Cyklony, antycyklony, tajfuny, huragany, tornada, tornada - te zjawiska są powodowane przez ruchy wirowe w atmosferze, którym towarzyszą opady (większe lub mniejsze). Rozważ cechy i warunki występowania tego pierwiastka.
Ruch mas powietrza w atmosferze
W atmosferze naszej planety istnieje stały obieg mas powietrza z transferem energii i składników materialnych. Ruch w toku:
- z północy na południe iw przeciwnym kierunku (południkowo);
- z zachodu na wschód i w przeciwnym kierunku (równoleżnik).
W troposferze, oprócz południkowych i równoleżnikowych przemieszczeń mas powietrza, występują wirowe ruchy atmosfery, którym towarzyszą opady - cyklony i antycyklony.
Zjawiska te powodują zmiany warunków klimatycznych we wszystkich regionach planety.
W niższych warstwach troposfery, w strefie tropikalnej, masy powietrza dość mocno się nagrzewają. Jednocześnie masy powietrza są wypełnione wilgocią (zwłaszcza nad oceanami). Ciepłe powietrze unosi siędo wysokości 1000-1200 metrów, gdzie zaczyna się ochładzać wraz z późniejszym tworzeniem się chmur. W miejsce wzniesionych ciepłych mas przychodzą zimne masy północne (na półkuli północnej). Masy ciepłego powietrza są wychwytywane przez siłę Coriolisa spowodowaną ruchem obrotowym Ziemi. Zaczynają poruszać się nie tylko w górę, ale także poziomo, zbaczając z kierunku prostoliniowego - na półkuli północnej na północny wschód. Zimne masy kierują się na południowy zachód (na półkuli południowej masy powietrza poruszają się dokładnie w przeciwnym kierunku). W ten sposób powstają pasaty.
Podgrzewana pod koniec lata i na początku jesieni powierzchnia wody oceanu stwarza okazję do powstawania innych, wypełnionych wilgocią mas powietrza - monsunów. Ich kierunek jest dokładnie przeciwny do pasatów.
Równowaga termiczna planety jest utrzymywana dzięki globalnemu transferowi między szerokościami geograficznymi: ciepło z tropikalnych szerokości geograficznych do wysokich szerokości geograficznych, zimno z subpolarnych (wysokich) szerokości geograficznych do tropików.
Aktywność cykloniczna atmosfery opiera się na połączeniu cyrkulacji tropikalnej z aktywnością wirów mas powietrza w umiarkowanych szerokościach geograficznych.
Cyklogeneza
Ten termin odnosi się do powstawania, rozwoju lub zapadania się wirowego ruchu atmosfery, któremu towarzyszą opady. Oznacza to, że każdy cyklon - wir o niskim ciśnieniu w środku. „W trzewiach” cyklonów półkuli północnej wiatry wieją w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Dolny obszar cyklonu charakteryzuje się odchyleniem wiatru w kierunku jego środka.
Współczesna meteorologia dzieli cyklonowe wiry na dwa typy: według ich lokalizacjipochodzenie i późniejsza działalność - tropikalne i pozatropikalne (cyklony umiarkowane).
Pierwsze powstają w tropikach, wraz z rozwojem osiągają rozmiar do tysiąca kilometrów (bardzo rzadko więcej). Drugi to ruch wirowy atmosfery w strefie umiarkowanych i subpolarnych szerokości geograficznych. Cyklony pozazwrotnikowe osiągają ogromne (do kilku tysięcy kilometrów) rozmiary.
Prędkość ruchu wirowego powietrza w cyklonach tropikalnych jest ogromna, może osiągnąć wartości burzowe. Te wiry mogą stać się ekstratropikalne, gdy się poruszają.
Warunki konieczne do powstania tropikalnego ruchu wirowego
Aby powstał tropikalny wir, konieczne jest, aby otaczające powietrze było nasycone wilgocią (daje to czynnik niestabilności). Woda w oceanie nagrzewa się do głębokości pięćdziesięciu metrów, do temperatury ponad dwudziestu sześciu stopni Celsjusza. Gdy opary kondensują się w dolnych warstwach troposfery, powietrze musi bardzo szybko się schłodzić (jest to główne źródło energii cyklonu).
