Загальне землезнавство - Олійник Я.Б. - 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 Гаванський антициклони, а також субтропічні максимуми Південної півкулі — Південнотихоокеанський, Південноатлантичний і Південноіндійський.

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, Арктична зона підвищеного тиску і Арктичний 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 Монголії. 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 важке, 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 є 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.