Атмосферный влаго-тепло-перенос, телеконнекция

ÓÄÊ 551.510
À. Â. Ãëóøêîâ, Â. Í. Õîõëîâ
Îäåññêèé ãîñóäàðñòâåííûé ýêîëîãè÷åñêèé óíèâåðñèòåò
Àòìîñôåðíûé âëàãî-òåïëî-ïåðåíîñ, òåëåêîííåêöèÿ
è áàëàíñ ýíåðãèè, óãëîâîãî ìîìåíòà
Âïåðâûå âûÿâëåíà êîìïëåêñíàÿ ñâÿçü áàëàíñà îñíîâíûõ õàðàêòåðèñòèê (ýíåðãèè, óãëîâîãî ìîìåíòà) ñèñòåìû “àòìîñôåðà-îêåàí” ñ ïðîöåññàìè òåïëî-ìàññîâëàãî-ïåðåíîñà, äåòàëüíî ïðîàíàëèçèðîâàíà îñîáàÿ ðîëü àòìîñôåðíîãî âëàãîîáîðîòà â ñîçäàíèè ðàçëè÷íûõ ôîðì öèðêóëÿöèè àòìîñôåðû. Ïðåäëîæåí íîâûé
ìåòîä ïðèìåíåíèÿ áàëàíñîâûõ ñîîòíîøåíèé ïî ýíåðãèè, óãëîâîìó ìîìåíòó è
âëàãî-ïåðåíîñó â êà÷åñòâå êîìïëåêñíîãî êðèòåðèÿ äëÿ îïîçíàâàíèÿ è âûÿâëåíèÿ
ýâîëþöèîííûõ òðåíäîâ îáðàçóþùèõñÿ ôîðì öèðêóëÿöèè àòìîñôåðû.
 íàñòîÿùåå âðåìÿ àêòóàëüíà íåîáõîäèìîñòü ðàçðàáîòêè íîâûõ, àäåêâàòíûõ ìåòîäîâ íàáëþäåíèé çà íèçêî÷àñòîòíûìè êîëåáàíèÿìè íåðàâíîâåñíûõ òåðìîäèíàìè÷åñêèõ ïðîöåññîâ â ãåîñôåðàõ [1-16]. Äàííûå ìåòåîðîëîãè÷åñêèõ íàáëþäåíèé äàþò èíôîðìàöèþ î ñîñòîÿíèè ïðîöåññà íà äèñêðåòíûé ìîìåíò, íî íå äàþò åãî ÷àñòîòíóþ ðàçâåðòêó. Îíà ìîæåò áûòü ïîëó÷åíà
ëèøü ïîñëå ìàòåìàòè÷åñêîãî àíàëèçà ïðîöåññà, ÷òî çà÷àñòóþ íå ñîâñåì àäåêâàòíî ðåàëüíîñòè. Âàæíî èìåòü âîçìîæíîñòü íàáëþäàòü èìåííî òîò ýëåìåíò,
êîòîðûé ñàì âïèñûâàåòñÿ â äîëãîïåðèîäíûé àòìîñôåðíûé ïðîöåññ, îïðåäåëÿÿ åãî ôèçè÷åñêóþ ñóùíîñòü, à íå åå ÷àñòè÷íîå îòðàæåíèå â áûñòðî îñöèëëèðóþùèõ êîðîòêîïåðèîäíûõ ïðîöåññàõ. Ñëîæíîñòü çäåñü îáóñëîâëåíà íåëèíåéíîé ñâÿçüþ íèçêî÷àñòîòíûõ ïðîöåññîâ è îáùåãî âûñîêî÷àñòîòíîãî
ôîíà êîðîòêîïåðèîäíûõ ïîãîäîîáðàçóþùèõ êîëåáàíèé [1-7]. Ïîýòîìó îòäåëåíèå ñïåêòðàëüíûõ èíòåðâàëîâ â íèçêî÷àñòîòíîì è âûñîêî÷àñòîòíîì
äèàïàçîíàõ ñ ìèíèìàëüíîé ïåðåõîäíîé çîíîé ýíåðãåòè÷åñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ îñîáî àêòóàëüíàÿ çàäà÷à ñîâðåìåííîé ôèçèêè àòìîñôåðû è êëèìàòà
[1-5,13-16]. Îáû÷íî âûñîêî÷àñòîòíûå ïðîöåññû ôîðìèðóþòñÿ íà ôîíå äîëãîïåðèîäíûõ êîëåáàíèé äîëãîñðî÷íîãî è êëèìàòè÷åñêîãî ôîíà. Ýòè âûñîêî÷àñòîòíûå ïðîöåññû ýíåðãîåìêè è ñêðûâàþò ôîí äàæå áîëåå ýíåðãîíàñûùåííûõ ïðîöåññîâ, íà êîòîðîì îíè ïðîèñõîäÿò. Ýíåðãîåìêîñòü íèçêî÷àñòîòíûõ ïðîöåññîâ âåëèêà, íî åå ðåàëèçàöèÿ â ïðèðîäå çàìåäëåííà. Ïîýòîìó
âûñîêî÷àñòîòíûé ôîí áûñòðûõ ýíåðãîïåðåõîäîâ ìàñêèðóåò ìåäëåííî òåêóùèå äîëãîïåðèîäíûå ïðîöåññû, ñêðûâàÿ èõ ïîèñòèíå ãèãàíòñêèå ýíåðãîçàòðàòû, ðåàëèçóåìûå, îäíàêî, çà áîëåå äëèòåëüíîå âðåìÿ. Îòñþäà ÿñíà íåîáõîäèìîñòü ïîñòðîåíèÿ íà÷àëüíîé áàçû äëÿ ìîäåëèðîâàíèÿ èìåííî íèçêî÷àñòîòíûõ êîëåáàíèé ñ ìèíèìàëüíîé ýíåðãîòäà÷åé â âûñîêî÷àñòîòíûå ñïåêòðàëüíûå äèàïàçîíû. Íà îñíîâå íèçêî÷àñòîòíûõ ïðîöåññîâ â àòìîñôåðå îôîð148
ìëÿþòñÿ ðåïåëëåðû ñóïåðäîëãîïåðèîäíûõ êîëåáàíèé, ñîçäàþùèõ îñíîâó äëÿ
êëèìàòè÷åñêèõ èçìåíåíèé è, òåì ñàìûì, òàê íàçûâàåìûå ãåîôèçè÷åñêèå ïðåäèêòîðû äëÿ ñâåðõäîëãîñðî÷íûõ ïðîãíîçîâ (ñì. [10]).
