Распространение антициклонов на территории Беларуси

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Глава 1. Механизм формирования антициклонов

Глава 2. Годовой ход давления на территории Беларуси

Глава 3. Роль антициклонов в формировании климата

Заключение

Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ

Антициклон - это область относительно высокого атмосферного давления в атмосфере. Отличительной особенностью антициклонов является строго определенное направление ветра. Ветер направлен от центра к периферии антициклона, то есть в направлении снижения давления воздуха. Другой составляющей ветров в антициклоне является воздействие силы Кориолиса, обусловленной вращением Земли. В северном полушарии это приводит к повороту движущегося потока вправо. В южном полушарии, соответственно, влево. Именно поэтому ветер в антициклонах северного полушария движется по направлению движения часовой стрелки, а в южном - наоборот.

Объектом исследования являются антициклоны. Предметом исследования - распространение антициклонов на территории Беларуси.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

Рассмотреть особенности механизма формирования антициклонов в умеренных широтах и основные стадии развития антициклонов.

Изучить принципы формирования и развития антициклонов на территории Беларуси. антициклон высокое атмосферное давление

Установить роль антициклонов в формировании погоды и климата.

Раскрыть вопрос движения антициклонов, его особенности и траектории.

На сегодняшний день этот вопрос очень актуальной, потому что атмосфера находится в состоянии глобального потепления и основные климатические системы подвергаются изменениям. Тем более, что антициклоны, впрочем, как и циклоны - одни из главных синоптических объектов.

Для написания работы использовалась литература по физической и синоптической метеорологии, климатологии, а также метеорологические интернет-ресурсы.

ГЛАВА 1. МЕХАНИЗМ ФОРМИРОВАНИЯ АНТИЦИКЛОНОВ

Атмосфера является чрезвычайно подвижной средой, где постоянно формируются и разрушаются вихри различных размеров. Самые мелкие из них со скоростями ветра 100-200 м/с - торнадо (в Европе их называют тромбами), обладающие большой разрушительной силой, способные поднимать в воздух автомобили, вырывать из Земли с корнем вековые деревья, стирать с лица Земли поселения, имеют диаметр от 20 м до 1-2 км. Время их существования - от нескольких минут до нескольких часов.

Рис. 1.1. Атмосферные вихри на карте погоды [3]

Наиболее крупные атмосферные вихри - внетропические циклоны и антициклоны, имеющие различные размеры и достигающие в диаметре нескольких тысяч километров (рис. 1.1).

Кроме внетропических циклонов и антициклонов выделяют ещё тропические циклоны, субтропические антициклоны. Субтропические антициклоны возникают над океанами по обе стороны от 30-35 параллели. На климатических картах выделяют перманентные субтропические антициклоны в северном полушарии: Северотихоокеанский максимум в Тихом океане, Азорский антициклон - в Атлантике, в южном полушарии: Южноатлантический и Южнотихоокеанский.

Первые попытки представления об атмосферных вихрях - циклонах и антициклонах - оформились в середине XIX века, когда было замечено, что внетропические циклоны и антициклоны играют особо важную роль в изменении погоды на больших пространствах.

С антициклонами связывают ясную солнечную погоду без осадков со слабыми ветрами. Но встречаются антициклоны и со сплошной облачностью, осадками, свежими ветрами. Зимой антициклоны приносят с севера морозную погоду с хорошей видимостью. Летом в антициклонах развиваются кучевые и кучево-дождевые облака с ливнями и грозами.

Горизонтальная протяженность циклонов и антициклонов значительно превышает протяженность по вертикали, которая в основном ограничена пределами тропосферы. Диаметр циклонического вихря может достигать
2 - 3 тысяч километров, диаметр антициклона - 3 - 4 тысяч километров.

В жизни антициклона, так же как и циклона, выделяют несколько стадий развития:

начальная стадия (стадия возникновения),

стадия молодого циклона,

стадия максимального развития,

стадия заполнения циклона

Наиболее благоприятные условия для развития антициклона складываются, когда его приземный центр располагается под тыловой частью высотной барической ложбины на АТ500, в зоне значительных горизонтальных градиентов геопотенциала (высотная фронтальная зона). Усиливающим эффектом является сходимость изогипс при их циклонической кривизне, которая по потоку увеличивается. Здесь происходит накопление воздушных масс, что обусловливает динамический рост давления.

Давление у Земли повышается при понижении температуры в вышележащем слое атмосферы (адвекция холода). Наибольшая адвекция холода наблюдается за холодным фронтом в тылу циклона или в передней части усиливающихся антициклонов, где происходит адвективное повышение давления и где формируется область нисходящих движений воздуха.

Обычно стадии возникновения антициклона и молодого антициклона объединяют в одну из-за небольших отличий в структуре термобарического поля.

В начале своего развития антициклон имеет обычно вид отрога, возникшего в тылу циклона. На высотах антициклонические вихри в начальной стадии не прослеживаются. Стадия максимального развития антициклона характеризуется наибольшим давлением в центре.

В последней стадии антициклон разрушается. У поверхности Земли в центре антициклона давление понижается.

Начальная стадия развития антициклона. В начальной стадии развития приземный антициклон располагается под тыловой частью высотной барической ложбины, а барический гребень на высотах сдвинут в тыловую часть относительно приземного барического центра. Над приземным центром антициклона в средней тропосфере располагается густая система сходящихся изогипс (рис. 1.2). Скорости ветра над приземным центром антициклона и несколько правее в средней тропосфере достигают 70-80 км/ч.

Термобарическое поле благоприятствует дальнейшему развитию антициклона. Согласно анализу уравнения тенденции вихря скорости: при наличии значительных горизонтальных градиентов геопотенциала, имеют место сходимость изогипс при их циклонической кривизне, которая увеличивается по потоку. При таких скоростях в области сходимости воздушных течений происходит значительное отклонение ветра от градиентного (т.е. движение становится нестационарным). Развиваются нисходящие движения воздуха, давление растет, в результате чего антициклон усиливается.

