Atmosfēras cirkulācija — definīcija, Hadleja, Ferela un polārā šūna
Atmosfēras cirkulācija: Hadleja, Ferela un polārā šūna — saules enerģija, Koriolisa spēks. Vienkārši skaidrojumi, diagrammas un praktiski piemēri.
Atmosfēras cirkulācija ir liela mēroga gaisa masu kustība atmosfērā, kas pārvieto siltumu, mitrumu un enerģiju pa visu Zemes virsmu. Šo procesu galvenais enerģijas avots ir saules starojums. Saules starojums galvenokārt nonāk kā īsviļņu starojums; Zeme to daļēji absorbē un pēc tam izstaro daļu enerģijas atpakaļ kā garo viļņu starojumu. Liela daļa no atpakaļ starojuma tiek daļēji noturēta atmosfērā, tādējādi mainot Zemes enerģijas bilanci un atbalstot konvekciju un citus cirkulācijas procesus. Siltuma enerģija, kas tiek pārvietota ar gaisa plūsmas palīdzību, nosaka lielu daļu no klimatiskajiem apstākļiem reģionos.
Cirkulācijas raksturs mainās īstermiņā (diennakts un sezonāli), tomēr klimatoloģiskā pamatstruktūra — liela mēroga šūnu sistēma — parasti saglabājas. Tradicionāli izdala trīs pamatšūnas, kas sadala meridiāno (rietumu–austrumu virziena) transports: Hadleja šūnu, Ferela šūnu un polāro šūnu. Gaisa masu kustību būtiski ietekmē Zemes rotācija caur koriolisa spēku, kas novirza kustību: Ziemeļu puslodē kustības tiek novirzītas uz labo pusi, Dienvidu puslodē — uz kreiso pusi. Šī novirze veicina raksturīgos pastāvīgos vēju reģīmus (tirdzniecības vēji, vidusplatumu rietumu vēji, polārie austrumu vēji) un nosaka, kur veidojas cikloni, frontes un strūklakas (jet stream).
Hadleja šūna (≈0°–30° platuma)
Hadleja šūna atrodas pie ekvatora un tropiem. Galvenie procesi:
- Pie ekvatora intensīva saules apsilde silda gaisu, kas kļūst vieglāks un paceļas. Šeit veidojas konvekcija un biežas nokrišņu zonas (ITCZ — starpkropu konverģences zona).
- Paceļoties gaisam, tas atdziest un izdala kondensācijas siltumu, kas vēl vairāk baro pacelšanos.
- Augstākos slāņos gaiss plūst pretī poliem līdz aptuveni 30° platuma, kur tas atdziest un noriet (subsidence), radot augstspiediena joslas un sausas zonas — daudzu tuksnešu atrašanās vieta.
- No 30° atgriešanās plūsma virzās uz ekvatoru kā tirdzniecības vēji (easterlies), kas Ziemeļu puslodē pūš no ZA uz R—t, bet būtībā nosaka pastāvīgu austrumu virziena komponenti.
Ferela šūna (≈30°–60° platuma)
Ferela šūna ir vidusplatumu "starpslānis" starp Hadleja un polāro šūnu. Galvenie raksturojumi:
- Tā ir mazāk tieša termoģenēzes ziņā — Ferela šūna ir galvenokārt virzīta ar dinamiku, ko rada cikloni un anticykloni (t.i., ar zonālo un meridionālo advekciju un turbulenci).
- Vidusplatumu rietumu vēji (westerlies) dominē šajā joslā, pārvietojot laikapstākļu frontes un ciklonus no ziemeļrietumiem vai rietumiem pret austrumiem atkarībā no puslodēm.
- Šajā joslā bieži atrodas arī dziļās atmosfēras straujas plūsmas — strūklakas (jet streams) — kas ierobežo un pastiprina ciklonu kustību.
Polārā šūna (≈60°–90° platuma)
Polārā šūna atrodas pie poliem un ir raksturīga ar aukstu, blīvu gaisu:
- Polarais gaiss pie poliem bieži nosēžas virs virsmas, radot pastāvīgas augstspiediena zonas (polārie augstspiedieni).
- Apmēram 60° platumā polārais gaiss saskarās ar mērenajiem platumiem pie polārfrontes — vietā, kur veidojas cikloni un nokrišņu zonas.
