6.4.4. Географическое распределение облачности

Как можно понять из предыдущего раздела, много облаков должно быть над океанами, особенно в тропиках и в районах повышенного испарения, где велика влажность. В целом так и есть, однако для образования облаков необходим целый ряд условий, а именно наличие в атмосфере ядер конденсации, а также определенных особенностей вертикального подъема воздуха. Рассмотрим совокупное действие всех этих факторов, а именно – географическое распределение облачности.

В среднем облачность над морем выше, чем над сушей (рис.6.18-19).

Рис.6.18. Распределение средней облачности в январе (баллы)

Рис.6.19. Распределение средней облачности в июле (баллы)

Для северного полушария средняя облачность над морем – 6.2 балла, над сушей – 5.4. Для всего земного шара средняя облачность составляет 6 баллов, т.е. поверхность более чем на половину закрыта облаками, что в значительной степени определяет тепловой баланс поверхности.

От высоких широт к субполярным облачность растет, достигая максимума на широте 60 – 70 градусов. Этот максимум связан с циклонической деятельностью на этих широтах. Далее к субтропикам облачность убывает, достигая минимума в зоне 20 – 30 градусов, что связано с субтропическими антициклонами. К экватору облачность опять увеличивается, это зона пассатов и внутритропическая зона конвергенции., где встречаются пассаты обоих полушарий и развивается активная турбулентность.

Распределение облачности важно, т.к. облака оказывают существенное влияние на перераспределение солнечной радиации в атмосфере, что влияет на погоду. Облака отражают вверх прямую солнечную радиацию, уменьшая ее приток к поверхности. Они увеличивают рассеивание радиации, уменьшают эффективное излучение поверхности.

Отметим, что для облачности характерен и суточный ход. Так, кучевые облака развиваются преимущественно днем, т.к. зависят от конвекции, которая максимальна при нагреве земной поверхности днем. К концу ночи кучевые облака часто рассеиваются. Слоистые и слоисто-кучевые облака развиваются при выхолаживании воздуха при слабой турбулентности – ночью. Поэтому над сушей умеренных широт летом наиболее типичны максимумы облаков утром и после полудня. Зимой преобладает и обычно бывает единственным утренний максимум. В тропиках в течение всего года преобладает послеполуденный максимум. Имеется и годовой ход облачности. Так, в Европе облачность в среднем больше зимой. Над океанами годовой ход выражен слабо. В тропиках максимум облачности приходится на лето, минимум – на зиму.

6.6. Барическое поле. Атмосферные фронты. Ветер.

6.6.1. Барическое поле. Карты барической топографии

Как уже отмечалось, пространственное распределение давления очень изменчиво и эта изменчивость в наибольшей степени определяет погоду.

Распределение атмосферного давления называют бариче­ским полем. Атмосферное давление есть величина скалярная: в каждой точке атмосферы оно характеризуется одним число­вым значением, выраженным в миллибарах. Следовательно, и барическое поле есть скалярное поле. Как всякое скалярное поле, его можно наглядно представить в пространстве поверх­ностями равных значений данного скаляра, а на плоскости - линиями равных значений. В случае барического поля это бу­дут изобарические поверхности и изобары.

Всю атмосферу можно представить пронизанной семейст­вом изобарических поверхностей, огибающих земной шар. Эти поверхности пересекаются с поверхностями уровня под очень малыми углами. Изобарическая поверхность со значением 1000 мб прохо­дит вблизи уровня моря. Изобарическая поверхность 700 мб располагается на высотах примерно 3 км, поверхность 500 мб - на высотах 5 км, поверхности 300 и 200 мб - со­ответственно на высотах около 9 и 12 км, т. е. вблизи тропо­паузы, поверхность 100 мб - около 16 км.

Точки пересечения изобарической поверхности с поверх­ностями уровня в каждый момент находятся на различных вы­сотах над уровнем моря. Например, изобарическая поверхность 500 мб над одними районами может располагаться на высоте около 6000 м, а над другими - на высоте около 5000 м. Это зависит, во-первых, от распределения давления на уровне моря в каждый момент времени; во-вторых, от средней температуры атмосферного столба в разных местах. Как известно, чем ниже температура воздуха, тем быстрее давление падает с вы­сотой. Если даже на уровне моря давление везде одинаковое, то вышележащие изобарические поверхности будут снижены в холодных участках атмосферы и, напротив, приподняты в теп­лых.

Пространственное распределение атмосферного давления непрерывно меняется с течением времени, т. е. меняется рас­положение изобарических поверхностей в атмосфере. Чтобы следить за изменениями барического, а также и термического поля, в практике службы погоды ежедневно по аэрологическим наблюдениям составляют карты топографии изобарических по­верхностей - карты барической топографии. Существуют карты абсолютной и относительной барической топографии.