Рис.1.2. Начальная стадия антициклона [3]

Изобары, линия нулевого адвективного изменения давления (коричневым пунктиром) и положение фронтов у поверхности Земли (a); структура термобарического поля тропосферы (b): сплошные черные линии - изогипсы , красный пунктир - изотермы средней температуры слоя , цветом выделены области адвекции тепла и холода, стрелками указаны направления адвекции

На приземной карте погоды антициклон очерчивается одной изобарой. Разность давления между центром и периферией антициклона составляет 5-10 гПа. На высоте 1-2 км антициклонический вихрь не выявляется (см. рис. 1.1).

Область динамического роста давления, обусловленная сходимостью изогипс, распространяется на всё пространство, занятое приземным антициклоном.

Приземный центр антициклона располагается практически под термической ложбиной. Изотермы средней температуры слоя в передней части относительно приземного центра антициклона отклоняются от изогипс влево, что соответствует адвекции холода в нижней тропосфере. В тыловой части относительно приземного центра располагается термический гребень, и наблюдается адвекция тепла Адвективный (термический) рост давления у земной поверхности охватывает переднюю часть антициклона, где адвекция холода особенно заметна. В тылу антициклона, где имеет место адвекция тепла, наблюдается адвективное падение давления.

Линия нулевой адвекции, проходящая через гребень, делит область входа Высотных фронтальных зон на две части: переднюю, где имеет место адвекция холода (адвективное повышение давления), и тыловую, где имеет место адвекция тепла (адвективное падение давления). Таким образом, суммарно, область роста давления охватывает центральную и переднюю части антициклона. Наибольший рост давления у поверхности Земли (где совпадают области адвективного и динамического роста давления) отмечается в передней части антициклона. В тыловой части, где динамический рост накладывается на адвективное падение (адвекция тепла) суммарный рост у поверхности Земли будет ослаблен. Однако, до тех пор, пока область значительного динамического роста давления занимает центральную часть приземного антициклона, где адвективное изменение давления равно нулю, будет иметь место усиление возникшего антициклона.

Итак, в результате усиливающего динамического роста давления в передней части входа Высотных фронтальных зон происходит деформация термобарического поля, приводящая к образованию высотного гребня. Под этим гребнем у Земли и оформляется самостоятельный центр антициклона. На высотах, где повышение температуры вызывает рост давления, область роста давления смещается в тыловую часть антициклона, в сторону области повышения температуры.

Стадия молодого антициклона. Термобарическое поле молодого антициклона в общих чертах соответствует структуре предыдущей стадии: барический гребень на высотах по отношению к приземному центру антициклона заметно сдвинут в тыловую часть антициклона, а над его передней частью располагается барическая ложбина.

Центр антициклона у поверхности Земли располагается под передней частью барического гребня в зоне наибольшего сгущения сходящихся по потоку изогипс, антициклоническая кривизна которых вдоль потока уменьшается. При такой структуре изогипс условия для дальнейшего усиления антициклона наиболее благоприятны.

Сходимость изогипс над передней частью антициклона благоприятствует динамическому росту давления. Здесь также наблюдается адвекция холода, что также благоприятствует адвективному росту давления. В тыловой части антициклона наблюдается адвекция тепла. Антициклон является термически асимметричным барическим образованием. Термический гребень несколько отстает от барического гребня.

Линии нулевого адвективного и динамического изменений давления в этой стадии начинают сближаться. У поверхности Земли отмечается усиление антициклона - он имеет несколько замкнутых изобар. С высотой антициклон быстро исчезает. Обычно во второй стадии развития замкнутый центр выше поверхности АТ700 не прослеживается. Стадия молодого антициклона завершается переходом его в стадию максимального развития.

Стадия максимального развития антициклона. Антициклон является мощным барическим образованием с высоким давлением в приземном центре и расходящейся системой приземных ветров. По мере его развития вихревая структура распространяется всё выше и выше (рис. 1.3). На высотах над приземным центром ещё существует густая система сходящихся изогипс с сильными ветрами и значительными градиентами температуры.

В нижних слоях тропосферы антициклон по-прежнему, располагается в массах холодного воздуха. Однако, по мере заполнения антициклона однородным тёплым воздухом на высотах появляется замкнутый центр высокого давления. Линии нулевого адвективного и динамического изменений давления проходят через центральную часть антициклона. Это указывает на то, что динамический рост давления в центре антициклона прекратился, а область наибольшего роста давления перешла на его периферию. С этого момента начинается ослабление антициклона.

Рис.1.3. Стадия максимального развития антициклона [3]

Изобары, линия нулевого адвективного изменения давления (коричневым пунктиром) и положение фронтов у поверхности Земли (a); структура термобарического поля тропосферы (b): сплошные черные линии - изогипсы АТ500; красный пунктир - изотермы средней температуры слоя , цветом выделены области адвекции тепла и холода, стрелками указаны направления адвекции

Стадия разрушения антициклона. В четвертой стадии развития антициклон является высоким барическим образованием с квазивертикальной осью. Замкнутые центры высокого давления прослеживаются на всех уровнях тропосферы, координаты высотного центра практически совпадают с координатами центра у Земли (рис. 1.4).

С момента усиления антициклона температура воздуха на высотах повышается. В системе антициклона происходит опускание воздуха, и, следовательно, его сжатие и нагревание. В тыловой части антициклона происходит поступление тёплого воздуха (адвекция тепла) в его систему. В результате продолжающейся адвекции тепла и адиабатического нагревания воздуха антициклон заполняется однородным тёплым воздухом, а область наибольших горизонтальных контрастов температуры перемещается на периферию. На над приземным центром располагается очаг тепла. Антициклон становится термически симметричным барическим образованием.

