Bendroji atmosferos cirkuliacija

TURINYS

Įvadas.................................................................................................................................................3

1. Atmosferos cirkuliacijos ypatumai.............................................................................................3

2. Bendra atmosferos cirkuliacijos schema....................................................................................3

2.1. Cirkuliacijų zonos....................................................................................................................3

2.2. Koriolio efektas...................................................................................................................3

2.3. Oro masių pakitimai ir vėjo cirkuliacija..............................................................................3

3. Musoninė cirkuliacija.................................................................................................................3

4. Atmosferos sraujymės................................................................................................................3

Literatūros sąrašas..............................................................................................................................3

Įvadas

Žemės atmosfera yra nuolatiniame judėjime, o jėgos, sukeliančios atmosferos judėjimą,

atsiranda dėl nevienodo žemės paviršiaus įšilimo. Šių jėgų veikimas yra nukreiptas palaikyti

atmosferos pusiausvyrą. Tačiau realioje atmosferoje tokios pusiausvyros nėra, kadangi oro

judėjimas niekada nenutrūksta, o tai sukelia orų permainas. Orų pasikeitimo analizė, sinoptinių

žemėlapių pagalba, leido išaiškinti priklausomybę kiekviename Žemės geografiniame taške ir

fizinių atmosferos procesų. Iš sinoptinių žemėlapių galima sužinoti ne tik orus, kurie buvo stebimi

tam tikrą valandą, bet ir numatyti dėsningumus, orų pasikeitimus kelių valandų ar net parų bėgyje.

Šį sudėtingą darbą atlieka meteorologai.

Iš visų oro tėkmių galima išskirti pagrindines, dėsningesnes savo masteliais ir pastovesnes.

Tokios oro tėkmės, apimančios didelius geografinius rajonus ir tam tikru atžvilgiu pastovios,

vadinamos bendrąja atmosferos cirkuliacija.

1. Atmosferos cirkuliacijos ypatumai

Atmosferos cirkuliacija, tai oro judėjimas visuose atmosferos lygmenyse, per visas planetos

dalis. Varomoji jėga yra saulės energija, kuri skirtingai įšildo Žemę ties pusiauju, vidurinėse

platumose bei ties poliais. (Science Clarified, 2006).

Du pagrindiniai veiksniai, sukeliantys atmosferos cirkuliaciją, yra pusiaujo ir ašigalių

temperatūrų skirtumas bei planetos sukimasis. (Wikipedia, aplankyta 2011 m. sausio 7 d.)

Atmosferos cirkuliacija ir ilgalaikės orų anomalijos Europoje priklauso nuo bendrosios

vandenynų ir atmosferos cirkuliacijos procesų, jūrų ledų paplitimo, astronominių ir geofizinių

veiksnių. Tačiau betarpišką ir stipriausią poveikį orams Europoje daro gretimų rajonų – Šiaurės

Atlanto, Arkties ir Azijos – procesai. Šių kaimynų poveikis ne visada “malonus”, bet gana

neblogai pažįstamas (Veidas.lt, atnaujinta sausio 7d.)

Dėl nevienodo šilumos pasiskirstymo Žemėje, susiformuoja aukšto ir žemo slėgio sritys. Dėl

bendrosios atmosferos cirkuliacijos ties pusiauju ir vidutinėmis platumomis susidaro žemas slėgis,

o ties atogrąžomis ir ašigaliais - aukštas slėgis. Žemas slėgis, jį lemiantys aukštyneigiai oro

srautai, nuo kurių priklauso gausūs krituliai ir aukšta temperatūra ties pusiauju, sudaro puikias

sąlygas atogrąžų miškams augti (pvz.: Amazonės miškai). Iš aukštesnių troposferos sluoksnių

plūstantys žemyneigiai oro srautai lemia aukštą slėgį ties atogrąžomis. Čia iškrinta mažai kritulių,

susidaro dykumos (pvz.Saharos dykuma). (Rytas Šalna, Giedrė Motiejuitė, 2007)

