Пасати – це стійкі загалом західні вітри помірної швидкості (в середньому 5-8 м/сек біля земної поверхні), що дмуть у кожній півкулі на зверненій до екватора стороні субтропічної зони високого тиску. Однак субтропічні зони навіть на середніх картах (а тим паче на щоденних) розпадаються на окремі антициклони. Таким чином, пасати – це вітри в звернених до екватора частинах субтропічних антициклонів.
В шарах близьких до земної поверхні, де діє тертя, вітер відхиляється від ізобар на деякий кут в сторону низького тиску. Це означає, що на південній периферії субтропічного антициклону в північній півкулі біля земної поверхні замість східних вітрів виходять північно-східні; аналогічно на північній периферії субтропічного антициклону в південній півкулі біля земної поверхні виходять південно-східні вітри. Інакше кажучи, внаслідок тертя пасати отримують додаткові складові, спрямовані до екватора. Пасати північної півкулі часто називають північно-східними, а пасати південної півкулі – південно-східні.
Але, ці напрямки пасатів характерні лише близько земної поверхні, і не для всієї області пасатів, а лише там, де ізобари субтропічного антициклону витягнуті за широтою.
В нижньому шарі пасатів повітря внаслідок впливу тертя тече зі складовою, спрямованою, до екватора. На східній периферії кожного субтропічного антициклону ця складова, спрямована до екватора, значно підсилюється вже незалежно від тертя. Тому, рухаючись на все більш теплу поверхню моря пасатна течія в нижніх шарах набуває нестійкість стратифікації. Встановлюються великі вертикальні градієнти температури, які часто перевищують сухоадіабатичний в нижніх сотнях метрів, і розвивається пожвавлена конвекція зі швидкостями висхідних потоків близько 2,5-4 м/сек і з утворенням купчастих хмар.
Але конвекція не досягає значних висот. Вже на висотах 1200-2000 м в області пасатів виявляється затримуючий шар в декілька сотень метрів товщиною з інверсією температури чи зі зменшенням вертикального градієнта температури. Ця пасатна інверсія утворюється при осіданні повітря, характерному для всякого добре розвиненого антициклона не тільки в тропіках. Інверсія і затримує розвиток конвекції на порівняно низькому рівні. Хмари не отримують значного вертикального розвитку, нерідко приймають характер шарувато-купчастих і не досягають рівня зледеніння, який в тропіках знаходиться вище 5 км. Тому, з хмар або взагалі не випадає опадів, або випадають незначні короткотривалі і дрібнокрапельні дощі, обумовлені взаємним злиттям крапель, без посередництва крижаної фази.
47. Повітряні маси та їх класифікації. В горизонтальному вимірі метеорологічні величини та явища змінюються набагато повільніше, ніж у вертикальному. Це дозволяє виділити великі об’єми повітря, розміри яких порівняні з розмірами материків або крупних їх частин, і таких, що мають відносно однорідні термодинамічні характеристики, погодні умови та переміщуються як єдине ціле в течії загальної циркуляції. Такі об’єми називають повітряними масами. Існує декілька класифікацій повітряних мас. Найбільш важливою є генетична класифікація, за нею всі повітряні маси поділяються на групи відповідно до властивостей, яких вони набули над географічним районом формування. За цією класифікацією виділяють такі типи повітряних мас: арктичне і антарктичне повітря, тропічне повітря, полярне повітря та екваторіальне. При переміщення повітря з регіону формування в інший регіон відбувається зміна його термодинамічних властивостей. Процес зміни властивостей повітря під впливом регіону називається трансформацією повітряної маси.
За класифікацією повітряних мас за термічною ознакою існують теплі повітряні маси, відносно теплі, холодні, відносно холодні, нейтральні або місцеві. Теплим повітрям називають таке, що рухається в більш холодної підстилаючої поверхні. Відносно тепле - в якому температура вища, ніж температура суміжних повітряних мас. Нейтральна – повітряна маса, яка тривалий час стаціонує над певним географічним районом і зберігає свої основні властивості. За стійкістю бувають стійкі та нестійкі повітряні маси. В нестійких повітряних масах можливий розвиток вертикальних рухів, хмар тощо.
48. Поняття про атмосферні фронти та основні їх класифікації.
Повітряні маси розділяються вузькими смугами, в межах яких відмічаються різкі зміни горизонтальних градієнтів температури та тиску. Горизонтальна протяжність таких зон 40-50 км. Зона переходу від однієї до іншої повітряної маси називається фронтальною зоною. Чим більший кут нахилу фронтальної зони, тим більш сприятливими є умови для формування висхідних рухів, утворення хмарності та опадів. Лінія перетину з поверхнею називається атмосферним фронтом.
