Загальна циркуляція атмосфери, механізми її виникнення

Загальною циркуляцією атмосфери називають систему крупномасштабних повітряних потоків на Землі, тобто таких потоків, які за своїми розмірами відповідають великим областям материків і океанів. від загальної циркуляції атмосфери відрізняють місцеві циркуляції, такі як бризи на узбережжях морів, льодовикові вітри тощо. Різноманіття прояву загальної циркуляції атмосфери в першу чергу залежить від постійно діючих в атмосфері величезних хвиль і вихорів, які переміщуються з різною швидкістю. Такі утворення глобальних атмосферних коливань - циклонів та антициклонів - є найбільш характерною рисою загальної циркуляції атмосфери.

До основних крупномасштабних атмосферних потоків, які входять до загальної циркуляції атмосфери, відносять:
1. Повітряні потоки, викликані різницею між температурою різних широтних зон біля поверхні Землі та на висотах.
2. Струминні потоки.
3. Повітряні потокив циклонах і антициклонах, які забезпечують міжширотний обмін повітря.
4. Пасати.
5. Мусони.

В основному в атмосфері потоки загальної циркуляції майже геострофічні, тобто направлені майже по ізобарам. Тільки в шарі тертя повітряні потоки значно відхиляються від ізобар. Такий характер розподілу течій загальної циркуляції називають квазігеострофічним. Умови квазігеострофічності не виконуються також на екваторі і біля нього, як біля земної поверхні, так і у вільній атмосфері, бо відхиляюча сила обертання Землі тут дорівнює нулю або дуже мала і не може врівноважити силу баричного градієнту.

Найбільш стійка особливість у розподілі як тиску, так і пов'язаного з ним вітру над земною поверхнею - зональність цього розподілу. Причина цієї зональності - в розподілі температури, а також в деяких особливостях самого механізму загальної циркуляції атмосфери. Зональність циркуляції проявляється в переважанні меридіональних баричних градієнтів над широтними, а отже, і в переважанні широтних складових вітру (східної чи західної) над меридіональними складовими. При цьому складова того чи іншого напряму (західного чи східного) переважає одночасно або постійно в значній широтній зоні земної кулі. Ступінь переважання зональних складових над меридіональними може бути різним. Над тропічними океанами переважання східних складових у переносі повітря в нижній тропосфері виражене дуже різко і легко помітне на окремих синоптичних картах, тобто в окремі дні. Добре виражене і переважання західних вітрів у помірній зоні південної півкулі.

Меридіональні складові переносу повітря в загальній циркуляції атмосфери хоча і менші в порівнянні з зональними, але мають дуже велике значення. Саме вони обумовлюють обмін повітря між різними широтами Землі. Тривалий час вважали, що меридіональні складові в нижніх та у більш високих шарах атмосфери протилежні за напрямом. Таким чином, в різних зонах Землі ці протилежно направлені складові разом з вертикальними - висхідними та нисхідними рухами - повинні були б створювати кільця з замкнутою циркуляцією повітря. Але таке уявлення дуже спрощене. Воно ще може бути застосоване в тропіках (пасати). Але у позатропічних широтах з їх сильно розвинутою циклонічною діяльністю повітря переміщується з одних широт до інших не у вигляді таких замкнутих циркуляцій, а за допомогою меридіональних складових, напрям яких чергується на одному й тому самому рівні. В дійсності, в кожному циклоні створюється перенос повітря до високих широт в передній частині і до низьких широт у тиловій частині; в антициклонах навпаки. Звідси випливає, що під одними меридіанами переважають меридіональні складові, направлені на північ, а під сусідніми - направлені на південь.

Слід вказати, що за умови квазігеострофічності меридіональні складові взагалі не можуть мати один і той самий напрям вздовж усього широтного кола. Для цього потрібна зональна складова баричного градієнту, направлена в один бік на всьому широтному колі. Але це неможливо, так як передбачало б наявність розриву в тиску в якійсь точці широтного кола, чого бути не може.