkuliacijos, juda tarp 30 – 70 laipsnių platumos. Kitos dvi – tarp 20
– 50 laipsnių platumomis (Science Clarified, 2006).
3.1. pav. Atmosferos sraujymės
Atmosferos sraujymės judėjimas nėra tiesiaeigis, jis labiau primena bangavimą. Sraujymės
gali atsiskirti į dvi atskiras, o po to vėl susijungti į vieną, arba ne. Žiemą, dėl didelių temperatūros
skirtumų, atmosferos sraujymės yra stipresnės ir juda link pusiaujo. Vasarą, kai vyrauja panaši
temperatūra, jos susilpnėja ir juda link polių. Šitoks sraujymių judėjimas yra svarbus faktorius
turintis įtakos vidutinių platumų orams (Science Clarified, 2006).
Literatūros sąrašas
Atmospheric circulation. 2006. http://www.scienceclarified.com/As-Bi/Atmospheric-
Circulation.html (paskutinį kartą žiūrėta 2011 01 11)
Aviacinė meteorologija. http://www.mokslai.lt/referatai/referatas/aviacine-meteorologija-
puslapis23.html (paskutinį kartą žiūrėta 2011 01 11)
Chapter 3. Atmospheric circulation.
http://www.tpub.com/content/aerographer/14312/css/14312_57.htm (paskutinį kartą žiūrėta 2011
01 11)
Effekt Koriolica. 2006. http://elementy.ru/trefil/21119 (paskutinį kartą žiūrėta 2011 01 07)
Global Wind Patterns. 2009. http://ww2010.atmos.uiuc.edu/28Gh29/wwhlpr/global_winds.html
(paskutinį kartą žiūrėta 2011 01 07)
Ką mums žada klimato atšilimas? 2003. h ttp://www.lms.lt/ML/200302/20030215.htm
(paskutinį kartą žiūrėta 2011 01 06)
Klimatas meta iššūkį žmogui. 2011. http://www.veidas.lt/aktualijos/klimatas-meta-issuki-
zmogui (paskutinį kartą žiūrėta 2011 01 07)
Šalna R., Motiejuitė G. 2007. Gamtinė geografija. Trumpai ir aiškiai.
Tom S. Garrison. 2009. Essentials of Oceanography, 5th Edition
Vėjas. http://lt.wikipedia.org/wiki/V%C4%97jas (paskutinį kartą atnaujintas 2010 12 13)