ЭкоЦентр "Экосистема" разработал более 140 методических материалов по изучению природы: Полевые определители для смартфонов и планшетов Много наших приложений на Play.Google и в AppStore Определители для PC Голоса птиц Методики исследований Учебные видеофильмы Определительные таблицы Карманные определители Всё это можно приобрести в нашем некоммерческом Интернет-магазине

Погодные системы

Погодные системы играют роль воздушного кондиционера, благодаря чему наша планета остается обитаемой.
Погодные системы — это круговые области вихревых потоков воздуха шириной от 150 до 4000 км. Их толщина сильно колеблется, достигая 12-15 км и располагаясь фактически по всей высоте тропосферы (самого близкого к Земле атмосферного слоя). Толщина других, более мелких и быстро перемещающихся систем, не превышает 1-3 км. Погодные системы характеризуются изменениями давления воздуха, а также различными обдувающими их ветрами.

Основными погодными (барическими) системами являются циклоны и антициклоны. Антициклон — это область повышенного атмосферного давления с нисходящими воздушными потоками. Циклон представляет собой область пониженного атмосферного давления с восходящими потоками воздуха. Поэтому для циклонов характерна облачная, дождливая погода.

Антициклоны
Антициклоны, или области повышенного атмосферного давления, обычно характеризуются устойчивой погодой, которая чаще всего существенно не меняется в течение нескольких дней. Ветры дуют по часовой стрелке вокруг центра в Северном полушарии и против часовой стрелки — в Южном. На синоптических картах антициклоны изображаются в виде концентрических изобар (линий, соединяющих области с одинаковым давлением) вокруг центра с наибольшим давлением. Для антициклонов обычно характерны легкие ветры и чистое небо. Отсутствие облачности означает, что тепло, излучаемое поверхностью Земли, улетучивается в космическое пространство. В результате почва и приповерхностный слой воздуха быстро охлаждаются ночью. Зимой такое охлаждение является причиной морозов или, при влажном воздухе, изморози или тумана.
Некоторые антициклоны возникают в холодных регионах. Воздух здесь плотный, что создает высокое давление у поверхности. Подобные антициклоны развиваются зимой над Центральной Канадой и Сибирью. Как правило, их глубина не превышает 3 км.

"Конские широты"
Другие мощные антициклоны образуются в районе "конских широт" (в прежние времена с заштилевших в этой полосе судов выбрасывали за борт мертвых лошадей), между 20 и 30° северной и южной широты. Эти системы более глубокие и устойчивые. Давление воздуха в этих широтах высокое, так как именно там воздух, поднявшийся в верхние слои атмосферы в тропических районах из-за интенсивного нагрева почвы, опускается обратно к земной поверхности. На суше в полосу конских широт попадают самые жаркие пустыни мира, включая Сахару.
Из систем высокого давления в районе конских широт пассаты дуют обратно вдоль поверхности в направлении экватора, в то время как теплые западные ветры — в сторону полюса. В конечном счете, весты встречаются с холодными остами, дующими из ледяных полярных районов. Граница между теплым и холодным воздухом называется полярным фронтом. Полярный фронт не располагается по прямой линии — он изгибается в тех местах, где холодный воздух пробивается в направлении экватора, а теплый стремится к полюсу. Эти перемещения создают вихрь, усиливаемый быстрыми ветрами (струйными течениями), обдувающими верхнюю часть тропосферы. В циклонах ветры дуют в направлении, противоположном антициклонам, а именно — против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой стрелке — в Южном. На синоптических картах циклоны изображаются в виде концентрических изобар вокруг центра с наименьшим давлением воздуха.

