Що таке циклон і антициклон?

Ще зовсім недавно, до винаходу супутників, метеорологи не могли й уявити, що щорічно в земній атмосфері виникає близько 150 циклонів і близько 60 антициклонів.

Тепер же вченим відомо не тільки їх кількість, але і процес утворення, а також вплив на погодні умови на Землі. Що ж це за природні явища? Як вони виникають і яку роль відіграють у земному кліматі?

Що таке циклон?

В тропосфері (нижньому атмосферному шарі) безупинно з’являються і зникають атмосферні вихори. Багато з них досить малі, але деякі мають величезний розмір і досягають в діаметрі декількох тисяч кілометрів.

Якщо такий вихор рухається проти годинникової стрілки в північній півкулі або за годинниковою в південному, а всередині спостерігається область зниженого тиску, то його називають циклоном. Він має колосальний запас енергії і призводить до негативних погодних явищ, таких як гроза, сильні вітри, шквали.

Залежно від місця утворення циклони бувають тропічні і позатропічні. Перші виникають в тропічних широтах і мають невеликі розміри (кілька сотень кілометрів у діаметрі). В їх центрі зазвичай знаходиться район діаметром 20-25 км з сонячною погодою, а по краях вирують бурі і вітри.

Позатропічні циклони, що утворюються у полярних та помірних широтах досягають гігантських розмірів і одночасно покривають великі території земної поверхні. У різних районах їх називають по-різному: в Америці – ураганом, в Азії – тайфуном, а в Австралії – віллі-віллі. Кожен потужний циклон отримує власне ім’я, наприклад Катріна, Сенді, Ненсі.

Як виникає циклон?

Причина виникнення циклонів криється в обертанні земної кулі і пов’язана з силою Коріоліса, згідно з якою при русі проти годинникової стрілки вихори відхиляються ліворуч, а за годинниковою йдуть вправо. Формування циклонів відбувається в тих випадках, коли екваторіальні теплі маси повітря зустрічаються з сухими арктичними потоками. При зіткненні між ними виникає бар’єр – атмосферний фронт.

У спробі подолати цю межу холодні потоки відтісняють частина теплих шарів, а ті, у свою чергу, стикаються з йдуть за ними холодними масами і починають обертання по еліпсоїдної траєкторії. Поступово вони захоплюють прикладають повітряні шари, втягують їх у свій рух і переміщаються по поверхні Землі зі швидкістю до 50 кілометрів на годину.

Що таке антициклон?

Антициклони, як видно з назви, виступають повною протилежністю циклонів і приносять на певні території хорошу погоду.

У їх внутрішній частині знаходиться область підвищеного тиску, а швидкість руху варіюється від 30 до 40 кілометрів на годину в залежності від півкулі. Нерідко антициклони зависають у нерухомому стані, надовго зберігаючи в конкретному регіоні малу хмарність, безвітря і відсутність опадів.

У літній час антициклони призводять до спеки, взимку, навпаки, – до сильних морозів. Виникають вони в приполярних або субтропічних широтах, причому при утворенні над потужним льодовим покривом (наприклад, в Антарктиді) стають більш вираженими.

Для антициклонів характерні різкі перепади температур протягом доби, що пояснює відсутність опадів, які, як правило, впливають на температуру і роблять різницю в градусах не настільки помітною. Іноді під час їх руху над земною поверхнею з’являються тумани або шаруваті хмари.

Як розвиваються антициклони?

Антициклони мають більш складну структуру, ніж циклони. У північній півкулі повітряні маси в них пересуваються за годинниковою стрілкою, а в південному – проти. До утворення антициклонів призводить вторгнення холодних повітряних потоків в більш теплі.

В результаті в області зіткнення підвищується тиск і утворюється так званий висотний гребінь, під яким починає формуватися центр вихору. У міру розростання антициклони досягають розмірів до декількох тисяч кілометрів у діаметрі і пересуваються з заходу на схід, відхиляючись до нижніх широт.

Циклони та антициклони

Вихрові рухи дуже характерні для атмосфери. Серед багатьох безперервно виникаючих і згасаючих вихорів особливо виділяються своїми грандіозними розмірами циклони і антициклони. Діаметр антициклону може сягати кількох тисяч кілометрів. Великий циклон здатний короткочасно охопити відразу майже всю Європу. Щорічно над її територією проноситься до сотні серій циклонів, які активно впливають на стан погоди.

Циклон охоплений системою кругових вітрів. Повітря в такому вихорі переміщується за спіраллю навколо центра і повільно до нього наближається, рухаючись у Північній півкулі проти годинникової стрілки з деяким відхиленням у нижньому шарі до центру, а в Південній півкулі — за годинниковою стрілкою з таким самим відхиленням у нижньому шарі. Через те що в центрі нагромаджуються великі маси теплого вологого повітря, значна його частина лине вгору, де воно охолоджується, внаслідок чого утворюються хмари високої густини, випадають опади обложного типу. Коли тиск у центрі починає зростати, циклон руйнується.

