Особенности атмосферной циркуляции над океаном. Первая часть

Океаны занимают 3/4 поверхности нашей планеты. Поэтому познание закономерностей циркуляции атмосферы над океанами необходимо и для решения многих проблем теории климата, и для усовершенствования существующих методов краткосрочных и долгосрочных прогнозов погоды, и для метеорологического обслуживания мореплавания и рыбного промысла. Особенности атмосферной циркуляции над океаном важно учитывать также при изучении гидрологических процессов, развивающихся на поверхности и в деятельном слое океана и в значительной мере определяющихся характером теплового и динамического взаимодействия океана и атмосферы.

В силу однородности водной поверхности и тепловой инерции океанических вод воздушные течения над океанами отличаются относительной пространственной и временной устойчивостью. Поэтому они легче поддаются изучению и систематизации, чем ветровые потоки над сушей. Крайняя изменчивость этих последних в пространстве и во времени обусловлена влиянием орографии, всевозможных местных факторов, а также связана с быстрыми и резкими изменениями температуры твердой оболочки Земли.

Но зато на суше имеется густая сеть постоянно действующих метеорологических станций, в то время как на огромных океанических пространствах единственным источником информации служат малочисленные и носящие случайный характер судовые гидрометеорологические наблюдения. Правда, за последние 20—25 лет в этом отношении наметился существенный сдвиг — начали функционировать «корабли погоды», производящие регулярные наблюдения в строго фиксированных океанических районах.

Однако такие корабли насчитываются пока единицами, и их наблюдения освещают лишь немногие выборочные участки акватории Мирового океана При существующем положении гидрометеорологические наблюдения над океанами после, их поквадратной механизированной обработки могут быть непосредственно, то есть без применения специальных расчетных методов, использованы для характеристики лишь средних многолетних (нормальных) циркуляционных условий. Если по материалам наблюдений сети гидрометеорологических станций над сушей легко могут быть получены не только «осредненные», но и «мгновенные» карты ветровых течений, то получить подобные карты по данным наблюдений над ветром над океанами не представляется возможным.

На помощь в данном случае приходит, однако, разработанная за последние годы методика расчета ветра над морскими акваториями по полю атмосферного давления (Руководство по расчету морского волнения и ветра над морем, 1960). Для воссоздания на основе этой методики системы воздушных течений над тем или иным океаническим районом в конкретные физические моменты достаточно располагать серией относящихся к соответствующим моментам синоптических карт. Многочисленные сопоставления расчетов с фактическими наблюдениями показали, что погрешности в определении расчетным путем скорости и направления ветра практически не превышают погрешностей наблюдений.

Ниже будут рассмотрены особенности нормального режима атмосферной циркуляции над океанами. Эти особенности определяются свойствами и характером перемещения основных типов воздушных масс, либо непосредственно формирующихся над океанической поверхностью, либо оттекающих на океаны с окружающих материков.

Наиболее благоприятные условия для формирования консервативных свойств воздушных масс создаются при длительном пребывании больших объемов воздуха в одних и тех же географических районах. Такие условия особенно хорошо выполняются в системе так называемых центров действия атмосферы, то есть в системе квазистационарных климатических циклонов и антициклонов, четко выраженных на картах распределения средних величин атмосферного давления.

Центры действия атмосферы обязаны своим происхождением тенденции барических образований одного знака стационировать в строго определенных областях земного шара, будь то над океанами или сушей. Над сушей центры действия являются сезонными образованиями, над океанами же они сохраняют свой знак в течение всего года. От сезона к сезону происходит лишь их миграция вокруг среднего положения и изменяется их интенсивность.

Океанические центры действия атмосферы разделяются на климатические антициклоны субтропического пояса высокого давления и климатические циклоны или депрессии умеренных широт. К первой группе относятся два антициклона в северном полушарии — североатлантический (азорский) и северотихоокеанский (гонолульский) и четыре антициклона в южном полушарии — южноатлантический, южноиндийский и два южнотихоокеанских. Основной южнотихоокеанский антициклон расположен на востоке океана. Самостоятельный, но менее резко выраженный антициклонический центр формируется на западе океана (северо-западнее Новой Зеландии) и носит название новозеландского. Ко второй группе относятся две депрессии в северном полушарии (исландская и алеутская) и семь приантарктических депрессий. Как показал Г. М. Таубер (1964), основными из них являются депрессии, расположенные в заливе Макензи, в море Росса, у берега Нокса и в море Уэдделла. Депрессии в море Беллинсгаузена, у Земли королевы Мод и в море Дюрвиля играют роль второстепенных.

Необходимые сведения об основных океанических центрах действия атмосферы приведены в таблице. Как видно из таблицы, климатические антициклоны отличаются большей мощностью над океанами северного полушария, в то время как климатические циклоны наиболее глубоки в южном полушарии.

Наряду с чисто океаническими квазистационарными областями высокого и низкого атмосферного давления, к очагам формирования океанических воздушных масс относится также экваториальная депрессия. Это — сравнительно слабо выраженная, но сохраняющаяся весь год приэкваториальная полоса пониженного давления, опоясывающая весь земной шар, в том числе и океаны.

Климатические условия над океанами определяются свойствами и характером циркуляции четырех резко различающихся между собой основных географических типов воздушных масс: экваториального воздуха, тропического воздуха, воздуха умеренных широт и арктического (антарктического) воздуха.

Экваториальный воздух, наиболее богатый теплом и влагой, формируется в области приэкваториальной депрессии из конвергирующих здесь однородных по температуре пассатных потоков северного и южного полушарий. Экваториальный воздух — единственный тип воздуха, свойства которого над океанами и сушей практически не различаются. Процесс его формирования происходит при слабых ветрах под действием больших в течение всего года сумм тепла солнечной и атмосферной радиации и заключается в увлажнении воздуха и в увеличении в нем запасов энергии влажнонеустоичивости (энергии неустойчивости атмосферы с учетом конденсации влаги).