bendrosios atmosferos cirkuliacijos schema

atmosfèros cirkuliãcija, bendróji atmosfèros cirkuliãcija, oro tėkmių visoje Žemės atmosferoje sistema. Dėl cirkuliacijos atmosferoje vyksta didelių oro masių apykaita horizontaliąja ir vertikaliąja kryptimi. Atmosferos cirkuliacija kartu yra ir klimato veiksnys. Pagrindinė atmosferos cirkuliacijos priežastis – netolygus Saulės spinduliuotės pasiskirstymas Žemėje (skirtingose platumose, jūroje, sausumoje). Be to, daug įtakos turi Žemės sukimasis aplink ašį, Žemės paviršiaus pobūdis, trintis. Dėl Žemės sukimosi visos oro tėkmės Šiaurės pusrutulyje nukrypsta į dešinę, o Pietų – į kairę. Nuo nevienodo žemynų ir vandenynų įšilimo troposferoje susidaro temperatūros skirtumai, o dėl jų – slėgio skirtumai ir oro judėjimas. Oro trintis į Žemės paviršių mažina oro judėjimo greitį ir keičia jo kryptį (ypač troposferos žemutiniame sluoksnyje). Taigi atmosferos cirkuliacija yra tik viena klimato sistemos savybių. Dėl atmosferos cirkuliacijos troposferoje, stratosferoje ir mezosferoje vyksta šiltų ir šaltų oro masių apykaita, šilumos ir drėgmės pernaša horizontaliąja ir vertikaliąja kryptimi. Nuo atmosferos cirkuliacijos priklauso debesuotumas, krituliai, orų permainos regionuose; šiuo atžvilgiu atmosferos cirkuliacija yra klimatą formuojantis veiksnys.

Atmosferos cirkuliacija susideda iš kelių didelio masto tėkmių. Svarbiausios – vakarinė oro masių pernaša (zoninė cirkuliacija troposferoje ir stratosferoje) ir sūkurinė cirkuliacija (netropiniai ciklonai ir anticiklonai). Be šių tėkmių, atmosferoje vyksta banginiai judesiai, tropinėse platumose susidaro pasatų ir musonų cirkuliacinės sistemos. Visos oro tėkmės yra nestacionarios, todėl atmosferos cirkuliacijos struktūriniai elementai nuolat kinta. Dėl vertikalaus atmosferos nevienalytiškumo (jo bruožai keičiasi priklausomai nuo geografinės platumos) pereinant iš vieno atmosferos sluoksnio į kitą kinta oro tėkmių kryptis ir greitis; horizontaliąja ir vertikaliąja kryptimi keičiasi oro tankis, taigi ir kinetinės energijos pasiskirstymas. Atmosferos sluoksnių energijai būdinga dar ir sezoninė kaita. Tai ypač ryšku Šiaurės pusrutulyje, kur didelius plotus užima žemynai. Žiemą žemynai labiau nei vandenynai atvėsta, vasarą – įšyla, todėl keičiasi atmosferos energetinė sąveika su sausuma ir vandenynais, susidaro sezoninės slėgio anomalijos, dėl to – ir oro tėkmės.

Iš atmosferos tyrimo apibendrintų duomenų (daugiamečių vidurkių) sukurtoje atmosferos cirkuliacijos schemoje (pav.) išskirtos zonos su savitomis cirkuliacinėmis savybėmis, vyraujančios krypties vėjais; jos sudaro vadinamąsias cirkuliacines gardeles, beveik simetriškas pusiaujo atžvilgiu. Faktinė atmosferos cirkuliacija labiausiai atitinka gardelių schemą tik virš Atlanto ir Ramiojo vandenynų, kur ištisus metus išsilaiko tos pačios aukšto ir žemo slėgio sritys.

