6.6. Баричне поле Землі і вітер

Атмосферний тиск — одна з найважливіших характеристик ниж­ньої атмосфери. Його регулярне вимірювання на різних метеостанціях світу дає можливість складати прогнози погоди та дозволяє зро­зуміти просторові закономірності переміщення повітряних мас. Нині тиск виражають в гектопаскалях (гПа) або в міліметрах ртутного стовпчика (мм рт. ст.)- За нормальний тиск береться тиск на рівні моря, що становить 1013 гПа, або 760 мм рт. ст. (1 гПа = 0,75 мм рт. ст.). Внаслідок переміщення повітряних мас тиск може змінюватися в межах від 887 до 1080 гПа (або 665—810 мм рт. ст.).

Зі збільшенням висоти над рівнем моря атмосферний тиск швид­ко падає. На висоті 5,5 км він удвічі менший, ніж на рівні моря. На одній і тій самій висоті тиск змінюється в зв'язку зі зміною темпе­ратури і вологості повітря. У процесі нагрівання повітря розширюється і стає легшим. Водяна пара, що легша за повітря, також знижує тиск.

Розподіл атмосферного тиску на земній поверхні утворює барич­не поле.

Зони високого і низького тиску, на які завжди розчленоване ба­ричне поле, називаються баричними системами. Розподіл атмосферного тиску біля земної поверхні відображають ізобари — лінії, що проходять через точки з однаковим атмосферним тиском. Таке зоб­раження тиску називається баричним рельєфом за зовнішню схо­жість з картиною рельєфу, показаного Ізогіпсами.

Зони низького тиску обрисовуються системою замкнених кон­центричних ізобар з найменшими величинами в центрі. Вони нази­ваються баричними мінімумами, депресіями або циклонами. На карті ізобар січня зображено Ісландський баричний мінімум у північній частині Атлантичного океану і Алеутський в північній частині Ти­хого океану. В центрі циклонів тиск знижується до 970 гПа, а в деяких падає до 925 гПа, в тропічних тайфунах навіть до 890 гПа. Зони високого тиску називаються баричними максимумами, або ан­тициклонами. Вони також зображуються замкненими ізобарами, але в їх центрі тиск завжди найбільший, тут він може досягти 1080 гПа. Прикладами зон підвищеного тиску є Азорський і Гавайський анти­циклони, а також субтропічні максимуми Південної півкулі — Південно-тихоокеанський, Південно-атлантичний і Південно-індійський.

Всі названі баричні системи є постійними центрами дії атмосфе­ри: в них тиск протягом року завжди понижений або підвищений. До постійних центрів, крім вищеперерахованих, належать також екваторіальна депресія, мінімум південних помірних широт, Антарк­тична зона підвищеного тиску і Антарктичний максимум.

На відміну від постійних у сезонних центрах атмосфери харак­тер баричного рельєфу діаметрально змінюється від холодної до теп­лої пори року. Яскравою ілюстрацією цього є азіатський материк, де влітку розвивається глибока барична депресія над нагір'ями Перед­ньої Азії, а взимку формується могутній антициклон над територія­ми Східного Сибіру і Монголи. У Північній Америці канадський зимовий антициклон змінюється літньою північноамериканською депресією. І в Південній півкулі літні (січневі) мінімуми над Австралією, Південною Африкою і Південною Америкою змінюються взим­ку відповідно австралійським, південноафриканським і південно­американським антициклонами.

На перший погляд складається враження про тісну залежність атмосферного тиску від зонального розподілу температур і тепла на Землі. Дійсно, постійний низький тиск над екватором і підвищений тиск в приполярних областях легко пов'язується з термічними умо­вами цих областей. Нагрівання суші влітку супроводжується зни­женням тиску, а охолодження взимку, навпаки, веде до утворення над великими регіонами материків зон підвищеного тиску.

Нарешті, діаметрально протилежна сезонна зміна температур в Північній і Південній півкулях зумовлює періодичне зміщення всьо­го баричного поля Землі у бік однієї з півкуль. Так, екваторіальний мінімум у січні знаходиться південніше екватора, а в липні він зміщується на північ, досягаючи над Іраном і пустелею Тар північного тропіка. Тут утворюється глибокий Ірано-Тарський мінімум. Фак­тично це є частина екваторіального мінімуму, зміщеного на північ і посиленого інтенсивним нагріванням величезного Азіатського ма­терика. Аналогічного широтного зміщення в залежності від сезону року зазнають субтропічні максимуми.

