Cikloni, anticikloni, taifūni, viesuļvētras, tornado, tornado – šīs parādības izraisa virpuļu kustības atmosfērā, ko pavada nokrišņi (lielāki vai mazāki). Apsveriet šī elementa raksturlielumus un nosacījumus.
Gaisa masu kustība atmosfērā
Mūsu planētas atmosfērā notiek pastāvīga gaisa masu cirkulācija ar enerģijas un materiālo komponentu pārnesi. Notiek kustība:
- no ziemeļiem uz dienvidiem un pretējā virzienā (meridionāls);
- no rietumiem uz austrumiem un pretējā virzienā (platuma).
Troposfērā papildus gaisa masu meridionālajai un platuma pārnesei notiek atmosfēras virpuļkustības, ko pavada nokrišņi - cikloni un anticikloni.
Šīs parādības izraisa izmaiņas klimatiskajos apstākļos visos planētas reģionos.
Troposfēras apakšējos slāņos, tropu zonā, gaisa masas uzsilst diezgan spēcīgi. Tajā pašā laikā gaisa masas ir piepildītas ar mitrumu (īpaši virs okeāniem). Paceļas siltais gaisslīdz 1000-1200 metru augstumam, kur sāk atdzist ar sekojošu mākoņu veidošanos. Pacelto silto masu vietā nāk aukstas ziemeļu masas (ziemeļu puslodē). Siltās gaisa masas uztver Koriolisa spēks, ko izraisa Zemes rotācija. Viņi sāk kustēties ne tikai uz augšu, bet arī horizontāli, vienlaikus novirzoties no taisnvirziena – ziemeļu puslodē uz ziemeļaustrumiem. Aukstās masas dodas uz dienvidrietumiem (dienvidu puslodē gaisa masas virzās tieši pretējā virzienā). Tā veidojas tirdzniecības vēji.
Okeāna ūdens virsma, kas uzsilusi līdz vasaras beigām un rudens sākumam, sniedz iespēju veidoties citām ar mitrumu piepildītām gaisa masām - musoniem. To virziens ir stingri pretējs tirdzniecības vējiem.
Planētas termiskais līdzsvars tiek uzturēts globālās starpplatuma pārneses dēļ: siltums no tropiskajiem platuma grādiem uz augstiem platuma grādiem, aukstums no subpolārajiem (augstajiem) platuma grādiem uz tropiem.
Atmosfēras cikloniskās aktivitātes pamatā ir tropu cirkulācijas saistība ar gaisa masu virpuļaktivitāti mērenajos platuma grādos.
Cikloģenēze
Šis termins attiecas uz atmosfēras virpuļveida kustības veidošanos, attīstību vai sabrukumu, ko pavada nokrišņi. Tas ir, jebkurš ciklons - virpulis ar zemu spiedienu iekšā. Ziemeļu puslodes ciklonu "zarnās" pūš pretēji pulksteņrādītāja virzienam. Ciklona apakšējo reģionu raksturo vēja novirze uz tā centru.
Mūsdienu meteoroloģija iedala cikloniskos virpuļus divos veidos: pēc to atrašanās vietasizcelsme un turpmākā darbība - tropiskie un ekstratropiskie (mērenā klimata cikloni).
Pirmie veidojas tropos, ar attīstību tie sasniedz pat tūkstoš kilometru lielumu (ļoti reti vairāk). Otrais ir atmosfēras virpuļkustība mērenā un subpolārā platuma zonā. Ekstratropiskie cikloni sasniedz milzīgus (līdz pat vairākiem tūkstošiem kilometru) izmērus.
Gaisa virpuļveida kustības ātrums tropiskajos ciklonos ir milzīgs, tas var sasniegt vētras vērtības. Šie virpuļi kustoties var kļūt ekstratropiski.
Nosacījumi, kas nepieciešami tropu virpuļu kustības veidošanai
Lai veidotos tropu virpulis, nepieciešams, lai apkārtējais gaiss būtu piesātināts ar mitrumu (tas dod nestabilitātes koeficientu). Ūdens okeānā sasilst līdz piecdesmit metru dziļumam, līdz temperatūrai vairāk nekā divdesmit seši grādi pēc Celsija. Kad tvaiki kondensējas troposfēras apakšējos slāņos, gaisam ļoti ātri jāatdziest (tas ir galvenais ciklona enerģijas avots).