В антициклоні тиск падає від центру до периферії, відповідно й вітри дмуть так само, але відхиляючись у Північній півкулі вправо (тобто за годинниковою стрілкою), а в Південній — вліво від свого початкового напряму. Для антициклону характерні низхідні рухи повітря, внаслідок чого воно нагрівається і виходить зі стану насичення водяною парою. Тому в області антициклону спостерігається ясна або малохмарна погода.

У формуванні циклонів і антициклонів можна виділити три стадії: виникнення, розвиток і старіння. Тривалість кожної стадії — 1—2 доби. Найчастіше циклони виникають і розвиваються в місцях зустрічі течій теплого і холодного повітря, які рухаються в протилежних напрямах. Проковзуючи один відносно другого, ці потоки з різними температурами й густинами повітря створюють хвилі на фронтальній поверхні, яка нагадує дугу, згорнуту угнутістю в бік теплого повітря. Відрізок цієї дуги, розташований в передній, східній частині циклону, є теплим фронтом, західна ж частина, розташована в тиловій частині циклону, є холодним фронтом. Під впливом баричних збурень виникають слабкі вітри.

Наступна стадія характеризується подальшим поглибленням різниці у тиску між центром і периферією баричної системи. Вітри посилюються. Висхідні рухи повітря проявляються з найбільшою інтенсивністю і часто досягають верхньої тропосфери. Тому в передній частині циклону формується значний хмарний покрив, а в зоні теплого фронту випадають обложні опади.

На прикінцевій стадії циклон заповнюється холодним повітрям. Це відбувається внаслідок адвекції холодного повітря, а також його охолодження при висхідному русі. Циклон завершується оклюзією, тобто його згасанням і руйнуванням системи хмар. Активні процеси протікають тільки на периферії, де можуть виникнути нові вихрові утворення. Циклони здебільшого йдуть серіями, при цьому кожний наступний циклон проходить дещо південніше попереднього.

Інакше відбувається формування антициклону. У початковій стадії їх розвитку фронти розташовані далеко один від одного. Згодом між ними, в нейтральній зоні, антициклон стає могутньою баричною системою з високим тиском у центрі, внаслідок чого повітря звідси розтікається на периферію. На місце повітря, що розійшлося в приземному шарі, опускається повітря з вищих шарів атмосфери. При опусканні таке повітря потрапляє під більший тиск, стискається й нагрівається. У результаті цього процесу хмари, якщо вони були, розсіюються. Тому в антициклоні встановлюється сонячна погода: суха і жарка влітку та з морозами взимку. Вночі в антициклоні стає досить прохолодно через відсутність на небі хмарного покриву, що не сприяє збереженню тепла. Вдень у зв’язку з нагріванням земної поверхні невтомним сонцем, особливо влітку, виникають вертикальні потоки теплого вологого повітря (конвекція), внаслідок чого можуть утворитися легкі хмари. Інколи, при дуже сильній конвекції раптово проходять грози, але вони тривають недовго.

Антициклони, на відміну від циклонів, переміщуються повільно, в середньому зі швидкістю 25 км/год й часто подовгу можуть затримуватися на одному місці. Найчастіше антициклони насуваються на нашу країну взимку з північного заходу, а влітку — з південного заходу. Лише сибірські антициклони приходять до нас в холодну пору зі сходу.

Характерна особливість більшої частини районів помірних широт — часте чергування циклонів і антициклонів. Це обумовлює постійну зміну ясної та хмарної погоди, напряму вітру, значні коливання температури і, як наслідок, короткочасні потепління й похолодання. В окремі роки створюються такі умови, що до одних і тих самих районів частіше звичайного надходять, наприклад, антициклони. У таких випадках вони на деякий період ніби застоюються. Якщо це трапляється влітку, повітря в них швидко нагрівається і висушується. Так поступово виникає нестача вологи в ґрунті, яка з часом може перерости в посуху.

У помірних широтах циклони переміщуються переважно із заходу на схід. Тепле вологе повітря таких циклонів надходить з Атлантичного океану. Холодне повітря заходить в їх тил з північнішої частини акваторії або з полярних районів. Нерідко циклони пересуваються до помірних широт із субтропіків. Тепле повітря таких циклонів має дуже високу температуру і викликає значне потепління не тільки взимку, а і влітку.

Циклони майже завжди перебувають у русі. Швидкість їх переміщення може бути різною, зменшуючись у міру старіння циклону. Найчастіше вони рухаються зі швидкістю 30-40 км/год, проходячи за добу 1000—1500 км і більше. Інколи вони несуться зі швидкістю легкового автомобіля. Трапляються випадки, коли циклон, що досить швидко рухався, раптом сповільнюється і стає малорухливим. У міру наближення центра циклону тиск повітря знижується — “барометр падає”, віщуючи опади. Але якщо вологість недостатня або температура повітря висока, барометр може й “помилитися”.