Ïîëåçíûé ìåòîä àíàëèçà è èçó÷åíèÿ ýâîëþöèè è äèíàìèêè àòìîñôåðíîé
ñèñòåìû çàêëþ÷àåòñÿ â àíàëèçå ãëîáàëüíûõ öèêëîâ óãëîâîãî ìîìåíòà, âëàãè, ýíåðãèè è ñîîòâåòñòâóþùèõ ïðîöåññîâ òåïëî-ìàññîïåðåíîñà (ñì.[4-12]).
Áëàãîäàðÿ àíàëèçó ðàçëè÷íûõ ñîñòàâëÿþùèõ áàëàíñà äëÿ ýòèõ îñíîâíûõ
õàðàêòåðèñòèê ìîæíî ÿñíî ïðåäñòàâèòü âçàèìîñâÿçü ìåæäó êëèìàòè÷åñêèìè ïîäñèñòåìàìè.  íàøåé ðàáîòå ìû ñêîíöåíòðèðóåì âíèìàíèå íà èçó÷åíèè áàëàíñà ýíåðãèè, óãëîâîãî ìîìåíòà è âëàãîîáîðîòà. Íà îñíîâå òîãî,
÷òî ëþáûå î÷àãè ïëàíåòàðíîãî ìàñøòàáà ñêîïëåíèÿ âîäû â àòìîñôåðå, íàõîäÿùåéñÿ â òðåõ ôàçîâûõ ñîñòîÿíèÿõ (ïàð, âîäà, ëåä), ôîðìèðóþòñÿ íà îñíîâå ìåõàíèêè öèêëî- è ôðîíòîãåíåçà èëè â ëèíèÿõ êîíâåêòèâíîé íåóñòîé÷èâîñòè, êîòîðûå ñîñòàâëÿþò îñíîâó ïðîöåññà ïåðåñòðîåê ãëàâíûì îáðàçîì
â òðîïè÷åñêèõ øèðîòàõ è â àíòèöèêëîíè÷åñêèõ îáðàçîâàíèÿõ, ìîæíî ââåñòè íåêóþ ôèçèêî-ìàòåìàòè÷åñêóþ ìîäåëü íà îñíîâå òåðìîäèíàìèêè è ãèäðîìåõàíèêè ïðîöåññîâ, ôîðìèðóþùèõ ýòè ñêîïëåíèÿ. Ê ïðèìåðó, ôèçèêà
îáðàçîâàíèÿ àíòèöèêëîííûõ îáðàçîâàíèé ìîæåò ñîâïàäàòü ñ ìåõàíèêîé
ñîëèòîíà, èìåþùåãî äîëãîïåðèîäíóþ îñíîâó ýíåðãåòè÷åñêîé ïîäïèòêè.