Atšilus klimatui sumažėja temperatūrų skirtumas tarp ekvatoriaus ir kitų klimato juostų. Šis

temperatūrų skirtumas yra pagrindinis atmosferos cirkuliacijos variklis, dėl jo šiluma iš

ekvatoriaus pernešama į kitų platumų juostas. Jeigu temperatūrų skirtumas didėja, tai ir atmosferos

cirkuliacijos aktyvumas didėja. Sumažėjus šiam skirtumui atmosferos cirkuliacija tampa vangesnė

ir šilumos bei drėgmės pernešimas sumažėja. Vadinasi, sausos zonos atšilimo atveju tampa dar

sausesnės, gauna mažiau drėgmės, o tai neigiamai paveiks biotos produktyvumą (Prof. Juozas

Burneikis, 2003).

Bendroji atmosferos cirkuliacija yra daugelio faktorių rezultatas, iš kurių esminiai yra šie:

Saulės energijos pritakos nevienodumai įvairiose platumose ir įvairiu metų laiku;

Žemės sukimasis apie savo ašį ir dėl to kylančios inercinės jėgos poveikis;

Žemės paviršiaus nevienodumai;

Vieni iš pagrindinių bendrosios atmosferos cirkuliacijos elementų:

Zoninės cirkuliacijos tėkmės, turinčius bendrą judėjimo kryptį virš platuminių ratų.

Troposferoje ir stratosferoje vyraujantys vakarų vėjai, žiemą vyrauja poliariniuose

rajonuose, o ištisus metus – vidurio platumose. Šiaurės rytų vėjai, pasatai, vyrauja prie

žemės paviršiaus ir apatinėje troposferoje, tropinėse platumose.

Musonai vyrauja virš tropinių sričių, kyla dėl nevienodo žemyno ir vandenyno įšilimo.

Vasarą pučia iš vandenyno į žemyną, žiemą – atvirkščiai.

Ciklonų ir anticiklonų trajektorijos ir jų tėkmės. Tai didžiuliai sūkuriai su uždara

cirkuliacija. Būdinga vidutinėms platumoms. Tropinėse srityse virš vandenyno vėlyvą

vasarą ir rudenį susidaro tropiniai ciklonai (taifūnai, uraganai) (Mokslai.lt, aplankyta 2011

m. sausio 11 d.).

Taigi, atmosferos cirkuliaciją Lietuvoje formuoja trys klimatologiniai slėgio centrai: Šiaurės

Atlanto – Islandijos žemo slėgio sritis, Azorų anticiklonas ir Azijos anticiklono vakarinis gūbrys.

Centrų aktyvumo kitimui būdingas ne tik metinis ciklas, bet ir ilgalaikiai svyravimai, trunkantys

keliolika metų (Bukantis ir kt., 1998a, 2001; Portapas, 1990).

2. Bendra atmosferos cirkuliacijos schema

2.1. Cirkuliacijų zonos

Yra išskiriamos trys vėjo cirkuliacijos, arba dar kitaip vadinamos cirkuliacijų juostos, tarp

pusiaujo ir kiekvieno poliaus: pasatai (Hadley cirkuliacijos), vidutinių platumų vėjai (Ferrel

cirkuliacijos) bei poliariniai rytiniai vėjai (poliarinės Hadley cirkuliacijos) (2.1.1 pav.) (Science

Clarified, 2006).

Pasatai, arba Hadley cirkuliacijos, pavadintos Anglų mokslininko George Hardley (1685–

1768) garbei, kuris pirmasis šiuos vėjus aprašė 1753 metais. Kadangi oras įšyla ties pusiauju, jis iš

čia pakyla iki žemiausios žemės atmosferos dalies, troposferos, t.y. apie 16 km. Dėl kylančio šilto

oro, žemas slėgis susidaro ties pusiauju. Orui pasiekus aukščiausią troposferos tašką (orui patekus

į tropopauzę), jis nebegali kilti aukščiau, todėl vėsdamas pradeda judėti link polių (Science

Clarified, 2006).

