Atmosferska cirkulacija
Atmosferska cirkulacija je masovno kretanje vazduha, i zajedno sa cirkulacijom okeana predstavlja sredstvo kojim se toplotna energija dobijena Sunčevom radijacijom ponovo preraspodeljuje na površini Zemlje.
Zemljina atmosferska cirkulacija varira iz godine u godinu, ali većina njene strukture ostaje konstantna. Vremenski sistemi lokalnog karaktera, kao što su depresije srednjih geografskih širina i tropske konvektivne mase - pojavljuju se "nasumično", a dugoročne vremenske prognoze o njima se ne mogu predvideti više od deset dana u praksi, ili mesec dana u teoriji.
Vreme na Zemlji je posledica zagrejavanja sunčevom energijom i zakona termodinamike. Atmosferska cirkulacija se može posmatrati kao toplotni motor koji pokreće Sunčeva radijacija. Rad koji je proizveo taj motor uzrokuje kretanje masa vazduha, on ponovo vrši preraspodelu energije koju je apsorbovala Zemljina površina blizu tropskih do geografskih širina bližih polovima, a zatim nazad u svemir.
Velike atmosferske mase cirkulišu put polova u toplijim periodima (na primer, interglacijali u odnosu na glacijale), ali ostaju u velikoj meri konstantni jer zavise od Zemljine veličine, brzine rotacije, zagrevanja i atmosferske dubine tj. od karakteristika koje se slabo i retko menjaju. Tokom veoma dugih vremenskih perioda (npr. stotine miliona godina), tektonsko podizanje može značajno da promeni njihove glavne elemente. Tektonske ploče mogu da izazovu pomeranje morskih struja. Tokom ekstremno vrućih klimatskih uslova u Mezozoiku, postoji mogućnost da je na Ekvatoru postojao i treći pustinjski pojas.
Opšta cirkulacija atmosfere[uredi | uredi izvor]
Pojasevi vetra koji opasuju planetu su organizovani u tri mase u svakoj hemisferi Hadleijev pojas, Ferelov pojas i polarni pojas. Ovi pojasevi postoje i u severnoj i južnoj hemisferi. Najveći deo atmosferskog kretanja javlja se u masi Hadlei. Mesta visokog pritiska koji deluju na površini Zemlje su uravnoteženi sistemima niskog pritiska na drugim mestima. Kao rezultat toga, postoji ravnoteža između mesta sa niskim i visokim vazdušnim pritiskom.
Područje visokog vazdušnog pritiska na oko 30° do 35° geografske širine (sever ili jug) gde se vetrovi razilaze u susedne zone Hadlei ili Ferel masa, i obično imaju blagu klimu sa laganim vetrovima, sunčanim nebom i malom količinom padavina.[1][2]
Hadlei masa[uredi | uredi izvor]
Džordž Hedli je objasnio proces atmosferske cirkulacije pomoću kretanja i pravaca vetrova. Masa Hadlei (koja nosi naziv po istoimenom naučniku) je zatvoreni kružni čvor koji nastaje na ekvatoru. Tamo se vlažan vazduh zagreva sa Zemljine površine, smanjuje se gustina i takav zagrejan vazduh sa malom gustinom se izdiže. Slična vazdušna masa koja se diže sa druge strane ekvatora prisiljava one vazdušne mase da se pomeraju put polova. Uspon vazduha stvara zonu niskog vazdušnog pritiska u okolini ekvatora. Kako se vazduh kreće prema polu, on se hladi, postaje gušći i spušta se na oko 30. paralele, stvarajući područje visokog vazdušnog pritiska. Spušteni vazduh zatim kreće se prema ekvatoru duž površine, zamenjujući vazduh koji se uzdizao iz ekvatorijalne zone, zatvarajući petlju tj. čvor mase Hadlei. Pomeranje vazduha u gornjem delu troposfere odstupa prema istoku, uzrokovano koriolisovim efektom (pojava očuvanja ugaonog momenta). Međutim, na tlu kretanje vazduha prema ekvatoru u donjoj troposferi odstupa prema zapadu, stvarajući vetar sa istoka. Vetrovi koji teku prema zapadu (sa istoka, istočni vetar) na nivou tla u masi Hadlei nazivaju se pasati.