Íåëèíåéíîå âîëíîâîå îáðàçîâàíèå àòìîñôåðíîãî ôðîíòà îñíîâàíî íà äîëãîâðåìåííîì ñóùåñòâîâàíèè è íà ñàìîñòîÿòåëüíîì äèíàìèçìå ôðîíòàëüíîãî ðàçäåëà ïîëÿðíîãî ôðîíòà óìåðåííûõ øèðîò, îïîÿñûâàþùåãî çåìíîé øàð
[10,11]. Àíàëîãè÷íûå ðàçäåëû àðêòè÷åñêîãî è òðîïè÷åñêîãî ôðîíòîâ èìåþò
íåñêîëüêî ìåíåå óñòîé÷èâóþ ñòðóêòóðó, ò.ê. íàõîäÿòñÿ â çîíå àêòèâíîãî àíòèöèêëîãåíåçà àðêòè÷åñêîãî àíòèöèêëîíà è ñóáòðîïè÷åñêîãî ïîÿñà âûñîêîãî äàâëåíèÿ, â êîòîðûõ àêòèâíû ñîëèòîíû Ðîññáè [6,10,11]. Ïîýòîìó ñîëèòîí ïîëÿðíîãî ôðîíòà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé õàðàêòåðíûé ïëàíåòàðíûé àíñàìáëü íèçêî÷àñòîòíîãî âîëíîâîãî è âèõðåâîãî ïðîöåññà. Ýôôåêò òåëåêîííåêöèè èçëîæåí â ñòàòüå Ôèëàíäåðà Ñ. è Ðàñìóññåíà Å. [7].  ðàáîòàõ Îîðòà
À. è äð. [4,5,8], à òàêæå â [10-12] îñíîâíîå âíèìàíèå óäåëåíî áàëàíñó óãëîâîãî ìîìåíòà â ïëàíåòàðíûõ äèíàìè÷åñêèõ ïåðåìåùåíèÿõ âîçäóøíûõ ìàññ. Â
÷àñòíîñòè [5], íàáëþäàåìûé áàëàíñ óãëîâîãî ìîìåíòà ðàññ÷èòûâàåòñÿ ïî
ïðÿìûì èçìåðåíèÿì âåòðà â àòìîñôåðå è óñðåäíÿåòñÿ çà ãîä. Óãëîâîé ìîìåíò ïåðåäàåòñÿ îò ïîâåðõíîñòè Çåìëè (ãëàâíûì îáðàçîì íàä îêåàíàìè) â
òðîïèêàõ è ïåðåíîñèòñÿ ââåðõ â ÿ÷åéêè Ãàäëåÿ, çàòåì äâèæåòñÿ â âåðõíèõ
ñëîÿõ àòìîñôåðû ê ïîëþñó è îòäàåòñÿ îáðàòíî Çåìëå â ñðåäíèõ øèðîòàõ. Íà
îñíîâå äàííûõ ðàäèîçîíäîâûõ èçìåðåíèé Îîðò À. ïðîâîäèò îöåíêó çîíàëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ ïîòîêà îòíîñèòåëüíîãî óãëîâîãî ìîìåíòà â àòìîñôåðå.
 íàñòîÿùåé ðàáîòå âïåðâûå âûÿâëåíà êîìïëåêñíàÿ ñâÿçü áàëàíñà îñíîâíûõ èíòåãðàëîâ äâèæåíèÿ (ýíåðãèè, óãëîâîãî ìîìåíòà) ñèñòåìû “àòìîñôåðà-îêåàí” ñ ïðîöåññàìè òåïëî-ìàññî-âëàãî-ïåðåíîñà, äåòàëüíî ïðîàíàëèçèðîâàíà îñîáàÿ ðîëü àòìîñôåðíîãî âëàãîîáîðîòà â ñîçäàíèè ôîðì öèðêóëÿöèè àòìîñôåðû.  ðàáîòå ïðåäëîæåí íîâûé ìåòîä ïðèìåíåíèÿ áàëàíñî149
âûõ ñîîòíîøåíèé ïî ýíåðãèè, óãëîâîìó ìîìåíòó è âëàãè ïåðåíîñó â êà÷åñòâå êîìïëåêñíîãî êðèòåðèÿ äëÿ îïîçíàâàíèÿ è âûÿâëåíèÿ ýâîëþöèîííûõ
òðåíäîâ äëÿ ôîðì öèðêóëÿöèè àòìîñôåðû.
Áàëàíñ ýíåðãèè è óãëîâîãî ìîìåíòà â àòìîñôåðå çàäàåòñÿ èçâåñòíûìè
èíòåãðàëüíûìè óðàâíåíèÿìè (ñì. [8,11]).  ÷àñòíîñòè, äëÿ ðàñ÷åòà áàëàíñà
óãëîâîãî ìîìåíòà àòìîñôåðû èñïîëüçóåòñÿ èíòåãðàëüíîå óðàâíåíèå âèäà:
λ H π
2
2
∂
ρ MdV = ∫ ∫ ∫ ρ vMd λ dzdϕ +
∫
∂t
λ1 0 0
H λ2 2π
+∫ ∫
∫ (p
0 λ1 0
i
E
− pWi ) cos λ dzd λ dϕ +
λ2 2π H
∫ ∫ ∫τ
0
a cos λ d λ dϕ dz
(1)
λ1 0 0
ãäå M = Ω a2 cos2λ + u a cosλ — óãëîâîé ìîìåíò; Ω — óãëîâàÿ ñêîðîñòü âðàùåíèÿ Çåìëè; a — ðàäèóñ Çåìëè; λ — øèðîòà (λ1–λ2 — îïðåäåëÿþò øèðîòíûé
ïîÿñ ìåæäó àðêòè÷åñêèì è ïîëÿðíûì ôðîíòàìè); u — çîíàëüíàÿ êîìïîíåíòà ñêîðîñòè âåòðà; ρ — ïëîòíîñòü âîçäóõà; V — âåñü îáúåì àòìîñôåðû â óêàçàííîì øèðîòíîì ïîÿñå; v — ìåðèäèîíàëüíàÿ êîìïîíåíòà ñêîðîñòè âåòðà;
ϕ — äîëãîòà; piE - piw — ðàçíîñòü äàâëåíèé íà âîñòî÷íûõ è çàïàäíûõ ñêëîíàõ
i-îé ãîðû; z — âûñîòà íàä óðîâíåì ìîðÿ; τ0 — íàïðÿæåíèå òðåíèÿ íà ïîâåðõíîñòè. Èñêîìîå óðàâíåíèå ÿâëÿåòñÿ èíòåãðàëüíûì óðàâíåíèåì îòíîñèòåëüíî
óãëîâîãî ìîìåíòà M ñ ÿäðîì ρV (â ñòàöèîíàðíîì âàðèàíòå ëåâàÿ ÷àñòü óðàâíåíèÿ ðàâíà íóëþ). Ôóíêöèÿ ìåðèäèîíàëüíîé êîìïîíåíòû v íåïîñðåäñòâåííî çàâèñèò îò âèäà ôóíêöèè ρ. Ôóíêöèÿ æå u íåïîñðåäñòâåííî ââåäåíà â íåèçâåñòíîå èíòåãðàëüíîãî óðàâíåíèÿ (1). Îäíîâðåìåííî u è v ñâÿçàíû ñ ρ, ò.ê.