Рождение циклонов
Теплый воздух, текущий волнами в полярном фронте, перетекает через поток холодного воздуха, а не смешивается с ним. Холодный же воздух следует за теплым, и таким образом образуется циклон. Обычно внутри циклона есть два фронта. Теплый фронт отделяет приближающийся поток теплого воздуха от холодного. При этом теплый воздух поднимается над слоем находящегося впереди холодного плотного воздуха. В восходящем охлаждаемом воздухе водяные пары конденсируются и образуют облака. За теплым фронтом следует холодный фронт. Вдоль этого фронта холодный воздух пробивается под слоем теплого воздуха, заставляя его подниматься вверх. Поэтому холодный фронт также несет облачную, дождливую погоду. Холодный фронт движется быстрее теплого, вследствие чего они в конце концов сталкиваются и теплый воздух вытесняется наверх. Это явление называется окклюзией. Вскоре после образования окклюзии циклон ослабевает.
Метеорологи тщательно изучили последовательность погодных условий, связанных с циклоном. Эти знания крайне важны для прогноза погоды. Например, тонкие перистые облака верхнего яруса часто являются предвестниками циклона. Вскоре появляются более плотные высокослоистые облака среднего яруса, за которыми следуют серые слоисто-дождевые нижнего яруса. Эти облака обычно несут дожди, льющие в течение нескольких часов, прежде чем пройдет теплый фронт.
За теплым фронтом находится область теплого воздуха с присущей ей облачностью и влажностью. Затем следует холодный фронт, где вследствие восходящих токов воздуха возникают грозы. Часто вдоль границы холодного фронта выпадает сильный дождь, продолжительность которого обычно меньше, чем в условиях теплого фронта. После прохождения холодного фронта наступает ясная, прохладная погода.
Грозы случаются везде, кроме приполярных районов. По мнению ученых, ежеминутно во всем мире бушуют около 2000 гроз. Многие из них возникают вдоль холодных фронтов, где формируются темные кучево-дождевые (грозовые) облака в быстро поднимающихся потоках теплого влажного воздуха, находящегося над клином холодного воздуха. Самые сильные грозы разражаются в тропиках вследствие интенсивного нагревания почвы и приповерхностного слоя воздуха. В результате таких гроз за сутки выпадает до 600 мм осадков. Подобные грозы, вызванные интенсивным нагревом земли, наблюдаются также в жаркие солнечные дни (обычно ближе к вечеру) в умеренных поясах. Когда с первых спутников были получены снимки Земли, ученые обратили внимание на круговерти облаков в районе экватора. Эти погодные системы образуются в результате подъема тепла и влаги от поверхности земли в верхние слои воздуха. Иногда некоторые из них сливаются и движутся в сторону от экватора, формируя мощные системы низкого давления, называемые тропическими циклонами, а также ураганы в Северной Америке, тропические штормы в Австралии и тайфуны в Восточной Азии.

Ураганы
Ураганы намного масштабнее, чем грозы. По сути, грозы нередко являются частью ураганов, чья протяженность от края до края составляет от 200 до 500 км. В центре находится глаз урагана, где воздух опускается вниз. Здесь царит штиль. А вокруг центра стремительно несутся вверх мощные потоки воздуха, засасывая влагу с поверхности и создавая вращающуюся систему облаков и очень сильные ветры. Скорость ураганных ветров выше 119 км/час, иногда она достигает 300 км/час.
На островах или побережье материка сильный ветер и проливной дождь, сопровождающий ураган, вызывают серьезные разрушения, затапливая большие площади, выкорчевывая деревья, опрокидывая дома. В среднем, Северную Америку ежегодно посещают 11 ураганов, возникших над северной Атлантикой. Проходя над сушей, ураганы постепенно "выдыхаются", поскольку им все больше не хватает влаги, которую взять негде.
Торнадо, или смерч, — это небольшой шторм размером всего несколько сот метров в поперечнике. Однако именно они являются наиболее разрушительными из всех штормов. Особенно хорошо известные в США, торнадо представляют собой воронку из стремительно вращающегося воздуха. Скорость ветра при торнадо нередко превышает 320 км/час.
Смерчи обычно живут недолго — как правило, всего один час. Однако по мере своего продвижения с огромной скоростью они оставляют на своем пути полосу серьезных разрушений. Такие бури обычны как в США, так и в Австралии. Наиболее хорошо описанные смерчи — это те, что происходят в центральных штатах США (примерно 500-600 ежегодно). Причина возникновения смерча не выяснена. Зачастую они связаны с грозами, поскольку столбы вращающегося воздуха обычно "растут" вниз из основания грозовых туч, в то время как теплый воздух поднимается вверх и вращается вокруг своей оси. Давление воздуха внутри воронки чрезвычайно низкое. Известны случаи, когда разность давлений воздуха в смерче и внутри зданий приводила к "взрывам" зданий. Движущийся по спирали воздух может также поднимать вверх людей и даже вырывать с корнем большие деревья. Похожи на них и водяные смерчи, которые образуются над морями и озерами. Однако эти вращающиеся водяные воронки обычно слабее, чем смерчи. Водяные смерчи обычно имеют около 30 м в поперечнике и, как правило, "живут" менее одного часа.

Вихри и самумы
Еще более мелкие по масштабам явления — вихри, или пылевые смерчи. Эти узкие столбы воздуха отличаются от торнадо тем, что часто возникают в ясные, солнечные дни, когда воздух поднимается вверх и начинает вращаться. Похожее явление — самум — наблюдается во всех жарких пустынях.
Наиболее известные в мире ветры, несущие дожди, называются муссонами (что означает "сезон"). Они встречаются в прибрежных регионах в Индии и других регионах с ярко выраженными перепадами давления воздуха между зимой и летом.