Apytiksliai ties 30 laipsnių šiaurės ar pietų platuma (2.1.1 pav.), atvėsęs oras leidžiasi

žemyn, išstumdamas žemiau esantį orą pusiaujo kryptimi, kadangi oro srautai visada juda link

žemo slėgio sričių. Kai šiaurės ir pietų pasatai susitinka ties pusiauju ir vėl pakyla, ramybės sritis

išauga dėl priešinių vėjų nebuvimo. Pirmieji jūreiviai tokias vietas vadindavo depresijomis (nuo

senosios anglų kalbos žodžio „dull“- vangus, nuobodus), mat įsivyravus štiliui, jie baimindavosi,

jog jų buriniai laivai įstrigs (Science Clarified, 2006).

Tuo metu, kai didžioji dalis susilpnėjusių pasatų vėjų, ties 30 laipsnių platuma, sugrįžta link

pusiaujo, kita šių vėjų dalis plūsta link polių. Apytiksliai ties 60 laipsnių šiaurės ar pietų platuma,

ši oro masė susitinka daug šaltesnį poliarinį orą (sritys, kur tai nutinka, vadinamos poliariniais

frontais). Šaltesnis oras išstumia šiltesnį orą į tropopauzę, iš kur didžioji oro dalis grįžta atgal į

pusiaujo zoną, susilpnėja ties 30 laipsnių platuma ir pradeda ciklą iš naujo. Šios, antros

cirkuliacijos juostos, einančios per vidurines platumas tarp 30 laipsnių ir 60 laipsnių yra

vadinamos vidutinių platumų vėjais arba Ferrell‘io cirkuliacijomis (2.1.1 pav.), taip pavadintomis

po to, kai amerikiečių meteorologas William‘as Ferrell‘is (1817–1891) jas atrado 1856 metais

(Science Clarified, 2006).

Čia, ties 30 laipsnių platuma, Hadley ir Ferrell cirkuliacijų susitikimo vietoje taip pat

įsivyrauja bevėjės zonos, tik šiuo atveju taip nutinka dėl šoninio (lateral) vėjo trūkumo. Jūreiviai,

plukdantys arklius į Ameriką, šioms zonoms suteikė pavadinimą „arklių platumos“ (2.1.1 pav.).

Dėl vėjo stygiaus, įstrigus laivams ir išsekus maisto atsargoms, jie suvalgydavo savo arklius

(Science Clarified, 2006).

2.1.1 pav. Vėjų cirkuliacijos Pasaulyje

Oro srovės ties ašigaliais juda nebe link pusiaujo, bet vietoj to - link polių. Poliuose šis oras

atvėsta, nusilpsta ir teka atgal link 60 laipsnių šiaurės ar pietų platuma. Šios, trečios cirkuliacijos

juostos, einančios per polius yra žinomos kaip poliariniai rytiniai vėjai, arba kaip poliarinės

Hadley cirkuliacijos (2.1.1 pav.), nes teka ta pačia kryptimi kaip ir Hadley cirkuliacijos esančios

netoli pusiaujo. Kaip bebūtų, kadangi joms stinga ties pusiauju būdingos saulės energijos, šios

srovės nėra tokios galingos (Science Clarified, 2006).

2.2. Koriolio efektas

Tai matomas objektų nukrypimas nuo tiesaus judėjimo, stebint iš besisukančio atskaitos

taško. Koriolio efektas sukelia akivaizdžius pokyčius kūno kelio, judančio tiesiaeigėje

besisukančioje koordinačių sistemoje. Iš tiesų kūnas nuo tiesios linijos neatsijungia, taip atsitinka

dėl paviršiaus judėjimo (Elementy, 2006).