Соответственно уменьшению горизонтальных градиентов термобарического поля тропосферы, адвективные и динамические изменения давления в области антициклона значительно ослабевают.

Из-за расходимости воздушных течений в приземном слое атмосферы давление в системе антициклона понижается, и он постепенно разрушается, что на начальном этапе разрушения более заметно у земной поверхности.

Движение воздуха в криволинейных изобарах. В антициклоне сила барического градиента (G) и центробежная (Z) направлены от центра. Антициклон может существовать только в том случае, если сила Кориолиса (К) будет равна сумме первых двух сил. Поскольку сила Кориолиса невелика, то и сумма сил барического градиента и центробежной также должна быть небольшой. Это будет при больших расстояниях между изобарами (см. рис. 1.1). И в самом деле, в антициклонах обычно изобары проходят на больших расстояниях друг от друга. В северном полушарии движение воздуха в антициклоне происходит по часовой стрелке. Под действием силы трения ветер отклоняется в сторону низкого давления. Следовательно, в антициклоне ветер дует по часовой стрелке и от центра. В южном полушарии воздух в антициклоне движется тоже от центра, но против часовой стрелки (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Циркуляция воздуха в антициклоне [11]

Антициклоны, таким образом, являются областями расходимости воздушных течений - областями дивергенции. Барический закон ветра выполняется и в криволинейных изобарах. Он выполняется всегда [4].

Некоторые особенности развития антициклонов. Эволюция циклонов и антициклонов существенно различается с точки зрения деформации термобарического поля. Возникновение и развитие циклона сопровождается возникновением и развитием термической ложбины, антициклона - возникновением и развитием термического гребня. Для последних стадий развития барических образований характерно совмещение барических и термических центров, изогипсы и АТ500 становятся практически параллельными, замкнутый центр прослеживается на высотах, причём, координаты высотного и приземного центров практически совпадают совмещаются (говорят о квазивертикальности высотной оси барического образования). Деформационные различия термобарического поля при формировании и развитии циклона и антициклона приводят к тому, что циклон постепенно заполняется холодным воздухом, антициклон - тёплым воздухом.

Не все возникающие циклоны и антициклоны проходят четыре стадии развития. В каждом отдельном случае могут встретиться те или другие отклонения от классической картины развития.

Нередко, возникающие у поверхности Земли барические образования не имеют условий для дальнейшего развития и могут исчезнуть уже в начале своего существования. С другой стороны, имеют место ситуации, когда старое затухающее барическое образование возрождается и активизируется. Такой процесс называют регенерацией барических образований.

Но если у различных циклонов наблюдается более определённое сходство в этапах развития, то антициклоны, по сравнению с циклонами, имеют гораздо большие отличия в развитии и форме. Нередко антициклоны проявляются как вялые и пассивные системы, которые заполняют пространство между гораздо более активными циклоническими системами. Иногда антициклон может достичь значительной интенсивности, но такое развитие в большинстве связано с циклоническим развитием в соседних областях.

Рассматривая структуру и общее поведение антициклонов, можно разделить их на следующие классы:

Промежуточные антициклоны - это быстро движущиеся области повышенного давления между отдельными циклонами одной и той же серии, возникающих на одном и том же главном фронте - по большей части имеют вид гребней без замкнутых изобар, либо с замкнутыми изобарами по горизонтальным размерам того же порядка, что и движущиеся циклоны. Развиваются внутри холодного воздуха.

Заключительные антициклоны - заключающие развитие серии циклонов, возникающих на одном и том же главном фронте. Они также развиваются внутри холодного воздуха, но обычно имеют несколько замкнутых изобар и могут иметь значительные горизонтальные размеры. Имеют тенденцию по мере развития к приобретению малоподвижного состояния.

Стационарные антициклоны умеренных широт, т.е. длительно существующие малоподвижные антициклоны в арктическом или полярном воздухе, горизонтальные размеры которых сравнимы иногда со значительной частью материка. Обычно это зимние антициклоны над материками и являются, главным образом, результатом развития антициклонов второго типа (реже - первого).

Субтропические антициклоны - длительно существующие малоподвижные антициклоны, наблюдающиеся над океаническими поверхностями. Эти антициклоны периодически усиливаются вторжениями из умеренных широт полярного воздуха с подвижными заключительными антициклонами. В тёплый сезон субтропические антициклоны хорошо выражены на средних месячных картах только над океанами (над континентами располагаются размытые области пониженного давления). В холодный сезон субтропические антициклоны имеют тенденцию сливаться с холодными антициклонами над континентами.

Арктические антициклоны - более или менее устойчивые области повышенного давления в арктическом бассейне. Являются холодными, поэтому вертикальная мощность их ограничивается нижней тропосферой. В верхней части тропосферы они сменяются полярной депрессией. В возникновении арктических антициклонов большую роль играет охлаждение от подстилающей поверхности, т.е. они являются местными антициклонами. Высота, до которой простирается антициклон, зависит от температурных условий в тропосфере [12].

ГЛАВА 2. ГОДОВОЙ ХОД ДАЛЕНИЯ НА ТЕРРИТОРИИ БЕЛАРУСИ

В отличие от других метеоэлементов, таких как температура, осадки, скорость ветра и влажность, атмосферное давление практически полностью определяется общими атмосферными процессами, расположением рассматриваемого региона на земном шаре и высотой над уровнем моря. В среднем вблизи земли при поднятии на 8 м давление уменьшается на 1 гПа (мб). На рисунке 2.1 приведен годовой ход давления в областных городах республики.