Abipus pusiaujo maždaug iki 30° šiaurės ir pietų platumos yra vadinamoji Hadley gardelė. Joje vykstanti cirkuliacija perneša šilumą iš pusiaujo į tropines juostas (horizontalus barinis gradientas nukreiptas nuo subtropinės aukšto slėgio srities į pusiaujo žemo slėgio sritį). Hadley gardelę sudaro 3 cirkuliacinės sistemos: pusiaujo konvergencijos zona, pasatų zonos ir subtropinės aukšto slėgio zonos. Pusiaujo konvergencijos zonoje karštas ir drėgnas oras pakyla iki tropopauzės (tai sukelia joje konvekcinį debesuotumą aplink visą Žemę). Aukštutiniuose troposferos sluoksniuose oras srūva ašigalių link, atvėsęs ties atogrąžomis nusileidžia žemyn ir vėl grįžta į pusiaujo žemo slėgio zoną. Iš subtropinių aukšto slėgio zonų, kurias sudaro anticiklonų virtinės virš vandenynų, vėjai pučia pusiaujo žemo slėgio zonos link. Šie vėjai vadinami pasatais. Šiaurės pusrutulyje jie pučia iš šiaurės rytų, Pietų – iš pietryčių. Pusiaujo žemo slėgio juostoje abiejų pusrutulių pasatai susitinka ir sudaro pusiaujo (arba tarpatogrąžinę) konvergencijos zoną. Joje formuojasi nedideli, bet turintys milžinišką energiją ciklonai.

Tose Žemės vietose, kur vieną metų dalį vyrauja žemas slėgis, o kitą – aukštas, susidaro musoninės cirkuliacijos sistemos (musonai). Vėjo kryptis keičiantis atmosferos slėgiui dukart per metus darosi priešinga. Musoninė cirkuliacija ryškiausia Pietryčių Azijoje, Afrikoje, Indijos vandenyne, Ramiojo vandenyno vakaruose. Musonai skirstomi į tropinius ir netropinius.

Vidutinėse platumose atmosferos cirkuliacijos zonos sudaro vadinamąją Ferrelio gardelę. Joje cirkuliacijos pobūdį lemia barinis gradientas, nukreiptas nuo subtropinės aukšto slėgio srities į aukštesnes platumas, vakarinė oro masių pernaša ir sūkurinė cirkuliacija (ciklonai ir anticiklonai). Ferrelio gardelėje iš subtropinių platumų į aukštesnes platumas oras srūva apatiniais troposferos sluoksniais; subpoliarinėse platumose kyla į aukštesnius sluoksnius, grįžta į subtropines platumas ir ten nusileidžia. Tačiau vidutinėse platumose ši schema dėl atmosferos sūkurių – ciklonų ir anticiklonų – veiklos yra daug sudėtingesnė. Ciklonai dažniausiai slenka bendros oro pernašos kryptimi iš vakarų į rytus, bet judėdami nukrypsta ašigalių link ir 60–65° platumose sudaro žemo slėgio zonas. Anticiklonai judėdami nukrypsta į žemąsias platumas ir suformuoja subtropinę aukšto slėgio sritį. Ciklonai ir anticiklonai pažeidžia zoninę atmosferos cirkuliaciją ir sukuria oro judėjimą, kuris Šiaurės pusrutulio ciklonuose nukreiptas prieš, o Pietų pusrutulio – pagal laikrodžio rodyklę. Jų veiklos srityse vyksta intensyvi horizontalioji ir vertikalioji oro masių apykaita; šaltos oro masės veržiasi į žemesnes platumas, šiltos – į aukštesnes. Ferrelio cirkuliacijos gardelei būdinga stiprūs siauri oro srautai tropopauzėje (atmosferos sraujymė).

Poliarinių sričių atmosferos cirkuliacijos pobūdį – poliarinę gardelę – lemia aukšto slėgio zonos virš ašigalių ir žemo slėgio – ties 65° šiaurės ir pietų platumomis. Horizontalus barinis gradientas čia nukreiptas nuo ašigalių pagal dienovidinius. Prie Žemės paviršiaus vėjas pučia vidutinių platumų link, kur slėgis žemas. Vyrauja rytų vėjai (Šiaurės pusrutulyje – šiaurės rytų, Pietų pusrutulyje – pietryčių). Poliarinių platumų oro masių cirkuliacijos bruožai dėl skirtingo paklotinio paviršiaus Šiaurės ir Pietų pusrutuliuose yra nevienodi; Arktyje dažni ciklonai, Antarktidoje anticikloninė cirkuliacija. Šiaurės pusrutulyje ties poliarinės ir Ferrelio gardelių sąlyčiu yra atmosferos sraujymė.