Oro srautai, šiose trijose cirkuliacijų srityse, nejuda tiesiai šiaurė – pietūs ar pietūs – šiaurė

maršrutu. Vietoj to, oro srautai pajuda iš rytų į vakarus, ar iš vakarų į rytus. Šis efektas pirmą kartą

buvo užfiksuotas prancūzų matematiko Gaspard-Gusta Coriol‘io (1792–1843) dėka, 1835 metais.

Coriol’is pastebėjo, kad dėl planetos sukimosi, bet koks virš Žemės paviršiaus judantis objektas

yra linkęs dreifuoti šonu nuo jo judėjimo eigos (Science Clarified, 2006).

Žemės paviršiaus vėjų nukrypimas: į dešinę nuo pradinės krypties šiaurės pusrutulyje ir į

kairę nuo pradinės krypties pietų pusrutulyje (Elementy, 2006).

2.2.1 pav. Koriolio efektas

To pasakoje, paviršiniai vėjai (surface winds) Hadley cirkuliacijose – tiek ties pusiauju, tiek

poliuose – nukrypsta nuo šiaurės rytų į pietvakarius Šiauriniame pusrutulyje ir nuo pietryčių į

šiaurės vakarus Pietiniame pusrutulyje. Tačiau, paviršiniai vėjai Ferrellio cirkuliacijoje, linkę pūsti

priešinga kryptimi: nuo pietvakarių į šiaurės rytus Šiauriniame pusrutulyje ir nuo šiaurės vakarų į

pietryčius Pietų Pusrutulyje (Science Clarified, 2006).

2.3. Oro masių pakitimai ir vėjo cirkuliacija

Pasaulio vėjo cirkuliacija (the global wind pattern) dar kitaip yra žinomos kaip bendroji

cirkuliacija, o paviršiaus vėjai abiejuose pusrutuliuose yra suskirstyti į tris vėjo juostas:

(Department of Atmospheric Sciences, 2008)

Poliariniai rytiniai (polar easterlies) – vėjai, vyraujantys poliarinėse platumose, pučiantys

nuo aukšto slėgio regionų ašigaliuose (į pietus šiauriniame pusrutulyje ir į šiaurę

pietiniame). Jie yra paprastai silpni ir nereguliarūs (Wikipedia, aplankyta 2011 m. sausio 7

d.).

Vakariniai (westerlies) – vidutinių platumų vėjai, susiję su Ferelo cirkuliacijos modeliu

(Ferrel cell) ir pučiantys link ašigalių: iš pietvakarių šiaurės pusrutulyje ir šiaurės rytų

pietiniame pusrutulyje. Šie vėjai gali būti labai stiprūs, ypatingai pietiniame pusrutulyje

(40–50 laipsnių platumose), kur yra mažiau vėjams kliudančios sausumos (Wikipedia,

aplankyta 2011 m. sausio 7 d.).

Pasatai (trade winds) – neskaitant tam tikrų vėjų Antarktikos bei Grenlandijos ledynuose,

šie pusiaujo regiono vėjai yra patys pastoviausi planetoje. Šiais vėjais vadovaudavosi

laivai, ankstyvosiose kelionėse iš Europos į Šiaurės ir Pietų Ameriką. Jie siejasi su Hedlio

cirkuliacijos modeliu (Hadley cell). Šie vėjai pučia iš šiaurės rytų link pusiaujo šiaurės

pusrutulyje ir iš pietryčių pietų pusrutulyje (Wikipedia, aplankyta 2011 m. sausio 7 d.).

Vėjo cirkuliacijų sąlygos, aprašytos ankstesniuose skyriuose tinka tik bendriems modeliams.