Iako je Hadleijeva masa definisana da je locirana na ekvatoru, u severnoj hemisferi ona se pomera na više geografske širine u junu i julu (u toku letnjih meseci), a prema nižim geografskim širinama u zimskim meseci tj. decembru i januaru, što je rezultat nejednakog sunčevog zagrevanja Zemljine površine. Zona u kojoj se odvija najveće zagrejavanje naziva se " termalni ekvator ". Pošto je leto na južnoj hemisferi od decembra do marta, tada se odvija kretanje termalnog ekvatora do viših južnih geografskih širina, tj. suprotno od severne hemisfere.
Hadleijev sistem daje primer za termalno direktnu cirkulaciju. Snaga Hadlei mase, koja se poredi sa toplotnom mašinom, čija snaga je procenjena oko 200 teravati.
Farel masa[uredi | uredi izvor]
Dve vazdušne mase koje se izdižu na 60° geografske širine razdvajaju se na velikoj visini prema polovima i stvarju polarnu masu. Ostatak se kreće prema ekvatoru gde se sudara na 30° geografske širine sa vazduhom visokog nivo mase Hadlei. Tamo se spušta i jača greben pod visokim pritiskom ispod. Veliki deo energije koja pokreće Ferelovu masu obezbeđuju polarne i Hadleiove mase koje kruže sa obe strane i koje vuku Ferelovu masu sa njom. [3] Ferel masu, koju je teoretisao Vilijam Ferel (1817–1891), karakteristika je sekundarne cirkulacije, čije postojanje zavisi od Hadlei i polarnih masa na svakoj strani. Može se zamisliti kao vrtlog koji stvaraju Hadlei i polarne mase.
Vazduh Ferelove mase koja se spušta na 30° geografske širine kreće se u pravcu polova površinom i ona odstupa prema istoku. U gornjoj atmosferi Ferelove mase, vazduh koji se kreće prema ekvatoru odstupa prema zapadu. Oba ova odstupanja, kao u slučaju Hadlei i polarnih masa, pokreću se očuvanjem momenta. Kao rezultat, baš kao što se istočni pasati nalaze ispod mase Hadlei, zapadni vetrovi se nalazi ispod Ferelove mase.
Masa Ferel je slaba, jer nema jak izvor toplote, tako da su protok vazduha i temperature unutar njega promenljivi. Iz tog razloga, srednje širine se ponekad nazivaju "zona mešanja". Hedlijeve i polarne mase su zaista zatvorene petlje, Ferelova ćelija nije, a poenta je u Zapadnim betrovima. Istočni pasati i polarne istočni vetrovi nemaju ništa što bi prevagnulo, jer su njihove matične ćelije za cirkulaciju dovoljno jake i suočavaju se sa nekoliko prepreka ili u obliku masivnih terena ili zona visokog pritiska. Međutim, slabiji Zapadni vetrovi iz Ferelove mase mogu biti poremećeni. Lokalni prolaz hladnog fronta može se promeniti za nekoliko minuta i kao što se često i dešava. Kao rezultat toga, na površini, pravci vetrova variraju. Ali vetrovi iznad površine, gde su oni manje poremećeni terenom, su u suštini zapadni. Zona niskog pritiska na 60° geografske širine koja se kreće prema ekvatoru, ili zona visokog pritiska na 30° geografske širine koja se kreće prema naprijed, ubrzaće Zapadne vetrove mase Ferel.