Taifūni un viesuļvētras - tropiskie cikloni
Tālajos Austrumos un Dienvidaustrumāzijas valstīs atmosfēras tropiskās virpuļkustības, ko pavada nokrišņi, sauc par taifūniem. Ziemeļamerikas un Dienvidamerikas valstīs - viesuļvētras (maiju indiāņu vidū vēja dievs ir Hurakāns). Ja vētras ātrums vētras laikā pārsniedz simt septiņpadsmit kilometrus stundā, tad tā jau ir viesuļvētra.
Tropiskie cikloni nes spēcīgas lietusgāzes. Jūrā taifūna un viesuļvētras laikā rodas milzīgi viļņi. Bet tie ir novājināti, pakļūstot zem tāvēja darbība uz sauszemes. Tropisko ciklonu izraisītās lietusgāzes krīt iekšzemē līdz četrdesmit kilometru attālumā. Tas ir ļoti svarīgi, lai mazinātu sauso klimatu kontinentos.
Cikloni paši nes enerģijas rezerves no vienas planētas vietas uz citu, no tropiem uz mērenajām zonām. Tas ir svarīgi globālajiem cikloniskajiem procesiem atmosfērā, jo tas noved pie planētas temperatūru konverģences, izlīdzinot klimatu un padarot to maigāku.
Ekstratropiskie cikloni un anticikloni
Lielas (vairāki tūkstoši kilometru) atmosfēras virpuļkustības, ko pavada nokrišņi un kas notiek mērenajā un subpolārajā zonā, sauc par ekstratropiskajiem cikloniem un anticikloniem. Vēja virpuļi ziemeļu ciklonos griežas tādā pašā virzienā kā ziemeļu taifūni.
Līdz ar šādas viesuļvētras iestāšanos iestājas slikti laikapstākļi, bet anticiklons nes skaidru un saulainu dienu.
Mēreno platuma grādu ciklonu rašanās
Lai attēlotu šo veidojumu rašanās mehānismu, ir jāoperē ar atmosfēras frontes jēdzienu. Pirmajā tuvinājumā tā ir tikai robeža, kas atdala divas dažādas gaisa masas.
Patiesībā šī ir vairākus desmitus kilometru gara zona, kas sasvērusies viena grāda leņķī. Siltās frontes gadījumā tās slīpums atrodas kustības virzienā (tā it kā nosedz auksto masu no augšas). Kad auksts - gluži pretēji, pretējā kustības pusē. Atmosfēras kustības vienādojums tiek izteikts ar Maksa Margulesa formulu(Austrālijas meteorologs).
Siltas un aukstās frontes mijiedarbības rezultātā veidojas ciklonisks virpulis. Ar šādu savienojumu daļa siltās frontes tiek ievadīta aukstajā masā iegarenas "mēles" veidā. Tajā pašā laikā siltais gaiss paceļas kā vieglāks gaiss.
Šīs mijiedarbības laikā notiek divi procesi, kas izraisa ciklonisku virpuļu. Tvaika (ūdens) molekulas, paceļoties, sāk griezties: tās ietekmē Zemes magnētiskais lauks. Viņi iesaista šajā rotācijas kustībā visu apkārtējo gaisu. Rezultātā no tā un ūdens molekulām veidojas milzīgs virpulis.
Augšā gaisa masas atdziest. Šajā gadījumā kondensējas ūdens tvaiki, kas pārvēršas mākoņos (tie ir sekojoši lietus, krusa, sniegs). Šādi laikapstākļi ar sliktiem laikapstākļiem var ilgt vairākas dienas vai pat nedēļas. Tas būs atkarīgs no ciklona "ilgmūžības": jo lielāka siltā gaisa pieplūde, jo ilgāk ciklons pastāv.
Anticiklonu rašanās
Šī virpuļa rašanās ir saistīta ar atmosfēras masu pazemināšanos, kad tās tiek uzkarsētas ar apkārtējām masām, bez siltuma apmaiņas. Šī procesa laikā mitrums iekšpusē samazinās, un tas ir saistīts ar jau esošo mākoņu iztvaikošanu. Zemes magnētiskā lauka ietekmē ūdens molekulas sāk griezties – ziemeļu anticiklonos – pulksteņrādītāja virzienā. Šajā procesā vienmērīgi laikapstākļi var ilgt līdz trim nedēļām.