ïîëå ïëîòíîñòè ôîðìèðóåò îáå êîìïîíåíòû âåêòîðà ñêîðîñòè. Ëåâàÿ ÷àñòü
óðàâíåíèÿ (1) íå âêëþ÷àåò â ñåáÿ êîìïîíåíòó v , ÷òî îçíà÷àåò çàäàíèå àïðèîðè çàìêíóòîãî öèêëà óãëîâîãî ìîìåíòà ïî ìåðèäèàíó. Ñîãëàñíî Îîðòó À.
[3], òåì ñàìûì ââîäèòñÿ öèêë óãëîâîãî ìîìåíòà â âèäå óñëîæíåííîé ÿ÷åéêè
Ãàäëåÿ óìåðåííûõ øèðîò, â êîòîðîé çàìûêàíèå öèðêóëÿöèè Ãàäëåÿ ïî âåëè÷èíå óãëîâîãî ìîìåíòà ïðîèñõîäèò íå â àòìîñôåðå, à ïåðåõîäèò â îêåàí è
äàëåå â ëèòîñôåðó, è â þæíîì íàïðàâëåíèè öèðêóëÿöèÿ â ÿ÷åéêå Ãàäëåÿ ïî
óãëîâîìó ìîìåíòó ïðîèñõîäèò ÷åðåç ëèòîñôåðó âïëîòü äî íà÷àëà öèêëà
ïîäúåìà âîçäóøíûõ ìàññ â ñóáòðîïè÷åñêèõ øèðîòàõ.
Ñ òî÷êè çðåíèÿ ôèçèêè, öèêë áàëàíñà óãëîâîãî ìîìåíòà â çîíàõ ñîïðèêîñíîâåíèÿ ñ ãèäðîñôåðîé è ñ ëèòîñôåðîé ïðèîáðåòàåò ñèíãóëÿðíîñòü. Ýòà
ñèíãóëÿðíîñòü ìîæåò áûòü âûÿâëåíà ÷åðåç âîçíèêíîâåíèÿ çîí ôðîíòàëüíûõ
ðàçäåëîâ è âîëíîâûõ îáðàçîâàíèÿõ òèïà ôðîíòàëüíûõ. Òîãäà ÿäðî óðàâíåíèÿ (1) ìîæåò áûòü çàäàíî â ïîëå ïëîòíîñòè ôóíêöèîíàëüíûì àíñàìáëåì
êîìïëåêñíîãî ïîòåíöèàëà ñêîðîñòè:
150
w = v∞ z +
1
2π
p
αk i
1
M e
∑ q ln ( z − a ) − 2π ∑ z − c
n
k =1
k
k
k
k =1
−
k
i
2π
∑Ã
i
2π
∑Ã
m
k =1
ê
ln ( z − bk )
(2)
ê
ln ( z − bk )
(3)
è êîìïëåêñíàÿ ñêîðîñòü, ñîîòâåòñòâåííî, áóäåò:
v=
1
dw
= v∞ +
2π
dz
n
qk
∑ z−a
k =1
−
k
1
2π
p
∑
k =1
αki
Mke
( z − ck )
2
−
m
k =1
ãäå w — êîìïëåêñíûé ïîòåíöèàë; v∞ — êîìïëåêñíàÿ ñêîðîñòü îáùåãî öèðêóëÿöèîííîãî ôîíà (â îñíîâíîì çîíàëüíàÿ öèðêóëÿöèÿ); bk — êîîðäèíàòû âèõðåèñòî÷íèêîâ â çîíå ñèíãóëÿðíîñòè; ñk — êîîðäèíàòû äèïîëåé â çîíå ñèíãóëÿðíîñòè ; ak — êîîðäèíàòû âèõðåâûõ òî÷åê â çîíàõ ñèíãóëÿðíîñòè; Mk —
âåëè÷èíû ìîìåíòîâ óêàçàííûõ äèïîëåé; αk — îðèåíòàöèÿ îñåé äèïîëåé; Ãk,
qk — âåëè÷èíû öèðêóëÿöèé â âèõðåèñòî÷íèêàõ è â âèõðåâûõ òî÷êàõ ñîîòâåòñòâåííî.  ðåçóëüòàòå ÿäðî èíòåãðàëüíîãî óðàâíåíèÿ (3) ñòàíîâèòñÿ ñèíãóëÿðíûì òèïà Êîøè è Ãèëüáåðòà. Ñâÿçü ïîëÿ ïëîòíîñòè ñ ïîëåì êîìïëåêñíîãî ïîòåíöèàëà èëè ñ ïîëåì êîìïëåêñíîé ñêîðîñòè òðèâèàëüíà ïîñðåäñòâîì,