Основные особенности годового хода атмосферного давления в Беларуси такие же, как и в других континентальных районах умеренных широт Евразиатского материка: максимум - в наиболее холодных месяцах - декабре и январе, минимум - в наиболее теплом - июле. Между этими основными максимумом и минимумом, соответствующими по времени наибольшему развитию (в среднем многолетнем плане) Азиатского антициклона и углублению Азиатской депрессии, наблюдается и несколько промежуточных максимумов. Из них наиболее характерны максимумы в мае и сентябре - октябре. С октября в Беларуси формируется тип барического поля, свойственный холодному сезону: общая тенденция - понижение давления с юго-востока на северо-запад. Изобары в этот период располагаются в направлении, близком к широтному.

Рис. 2.1. Годовой ход давления на уровне станций, гПа [5]

Наиболее высокое давление устанавливается на юго-востоке республики - 1020 гПа и понижается к северо-западу до 1017 гПа. Это объясняется расположением к югу от Беларуси оси высокого давления, связанной с отрогом Азиатского антициклона, который проходит далее, ослабевая, через весь континент Европы до слияния с Азорским центром повышенного давления. В марте и апреле давление постепенно уменьшается, в расположении изобар начинает появиться меридиональная составляющая. В мае завершается процесс перестройки барического поля на летний тип. С мая соотношение между тепловым состоянием суши и термическим режимом моря становится характерным для летнего сезона и, соответственно, изменяется распределение давления. Летом область высокого давления, связана с Азорским антициклоном, сдвигается к северу и располагается юго-западнее территории Беларуси. В это время значительно прогревается материк и в центре его образуется область пониженного давления. К июлю, когда температура наиболее высока, оно достигает самого низкого уровня. Изобары располагаются почти в меридиональном направлении. Давление уменьшается с юго-запада на северо-восток с 1015 до 1012 гПа. Распределение его в августе близко к июльскому, но средние величины несколько выше.

Кроме зимнего максимума и летнего минимума, в распределении давления прослеживаются еще два максимума в переходные периоды года в основном в мае и октябре (рис. 2.1). Причем, октябрьский максимум в большинстве лет даже превышает зимний. Появление этих дополнительных максимумов связано с ослаблением циркуляционной деятельности в периоды, когда выравнивается температура быстро нагревающейся (и охлаждающейся) поверхности суши и поверхности океана, где эти процессы замедлены. В октябре над охлаждающимся материком при ослаблении выноса с Атлантики образуются мощные антициклоны с которыми связано и высокое давление и большая повторяемость сухой ясной погоды - "бабьего лета" В мае процессы разнонаправлены. Несмотря на уменьшение западных выносов, нагревающаяся поверхность суши приводит к понижению давления. И поэтому, хотя в мае и большая вероятность бездождных периодов, майский максимум давления ниже октябрьского.

Средние годовые величины давления достаточно устойчивы. Амплитуда погодичных изменений атмосферного давления в Беларуси возрастает с запада на восток с увеличением континентальности климата В западных районах она составляет около 5 гПа, а на востоке и юге-востоке республики приближается к 8 гПа. Если изменение средних годовых величин давления невелико, то средние месячные величины давления изменяются из года в год в более широких пределах. Разности предельных средних месячных значений давления в зимние месяцы (23-26 гПа) в 2,5-3,0 раза превышают разности давления в летние месяцы (7-10 гПа), минимум которых приходится на май-июнь.

Еще более значительный размах колебаний срочных значений давления воздуха. О крайних значениях давления в республике можно судить по абсолютным максимумам и минимумам, которые выбирают из наблюдений в отдельные сроки.

Максимумы давления наблюдаются зимой, в центральных частях стационарных антициклонов. Наиболее высокое давление на станциях Минск (1030,8 гПа) и Василевичи (1041, гПа) было отмечено 23-24 января 1907 г. В

эти дни вся Европа была занята мощным антициклоном, центр которого располагался в районе Гданьска-Калининграда. Давление в центре антициклона было близко к 1065 мб. Антициклон на западе доходил до Британских островов и распространялся на прилегающую к Западной Европе часть Атлантики. На востоке он охватывал Западную Сибирь. Судя по мощности этого антициклона и по тому, что территория Беларуси находилась близко к центру, можно сказать, что в эти дни давление на всей территории республики было максимальным, хотя в 1907 г. оно на большинстве станций Беларуси, за исключением Минска и Василевичей, не измерялось. Обычно при таких синоптических положениях на большой территории наблюдается примерно одинаковое давление.

Минимальное давление в Беларуси наблюдается также в холодный сезон. Так, например, его абсолютный минимум в Минске был отмечен 9 декабря 1957 г. и составлял 942,9 гПа, когда глубокий циклон смещался из районов Исландии к востоку через юг Балтийского моря на территорию Беларуси и вызвал сильное понижение давления. Абсолютные минимумы давления на различных станциях Беларуси приходятся на разные даты. Это связано с тем, что области пониженного давления нередко охватывают ограниченные территории.

При сравнении абсолютных максимумов и минимумов давления можно заметить, что в холодный период максимумы значительно выше, а минимумы ниже, чем в теплый, что связано с большей интенсивностью циркуляции в холодную половину года. Наибольшие разности давления наблюдаются в декабре-январе и, как видно из таблицы (табл. 2.1), составляют 73-83 гПа, в июне-июле разности наименьшие (36-48 гПа), т.е. колебания давления в зимний сезон почти вдвое превышают его колебания в летние месяцы.

При прохождении циклонов давление испытывает резкие колебания во времени. Так, например, в Минске в 1989 г. в декабре с 13 по 25 число за 13 суток давление 9 раз опускалось и поднималось на величину, превышающую 10 мб, что связано с "ныряющими" циклонами с Норвежского моря через Скандинавию на Европейскую часть страны (рис. 2.2). Причем такое изменение давления не является чем-то исключительным.