Tajfuny i huragany - tropikalne cyklony
Na Dalekim Wschodzie iw krajach Azji Południowo-Wschodniej tajfuny nazywane są tropikalnymi ruchami wirowymi atmosfery z towarzyszącymi opadami atmosferycznymi. W krajach Ameryki Północnej i Południowej – huragany (wśród Indian Majów bogiem wiatru jest Hurakan). Jeśli prędkość burzy podczas burzy przekracza sto siedemnaście kilometrów na godzinę, to już jest huragan.
Tropikalne cyklony przynoszą ulewne deszcze. Na morzu podczas tajfunu i huraganu powstają ogromne fale. Ale są osłabione przez upadkidziałanie wiatru na lądzie. Ulewa wywoływana przez cyklony tropikalne spada w głąb lądu na odległości do czterdziestu kilometrów. Jest to bardzo ważne dla złagodzenia suchego klimatu kontynentów.
Sam cyklony przenoszą rezerwy energii z jednego miejsca na planecie do drugiego, od tropików do stref umiarkowanych. Jest to ważne dla globalnych procesów cyklonicznych w atmosferze, ponieważ prowadzi do zbieżności temperatur na planecie, wyrównując klimat i czyniąc go łagodniejszym.
Cyklony i antycyklony ekstratropikalne
Ogromne (kilka tysięcy kilometrów) wirowe ruchy atmosfery, którym towarzyszą opady i występują w strefach umiarkowanych i subpolarnych, nazywane są cyklonami i antycyklonami pozazwrotnikowymi. Wiry wiatru w północnych cyklonach obracają się w tym samym kierunku, co północne tajfuny.
Z nadejściem takiego huraganu nadchodzi niesprzyjająca pogoda, ale antycyklon przynosi pogodny i słoneczny dzień.
Występowanie cyklonów umiarkowanych szerokości geograficznych
Aby przedstawić mechanizm powstawania tych formacji, konieczne jest operowanie pojęciem frontu atmosferycznego. W pierwszym przybliżeniu jest to tylko granica oddzielająca dwie różne masy powietrza.
W rzeczywistości jest to strefa kilkudziesięciu kilometrów, nachylona pod kątem jednego stopnia. W przypadku frontu ciepłego jego nachylenie leży w kierunku ruchu (niejako zakrywa zimną masę od góry). Gdy jest zimno - wręcz przeciwnie, po przeciwnej stronie ruchu. Równanie ruchu atmosfery wyraża się wzorem Maxa Margulesa(Australijski meteorolog).
Wzajemne oddziaływanie frontu ciepłego i zimnego prowadzi do powstania wiru cyklonowego. Przy takim połączeniu część ciepłego frontu wprowadzana jest w zimną masę w postaci wydłużonego „języka”. W tym samym czasie ciepłe powietrze unosi się jako lżejsze powietrze.
Podczas tej interakcji zachodzą dwa procesy prowadzące do powstania wiru cyklonowego. Cząsteczki pary (wody), unosząc się, zaczynają się obracać: oddziałuje na nie pole magnetyczne Ziemi. W ten ruch obrotowy angażują całe otaczające powietrze. W rezultacie powstaje z niego ogromny wir i cząsteczki wody.
Na górze masy powietrza ochładzają się. W tym przypadku skrapla się para wodna, która zamienia się w chmury (są to kolejno deszcz, grad, śnieg). Taka pogoda przy złej pogodzie może utrzymywać się przez kilka dni, a nawet tygodni. Będzie to zależeć od „długowieczności” cyklonu: im większy dopływ ciepłego powietrza, tym dłużej cyklon istnieje.
Występowanie antycyklonów
Pojawienie się tego wiru jest spowodowane obniżaniem się mas atmosferycznych, gdy są one ogrzewane z otaczającymi masami, bez wymiany ciepła. Podczas tego procesu wilgotność wewnątrz spada, a to pociąga za sobą parowanie już istniejących chmur. Pod wpływem ziemskiego pola magnetycznego cząsteczki wody zaczynają się obracać – w północnych antycyklonach – zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Stabilna pogoda w tym procesie może trwać do trzech tygodni.