Realiame pasaulyje, tikrojo vėjo cirkuliacijos yra daug sudėtingesnės. Daugelis elementų prisideda

prie šios cirkuliacijos nukrypimo nuo paprastai jam būdingos eigos, taip kaip aprašė Hadley ir

Ferrell‘is. Kadangi Saulė ne visada šviečia tiesiai virš pusiaujo, oro masės tame rajone įkaista

nevienodai. Tuo metu, kai kai kurios oro masės gardelėje įkaista greičiau, suformuodamos stiprias

oro tėkmes aukštyn, kitos, gaudamos mažesnį saulės energijos kiekį, suformuoja silpnesnes oro

tėkmes (Science Clarified, 2006).

Planetos paviršiaus nelygumai taip pat turi įtakos oro masių judėjimui gardelėje. Masė,

judanti skersai nekintančiu regionu, tokiu kaip vandenynas, turėtų išlikti nepakitusi. O kai tik

pajuda virš teritorijos su skirtingu landšaftu (kalnuota teritorija), oro masės stipriai pakinta

(Science Clarified, 2006).

3. Musoninė cirkuliacija

Musonai yra vienas iš vėjo cirkuliacijos pavyzdžių, kurie keičiasi su sezonu (žodis

„monsoon“ yra išvestas iš arabiško žodžio „mausim“, kuris reiškia „sezonas“). Teritorijose, kur

būdinga musoninė cirkuliacija, paprastai, vyrauja drėgnos vasaros ir sausos žiemos. (Tom S.

Garrison, 2009.)

Musonai – sezoniniai vėjai, kurie žiemą pučia iš žemyno centrinės dalies link vandenynų ir

priešinga kryptimi vasarą. Ryškiausiai šie vėjai jaučiami virš Indijos (3.4.1 pav.).

3.4.1 pav. Šiaurės rytų musonai (Sausio mėnesį)

Musoniniai vėjai yra nevienodo sausumos bei vandens paviršių įšilimo bei atvėsimo

priežastis. Žiemą stambus šalto bei aukšto slėgio rajonas išsivysto virš Azijos. Aukšto slėgio virš

Azijos ir žemo slėgio virš Pusiaujo kombinacija sudaro slėgio gradientą, kurio kryptis yra iš

šiaurės į pietus. Dėl tėkmės aplink didįjį Azijos anticikloną, šiaurės rytų vėjai daro įtaką

regionams tarp Indijos ir Filipinų ( Tpub.com, aplankyta 2011 m. sausio 11 d.).

Žiemos mėnesiais, virš beveik visų teritorijų, vyrauja giedras dangus. Tai sukelia oro masės

judėjimas iš aukšto slėgio srities virš sausumos, į žemo slėgio sritį virš vandenyno (3.4.1 pav.).

Kai tik oro masė virš sausumos palieka aukšto slėgio sritį, čia įsivyrauja šalti bei sausi orai.

Kadangi oro masė keliauja per sausumą link vandenyno, čia nėra drėgmės šaltinių, kurie galėtų

skatinti kritulių susidarymą. Taip pat, oras keliauja ir iš aukštesnės vietos į žemesnę. Toks

nuožulnus leidimasis priverčia orą adiabatiškai šilti, o tai irgi sąlygoja giedrą dangų (Tpub.com,

aplankyta 2011 m. sausio 11 d.).

Vasaros mėnesiais oro masė virš regiono visiškai pasikeičia - didelė Azijos centrinė sritis

yra įšildoma iki tokio lygio, kai žemynas tampa daug šiltesnis nei piečiau esantis vandenynas. Dėl

to susidaro palyginti mažo slėgio sritys virš Azijos ir didelio slėgio sritys virš Pusiaujo regionų.

Tokia situacija sukelia pietvakarių srautus (3.4.2 pav.).

3.4.2 pav. Pietvakarinis musonas (Liepos mėnesį)

Vasarą, pučiant musoniniams vėjams, vyrauja perkūnijos, beveik pastovi liūtis, stiprūs vėjai.