íàïðèìåð, ïðîñòåéøèõ óðàâíåíèé òåîðèè “ìåëêîé âîäû” ëèáî â ðàìêàõ áîëåå ïîñëåäîâàòåëüíûõ ìîäåëåé. Ðàçðûâû â ïîëÿõ ìåòåîðîëîãè÷åñêèõ âåëè÷èí, êîòîðûìè ñîïðîâîæäàåòñÿ ôåíîìåí àòìîñôåðíîãî ôðîíòà, ôîðìèðóþò
ñèíãóëÿðíûå îñîáåííîñòè óêàçàííûõ ïîëåé. Àíàëîãè÷íûå óðàâíåíèÿ, à òàêæå ìåòîäèêà ðåøåíèÿ èñïîëüçóþòñÿ äëÿ îïèñàíèÿ áàëàíñà ýíåðãèè è îáîðîòà âëàãè. Äëÿ óñòàíîâëåíèÿ ñâÿçè ìåæäó áàëàíñîì ýíåðãèè, óãëîâîãî ìîìåíòà, ïåðåíîñîì âëàãè áûë ðåàëèçîâàí êîìïëåêñ ÷èñëåííûõ ïðîãðàìì (áëîêñõåìà ïðèâåäåí â òàáëèöå 1). Ãëàâíîå îòëè÷èå îò ðàáîòû [13] ñîñòîèò â äîáàâëåíèè â ñõåìó áëîêà áàëàíñà ïî ýíåðãèè è áîëåå êîððåêòíîì ðåøåíèè
óðàâíåíèé ìàêðîòóðáóëåíòíîñòè. Áîëåå ïîëíîå îïèñàíèå áëîêîâ è îïèñàíèå ìîäåëåé ñì. â [13-15]). Ðåàëèçàöèÿ âñåõ ìîäåëåé îáúåäèíÿåòñÿ â åäèíûé
êîìïëåêñ, ïîçâîëÿþùèé îäíîâðåìåííî îòñëåæèâàòü äèíàìèêó èçìåíåíèÿ è
ïóòè âîçìîæíîé ýâîëþöèè, ïðîÿâëåíèÿ è íàïðàâëåíèÿ àòìîñôåðíîãî âëàãîîáîðîòà, âûïîëíåíèÿ áàëàíñà è ïîÿâëåíèÿ ðàçáàëàíñà óãëîâîãî ìîìåíòà àòìîñôåðû è ñâÿçàííîãî ñ ýòèì ïåðåíîñà âëàãè, ìàññû, ýíåðãèè, óãëîâîãî ìîìåíòà, èçìåíåíèÿ ôîðì àòìîñôåðíîé öèðêóëÿöèè, èõ ïðååìñòâåííîñòè, à
òàêæå äèíàìèêè ôðîíòîãåíåçà è ïðîöåññà òåëåêîííåêöèè.
Êàê ïðèìåð, ïðèâåäåì äàííûå ïðîâåäåííîãî èìèòàöèîííîãî (òåñòîâîãî)
êîìïüþòåðíîãî ýêñïåðèìåíòà (ëåòíåå âðåìÿ; ôîðìà öèðêóëÿöèè Ì1 ïî
Âàíãåíãåéìó-Ãèðñó (ñì.[2,12]). Íà ðèñ.1 ïðèâåäåí ðåçóëüòàò ðàñ÷¸òà àíîìàëèé ôóíêöèè òîêà (íàïðàâëåíèÿ âåêòîðà ñêîðîñòè ñîîòâåòñòâóåò òîìó, ÷òîáû ïîëîæèòåëüíûå çíà÷åíèÿ áûëè ñëåâà îò ïîòîêà.
Àíàëèç ðèñ.1 ïîçâîëÿåò çàêëþ÷èòü, ÷òî ïåðåäà÷à óãëîâîãî ìîìåíòà âìåñòå ñ
ãîðèçîíòàëüíûì âëàãîïåðåíîñîì èä¸ò ñ âîñòîêà íà çàïàä, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò
ðàñ÷¸òíûì ñõåìàì Îîðòà [3], ïðè÷¸ì îñíîâíîé ïîòîê íà çàïàä ïðèõîäèòñÿ íà
øèðîòû Àëåóòñêèõ îñòðîâîâ, ÷òî òîæå ñîîòâåòñòâóåò ðåçóëüòàòàì Îîðòà.
151
Ðèñ. 1. Ôóíêöèè òîêà â ëåòíåå âðåìÿ ïðè ôîðìå öèðêóëÿöèè Ì1 (ñì. òåêñò).