Ferelov sistem, za razliku od Hadlei pojas deluje kao toplotna pumpa sa koeficijentom performansi od 12,1. Trošeći kinetičku energiju dobijenu iz Hadlei i polarnih masa pri približnoj brzini od 275 teravata.[4]
Polarni pojas[uredi | uredi izvor]
Polarni pojas je jednostavan sistem sa jakim strujanjem toplog vazduha od Zemlje u vis i njegovo mešanje sa gornjim, hladnijim vazduhom. Iako su hladnije i suvlje u odnosu na ekvatorijalni vazduh, vazdušne mase na 60. paraleli su još uvek dovoljno tople i vlažne da dođe do razmene toplote unutar same mase i pokrenu toplotni čvor tj. petlju. Na 60. paraleli, vazduh se diže do tropopauze (oko 8km na ovoj geografskoj širini) i kreće se put polova južni ili severni u zavisnosti na hemisferu. Na taj način, vazdušna masa gornjeg nivoa odstupa prema istoku. Kada vazduh stigne do polarnih područja, on se ohladi i znatno je gušći od donjeg vazduha. Spušta se, stvarajući hladno i suvo područje visokog vazdušnog pritiska. Na polarnoj površini, masa vazduha se kreće prema 60. paraleli, zamenjujući vazduh koji se tamo podigao, a masa polarne cirkulacije je potpuna. Kako se vazduh na površini kreće prema ekvatoru, samim tim on se kreće prema zapadu. Opet, odstupanja vazdušnih masa su rezultat Koriolisovog efekta. Vazdušni tokovi na površini se nazivaju Istočni polarni vetrovi.
Odliv vazdušne mase iz ćelije stvara harmonijske talase u atmosferi poznatoj kao Rosbijevi talasi. Ovi veoma dugi talasi određuju putanju polarnih džet potoka, koji putuju u prelaznoj zoni između tropopauza i Ferel mase. Delujući kao odvod toplote, polarna masa pomera ogromnu količinu toplote od ekvatora prema polarnim regionima.
Sličnosti između Hadleijeve mase i polarne mase jesu što su termički direktne tj. one postoje kao direktna posljedica površinskih temperatura. Njihove toplotne karakteristike utiču na vreme u njihovom domenu. Sama količina energije koju transportuju Hadleijeve mase i dubina hlađenja unutar polarne mase, osiguravaju da prolazne vremenske pojave imaju samo zanemariv uticaj na sisteme u cjelini. Beskrajni lanac uspona i padova vazdušnog pritiska, koji je deo svakodnevnog života stanovnika srednje geografske širine, na širinama između 30 i 60°. Postoje neki značajni izuzeci od ovog pravila, npr. u Evropi, nestabilno vreme se proteže barem na 70. paralelu na severu.
Polarne mase, teren i gorski vetrovi na Antarktiku mogu stvoriti veoma hladne uslove na površini, na primer, najniža temperatura zabeležena na Zemlji iznosi: −89.2 °C na stanici Vostok na Antarktiku, 1983.[5][6][7]
Značajke uzdužne cirkulacije[uredi | uredi izvor]
Dok su Hadlei, Ferel i polarni vazdušni pojasevi (čije su ose orijentisane duž paralela ili geografskih širina) glavne karakteristike globalnog prenosa toplote, međuim oni ne djeluju same. Temperaturne razlike pokreću i skup cirkulacionih masa, čije ose cirkulacije su longitudinalno orijentisane. Ovo atmosfersko kretanje je poznato kao lokalna cirkulacija atmosfere.
Opšta cirkulacija atmosfere je rezultat najveće sunčeve radijacije po jedinici površine koji pada na tropskim geografskim širinama. Intenzitet Sunca se smanjuje kako se geografska širina povećava, dosežući nulu na polovima. Lokalna cirkulacija atmosfere je, međutim, rezultat toplotnog kapaciteta vode, njene apsorpcije i mešanja. Voda apsorbuje više toplote nego zemlja, ali njena temperatura se ne povećava toliko kao zemlja. Kao rezultat, temperaturne varijacije su veće u kontinentualnim delovima nego na priobalju.
Hadlei, Ferel i polarni pojasevi postoje u najvećoj skali od hiljada kilometara ( sinoptička skala ). Lokalna cirkulacija takođe može delovati na ovoj skali okeana i kontinenata, a ovaj efekat je sezonski ili čak decenijski. Topli vazduh se diže iznad ekvatorijalnih, kontinentalnih i zapadnih regiona Pacifičkog okeana. Kada dođe do tropopauze (prelazi iz troposfere u stratosferu), hladi se i pada u području relativno hladnije vodene mase.
