Антарктида отличается крайне суровым холодным климатом. В Восточной Антарктиде расположен абсолютный полюс холода в котором 21 июля 1983 метеоролог Лазарев зафиксировал температуру воздуха -89,2 по Цельсию, самую низкую на планете (район станции «Восток»).
Практически вся Антарктида расположена на в пределах Антарктического климатического пояса.
Особенности радиационного режима в Антарктике, зависят, как и везде, от астрономических, географических и метеорологических факторов.
Южнополярный день совпадает с положением Земли в перигелии. Это увеличивает интенсивность прямой радиации, поступающей на Землю, почти на 7%.
В центральных областях материка, и в том числе в районе Полюса относительной недоступности, летом наблюдалось самое большое из известных на земном шаре значение суммарной радиации — более 30 ккал/см2 в месяц. Ближе к морю на ледниковом склоне континента, где находятся Южный полюс и станция «Пионерская», суммарная радиация равна 22—25 ккал/см2 • месяц. Эти значения превосходят величину суммарной радиации на экваторе и в субтропиках. На побережье суммарная радиация также велика и достигает 20—23 ккал/см2 • месяц. Величина суммарной радиации быстро уменьшается при удалении от берега в области открытого океана, где она в 2—3 раза меньше, чем на континенте. Наименьшего из наблюдаемых на земном шаре значения она достигает на 50—60° ю. ш. и равна 7,5—8 ккал/см2 • месяц.
Такой диапазон изменений прихода суммарной солнечной радиации в Антарктике связан с особенностями распределения облачности в широтном направлении. Над куполом ледяного континента обычно либо ясное небо, либо преобладают светлые редкие облака среднего и верхнего ярусов. Над водами же Южного океана почти постоянно висят свинцово-серые плотные слоистые или слоисто-кучевые облака. Так обстоит дело летом.
Осенью и особенно зимой картина резко меняется. В эти периоды года величина суммарной радиации не увеличивается, а уже уменьшается с широтой. Зимой почти весь южнополярный материк не получает тепла солнечной коротковолновой радиации.
Две составляющие суммарной радиации: прямая и рассеянная - в основном связаны с облачным режимом. Максимальные значения прямой радиации, полученные в центральных областях материка, с 1,8 кал/см2 • мин уменьшаются до 1,50— 1,55 кал/см2 • мин у побережья (в связи с большей облачностью в прибрежных районах) и до 1,47—1,50 кал/см2 • мин в зоне антарктических вод. Прямая солнечная радиация играет в Антарктиде ведущую роль. Даже на побережье ее вклад в суммарную радиацию составляет 40—60%.
По-иному обстоит дело с рассеянной радиацией и ее вкладом в суммарную радиацию. В центральной Антарктиде рассеянная радиация составляет 25—30% от суммарной, на ледниковом склоне 40%, на побережье 50—60% [12].
Годовые суммы суммарной радиации в Антарктиде, для Восточной и Западной Антарктиды составляют 80—90 ккал/см2 в год, или около 70—75% по отношению к среднегодовым суммам возможной радиации, и приближаются к годовым суммам суммарной радиации для экваториальной зоны [16].
Но как бы ни был велик приход солнечного тепла на поверхность Антарктиды, тепловой эффект от этого оказывается небольшим, так как большая часть этого тепла отражается поверхностью. В переходные месяцы альбедо поверхности Антарктиды равно 0,90—0,95, а в среднем за год — 0,83—0,85. Исключением являются участки Антарктиды, свободные от снега и льда, где в летние месяцы альбедо равно 0,15—0,20. Но альбедо поверхности вод Южного океана не велико — всего 0,1, т. е. 9/!0 тепла коротковолновой радиации поглощается океаном и только одна десятая доля его отражается.
Нулевое значение годового радиационного баланса совпадает с кромкой плавучих льдов. От этой линии к северу радиационный баланс растет и достигает у северной границы Южного океана величины 60—80 ккал/см2. К югу от кромки льдов до полюса годовой радиационный баланс имеет отрицательное значение. Величина его заметно уменьшается, вплоть до ледникового склона, далее—в направлении к центральным областям она меняется мало, а в наиболее высоких областях даже несколько увеличивается. Годовое значение баланса в центральной Антарктиде составляет 5—10 ккал/см2, а в наиболее высоких районах оно близко к нулю. На поверхности оазисов радиационный баланс достигает (+30) — (+ 35) ккал/см2 в год.
По температурному режиму Антарктида значительно отличается от других материков рядом особенностей. Периоды времени года имеют разную продолжительность. Зима здесь вдвое длиннее лета и продолжается шесть месяцев — с апреля по сентябрь. Лето длится два месяца — декабрь и январь. На весну и осень приходится также по два месяца — октябрь и ноябрь, февраль и март соответственно.
Зима и лето в Антарктиде, за исключением узкой прибрежной полосы, характеризуются незначительным изменением температуры от месяца к месяцу и остаются отрицательными в течение круглого года. Поэтому зимы Антарктиды называют безъядерными. Между тем весна и лето характеризуются быстрым изменением температуры от начала сезона к концу его примерно на 20° и более.