Ñëåäóåò òàêæå îòìåòèòü, ÷òî ïîäâèæíûå è ñòàöèîíàðíûå àíòèöèêëîíû
ðåçêî îòëè÷àþòñÿ ïî ñâîèì ýíåðãåòè÷åñêèì õàðàêòåðèñòèêàì [4], à ýòî, â ñâîþ
î÷åðåäü, îêàçûâàåò âëèÿíèå íà ïåðåíîñ è òðàíñôîðìàöèþ ðàçíûõ âèäîâ ýíåðãèè â òðîïîñôåðå. Ïîýòîìó èíòåðåñíî ðàññìîòðåòü çàïàñû ñðåäíåé êèíåòè÷åñêîé (Km), âèõðåâîé êèíåòè÷åñêîé (Ke) è äîñòóïíîé ïîòåíöèàëüíîé (Pe) ýíåðãèé äëÿ òîãî æå ðàéîíà è âðåìåíè ãîäà (ðèñ.2). Çäåñü ñëåäóåò èìåòü â âèäó,
÷òî öèêë ýíåðãèè íàïðàâëåí îò äîñòóïíîé ïîòåíöèàëüíîé â ñðåäíåçîíàëüíóþ êèíåòè÷åñêóþ ýíåðãèþ ÷åðåç âèõðåâóþ êèíåòè÷åñêóþ [5]. Ìîæíî îòìåòèòü òðè ìàêñèìóìà: Pe â ðàéîíå 30° (âîñõîäÿùàÿ âåòâü ÿ÷åéêè Ãàäëåÿ), Ke
îêîëî 37° è Km íà 45°ñ.ø., ÷òî ãîâîðèò î ïîñòåïåííîé ïåðåäà÷å ýíåðãèè èç
òðîïèêîâ âî âíåòðîïè÷åñêèå øèðîòû ïîñðåäñòâîì òåëåêîííåêöèè.
 çàêëþ÷åíèå îòìåòèì, ÷òî èçëîæåííûé âûøå áàëàíñîâûé ïîäõîä è ñîîòâåòñòâóþùèå êîìïüþòåðíûå ýêñïåðèìåíòû ïîçâîëèëè êîëè÷åñòâåííî îïðåäåëèòü ñëåäóþùóþ ëîãè÷åñêóþ ñõåìó àòìîñôåðíûõ ïðîöåññîâ. Âî-ïåðâûõ,
ñâÿçü àòìîñôåðíîãî âëàãîîáîðîòà è ñîîòâåòñòâóþùåé ôîðìû àòìîñôåðíîé
öèðêóëÿöèè ÷åðåç ïîëîæåíèå ôðîíòàëüíûõ ðàçäåëîâ (àòìîñôåðíûõ ôðîíòîâ êàê îñíîâíûõ íàêîïèòåëåé âëàãè). Âî-âòîðûõ, àòìîñôåðíûé âëàãîîáîðîò íåïîñðåäñòâåííî çàâÿçàí íà òàêèå òèïè÷íî íèçêî÷àñòîòíûå ïðîöåññû
êàê ñîõðàíåíèå èëè íàðóøåíèå áàëàíñà ýíåðãèè è áàëàíñà óãëîâîãî ìîìåíòà. Ñîîòâåòñòâóþùèå áàëàíñîâûå óðàâíåíèÿ âûÿâëÿþò ïðîöåññû íàðóøåíèÿ ýíåðãåòè÷åñêîãî áàëàíñà è áàëàíñà âðàùåíèÿ àòìîñôåðû âìåñòå ñ Çåìëåé, êîòîðûå ìîãóò ïðîèñõîäèòü ïðè ðàçâèòèè ìåðèäèîíàëüíûõ ïðîöåññîâ ñ
îñóùåñòâëåíèåì ïåðåíîñà ìàññû âîçäóõà è ïàðà ìåæäó òðîïè÷åñêèìè øèðîòàìè (ñ áîëüøîé ëèíåéíîé ñêîðîñòüþ) è ìåäëåííî âðàùàþùèìèñÿ âîçäóø152
Ðèñ.2. Ðàñïðåäåëåíèå çàïàñîâ ñðåäíåøèðîòíûõ âåëè÷èí
Km, Ke è Pe (× 105 Äæ ì-2) ëåòîì
íûìè ìàññàìè ïðèïîëÿðíûõ øèðîò (ñîáñòâåííî ýòî è åñòü ïðîöåññ ìåäëåííîé òåëåêîííåêöèè). Â-òðåòüèõ, àòìîñôåðíûå ïåðåñòðîéêè, âûðàæàþùèåñÿ
ñìåíîé ôîðì öèðêóëÿöèè, îêàçûâàþòñÿ íåðàçðûâíî ñâÿçàííûìè ñî ñìåíîé
òèïîâîãî ïðîöåññà è ñîîòâåòñòâåííî âîçíèêíîâåíèåì ðàçáàëàíñà ïî ýíåðãèè è óãëîâîìó ìîìåíòó, à òåì ñàìûì, è âîçíèêíîâåíèåì íîâûõ öèêëîâ àòìîñôåðíîãî âëàãîîáîðîòà. Ïîñëåäíèé ÿâëÿåòñÿ âàæíûì ïðåäèêòîðîì â äîëãîñðî÷íîì ïðîãíîçå. Êàê ïðàâèëî, ôîðìû öèðêóëÿöèè äîñòàòî÷íî õîðîøî
îòñëåæèâàþòñÿ, â òî âðåìÿ êàê àòìîñôåðíûé âëàãîîáîðîò — íàïðîòèâ îòñëåæèâàåòñÿ íåäîñòàòî÷íî ÿñíî.  ñëó÷àå íàðóøåíèÿ ýíåðãåòè÷åñêîãî áàëàíñà