Vazdušni pojas Tihog okeana zauzima važnu ulogu u vremenskim prilikama na planeti. Ova celina bazirana na okeanima nastaje kao rezultat značajne razlike u površinskim temperaturama zapadnog i istočnog Pacifika. U normalnim okolnostima, zapadno pacifičke vode su tople, a istočne vode hladne. Proces počinje sa snažnim konvektivnim aktivnostima, tropska istočnoazijska i hladna južnoamerička vazdušna masa i stvaraju vazdušno strujanje koje gura pacifičku vodu i nagomilava je u zapadnom Pacifiku. (Nivo vode u zapadnom Pacifiku je oko 60 centimetara viši nego u istočnom Pacifiku. ) [8] [9] [10] [11].
Dobar primer za konvekciona strujanja vazduha, jeste nastanak povetarca u priobalju mora ili na planinskim stranama. Vazduh nad kopnom postaje topliji i lakši, te se uspinje, a na njegovo mesto dolazi hladniji vazduh sa morkse površine. Ovakvim strujanjem vazduha, nastaje povetarac koji nosi naziv danik. Noću je proces suprotan. Akumulirana toplota u vodi sporije se oslobađa, pa je vazduh nad morem topliji i lakši. Njega zamenjuje vazduh koji pristiže sa kopna i tako nastaje noćnik, povetarac sa pravcem duvanja kopno- more.
Sličan sistem cirkulacije funkcioniše između planinskih vrhova i dolina. Preo dana, dolinski vazduh se zagreva brže i uspinje se uz planinske strane. Ovako strujanje toplog vazduha naziva se dolinski vetar ili dolnjak. Noću, pod uticajem gravitacije, hladniji i teži planinski vazduh silazi u doline u vidu gorskog vetra ili gornjaka.
Valkerova cirkulacija[uredi | uredi izvor]
Pacifički pojas ili Vokerova cirkulacijom po Sir Gilberta Vokera, britanski direktor opservatorija iz 20. veka koji je tražio način predviđanja za monsunske vetrovi u Indiji. Iako to nikada nije uspeo, njegov rad ga je doveo do otkrića veze između periodičnih varijacija pritiska u Indijskom okeanu i onih između istočnog i zapadnog Pacifika, koje je on nazvao "južnom oscilacijom".
Kretanje vazduha u Valkerovoj cirkulaciji utiče na petlje sa obe strane Pacifika. U normalnim okolnostima, vreme se ponaša kako se očekuje. Međutim, svakih nekoliko godina, u zimskim mesecima javljaju se neuobičajeno visoke ili neuobičajeno niske temperature za ovaj period godine, ili se učestalost uragana povećava ili smanjuje. A obrazac se postavlja na neodređeno vreme.
Valkerov pojas ima ključnu ulogu u fenomenu El Ninjo. Ako se konvektivna aktivnost u zapadnom Pacifiku usporava iz nekog razloga (koji trenutno nije poznat), klima na području zapadnog Pacifika je izmenjena. Prvo, zapadni vetrovi na višem nivou ne nastaju. Samim tim se prekida povratak hladnog vazduha koji bi nestao na oko 30° južne geografske širine, i stoga se vazduh koji se vraća kao površinski istočni prestaje da deluje. Kao rezultat javljaju se dve posledice. Topla voda prestaje da se diže u istočni Pacifik sa zapada ("nagomilana" je istočnim vetrovima), jer više ne postoji površinski vetar koji ga gura u područje zapadnog Pacifika. Ovo i odgovarajući efekti Južne oscilacije su rezultat dugoročnih neuobičajenih temperatura i obrascima padavina u Severnoj i Južnoj Americi, Australiji i jugoistočnoj Africi, kao i prekidi okeanskih struja.
