Ветры в стратосфере и мезосфере

Мы уже говорили, что выше тропопаузы ветер с высотой обычно ослабевает. Однако были обнаружены случаи возраста­ния скорости ветра с высотой в стратосфере. Такие случаи обычно наблюдались зимой в высоких широтах, летом в низких широтах, причем зимой направление ветра, как правило было западным, а летом — восточным. В начале 50-х годов появились новые работы, посвященные режиму ветра в верхней стратосфере. Обнаруженные сильные ветры в стратосфере были названы стратосферными струйными течениями. Позднее удалось выяснить, что на высотах 25—30 км при определенных условиях циркуляции в широтной зоне 50—75° северного и южного полушарий появляются небольшие ячейки максимальных скоростей ветра. Было также установлено, что выше 25—30 км в этой же широтной зоне продолжается возра­стание скорости ветра. Ветры в стратосфере носят ярко выраженный сезонный ха­рактер. Зимой, когда воздух в течение полярной ночи в высо­ких широтах сильно охлаждается, в стратосфере с высотой про­исходит понижение температуры до —70, —80°. В соответствии с направлением горизонтального градиента температуры (из средних широт в высокие) в упомянутой широтной зоне за­падные ветры с высотой усиливаются и уже вблизи уровня 30 км достигают скорости 160—200 км/час. На рис. 74 и 75 приведены мировые карты барической топо­графии поверхности 10 мб (по автору), соответствующие полю давления на уровне около 30—31 км. На рис. 74 легко видеть что по сравнению с аналогичными картами поверхностей 300 и 200 мб (см. рис. 33 и 69) структура поля давления в северном полушарии резко изменилась. Большая густота изогипс, по­явившаяся между средними и высокими широтами, указывает на большие средние скорости ветра. Наоборот, южнее 40° с. ш. сгущение изогипс исчезло и здесь наблюдаются слабые ветры.

Карта абсолютной барической топографии поверхности 10 мб в январе

В это же время в южном полушарии на уровне 30—31 км наблюдаются сравнительно слабые ветры восточного направ­ления. Это объясняется тем, что в январе в Антарктике стоит полярный день, в течение которого воздух в стратосфере про­гревается. Напомним, что на этом уровне средняя температура воздуха в летние месяцы достигает —30, —35° и градиент тем­пературы бывает направлен из высоких широт в низкие По­этому западные ветры, характерные для тропосферы выше тро­попаузы ослабевают и на уровне около 20 км переходят в во­сточные. В июле наблюдается обратная картина. В северном полушарии стоит полярный день, что обусловливает высокие темпера­туры в стратосфере Арктики и градиент температуры, на­правленный из высоких широт в средние. Поэтому характерные для тропосферы западные ветры с высотой ослабевают и на уровне около 20 км переходят в восточные. О небольших скоростях ветра в северном полушарии свидетельствуют редкие здесь изогипсы (рис. 75).

Карта абсолютной барической топографии поверхности 10 мб в июле

Наоборот, в южном полушарии на периферии Антарктиды (аналогично зиме в северном полушарии) наблюдается значи­тельное сгущение изогипс, указывающее на большие скорости западного ветра в стратосфере. Для более наглядного представления о характерных чертах горизонтальной циркуляции атмосферы между поверхностью земли и верхней стратосферой приведены две схемы преобла­дающей горизонтальной циркуляции (па автору). Схемы построены по материалам ежедневных аэрологических наблюде­ний более 40 станций, расположенных вдоль разных меридиа­нов (восток Атлантики и запад Тихого океана) между Север­ным и Южным полюсами. При этом были использованы данные за декабрь — февраль и июнь — август, осредненные за 2—3 года. Циркуляция в северном полушарии зимой представлена на рис. 76. Как и на приведенных выше вертикальных разрезах атмосферы, здесь изображены поля температуры и ветра, а также струйные течения. Легко видеть, что в северном по­лушарии 10 января 1959 г. максимальные скорости в центре струй вдоль западной границы Европы превышали НО— 120 км/час, а 11 января на востоке Азии они достигали 300 км/час. Обратим также внимание на то, что в стратосфере северного полушария между средними и высокими широтами скорости западного ветра с высотой возрастали и на верхнем уровне превышали 140—160 км/час.

Вертикальный разрез атмосферы до уровня давления 10 мб между Северным и Южным полюсами в январе

В южном полушарии в эти дни средние максимальные ско­рости в системе тропосферных струйных течений не превы­шали 100—140 км/час, а в стратосфере повсеместно ветры были слабыми, причем западные ветры переходили в восточные вблизи уровня 50 мб (20 км). В июле положение резко меняется. В северном полушарии летом максимальные скорости ветра в системе тропосферных струй заметно меньше, чем зимой. Кроме того, в стратосфере ветры слабые, выше уровня 50 мб господствуют ветры восточ­ного направления. Наоборот, в южном полушарии в страто­сфере с высотой средние скорости ветра возрастают и в верх­ней стратосфере скорость ветров, по-прежнему западных, пре­вышает 170—180 км/час (рис. 77).

Вертикальный разрез атмосферы до уровня давления 10 мб между Северным и Южным полюсами в июле

Сведений о ветре на высотах более 30 км значительно меньше. Направление и скорость его определяются главным образом звукометрическими способами и путем запуска ракет с дымовыми снарядами. Известные данные о распределении ветра между 30 и 60—70 км согласуются с полем температуры. Они в целом характеризуют преобладающий перенос воздуха в различные сезоны. Этого нельзя сказать про слои выше 70 км. Здесь изменения ветра в течение суток велики. В имеющихся сведениях о направлении и скорости ветра выше уровня 70 км много противоречий, не поддающихся объяснению. Поэтому даже средние сезонные характеристики ветра в верхней мезосфере, а тем более в термосфере являются приближенными. Представление о ветре в мезосфере можно получить по рис. 78.

Меридиональный разрез атмосферной циркуляции зимой и летом

Судя по среднему сезонному вертикальному разрезу (рис. 78), зимой в мезосфере преобладают западные ветры, ко­торые достигают наибольших скоростей (более 350 км/час) вблизи уровня 60 км. Выше скорости уменьшаются, и в нижней термосфере ветры становятся восточными. Летом, наоборот, в мезосфере преобладают ветры восточных румбов (на рис. 78 изотахи даны со знаком минус) с максиму­мом скоростей, равным около 250 км/час, в слое 50—60 км. Выше ветры ослабевают и на границе термосферы переходят в западные. Если рассмотреть структуру поля ветра в планетарном мас­штабе, то по аналогии с ветром в тропосфере систему ветра в мезосфере можно назвать мезосферными струйными тече­ниями. Однако этот вопрос, как и другие вопросы, возникаю­щие в связи с особенностями режима ветра на больших высотах, требует изучения на основе многочисленных инстру­ментальных наблюдений за ветром и температурой.