è áàëàíñà óãëîâîãî ìîìåíòà ôàêòè÷åñêè âîçíèêàåò îòòîê ìàññû âîçäóõà è
âëàãè ê þãó, òàê êàê íàðóøåíèå èñêîìûõ áàëàíñîâ íå ìîæåò îñòàâàòüñÿ áåç
ïîñëåäñòâèé â àòìîñôåðå ââèäó äîñòàòî÷íî áîëüøèõ ñèë, çàäåéñòâîâàííûõ
â ýòîì áàëàíñå. Åñòåñòâåííî ðàçáàëàíñ âûçûâàåò ýôôåêòû ñèíãóëÿðíîñòè,
ò.å. ðåçêóþ ðåàêöèþ àòìîñôåðû äëÿ ïîïûòêè åãî óñòðàíåíèÿ (ïðè ýòîì âîçìîæíà ïåðåäà÷à è â äðóãèå ãåîñôåðû: ãèäðî- è ëèòî-). Òàêîå ñåðüåçíîå âîçäåéñòâèå íà àòìîñôåðó â ïðèíöèïå ìîæåò âî ìíîãîì ÿâèòüñÿ ïðè÷èíîé ñìåíû ôîðìû àòìîñôåðíîé öèðêóëÿöèè, êîòîðàÿ ïîçâîëÿåò áûñòðî óñòðàíèòü
äèñáàëàíñû îðãàíèçàöèåé áûñòðîãî òðàíñïîðòà âëàãè è âîçäóõà ñêîðîñòíîãî âðàùåíèÿ ñ ñåâåðà íà þã ê ñâîåìó ìîìåíòó âðàùåíèþ.  ëþáîì ñëó÷àå
äèíàìèêà àòìîñôåðíîãî âëàãîîáîðîòà, âûïîëíåíèå áàëàíñîâ ïî ýíåðãèè è
óãëîâîìó ìîìåíòó àòìîñôåðû, ñìåíà ôîðì öèðêóëÿöèè, èõ ïðååìñòâåííîñòü
(ïëþñ ôðîíòîãåíåç è òåëåêîííåêöèÿ) îêàçûâàþòñÿ ïðÿìûì è îáðàòíûì îáðàçîì, òåñíî ñâÿçàííûìè õàðàêòåðèñòèêàìè àòìîñôåðû. Íàêîíåö, äèíàìèêà èõ ýâîëþöèè è âçàèìîäåéñòâèÿ, êàê íàì ïðåäñòàâëÿåòñÿ, íå èìååò ÷åòêî
âûðàæåííîãî î äåòåðìèíèñòè÷åñêîãî õàðàêòåðà, à êàê ðàç íàïðîòèâ äîëæíà
îïèñûâàòüñÿ ñòîõàñòè÷åñêèìè ìîäåëÿìè [13].
153
Òàáëèöà 1
Ñõåìà ðàñ÷åòà áàëàíñà ýíåðãèè, óãëîâîãî ìîìåíòà, âëàãîîáîðîòà,
ôàêòîðà ìàêðîòóðáóëåíòíîñòè, ïîëÿ ôóíêöèè òîêà
(ïîÿñíåíèÿ ñì. â òåêñòå è [6,9,1-13])
154
Îêîí÷àíèå òàáë. 1
Ëèòåðàòóðà
1. Ëàìëè Äæ.Ë., Ïàíîâñêèé Ã.À. Ñòðóêòóðà àòìîñôåðíîé òóðáóëåíòíîñòè.
— Ì.: Ìèð, 1986. — Ñ.244.
2. Ìàòâååâ Ë.Ò.. Ôèçèêà àòìîñôåðû.-Ë.: Ãèäðîìåòåîèçäàò, 1995. — Ñ.809.
3. Ëîðåíö Ý.Í. Ïðèðîäà è òåîðèÿ îáùåé öèðêóëÿöèè àòìîñôåðû: Ïåð. ñ
àíãë. — Ë.: Ãèäðîìåòåîèçäàò, 1970. — 259 ñ.
4. Peixoto, J.P., Oort, A.H. Physics of climate// Rev. Mod. Phys., 1984. — Vol.56.
— P.365-430.
5. Îîðò À.Õ. Áàëàíñîâûå ñîîòíîøåíèÿ â çåìíîé êëèìàòè÷åñêîé ñèñòåìå //
Äèíàìèêà êëèìàòà / Ïîä ðåä. Ñ. Ìàíàáå: Ïåð. ñ àíãë. — Ë.: Ãèäðîìåòåîèçäàò, 1988. — Ñ. 91-113.
6. Ãëóøêîâ À.Â., Êèâãàíîâ À.Ô. Ìîäåëèðîâàíèå êëèìàòà êàê çàäà÷à âçàèìîäåéñòâèÿ òðèïëåòà ñîëèòîíîâ // Ìåòåîðîëîãèÿ è ãèäðîëîãèÿ. — Îäåññà: ÎÃÌÈ. — 1999. — Âûï. 38. — Ñ. 3-8.
7. Ôèëàíäåð Ñ.Äæ., Ðàñìóññîí Å.Ì. Þæíàÿ îñöèëëÿöèÿ è Ýëü-Íèíüî //
Äèíàìèêà êëèìàòà / Ïîä ðåä. Ñ. Ìàíàáå: Ïåð. ñ àíãë. — Ë.: Ãèäðîìåòåîèçäàò, 1988. — Ñ. 205-223.