Рис. 2.2. Изменение давления воздуха в период с 13 по 25 декабря 1989 г. на ст. Минск [5]

Атмосферное давление постепенно возрастает с севера и северо-запада на юг и юго-восток. Например, в Витебске оно равно 994,9 гПа, а в Гомеле - 1001,5 гПа. Среднее же давление на уровне моря составляет 1013,2 гПа. Максимальное давление над всей территорией страны устанавливается в январе. Летом над прогретой сушей давление понижается. В пределах территории Беларуси падение атмосферного давления летом происходит с запада на восток. Наименьшее атмосферное давление на территории страны фиксируется в июле. Годовой ход атмосферного давления приводит к тому, что летом преобладают ветры западных и северо-западных направлений. В системе общей циркуляции атмосферы наблюдается периодическая смена зонального западного переноса воздушных масс на меридиональный перенос с перемещением воздушных масс с юга на север или с севера на юг. Характер атмосферной циркуляции определяет тип и свойства приходящих на территорию страны воздушных масс.

Суточный ход давления характеризуется весьма небольшими амплитудами (менее 1 гПа), но достаточно четко прослеживающимися. В суточном ходе отмечаются два максимума и два минимума.

Зимой основной максимум приходится на 12 часов, вторичный ночной наблюдается в 0 часов. Два зимних минимума по величине практически одинаковы и приходятся на 6 и 15 часов.

Летом суточный ход давления менее четкий: первый основной максимум отмечается в дневные часы - 9-12, второй же ночной - около 0 часов. Минимум основной - в 18 часов, вторичный - в 3 часа. Суточный ход атмосферного давления определяется приливными волнами в атмосфере, которые усиливаются ее собственными упругими колебаниями.

В Беларуси в большинстве случаев атмосферное давление от суток к суткам изменяется плавно: в 30-50% случаев - не более чем на 2 гПа в сутки, что примерно соответствует разнице в давлении на уровне первого и 4-5 этажей. Такой перепад на самочувствии людей не отражается. Для здоровья человека мало ощутим и перепад в давлении 5-10 мб. Однако более значительный (свыше 10 гПа) неблагоприятно сказывается на самочувствии людей. Изменение давления свыше 10 гПа за сутки зимой отмечается в 25-35% случаев; весной - в 6-10%; осенью - в 10-30% . А в период активной циклонической деятельности в холодный период межсуточное изменение давления воздуха достигает наибольших значений - до 30 гПа, летом - до 12 - 16 гПа. Наибольшие значения межсуточного изменения давления воздуха за период 1966-1972 гг. в столице республики (гПа): январь - 27,6; февраль - 29,6; март - 31,7; апрель - 22,7; май - 18,9; июнь - 11,6; июль - 16,1; август - 14,8; сентябрь - 13,5; октябрь - 31,9; ноябрь - 27,1; декабрь - 26

Годовой ход атмосферного давления приводит к тому, что летом преобладают ветры западных и северо-западных направлений. В системе общей циркуляции атмосферы наблюдается периодическая смена зонального западного переноса воздушных масс на меридиональный перенос с перемещением воздушных масс с юга на север или с севера на юг. Характер атмосферной циркуляции определяет тип и свойства приходящих на территорию страны воздушных масс [11].

ГЛАВА 3. РОЛЬ АНТИЦИКЛОНОВ В ФОРМИРОВАНИИ КЛИМАТА БЕЛАРУСИ

На территории Беларуси формируется умеренно континентальный климат. Основными факторами, влияющими на формирование климата Беларуси, являются географическое положение и рельеф. Для Беларуси характерна мягкая и влажная зима, теплое лето, и сырая осень. Средняя годовая температура воздуха от 7,4 °С на юго-западе до 4,4 °С на северо-востоке. Средняя температура января колеблется от - 4 °С до - 8 °С, июля - от +17 °С до +19 °С. Годовое количество атмосферных осадков составляет 550-650 мм на низинах и 650-750 мм на равнинах и возвышенностях. Средняя продолжительность вегетационного периода 184 - 208 суток. Климатические условия Беларуси благоприятны для выращивания основных зерновых культур, овощей, плодовых деревьев и кустарников средней полосы Восточной Европы и особенно для возделывания картофеля, льна-долгунца, однолетних трав, кормовых корнеплодов. Особенности климата Беларуси обусловлены:

1) размещением территории республики в умеренных широтах;

2) преобладанием равнинного рельефа;

3) близостью Атлантического океана;

4) отсутствием крупных горных преград на путях воздушных масс на соседних с республикой территориях.

Основные черты климата Беларуси определяются географическим положением страны в средних широтах, относительной близостью к Атлантическому океану, преобладающим западным переносом воздушных масс и равнинным рельефом, который не препятствует перемещению воздушных масс в различных направлениях.

На территории Беларуси климат определяется как переходный от морского к континентальному. Основные его черты: зима - мягкая и влажная, с частыми оттепелями, лето - относительно прохладное и солнечное. Климатические показатели в разных регионах республики довольно значительно различаются. Основными среди них являются: солнечная радиация, атмосферная циркуляция, температура воздуха, влажность воздуха и осадки.

Территория Беларуси находится в пределах западной области северного умеренного пояса и имеет умеренно континентальный тип климата. Географическая широта территории (Беларусь расположена между 56°и 51° северной широты) определяет угол падения солнечных лучей, которые, в свою очередь, влияют на величину поступающей солнечной радиации. Продолжительность дня в Беларуси зимой больше на юге, а летом - на севере. Разница между севером и югом страны зимой и летом за сутки составляет около одного часа. В Минске самый продолжительный день - 22 июня - длится 17 часов 11 минут.

Особенности изменения угла падения солнечных лучей и продолжительности дня приводят к заметным различиям в количестве солнечной радиации, получаемой северными и южными районами страны (причем как в годовом выводе, так и по сезонам года). Важнейшим климатообразующим процессом на территории Беларуси является западный перенос воздушных масс. С западным переносом; со стороны Атлантического океана вместе с циклонами, образующимися на полярном (умеренном) и арктическом фронтах, приходят морские воздушные массы. Значительно меньшее влияние на климат страны оказывают арктические и тропические воздушные массы.

