8.3: Вітри та клімат

У попередньому розділі ми дізналися, що піднімається повітря створює системи низького тиску, а потопаюче повітря створює високий тиск. Крім своєї ролі у створенні поверхневих вітрів, ці системи високого і низького тиску впливають і на інші кліматичні явища. Уздовж екватора повітря піднімається в міру прогрівання сонячною радіацією (секція 8.2). Тепле повітря містить більше водяної пари, ніж холодне, тому ми відчуваємо вологість влітку, а не взимку. Вміст води в повітрі приблизно подвоюється з кожним збільшенням температури на 10 ^o С. Таким чином, повітря, що піднімається на екваторі, тепле і сповнене водяної пари; коли воно піднімається у верхню атмосферу, воно охолоджується, і прохолодне повітря більше не може утримувати стільки водяної пари, тому вода конденсується і утворює дощ. Тому системи низького тиску пов'язані з опадами, і ми бачимо вологі місця проживання на кшталт тропічних лісів поблизу екватора (рис.\(\PageIndex{1}\)).

Малюнок\(\PageIndex{1}\) Основні глобальні кліматичні регіони по відношенню до атмосферних конвекційних клітин. ^{Підвищення повітря і низький тиск створюють дощові та вологі середовища при 0 o і 60 o широт, в той час як високий тиск, потопаюче повітря створює більш сухі умови при 30° і 90 о широт.} (Змінено PW; Карта Вайтака в uk.wikipedia Пізніші версії (и) були завантажені Splette в uk.wikipedia; Сонце за індуктивним навантаженням (Власна робота на основі файлу:Nuvola_apps_kweather.svg); Raincloud від Калусарула (Власна робота); всі [CC BY-SA 3.0], через Вікісховище).

Піднімаючись і виробляючи дощ поблизу екватора, повітряні маси рухаються до 30 ^o широти і опускаються назад до Землі як частина конвекційних клітин Хедлі. Це повітря втратило більшу частину вологи після отримання екваторіальних дощів, тому потопаюче повітря сухе, що призводить до посушливого клімату близько 30 ^o широти в обох півкуль. Багато з основних пустельних регіонів на Землі розташовані поблизу 30 ^o широти, включаючи більшу частину Австралії, Близького Сходу та пустелі Сахара Африки (рис.\(\PageIndex{1}\)). Повітря також стискається і нагрівається, коли він занурюється, поглинаючи будь-яку вологу з хмар і створюючи ясне небо. Таким чином системи високого тиску пов'язані з сухою погодою і ясним небом. Цей цикл областей високого та низького тиску триває з конвекційними клітинами Ферреля та Полярної, що призводить до дощу та бореальних лісів на 60 ^o широти в Північній півкулі (відповідних великих сухопутних мас у цих широтах у Південній півкулі немає). На полюсах, що спускається, сухе повітря виробляє мало опадів, що призводить до полярного клімату пустелі.

Висота землі також відіграє роль в опадах і кліматичних характеристиках. Коли вологе повітря рухається над землею і стикається з горами, воно піднімається, розширюється і охолоджується через зниження тиску і температури. Прохолодне повітря утримує менше водяної пари, тому відбувається конденсація і дощ падає на навітряну сторону гір. Коли повітря проходить над горами на підвітряну сторону, то тепер це сухе повітря, і в міру його занурення тиск збільшується, нагрівається назад, будь-яка волога перепаровується, і це створює сухі, пустельні регіони за горами (рис.\(\PageIndex{2}\)). Це явище називають дощовою тінню, і його можна зустріти в таких районах, як Тибетське плато та пустеля Гобі за Гімалаями, Долина смерті за горами Сьєрра-Невада та суха долина Сан-Хоакін у Каліфорнії.

\(\PageIndex{2}\)Малюнок Дощова тінь. Повітря, що піднімається над горами, охолоджує і конденсується і утворює дощ, залишаючи сухе спадне повітря та посушливі умови на іншій стороні гори (Модифіковано PW від Thebiologyprimer, Громадське надбання через Wikimedia Commons).

Підвищення та падіння повітря також відповідають за більш локалізовані, короткочасні вітрові структури в прибережних районах. Завдяки високій теплоємності води земля нагрівається і остигає приблизно в п'ять разів швидше води. Протягом дня сонце нагріває землю швидше, ніж нагріває воду, встановлюючи конвекційну комірку з більш теплого піднімається повітря над землею і занурюючи більш прохолодне повітря над водою. Це створює вітри, що дме з води в сторону суші вдень і рано ввечері; морський бриз (рис.\(\PageIndex{3}\)). Протилежне відбувається вночі, коли суша охолоджується швидше океану. Зараз океан тепліший за сушу, тому повітря піднімається над водою і опускається над сушею, створюючи конвекційну клітку, де вітри дують з суші у напрямку до води. Це сухопутний бриз, який дме вночі і в ранній ранок (рис.\(\PageIndex{3}\)).

Малюнок\(\PageIndex{3}\) Земля нагрівається і охолоджується швидше океану, тому вдень земля тепліше води, що призводить до підняття повітря над сушею і морського бризу. Вночі океан тепліший за землю, створюючи сухопутний вітер (модифікований похідною роботою PW: Ingwik (Diagrama de formacion de la brisa-breeze.png) [CC-BY-SA-3.0 або GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)], через Вікісховище).

Це ж явище призводить до сезонних кліматичних змін у багатьох районах. Взимку нижчий тиск знаходиться над теплим океаном, а високий тиск - над холоднішою сушею, тому вітри дмуть з суші в море. Влітку земля тепліша за океан, внаслідок чого низький тиск над сушею, а вітри дують з океану в бік суші. Вітри, що дме з океану, містять багато водяної пари, а оскільки вологе повітря проходить над сушею і піднімається вгору, воно охолоджується і конденсується, викликаючи сезонні дощі, такі як літні мусони південно-східної Азії (рис.\(\PageIndex{4}\)).

Малюнок\(\PageIndex{4}\) Сезонні вітрові моделі та мусони над Індією. Влітку вологе повітря з океану переміщається по континенту і піднімається вгору, створюючи дощ і літні мусони (рожеві стрілки). Взимку вітри дмуть від суші до моря, що призводить до сухого сезону (зелені стрілки) (За Сараваском, на основі роботи Планемада та Ніхалпа [CC BY-SA 3.0], через Wikimedia Commons).