- No 60° gaiss plūst virzienā uz ekvatoru pie zemākiem slāņiem kā polārie austrumu vēji.
Papildu faktori un sekas
- Vertikālā struktūra: atmosfēras šūnu darbība ir saistīta ar tropopauzi un termiskajiem slāņu gradientiem. Tropu zonā Hadleja šūna bieži sasniedz tropopauzi, veidojot plašas pacelšanās zonas.
- Mitruma transports: Hadleja šūna pārvieto lielu daudzumu mitruma no tropiem uz subtropiem, ietekmējot nokrišņu sadalījumu un veidojot mitras tropu un sausas subtropu joslas.
- Sezonālās izmaiņas: Zemes aksialais slīpums izraisa šūnu un frontu pārvietošanos sezonāli (ITCZ un Hadleja šūna seko Saules maksimālajai uzsildīšanai), kas nosaka sezonālās lietus sezonas un monsu sistēmas.
- Klima un laika apstākļi: liela mēroga cirkulācija nosaka vētru ceļus, tuksnešu atrašanās vietu, temperatūru un nokrišņu sadalījumu; izmaiņas šajā cirkulācijā (piem., ENSO) var radīt globālas klimatiskas svārstības.
Kopsavilkumā — atmosfēras cirkulācija ir komplekss procesu kopums, ko virza Saules starojums, Zemes rotācija un reģionālie temperatūras un mitruma gradienti. Trīs pamatšūnas (Hadleja, Ferela un polārā) veido struktūru, kas ilgtermiņā nosaka mūsu planētas klimatiskos un meteoroloģiskos apstākļus.
Hadlija šūna
Zeme un okeāns intensīvi apstaro ekvatoriālos apgabalus. Karstais un parasti mitrais gaiss paceļas. To sauc par konvekciju. Šis process rada zema spiediena apgabalu gar ekvatoru. Šo apgabalu sauc arī par starptropu konverģences zonu. Karstais gaiss virzās gan uz dienvidiem, gan ziemeļiem un kļūst vēsāks. Kad gaiss ir pietiekami auksts, tas atkal nolaižas uz zemes virsmu. Tā rodas subtropu tuksneši un pustuksneši. Sasniedzot 30 grādu platumu, gaisa masas atgriežas uz lietainā ekvatora.
Polārā šūna
Gaiss 60 grādu platuma grādos ir vēsāks un sausāks nekā gaiss ekvatorā. No otras puses, joprojām ir iespējamas augšupejošas kustības. Procesu raksturs ir līdzīgs Hadlija šūnai. Siltāks gaiss paceļas augšup un krīt lejup uz poliem. Šis gaiss atgriežas atpakaļ uz ekvatoru.
Ferrell šūna
Kustības starp 30 un 60 grādiem ir sarežģītākas. Temperatūra nav galvenais šīs cirkulācijas iemesls. Gaiss šajā mērenās zonas šūnā pārvietojas atkarībā no atšķirībām starp kustīgajām masām Hadlija un polārajā šūnā. Dominējošie vēji parasti ir rietumu vēji.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir atmosfēras cirkulācija?
A: Atmosfēras cirkulācija ir liela mēroga gaisa masu kustība.
J: Kāda ir atmosfēras cirkulācijas procesu izcelsme?
A: Atmosfēras cirkulācijas procesu izcelsme ir saules starojums.
J: Kas notiek ar saules īso viļņu starojumu?
A: Saules īsviļņu starojumu absorbē Zeme, bet tikai daļa šīs enerģijas tiek absorbēta.
J: Kas notiek ar enerģiju, ko zeme neuzsūc?
A: Enerģija, ko Zeme neuzsūc, tiek izstarota atpakaļ atmosfērā un Visumā garvi viļņu starojuma veidā.
J: Kā siltuma enerģija sadalās uz Zemes virsmas?
A: Siltumenerģija zemes virsmā izplatās, pateicoties gaisa cirkulācijai.
J: Cik daudz šūnu mēs atpazīstam atmosfēras cirkulācijā?
A: Atmosfēras cirkulācijā ir trīs šūnas: Hadlija šūna, Ferela šūna un polārā šūna.
J: Kas ir koriolisa spēks un kā tas ietekmē gaisa masu kustību?
A: Koriolisa spēks ir spēks, kas liek gaisam novirzīties uz rietumiem. Tas ietekmē gaisa masu kustību.
Meklēt