І все ж одним розподілом температур зональність баричного рельєфу не можна повністю пояснити. Особливо добре видно це на прикладі існування чітко виражених антициклонів у субтропічних широтах. Механізм їх утворення і сьогодні є дискусійним. Більшість учених вважає, що основна причина їх виникнення — динамічна. Утворення їх пов'язане не з особливостями термічного режиму, а головним чином, є наслідком постійного зміщення величезних по­вітряних вихорів циклонів і антициклонів під впливом відхиляю­чої сили обертання Землі.

Перепади тиску в атмосфері, які зумовлені в основному нерівно­мірним розподілом сонячної енергії, є причиною руху повітря. Пе­реміщення повітря починається вже при різниці в 2,5 мм рт. ст. Головні форми руху повітряних мас — це вітер і повітряні потоки.

Вітер являє собою рух повітря переважно в горизонтальному на­прямі з області високого тиску в область низького тиску під дією гравітаційних сил. Його швидкість пропорційна величині градієнта тиску, тобто швидкості падіння тиску на горизонтальній поверхні заданого висотного рівня. Як і при течії води, чим більший градієнт (нахил русла), тим більша швидкість вітру.

Повітряними потоками називають в основному вертикальні переміщення повітря. Як приклад зазначимо конвекційне підняття теплого вологого повітря і низхідний потік холодного сухого. Вітри, які стікають з усіх боків у область низького тиску, зрештою створюють єдиний висхідний потік. Повітря, що піднімається вгору, охо­лоджується внаслідок розширення, а те, що опускається, нагріваєть­ся в результаті стиснення.

Як відомо, вітри бувають в одних районах переважно північними, в інших — південними, західними чи східними, де стійкими, а де — різко змінними. Найпримітивніше уявлення про те, чому виника­ють ті чи інші вітри, можна дістати, якщо пригадати, як обігрівають­ся наші квартири в будинках з центральним опаленням. Батареї опалення не випадково встановлюють під вікнами: холодне повітря від вікон, як більш густе, опускається до батарей і нагрівається, а витіснюване ним тепле й більш легке поширюється по кімнаті і піднімається вгору. Так виникає елементарна циркуляція теплого і холодного повітря.

Дещо схожі циркуляції відбуваються й на Землі. Нагрітий від земної поверхні шар повітря піднімається вгору і розширюється в об'ємі, а на його місце пересувається більш важке повітря. Такі пе­реміщення повітряних мас є не тільки локальними, вони охоплюють в узагальненому вигляді всю тропосферу. При цьому в "опалювальній" системі нашої планети основними нагрівачами повітря виступають екваторіальні широти і океан (а влітку ще і суша), найбільшими ж охолоджувачами, або "холодильниками", — полярні області (взимку до них додаються також великі масиви суші). Саме нерівномірність нагрівання земної поверхні е основною причиною змін атмосферно­го тиску, що і зумовлює постійні рухи повітря, тобто вітри різної сили і різних напрямів.

Отже, різниця атмосферного тиску між двома точками викликає горизонтальне переміщення повітряних мас — вітер. Для його ха­рактеристики використовують два показники — швидкість і напрям. Швидкість вітру прийнято виражати в метрах на секунду, кіломет­рах на годину. Біля земної поверхні вітри найчастіше дмуть зі швид­кістю 4—8 м/с. Під час ураганів їх швидкість нерідко перевищує ЗО м/с. Напрям вітру визначається стороною горизонту, звідки він дме. Для характеристики вітрів застосовується 16-променева троян­да вітрів: північ (Пн), північ-північ-захід (ПнПнЗх), північ-захід (ПнЗх), захід-північ-захід (ЗхПнЗх), захід (Зх) і т. д. Інколи вирахо­вують кут (румб) між напрямом вітру і меридіаном, причому північ вважається за 0° або 360°, схід (Сх) — за 90°, південь (Пд) — за 180°, захід — за 270".

Всі вітри в сукупності виконують геркулесову роботу — вони переносять над земною поверхнею величезні маси повітря разом з водяною парою, пилом і піском. Адже вся маса атмосфери, що стано­вить багато мільярдів тонн, перебуває в безперервному русі. Крім того, вітер є рушійною силою при утворенні хвиль, океанічних і морських течій. Щоб змусити такі маси постійно пересуватися, та ще й іноді у вигляді шквалів, штормових вітрів, буревію або урагану чи тайфуну, необхідна грандіозна енергія. І постачає безперервно та без­оплатно цю енергію на Землю Сонце.