U međuvremenu, u Atlantskom, brzorastućem gornjem nivou, Zapadni vetrovi iz Hedlijevog pojasa, koji bi obično bio blokiran od strane Voker cirkulacije i ne može da dostigne takve intenzitete. Ovi vetrovi narušavaju vrhove uraganskih formacija i umanjuju broj koji je u stanju da dostigne punu snagu, samim tim to objašnjava zašto se javlja manji broj uragana.
El Ninjo - južna oscilacija[uredi | uredi izvor]
El Ninjo i La Ninja su suprotne površinske temperaturne anomalije južnog Pacifika, koje u velikoj meri utiču na vremenske prilike. U slučaju El Ninja, topla površinska voda se približava obalama Južne Amerike, što dovodi do blokiranja bogatstva nutrientima dubokih voda. Ovo ozbiljno utiče na populaciju riba jer su im nutrienti osnovni izvor hrane.
U slučaju La Ninja, konvektivni pojas iznad zapadnog Pacifika neuobičajeno se povećava i dolazi do pojave hladnijih zima nego u Severnoj Americi i snažniju ciklonsku sezonu u jugoistočnoj Aziji i istočnoj Australiji. Takođe, je povećano podizanje dubokih hladnih okeanskih voda i intenzivniji uspon površinskog vazduha u blizini Južne Amerike, što je dovodi do povećanog broja suša. Dok ribari koriste bogatije vode nutrientima istočnog Pacifika.
Reference[uredi | uredi izvor]
- ^ US Department of Commerce, National Oceanic and Atmospheric Administration. „What are the Horse Latitudes?”. oceanservice.noaa.gov (na jeziku: engleski). Pristupljeno 14. 4. 2019.
- ^ Monkhouse, F. J. (12. 7. 2017). A Dictionary of Geography (na jeziku: engleski). Routledge. ISBN 9781351535656.
- ^ Yochanan Kushnir (2000). „The Climate System: General Circulation and Climate Zones”. Arhivirano iz originala 22. 08. 2004. g. Pristupljeno 13. 3. 2012.
- ^ Junling Huang and Michael B. McElroy (2014). „Contributions of the Hadley and Ferrel Circulations to the Energetics of the Atmosphere over the Past 32 Years”. Journal of Climate. 27 (7): 2656—2666. Bibcode:2014JCli...27.2656H. doi:10.1175/jcli-d-13-00538.1.
- ^ „The physical environment of the Antarctic”. British Antarctic Survey (BAS).
- ^ „Regional climate variation and weather”. RGS-IBG in partnership with BAS. Arhivirano iz originala 6. 3. 2015. g.
- ^ „Welcome to the Coldest Town on Earth”. Scientific American. 2008.
- ^ „Envisat watches for La Nina”. BNSC. 3. 3. 2006. Arhivirano iz originala 24. 4. 2008. g. Pristupljeno 26. 7. 2007.
- ^ „The Tropical Atmosphere Ocean Array: Gathering Data to Predict El Niño”. Celebrating 200 Years. NOAA. 8. 1. 2007. Pristupljeno 26. 7. 2007.
- ^ „Ocean Surface Topography”. Oceanography 101. JPL, NASA. 5. 7. 2006. Arhivirano iz originala 14. 4. 2009. g. Pristupljeno 26. 7. 2007.
- ^ „ANNUAL SEA LEVEL DATA SUMMARY REPORT JULY 2005 – JUNE 2006” (PDF). THE AUSTRALIAN BASELINE SEA LEVEL MONITORING PROJECT. Bureau of Meteorology. Arhivirano iz originala (pdf) 7. 8. 2007. g. Pristupljeno 26. 7. 2007.
Spoljašnje veze[uredi | uredi izvor]
- Animacija koja prikazuje globalnu cirkulaciju oblaka za mesec dana na osnovu vremenskih satelitskih snimaka
- Interakcije između vazduha i mora i obrasci cirkulacije okeana na odeljenju za vremenske uslove Tajlandske vlade
| Državne | |
|---|---|
| Ostale | |