На карту относительной барической топографии наносят высоты определенной изобарической поверхности, отсчитан­ные от нижележащей изобарической поверхности. Например, можно составить карту высот поверхности 500 мб над поверхностью 1000 мб и т. д. Такие высоты называются относительными, а проведенные по ним изогипсы - относитель­ными изогипсами.

Относительная высота одной изобарической поверхности над другой зависит от средней температуры воздуха между этими двумя поверхностями (рис. 6.20). Как видно, в области тепла поверхности раздвинуты, в области холода – сближены.

Рис.6.20. Изобарические поверхности в областях тепла (Т) и холода (Х) в вертикальном разрезе

По распределению на карте относительных высот можно судить о распределении средних температур в слое воз­духа между двумя изобарическими поверхностями. Чем больше относительная высота, тем выше температура слоя. Следова­тельно, карты относительной топографии показывают распре­деление температуры в слое атмосферы (рис. 6.21). Карты абсолютной и относительной топографии представляют термобарическое поле атмосферы.

Рис.6.21. Области тепла (Т) и холода (X) на карте относительной то­пографии изобарической поверхности 500 мб над поверхностью 1000 мб

На карту абсолютной барической топографии наносят вы­соты определенной изобарической поверхности над уровнем моря на разных станциях в определенный момент времени. Точки с равными высотами соединяют линиями равных высот - изогипсами (абсолютными изогипсами). По изогипсам можно судить о распределении давления в тех слоях атмосферы, в ко­торых располагается данная изобарическая поверхность.

В атмосфере всегда существуют области, в которых давле­ние выше или ниже по сравнению с окружающими областями. Расположение их все время меняется. В областях пониженного давления (циклонах) давление на каждом уровне самое низкое в центре области, а к периферии растет. Давление, кроме того, всегда понижается с высотой; поэтому изобарические поверхности в циклоне прогнуты в виде воронок, снижаясь от периферии к центру (рис. 6.22).

Рис.6.22. Изобарические поверхности в циклоне (Н) и в антициклоне (В) в вертикальном раз­резе

Следова­тельно, на карте абсолютной топографии циклон будет очерчи­ваться изогипсами со значениями высоты, уменьшающимися к центру (рис. 6.23). В области повышенного давления - анти­циклоне, напротив, изобарические поверхности будут иметь форму куполов. На карте абсолютной барической топографии к центру антициклона значения изогипс увеличиваются (см. рис. 6.22 и 6.23).

Рис.6.23. Циклон (Н) и антициклон (В) на карте абсолютной топогра­фии изобарической поверхности 500 мб. Цифры - высоты в геопо­тенциальных декаметрах. В циклоне изобарическая поверхность лежит ближе к уровню моря, чем в ан­тициклоне.

В службе погоды карты абсолютной топографии составляются для изобарических поверхностей 1000, 850, 700, 500, 300, 200, 100, 50, 25 мб, а карты относительной топогра­фии - для поверхности 500 над 1000 мб. Составляют карты барической топографии и по осредненным данным за проме­жутки времени от нескольких дней до месяца. Для климатоло­гических целей применяются карты барической топографии, составленные по средним многолетним данным.

Для практики строят не только карты высот изобарических поверхностей, но и приземные карты. Это - барическое поле на уровне моря, показанное с помощью линий равного давления - изобар. Для получения карты приземного давления на географическую карту наносят значения ат­мосферного давления, измеренные в один и тот же момент на уровне моря или приведенные к этому уровню, и точки с одинаковым давлением соединяют изобарами. Каждая изо­бара является следом пересечения какой-то изобарической по­верхности с уровнем моря. На карте, охватывающей тот или иной район, можно для любого момента вре­мени провести целое семейство изобар (рис. 6.24). Проводят их обычно так, что каждая изобара отличается от соседних на 5 мб.

Изобары в принципе можно построить не только для уровня моря, но и для любого вышележащего уровня. Однако в службе погоды для свободной атмосферы строят опи­санные выше карты барической топографии, т.к. это удобнее для решения ряда практических задач. Для поверхности за основу берется наложенная на географическую карту карта приземного атмосферного давления, на которую нанесена также прочая синоптическая информация (ветер, температура, осадки, области изменения давления, фронты). Это т.н. синоптическая карта, служащая важной составной частью для анализа и прогноза погоды. Для анализа погоды используют, таким образом, синоптическую карту и набор карт абсолютной и относительной барической топографии.

Рис.6.24. Изобары на уровне моря в мб (карта приземного атмосферного давления). Видны циклоны и антициклоны.