Вітри в циклонах іноді досягають ураганної сили. Найчастіше це спостерігається над північними районами Атлантики і Тихого океану, а також на північному заході Європи, де циклони розвиваються дуже інтенсивно. Такі циклони завдають іноді великої шкоди господарству і населенню, бо вони супроводжуються дуже сильними зливами, хуртовинами, бурею, повінню. Так, у вересні 1997 року під впливом їх тривалої дії на річці Віслі відбулася найбільша повінь, внаслідок чого загинуло понад сто людей. В Україні особливо лютували циклони в червні 1969 року. В Карпатах за одну добу випала місячна норма опадів, що призвело до різкого підвищення рівня води в річках Дністер, Прут, Случ. Багато лиха та шкоди в цьому регіоні спричинили деякі циклони і в наступні роки.

Ще більш відомі, ніж шалені циклони помірних широт, тропічні циклони, хоча вони значно поступаються своїми розмірами. Причина їх розвитку — потужна енергія, яка потрапляє в повітря при конденсації в ньому величезної маси водяної пари, що міститься в тропосфері низьких широт. Вони зароджуються над океаном між 5 і 20° широти і рухаються зі сходу на захід, а потім (в Північній півкулі) повертають на північний захід, північ і північний схід.

Руйнівна дія тропічних циклонів надзвичайно велика. Швидкість вітру досягає 250 км/год, а іноді й більше. За такої швидкості вітер здатний переносити масивні речі на значні відстані. Навіть сучасним кораблям важко боротися з тропічними ураганами, тому вони поспішають завчасно уникнути зустрічі з ними.

Тропічні циклони залежно від району їх зародження одержують різні назви. Тихоокеанські циклони називають тайфунами, в Північній Атлантиці — ураганами, в Індії — циклонами, в Австралії — віллі-віллі. Є ще вест-індські урагани, урагани Зеленого Мису тощо.

Кожному тропічному урагану для зручності їх обліку прийнято давати людські імена. За міжнародною домовленістю з 1953 р. тропічні циклони Північної півкулі, що досягали штормової сили (швидкість вітру 17 м/с), отримували жіночу власну назву. Перший ураган у новому календарному році називали Анжела, Аліса, Аббі або якимось іншим ім’ям, але воно обов’язково починалось з літери “А”. Відповідно друга буря була вже на букву “Б” (наприклад, Бетті, Бетсі, Бренда тощо), і так далі за абеткою. В Південній півкулі їм присвоювали за таким самим принципом чоловічі імена. У вісімдесятих роках увінчалася успіхом “кампанія за рівноправність” і ураганам стали давати скрізь на планеті як жіночі так і чоловічі імена. Крім цього, існує правило виключати з ужитку на кілька років назву кожного найбільш жорстокого урагану.

Тропічний циклон охоплює тропосферу до висоти 8—12 км. Особливістю його будови е наявність “ока” бурі (зона незворушного спокою розміром від 5 до 200 км в центрі урагану), яка пов’язана з низхідним рухом повітря. Різке посилення вітрів на периферії зумовлене інтенсивним підняттям повітря і температурними контрастами. Чим яскравіше виражене “око”, тобто чим менша хмарність і вища температура (приблизно на 6—12 °С) порівняно з температурою оточуючого повітря, тим “шаленіший” ураган (тайфун).

Руйнівні урагани лютують щороку. Всього на земній кулі за рік спостерігається в середньому не менш як 70 тропічних циклонів із штормовими й ураганними вітрами, з них близько 20 тайфунів — у Тихому океані. Жителям тропіків доводиться завжди бути готовими до зустрічі зі страшною силою циклону. Підраховано, що серед усіх метеорологічних катастроф на тропічні урагани й спричинені ними повені припадає до 80 % людських жертв. Тропічні циклони (тайфуни) разом із землетрусами і виверженнями вулканів ділять сумну славу найжахливіших природних лих на Землі.

Всі циклони та антициклони разом узяті виконують велику роботу з горизонтального та вертикального переміщення великих мас повітря. Цей процес є дуже важливим для перерозподілу тепла і опадів на земній кулі. Так, саме численним циклонам зобов’язана Європа тим, що її зими не такі суворі, як на цих самих широтах у Північній Америці, а вологість влітку здебільшого достатня для вирощування різноманітних культурних рослин. Атмосферні вихори визначають формування і різкі зміни погоди, особливо в помірних і полярних широтах. Тепле повітря переноситься циклонами далеко на північ, а маси холодного повітря зимових антициклонів, навпаки, на південь.

Зміни погоди, які виникають під дією циклонів та антициклонів, мають велике значення для сільського господарства, авіації, морського транспорту і багатьох інших галузей. Тому багатьом людям небайдуже, де і коли виникають ці величезні атмосферні вихори, які причини їх формування і розвитку, куди і з якою швидкістю вони переміщуються, як довго триватиме їх існування та ін. На основі вивчення цих явищ удосконалюються методи і підвищується достовірність прогнозу погоди, а населення різних регіонів земної кулі завчасно оповіщається про її можливі зміни.