Zoninės cirkuliacijos pagrindinės priežastys: atmosferos ir paklotinio paviršiaus temperatūros kontrastas tarp aukštų ir žemų platumų (dėl to horizontali barinio gradiento dedamoji nukreipta iš atogrąžų į ašigalius) ir Žemės sukimosi kreipiamoji, arba Corioliso, jėga. Pagal judesio kiekio momento tvermės dėsnį, oro masės pernešamos iš vakarų į rytus. Zoninės pernašos intensyvumas tiesiogiai proporcingas temperatūros kontrastams tarp aukštų ir žemų platumų, todėl stipriausi vakarų srautai susidaro žiemą. Dėl Žemės sukimosi visos oro srovės krypsta išilgai lygiagrečių. Didelę įtaką atmosferos temperatūros ir slėgio pasiskirstymui (taigi ir atmosferos cirkuliacijos) turi žemynų ir vandenynų išsidėstymas bei paviršiaus reljefas. Atmosferos cirkuliacija labai susijusi su vandenynų vandens cirkuliacija. Šiltosios jūrų srovės (pvz., Golfo) atiduoda dalį energijos atmosferai ir modifikuoja jos cirkuliaciją. Kai kurios jūrų srovės susidaro dėl vyraujančių vėjų krypties (pvz., Vakarų Vėjų srovė). Kylant aukštyn slėgiui ir vėjui vis mažiau įtakos turi vandenynų ir žemynų pasiskirstymas bei reljefas. Troposferoje virš trinties sluoksnio ir žemutinėje stratosferoje visais metų laikais vyrauja vakarų vėjai. Žiemą vakarų vėjai pučia ir aukštutinėje stratosferoje bei žemutinėje mezosferoje. Vasarą daugiau kaip 16–20 km aukštyje įsivyrauja rytų krypties vėjai, nes virš poliarinių sričių susiformuoja aukštuminis cirkumpoliarinis anticiklonas, sumažėja vėjų greitis (30 km aukštyje vasarą 10 m/s, žiemą apie 50 m/s). Vidurinėje, aukštutinėje troposferoje ir žemutinėje stratosferoje vingiuoja didelių horizontalių temperatūros kontrastų ir stiprių vėjų juosta – aukštuminė frontinė zona; joje susidaro sraujymės.

Atmosferoje yra didžiulė banginių judesių įvairovė; juos sukelia įvairios kilmės jėgos. Pagal tai, kokia jėga suformavo banginį judesį, bangos skirstomos į: gravitacines (susidaro dėl sunkio jėgos), inercines gravitacines (dėl sunkio jėgos ir Corioliso jėgos) ir ilgąsias Rossby bangas (dėl vertikalaus atmosferos nevienalytiškumo). Pirmųjų dviejų tipų bangos susidaro oro sluoksniuose su ryškiais vertikaliaisiais meteorologinių elementų gradientais ir dėl reljefo įtakos; tai trumposios bangos (ilgis nuo keliasdešimt iki kelių šimtų kilometrų). Inercinėse bangose oras juda vingiuotomis (anticikloninio tipo) trajektorijomis neveikiant bariniam gradientui ir trinčiai. Ilgosios Rossby bangos (ilgis nuo kelių iki keliolikos tūkstančių kilometrų) formuojasi zoniniame vakarų sraute sudarydamos jame aukštuminių gūbrių ir slėnių pavidalo deformacijas. Dėl to zoninė pernaša nėra taisyklingos vakarų–rytų krypties; kai kuriuose ruožuose ji įgauna šiaurės ar pietų dedamąją.

Visos atmosferos cirkuliacijos oro tėkmės turi horizontalią ir vertikalią dedamąsias. Didelio masto procesuose horizontalios dedamosios greitis šimtus kartų didesnis negu vertikalios, tačiau kamuoliniuose debesyse, viesuluose vertikali dedamoji gali būti stipresnė už horizontalią.

Atmosferos cirkuliacija tiriama daugiausia sinoptiniais, statistiniais ir hidrodinamikos metodais. Perspektyviausias hidrodinamikos metodas, t. y. atmosferos procesų aprašymas hidrodinamikos lygtimis skaitmeniniuose atmosferos cirkuliacijos modeliuose. Juose parametrizuojami pagrindiniai dinaminiai ir fizikiniai procesai (turbulencija, konvekcija, energijos pernaša). Atmosferos cirkuliacijos skaitmeniniai modeliai naudojami sudarant orų prognozes ir tiriant klimatą.

1163