8. Oort, A.H., 1985: Balance relations in the terrestrial climatic system. Advanc.
Geophys. — 1985. — Vol. 28. — P. 91-113.
9. Õîõëîâ Â.Í. Ýíåðãåòè÷åñêèé áþäæåò àíòèöèêëîíîâ â ïðîöåññå èõ ýâîëþöèè // Ìåòåîðîëîãèÿ, êëèìàòîëîãèÿ è ãèäðîëîãèÿ. — Îäåññà: ÎÃÌÈ.
— 1999. — Âûï. 38. — Ñ. 47-53.
10. Àìáðîñîâ Ñ.Â. Ñóïåðíèçêî÷àñòîòíûå ïëàíåòàðíûå ñîëèòîíû. Ýíòðîïèé155
íûé ïîäõîä è ãèäðîäèíàìè÷åñêîå ïðåäâû÷èñëåíèå àòìîñôåðíûõ ïðîöåññîâ â 4-D ïðîñòðàíñòâå //Ìåòåîðîëîãèÿ è ãèäðîëîãèÿ. — 1999. — N38. —
C. 71-76.
11. Ãëóøêîâ À.Â., Àìáðîñîâ Ñ.Â. , Õîõëîâ Â.Í. Àòìîñôåðíûå âîëíîâîäû,
òåëåêîííåêöèÿ, ÿ÷åéêè Ãàäëåÿ è áàëàíñ óãëîâîãî ìîìåíòà// Ìåòåîðîëîãèÿ è ãèäðîëîãèÿ. — 1999. — N38. — C.42-46.
12. Àìáðîñîâ Ñ. Ôàêòîð ìàêðîòóðáóëåíòíîñòè â òèïîâûõ ôîðìàõ öèðêóëÿöèè àòìîñôåðû è â áàëàíñå ïî âëàãîîáîðîòó è óãëîâîìó ìîìåíòó// Ìåòåîðîëîãèÿ, êëèìàòîëîãèÿ è ãèäðîëîãèÿ. — 1999. — N38. — C. 59
13. Glushkov A.V.,Khokhlov V.N. Atmospheric moisture-transfer, teleconnection,
Hadley cells, energy and angle moment stochastic balance // In: Ecology of
Siberia, the Far East and the Arctic. Ed.Zuev V.D. — SD RAN, 2001. —
P.13-24.
14. Wyrtki K. Teleconnection in the Equaturial Pacific ocean.// Science. — 1993.
— N213. — P.66-68.
15. Berri, G.J., Inzunza, B.J., The effect of the low-level jet on the poleward water
vapour transport in the central region of South America// Atmos. Environ. —
1998. — Vol.A27,N3. — P.335-341.
16. Rasmusson, E.M., Arkin, P.A. A global view of large-scale precipitation
variability// J. Clim. — 1993. — Vol.6. — P.1495-1522.
17. McCormick K.L. et al., Annual variations of water vapor in the stratosphere
and upper troposphere observed by the Stratospheric Aerosol and Gas
Experiment II// J. Geophys. Res. — 1993. — Vol. 98. — P.4867-4874.
À. Â. Ãëóøêîâ, Â. Ì. Õîõëîâ
Àòìîñôåðíèé âîëîãî-òåïëî-ïåðåí³ñ, òåëåêîíåêö³ÿ ³ áàëàíñ åíåð㳿
òà êóòîâîãî ìîìåíòó
ÀÍÎÒÀÖ²ß
Âïåðøå âèÿâëåíî êîìïëåêñíèé çâ’ÿçîê áàëàíñó îñíîâíèõ õàðàêòåðèñòèê
(åíåð㳿, êóòîâîãîî ìîìåíòó) ñèñòåìè “àòìîñôåðà-îêåàí” ç ïðîöåñàìè òåïëî-ìàñî-âîëîãî-ïåðåí³ñà, äîêëàäíî ïðîàíàë³çîâàíå îñîáëèâå çíà÷åííÿ àòìîñôåðíîãî âîëîãîîáîðîòó ó ñòâîðåíí³ ð³çíèõ ôîðì öèðêóëÿö³¿ àòìîñôåðè. Çàïðîïîíîâàíî íîâèé ìåòîä âèêîðèñòàííÿ áàëàíñîâèõ ñï³ââ³äíîøåíü ïî åíåðã賿 êóòîâîìó ìîìåíòó ³ âîëîãî ïåðåíîñó â ÿêîñò³ êîìïëåêñíîãî êðèòåð³þ
äëÿ ñïîñòåðåæåííÿ òà âèÿâëåííÿ åâîëþö³éíèõ òðåíä³â ôîðì öèðêóëÿö³¿ àòìîñôåðè, ÿê³ ñòâîðþþòüñÿ.
156
Glushkov A. V., Khokhlov V. N.
Atmospheric moisture-heat-transfer, teleconnection and balance
on energy and angle momemt
SUMMARY
At first it is rediscovered a complex link between balance of ground characteristics
(energy, angle moment) of the atmosphere-ocean system and processes of the heat,mass-, moisture — transfer. It is in details analyzed a role of the atmospheric moisture
transfer in creating different forms of atmospheric circulation. It is proposed a new
method for application of the balance relationships on energy , angle moment, moisture
transfer as a complex criterion for observing and forecasting the evolutionary trends
for creating atmospheric circulation forms.
157