Зимой над Евразией формируется Азиатский максимум. Повторяемость погоды зимой, устанавливающейся под воздействием Азиатского антициклона, составляет 18-20%, весной и осенью - 10-14%. Интенсивность влияния Азиатского антициклона уменьшается в направлении с востока на запад. Летом Азорский максимум, постоянно находящийся в тропических широтах смещается на север и его восточное ответвление проходит к югу от Беларуси. Азорский максимум в целом определяет характер погоды страны в летний период. Повторяемость погоды летом, устанавливающейся под влиянием этого антициклона, составляет около 18%.

В среднем за год на территорию Беларуси приходят или непосредственно над ней формируются 15-16 антициклонов. Более заметное влияние на климат Беларуси оказывают циклоны. Их воздействие на условия и характер погоды происходит на протяжении 150-160 суток в году. Циклональная циркуляция оказывает воздействие на погоду в течение примерно 216 суток. Циклоны, как известно, образуются на арктическом и полярном фронтах, но могут также возникать и в результате неравномерного нагревания земной поверхности.

В умеренных широтах преобладает западный перенос воздушных масс, поэтому для республики наиболее характерны западные ветры. В связи с изменением атмосферного давления зимой и летом направление ветров немного изменяется. Зимой преобладают юго-западные ветры, а летом - северо-западные (рис. 3.1). Повторяемость юго-западной части горизонта

45-50%. Юго-восточные ветры, связанные с юго-западной периферией сибирского антициклона или малоподвижными антициклонами Восточной Европы, их повторяемость 15-20%. Весной и осенью воздушные течения менее определены, чем летом и зимой. Ветры всех направлений почти равновероятны, хотя весной более выражены ветры юго-восточного направления, а осенью - юго-западного и западного. Максимальная повторяемость направлений ветра смещается в течение года по часовой стрелке [7].

Арктический воздух проникает чаще всего в тыл циклонических серий, движущихся на восток или северо-восток. При этом наступает резкое похолодание, сопровождающееся, особенно летом, порывистым ветром и переменной облачностью. Проникновение континентальных арктических и умеренных воздушных масс учащается к востоку, что и вызывает понижение зимних температур.

Тропический воздух для территории Белоруссии менее характерен, чем умеренный и арктический. Его распространение ограничивается преимущественно юго-восточной частью республики. Приход тропического воздуха зимой, что наблюдается очень редко, обусловливает резкие повышения температуры и сильные оттепели. Летом участие тропического континентального воздуха в климатообразовании увеличивается, он отличается высокими температурами (до 38 С) и сухостью. При своем продвижении на север в передней части циклонов он трансформируется в континентальный и умеренный воздух, несколько увеличивая свою влажность, а понижая температуру [1].

.1. Повторяемость направлений ветра для г. Минска, % [13]

Такая атмосферная циркуляция обусловила преобладание на протяжении всего года атлантического воздуха умеренных широт. С ним связаны пасмурная погода и дожди летом, снег и оттепель - зимой. С востока на территорию республики проникают континентальные воздушные массы. Они обычно приносят сухую погоду зимой и летом. Периодически на территорию Беларуси поступают арктические воздушные массы. Северные ветры вызывают поздние весенние и ранние осенние заморозки, сильные морозы зимой.

Характерной чертой атмосферной циркуляции на территории Беларуси является частая смена циклонов и антициклонов. Частое чередование разных типов воздушных масс приводит к неустойчивости погоды, особенно осенью и весной [5]. В среднем за год скорость ветра в республике составляет 3,5 м/с на равнинах и возвышенностях и 3,0-3,5 м/с на низменностях и по долинам рек. Наиболее характерны для республики слабые ветры (2-5 м/с).

Умеренные воздушные массы господствуют над территорией страны в течение всего года. Они формируются в основном над сушей и проникают на территорию страны с востока и юго-востока и зимой приносят похолодание, а летом - потепление и сухость. Наибольшая повторяемость умеренного континентального воздуха характерна для северо-восточной части Беларуси. На климат Беларуси значительное влияние оказывают арктические воздушные массы, которые попадают в страну в системе циклонов, образующихся на арктическом фронте и движущихся в основном в восточном и северо-восточном направлениях. Эти воздушные массы, формирующиеся над Шпицбергеном и Гренландией, двигаясь над теплой поверхностью Атлантического океана, приобретают свойства морских воздушных масс. Сталкиваясь с умеренными воздушными массами, они образуют холодные фронты, которые сопровождаются выпадением осадков, усилением ветров северных направлений и снижением температуры воздуха. Континентальные арктические воздушные массы приходят в Беларусь с северо-востока, с Карского и Баренцева морей, принося сильные ветры и обильные снегопады.

Арктические воздушные массы бывают над территорией Беларуси около 40-70 суток в году; зимой и летом они вызывают похолодание, весной - поздние заморозки, а осенью - ранние заморозки.

Тропические воздушные массы менее характерны для Беларуси, чем умеренные и арктические. Средняя их повторяемость составляет около 20-25%. Тропические воздушные массы приходят на территорию страны летом с юго-запада и юго-востока. Таким образом, для климата Беларуси характерно поступление различных воздушных масс, которые приносят тепло или холод и определяют выпадение осадков. Смена воздушных масс, взаимодействие циклонов и антициклонов, динамика атмосферных фронтов обусловливают перемену температур и неустойчивость режима погоды. Температура воздуха на территории страны характеризуется изменчивостью, непостоянством. Минимальные среднемесячные температуры наблюдаются в январе, а максимальные - в июле. В Минске, например, средняя многолетняя температура января составляет -6,9 °С, но один раз в четыре года она бывает ниже -9 °С или выше -4 °С. Средняя многолетняя температура июля в Минске составляет +17,8 °С, но один раз в 30 лет она превышает +30 °С.