Летом среднемесячные температуры даже на побережье почти всегда ниже 0°. Исключение представляют лишь северо-западные участки побережья Антарктического полуострова и один- два пункта (главным образом оазисы) на побережье Восточной Антарктиды.
Изменения температуры, точно так же как в изменении распределения радиации по территории материка, обусловлены следующими факторами: широтой, абсолютной высотой и удаленностью от берега моря, т. е. определяются законами горизонтальной и вертикальной зональности.
Атмосферное давление в значительной мере связано с тепловыми процессами. Если давление неоднозначно согласуется с распределением температуры, то оно прочно связано с аномалией температуры, т. е. отклонением наблюдаемой температуры от некоторой нормальной, за которую принимается температура при условии, если бы поверхность Земли представляла собой материк или океан.
Для описания поля давления атмосферы над Антарктикой приведем синоптическую карту (рис. 5).
Поле атмосферного давления в южном полушарии, и в частности в Антарктике, представляется в следующем виде. На северной границе Южного океана и в субтропической области южного полушария наблюдается цепочка обширных, вытянутых в долготном направлении, областей повышенного давления атмосферы (на карте не показаны), или, как говорят, антициклонов.
Рис. 5. Синоптическая карта (июнь). А.М. Гусев, 1985.
Далее к югу вокруг Антарктиды расположены три замкнутые цепочки центров пониженного давления — циклонов, разделенных областями с более высоким давлением, именуемыми гребнями высокого давления.
Циклоны двух северных цепочек больше по размерам, чем циклоны южной цепочки, расположенной непосредственно у берегов материка. Циклоны северной цепочки имеют более низкое давление. Самая северная цепочка менее регулярна, чем средняя. Над материком Антарктиды расположена область повышенного давления.
Область повышенного давления над материком является особой областью, возникшей над ледяным куполом, поднимающимся более, чем на 4000 мнад уровнем моря. Измерение давления в таких условиях сопряжено с определенными трудностями, связанными с необходимостью знать точные значения высот материка.
Основной причиной горизонтального движения воздуха является изменение давления от точки к точке в горизонтальном направлении, или, как говорят, наличие горизонтального градиента давления. Чем больше градиент, тем больше скорость движения воздуха. Воздух движется при этом от большего давления к меньшему, отклоняясь под действием силы Кориолиса вправо в северном полушарии и влево в южном.
Таким образом, поле атмосферного давления определяет систему ветров. В этом разделе мы рассмотрим эту систему, наблюдаемую только в приземном слое атмосферы.
Градиент давления между поясом высокого давления в субтропиках южного полушария и поясом низкого давления над антарктическими водами создает поток воздуха. Связанные с ним северо-западные ветры дуют здесь круглый год, лишь изменяясь в силе, причем скорость их в зимнее время достигает очень больших значений. Здесь расположен знаменитый пояс «ревущих сороковых широт», славящийся своими постоянными штормами.
Далее к югу северо-западный ветер сначала несколько ослабевает, затем вновь усиливается, а потом вновь, постепенно ослабевая, сохраняет в основном северо-западное направление до непосредственных подступов к материку. Расположенная здесь цепочка циклонов, разделенных гребнями высокого давления, образует на некотором расстоянии от материка круговые циркуляции с направлением ветра, меняющимся против часовой стрелки. Поэтому в зависимости от того, где по отношению этих циклонов вы приближаетесь к материку, на разных расстояниях от него можно встретить умеренный ветер всех направлений. У самых берегов действует устойчивый и сильный, особенно в зимнее время, юго-восточный ветер, вызванный южнополярным антициклоном и областью пониженного давления над антарктическими водами. Этот ветер в некоторых местах побережья в зимнее время достигает огромных скоростей. Ветер со скоростью 60 м/сек здесь не редкость. На побережье ледяного континента наиболее жестокий ветровой режим наблюдается в районе «Мирного» и на станции «Дюмон-Дюрвиль» на Земле Адели. Здесь находится «Полюс ветров» Земли.
В «Мирном» повторяемость ветров от восточного до юго-восточного направления достигает 91%, на австралийской станции «Моусон»— от восточного до южного направлений — 80 % на Земле Адели — 74%, а на «Пионерской» направления ветров в пределах от востока до юго-юго-востока имеют повторяемость 98%.
Наибольшие скорости ветра на материке наблюдаются на наиболее отдаленных от центра оледенения участках побережья Они усиливаются, кроме того, там, где побережье образует мысы крупного масштаба, и ослабевают в крупномасштабных заливах.
Наиболее типичным для вертикальной структуры атмосферы над Антарктикой является практически постоянное существование инверсии в ее нижних слоях (рис. 6).
Рис. 6. Среднемноголетний срез атмосферы над Антарктикой. А.М. Гусев, 1972.
Высота инверсии над поверхностью оледенения изменяется от 200 мв центральных областях и на ледниковом склоне и до 1500 мнад побережьем континента. Глубина инверсии, или вертикальный градиент температуры, на верхней границе очень велик, и особенно в зимнее время. Так, по наблюдениям на станции «Пионерская», на верхней границе 200—300-метрового холодного приземного слоя воздуха вертикальный градиент температуры достигал 20° на 50 м. Таким образом, верхний пятидесятиметровый слой представляет собой четко выраженную поверхность раздела.