Šias sąlygas sukėlė oro masės atslinkimas nuo santykinai aukšto slėgio srities virš vandenyno į

žemo slėgio sritį virš sausumos. Kai oro masė pasitraukia nuo vandenyno, įsivyrauja šilti ir drėgni

orai. Kai oras keliauja virš sausumos link žemo slėgio srities, jis taip pat keliauja iš žemesnės

vietos į aukštesnę. Oras yra pakeliamas mechaninės jėgos ir pseudoadiabatiškai atvėsinimas iki jo

kondensacijos lygio ( Tpub.com, aplankyta 2011 m. sausio 11 d.)

.

4. Atmosferos sraujymės

Atmosferos sraujymės (jet stream) – tai palyginus siauros, vingiuojančios formos,

nutrūkstančios oro srovės, greitai judančios atmosferoje maždaug 11 km aukštyje, dažniausiai iš

vakarų į rytus abiejuose pusrutuliuose. (Wikipedia, aplankyta 2011 m. sausio 7 d.).

Šios sraujymės buvo atrastos 1944 metais. Jų bendras judėjimo greitis vyrauja nuo 55 iki

120 km/val, tačiau pasitaiko, jog jis šokteli iki 320 km/val. Atmosferos sraujymės susidaro dėl

didelių temperatūros ir slėgio skirtumų tarp oro masių. Jos yra keturios – po dvi kiekviename

Žemės pusrutulyje. Poliarinės atmosferos sraujymės, susiformavusios palei poliarinį frontą, tarp

Ferrel‘io ir poliarinės Hadley cirkuliacijos, juda tarp 30 – 70 laipsnių platumos. Kitos dvi – tarp 20

– 50 laipsnių platumomis (Science Clarified, 2006).

3.1. pav. Atmosferos sraujymės

Atmosferos sraujymės judėjimas nėra tiesiaeigis, jis labiau primena bangavimą. Sraujymės

gali atsiskirti į dvi atskiras, o po to vėl susijungti į vieną, arba ne. Žiemą, dėl didelių temperatūros

skirtumų, atmosferos sraujymės yra stipresnės ir juda link pusiaujo. Vasarą, kai vyrauja panaši

temperatūra, jos susilpnėja ir juda link polių. Šitoks sraujymių judėjimas yra svarbus faktorius

turintis įtakos vidutinių platumų orams (Science Clarified, 2006).

Literatūros sąrašas

Atmospheric circulation. 2006. http://www.scienceclarified.com/As-Bi/Atmospheric-

Circulation.html (paskutinį kartą žiūrėta 2011 01 11)

Aviacinė meteorologija. http://www.mokslai.lt/referatai/referatas/aviacine-meteorologija-

puslapis23.html (paskutinį kartą žiūrėta 2011 01 11)

Chapter 3. Atmospheric circulation.

http://www.tpub.com/content/aerographer/14312/css/14312_57.htm (paskutinį kartą žiūrėta 2011

01 11)

Effekt Koriolica. 2006. http://elementy.ru/trefil/21119 (paskutinį kartą žiūrėta 2011 01 07)

Global Wind Patterns. 2009. http://ww2010.atmos.uiuc.edu/28Gh29/wwhlpr/global_winds.html

(paskutinį kartą žiūrėta 2011 01 07)

Ką mums žada klimato atšilimas? 2003. h ttp://www.lms.lt/ML/200302/20030215.htm

(paskutinį kartą žiūrėta 2011 01 06)

Klimatas meta iššūkį žmogui. 2011. http://www.veidas.lt/aktualijos/klimatas-meta-issuki-

zmogui (paskutinį kartą žiūrėta 2011 01 07)

Šalna R., Motiejuitė G. 2007. Gamtinė geografija. Trumpai ir aiškiai.

Tom S. Garrison. 2009. Essentials of Oceanography, 5th Edition

Vėjas. http://lt.wikipedia.org/wiki/V%C4%97jas (paskutinį kartą atnaujintas 2010 12 13)