Погода в антициклоне. Обычно с антициклонами связывают спокойную ясную или малооблачную погоду - но это очень общее представление, поскольку условия погоды в антициклоне различаются в зависимости от происхождения и свойств воздушных масс собственно антициклона и соседних с ним, влагосодержания и температуры его воздушной массы, особенностей подстилающей поверхности, рельефа местности, стадии развития возмущения, интенсивности нисходящих движений, времени года. Например, антициклоны в арктическом воздухе - преимущественно с ясной погодой, антициклоны с морским полярным воздухом нередко имеют пасмурную погоду. Температура тропосферы растет с возрастом антициклона, особенно при его стабилизации, что объясняется развитием нисходящих движений в антициклоне и динамическим нагреванием воздуха. В промежуточном и заключительном антициклоне холодный воздух, простирающийся до высот средней тропосферы, еще недостаточно прогрет динамически. Быстрое перемещение холодной воздушной массы в таких антициклонах создает неустойчивость стратификации с развитием турбулентности и конвекции, препятствуя нисходящим движениям.

Вместе с ростом температуры тропосферы, при развитии внетропического антициклона происходит увеличение высоты тропопаузы (до 10 - 11 км) и понижение температуры стратосферы. В среднем температура воздуха в тропосфере в области антициклона выше, чем в области циклона, в стратосфере температура воздуха в антициклоне, наоборот, ниже. При этом тропопауза над антициклоном лежит выше, чем над циклоном (отметим, что в циклоне тропопауза лежит на высотах 8 - 9 км). В субтропических антициклонах температура воздуха на всех высотах в тропосфере выше, чем в антициклонах умеренных широт (во-первых, воздух в субтропическом антициклоне является тропическим, хотя в нижней тропосфере периодически пополняется вторжениями быстро трансформирующегося полярного воздуха, во-вторых, при стабилизации антициклона воздух оседает и динамически прогревается). Теплая тропосфера в антициклоне компенсируется холодной стратосферой, причем, тропопауза лежит на высотах 12 - 13 км.

Распространение субтропических антициклонов в высокие широты в значительной степени обусловлены вторжением воздушных масс с высокой тропопаузой и холодной стратосферой, характерной для низких широт. Нисходящие движения в антициклоне удаляют воздух от состояния насыщения и обусловливают в антициклонических областях общее преобладание ясной погоды. Конденсация в антициклоне может быть вызвана преимущественно охлаждением воздуха от подстилающей поверхности или путем излучения, а также вследствие волновых процессов в атмосфере, поэтому она происходит в виде туманов, слоистых облаков и волнистых облаков под поверхностями инверсий. Летом, при отсутствии инверсий, в антициклонах могут наблюдаться конвективные облака. Характерной особенностью в вертикальном распределении температуры воздуха в антициклонах является наличие инверсий (радиационные инверсии - как результат выхолаживания нижних слоев воздуха от подстилающей поверхности, и инверсии оседания - как результат нисходящих движений воздуха и динамического его нагревания в антициклоне). Радиационные инверсии образуются преимущественно в ясные тихие ночи, особенно зимой. С приземными инверсиями часто связаны весенние и осенние заморозки. Большое значение в образовании приземных инверсий имеет рельеф местности. Холодный воздух, стекая вниз по неровностям рельефа, скапливается в котловинах, на дне долин, у подножия гор. Поэтому в горных районах приземные инверсии могут быть особенно сильными и мощными, обусловливая неоднородное распределение туманов и заморозков. При стабилизации внетропического антициклона оседание воздуха, связанное с нижней дивергенцией трения (а зимой и с охлаждением и уплотнением нижних слоев воздуха) может достигать величины 1 км за сутки. Между оседающим воздухом верхних слоев и холодным воздухом нижних инверсии оседания могут иметь значительную мощность. Холодный подвижный антициклон превращается в теплый стационарный. Таким образом, в устойчивых континентальных антициклонах к радиационным инверсиям присоединяются инверсии вышележащих слоев (инверсии оседания) - приземная инверсия может без разрыва перейти в инверсию оседания и в общем составить несколько километров по вертикали.

Под инверсиями оседания, нередко покрывающими большие районы, скапливаются пыль, частицы дыма и другие атмосферные частицы, переносимые снизу. Слои инверсии поэтому называют задерживающими слоями атмосферы. Под инверсией образуется высокий туман, который наблюдается как слоистые облака (St). Снижаясь, туман может достичь поверхности Земли. В горах при антициклонической погоде нередко в долине пасмурно и холодно, на высотах, над инверсией - ясно и солнечно. В слое инверсии поднимающийся воздух быстро выравнивает свою температуру со средою, и его подъемная сила исчезает. Появление кучевых облаков часто исключается существованием инверсий, либо малыми температурными градиентами. Поэтому конвекция над сушей в хорошо развитых антициклонах, содержащих инверсии оседания, развивается редко.

Если инверсия лежит выше уровня конденсации, то уже начавшие возникать облака мало развиваются по вертикали. Однако, при большой мощности и скорости восходящих движений воздуха они могут пробиться сквозь слой инверсии. Ночные приземные инверсии, придающие особую устойчивость нижнему слою атмосферы, вообще исключает возможность даже возникновения конвекции до тех пор, пока с восходом Солнца прогрев воздуха не приведет к разрушению инверсии.

Ниже уровня трения антициклон является областью дивергенции скорости. Центр антициклона у поверхности Земли лежит внутри холодного воздуха. В более высоких слоях атмосферы антициклон состоит из двух воздушных масс: здесь распределение температуры воздуха асимметрично: передняя часть антициклона холодная, тыловая - теплая (в отличие от антициклона, распределение воздушных течений в циклоне обусловливает в нем асимметричное распределение температуры воздуха как в значительной толще тропосферы, так и у поверхности Земли).