Наличие этой инверсии свидетельствует о том, что причиной ее является не только постоянное выхолаживание воздуха холодной ледяной поверхностью материка, но и подток в более высоких слоях теплого воздуха с океана. На это указывает и направление ветра в пределах холодного слоя воздуха и за его пределами. Ветры у поверхности имеют всегда юго-юго-восточное — южное направление, а на некоторой высоте преимущественно северо-западное направление. Таким образом, в нижнем слое воздух стекает с материка, а в верхнем он натекает на материк.
В центральных областях, где преобладают штилевые условия, инверсия связана с опусканием охлаждающихся морских масс воздуха, компенсирующих одновременно воздух, растекающийся из центральных областей на периферию.
Итак, общую схему атмосферной циркуляции Антарктики можно представить следующим образом: атмосферные процессы вблизи побережья Антарктиды можно разделить на зональные и меридиональные. Первые характеризуются западно-восточным перемещением воздушных масс, циклонов и промежуточных гребней. Вторые обусловлены развитием меридиональных блокирующих гребней и образованием малоподвижных депрессий вблизи континента. При этом практически круглогодично в центральных частях Антарктиды господствует антициклональная циркуляция.
Теперь обратим внимание на осадки. Над северной частью Антарктики, расположенной в водах Южного океана, преобладают жидкие осадки, в то время как над Антарктидой они выпадают только в твердом виде.
Измерение величины выпавших осадков в Антарктике, и особенно на южнополярном континенте, сопряжено с трудностями, поскольку выпадение их в большинстве мест сопровождается сильными ветрами, а следовательно, и горизонтальным переносом.
Исследование выпадения осадков в Антарктике представляет большой интерес. Если они не играют существенного значения в водном балансе Южного океана, то на материке они являются единственной приходной статьей в вещественном балансе оледенения.
Источником осадков является влага, испаряющаяся с поверхности океана и переносимая на материк потоками воздуха. Уже это говорит о том, что интенсивность осадков должна уменьшаться по мере продвижения от берегов к центральным областям континента, что в действительности и наблюдается. На Полюсе относительной недоступности, расположенном в координатах 82° ю. ш., 55° в. д., количество осадков равно 3,1—3,5 г/см2-год. Максимальное выпадение осадков, достигающее 60—70 г/см2 • год, наблюдается на побережье морей Беллинсгаузена и Дейвиса. В среднем на всем материке выпадает 55 ммосадков в год. Подсчитано, что в течение года на всю поверхность Антарктиды выпадает в пересчете на воду 2458 кмг воды. Из них 100 км5 расходуется на испарение, происходящее в основном в береговой зоне, а 18 км3 переносится по поверхности и сбрасывается в море. Таким образом на материке ежегодно аккумулируется 2340 км? воды в виде нового покрова твердых осадков.
Очень своеобразен климат оазисов Антарктиды. Для выделения климатических особенностей на территории оазисов рассмотрим, подробнее, оазис Бангера, на его примере удобно показать большинство таких особенностей. Его размеры составляют 538 км2, средняя высота поверхности — не более 100 м над уровнем моря, а рельеф напоминает мелкосопочник. Н. П. Русин называет климат оазиса Бангера климатом холодной пустыни.
Каменная поверхность оазиса отражает солнечной радиации гораздо меньше и гораздо больше ее поглощает, чем поверхность льда или снега. Альбедо ледяной поверхности летом около 80%, а каменной поверхности оазиса — 15%, т. е. в 5 раз меньше. Поверхность оазиса очень сухая, и только ничтожная часть солнечной энергии тратится на испарение влаги. Поэтому статьи радиационного баланса в оазисе и в Мирном отличаются, в особенности статьи расхода. Оазис имеет резко выраженный положительный годовой баланс радиации (37,6 ккал/см2, в то время как в Мирном баланс отрицательный —5,0 ккал/см2). Таким радиационным балансом, как оазисы Антарктиды, обладают южные районы СНГ (Ташкент, Сухуми). Важно, что радиационный баланс оазиса становится положительным при высоте Солнца 7—8°. Из этого следует, что и на Южном полюсе радиационный баланс мог бы быть положительным, но при наличии каменной, а не ледяной поверхности.
Оазис Бангера мог быть еще теплее, но его климат охлаждается холодным воздухом соседнего ледникового покрова. Стоковых ветров на поверхности оазиса не ощущается, но сток воздуха происходит на некоторой высоте и охлаждает воздух над оазисом. Преобладают ветры с востока, а не с юго-востока, как при стоковых ветрах. Наблюдаются очень слабый, но очень характерный местный ветер, а также бризы и фены. Нагретый воздух, поднимаясь летом над оазисом, образует кучевые облака. Необычайна сухость воздуха оазиса.
Из вышесказанного следует сделать вывод об огромном влиянии рельефа на Антарктический климат.
<<< Оглавление Читать дальше >>>