Атмосферні фронти, як і повітряні маси, переміщуються в системі циркуляції атмосфери. Проходження атмосферного фронту через пункт спостереження супроводжується підсиленням вітру, збільшенням хмарності і появою опадів. При теплому фронті з’являється шарувата хмарність та облогові опади, при холодному – купчастоподібна хмарність, зливові опади з можливою грозовою діяльністю і градом, збільшеня швидкості вітру.
За своєю вертикальною протяжністю фронти простягаються на 10-11 км, а висоти зазвичай мають від 3 до 5 км.
Існують такі класифікації атмосферних фронтів: за горизонтальними – вертикальними розмірами і за циркуляційною значеністю.
За першою класифікацією атмосферні фронти поділяють на основні або головні фронти, другорядні або приземні та верхні. Основними фронтами називають фронтальні розділи, що розділяють повітряні маси різного географічного походження. Їх горизонтальна протяжність – тисячі кілометрів, вертикальна – до верхньої межі тропосфери. Серед основних фронтів виділяють арктичний, антарктичний, два помірних та один тропічний. Тропічний фронт розділяє пасатні потоки північної і південної півкулі. Основні фронти переміщуються по широті залежно від пори року. В літній півкулі основні фронти переміщуються в бік полюсу, в холодний період – в бік екватора. Положення основних фронтів використовують для проведення генетичної класифікації клімату. Наприклад, помірний кліматичний пояс виділяють як широтну смугу, що лежить між зимовим положенням полярного фронту. Перехідні кліматичні зони визначають як широтну смугу, що лежить між літнім положенням полярного фронту та зимовим положенням тропічного фронту. Основні фронти охоплюють собою практично всю півкулю, але мають не суцільне простягання, а складаються з окремих гілок. Другорядними фронтами називаються фронти, які розділяють порції різних за термодинамічними властивостями повітряних мас, що мають одне і те ж географічне положення, а також в межах одного повітряного ізобарного потоку. Верхні фронти – це ділянки основних або другорядних фронтів, що прослідковуються на висотах, а в нижніх шарах термодинамічні характеристики повітряних мас стають майже однаковими.
За особливостями переміщення, вертикальною будовою там погодними умовами повітряні маси поділяють на прості (холодні, теплі та малорухливі) і складні – фронт оклюзії. Теплий фронт – це ділянка основного фронту, або другорядний фронт, який переміщується в бік холодної повітряної маси. Малорухливий або стаціонарний – це ділянки основного фронту, які мають малі швидкості переміщення і здійснюють криволінійні рухи відносно осьової лінії.
49. Поняття про геострофічний та градієнтний вітер.
Найпростіший вид руху повітря, який можна представити теоретично – це прямолінійний рівномірний рух без тертя. Такий рух при відхиляючій силі, відмінної від нуля, називають геострофічним вітром.
При геострофічному вітрі крім рушійної сили градієнта на повітря діє ще відхиляюча сила обертання Землі. Оскільки рух передбачається рівномірним, обидві сили врівноважуються, тобто вони рівні за величиною і напрямлені взаємно протилежно. Відхиляюча сила обертання Землі в північній півкулі спрямована під прямим кутом до швидкості руху вправо. Звідси випливає, що сила градієнта, яка дорівнює їй за величиною, має бути напрямлена під прямим кутом до швидкості вліво. А так як під прямим кутом до градієнта лежить ізобара, то це означає, що геострофічний вітер дме вздовж ізобар, залишаючи низький тиск зліва. В південній півкулі, де відхиляюча сила обертання Землі спрямована вліво, геострофічний вітер має дути, залишаючи низький тиск праворуч. Швидкість геострофічного вітру прямо пропорційна величині самого баричного градієнта. Чим більший градієнт, тобто чим густіше проходять ізобари, тим сильніший вітер.
Вітер біля земної поверхні завжди більш-менш відрізняється від геострофічного вітру і за швидкістю, і за напрямком. Це відбувається тому, що біля земної поверхні достатньо велика сила тертя, яка для геострофічного вітру передбачається рівною нулю. Але у вільній атмосфері приблизно починаючи з 1000м, дійсний вітер вже дуже близький до геострофічного.
Якщо рух повітря відбувається без впливу сили тертя, але криволінійно, це означає, що, крім сили градієнта та відхиляючої сили обертання Землі з’являється ще відцентрова сила. Вона спрямована по радіусу кривизни траєкторії назовні, в сторону опуклості траєкторії. Тоді у випадку рівномірного руху повинні врівноважуватися вже три сили, що діють на повітря – градієнта, відхиляюча і відцентрова. Такий теоретичний випадок рівномірного руху повітря по кругових траєкторіях без впливу тертя називають градієнтним вітром. Градієнтний вітер, так само як і геострофічний, спрямований по ізобарам, в цьому випадку вже не прямолінійним, а круговим.