Рис. 3.2. Погода в антициклоне [3]

В центре антициклона у поверхности Земли фронты отсутствуют. Но, тем не менее, в антициклоне, при больших его размерах, у поверхности Земли даже в пределах одной и той же воздушной массы может существовать температурная асимметрия: в передней части антициклона ветры будут северной половины горизонта, в тыловой - южной, что допускает присутствие на периферии антициклона у поверхности Земли атмосферных фронтов. Линии фронта может также пересекать гребень по линии, примерно нормальной к его оси.

В случае промежуточного антициклона поверхность раздела между теплым и холодным воздухом в передней части холодной воздушной массы является холодным фронтом предыдущего циклона, в тыловой - теплым фронтом следующего циклона. На южной периферии промежуточного антициклона фронт у поверхности Земли чаще представлен размытой переходной зоной.

В заключительном или стационарном антициклоне фронтальная поверхность у поверхности Земли может с ней не пересекаться, размываясь в нижних слоях воздуха. В высоких слоях тропосферы вследствие асимметрии антициклона фронтальная поверхность находится в возмущенном состоянии, что указывает на взаимодействие воздушных масс при антициклогенезе. Фронтальные слои могут иногда располагаться и в центральной части антициклона.

Антициклон, как и циклон, является следствием волнообразования на фронте, но фронтальная поверхность в высоких слоях тропосферы в антициклоне связана с инверсией температуры, падением относительной влажности - конденсации вдоль этой поверхности не происходит, и значение ее для погоды гораздо меньшее, чем в циклоне.

Условия погоды в центре и на периферии антициклона. В центре антициклона в связи с нисходящими движениями воздуха преобладает малооблачная погода. При значительной влажности воздуха в холодную половину года под слоем инверсии оседания могут наблюдаться сплошные облака St и Sc. В любое время года в центральной части антициклона могут наблюдаться радиационные туманы.

На периферии антициклона по условиям погоды можно выделить 4 зоны: северную, южную, западную и восточную окраины. Северная окраина антициклона непосредственно связана с теплым сектором циклона. В холодное время года здесь наблюдаются сплошная и значительная облачность слоистых и слоисто-кучевых облаков (St, Sc), слабые осадки, туманы. Иногда здесь наблюдаются осадки из системы облаков As-Ns, связанных с теплым фронтом примыкающего циклона. Летом могут развиваться кучевые облака. Южная окраина антициклона примыкает к северной части циклона. Здесь нередки облака верхнего яруса, иногда - среднего, причем, зимой из высоко-слоистых облаков (As) осадки в виде снега достигают Земли. При значительных градиентах давления отмечаются сильные ветры (например, типа новороссийской боры), метели. Западная периферия антициклона, примыкающая к передней окраине циклона, отличается сильными ветрами, особенно, когда антициклон малоподвижен (блокирующий антициклон) и на его периферии создаются значительные градиенты температуры и давления. Здесь характерны облака верхнего яруса (Ci), являющиеся признаками теплого фронта. В холодное полугодие нередко отмечаются слоистые и слоисто-кучевые облака (St, Sc), достигающие значительной вертикальной мощности, выпадают осадки. Летом при высоких температурах воздуха и значительной его влажности появляются облака вертикального развития, сопровождающиеся грозовой деятельностью.

Восточная окраина антициклона граничит с тыловой частью циклона неустойчивой воздушной массе летом и днем развиваются все виды кучевых облаков, с кучево-дождевыми облаками связаны ливневые осадки, грозы. Зимой преобладает безоблачная или малооблачная погода.

Однако, продолжительное стационирование антициклонов весной и летом в одном районе сопровождается засухой: гибнут посевы, горят леса. Весной на периферии антициклона нередко возникают губительные для посевов суховейные ветры. Зимой в районах антициклонов при низких температурах воздуха и отсутствии снежного покрова вымерзают озимые. Встречаются антициклоны и со сплошной облачностью, туманами, осадками, свежими ветрами. Циклоны и антициклоны являются основным механизмом междуширотного теплообмена. Если бы не было такого теплообмена между низкими и высокими широтами, то на экваторе и в тропиках температура воздуха была бы на 10 - 20 °С выше, а в умеренных широтах ниже, чем наблюдающаяся в действительности. Именно циклоны и антициклоны обеспечивают перенос теплых и влажных воздушных масс воздуха с юга на север, а холодных и сухих - с севера на юг.

Жара. Сильной жарой считается повышение максимальной температуры воздуха до 35° С и выше. Анализом повторяемости продолжительных и отрицательных аномалий средних температур воздуха занимались многие ученые (Гуляева (2006), Киселев (2001), Бардин (2007), Читанава (2008), Элизбарашвили (2005) и др.).

С 1988 г. началось интенсивное потепление, которое продолжается и в настоящее время. 1989 год оказался самым теплым за столетний период, температура превысила норму на 2,2 °С. Средняя температура в зимние месяцы 1988 - 1989 гг. была выше на 7 - 7,52° С, весенняя - на 3 - 5,2° С. В 2000 и 2007 гг. средняя температура превысила норму на 1,8 °С, а в 2008 почти на 2,2 °С.

На последние 20 лет приходятся все самые крупные положительные аномалии температуры [12]. В последние десятилетия (1988 - 2009 гг.) во все сезоны года аномалии температуры были положительные. В среднем за период с 1988 по 2009 г. температура была выше нормы на 1,1 °С. Средняя годовая температура воздуха в 2007 г. по республике составила 6,4 - 9,2 °С и превысила климатическую норму на 2 - 2,5 °С. Такая и более высокая среднегодовая температура воздуха в Беларуси отмечена в третий раз за весь период метеорологических наблюдений.