Мезомасштабные циркуляции

Там, где суша встречается с морем или равнина с горами, суточные контрасты в нагреве приводят воздух в движение, порождая морские бризы, долинные ветры и другие местные циркуляции, которые формируют погоду в масштабе, значимом для человека.

Definition

Мезомасштабные циркуляции — это местные ветровые системы мезомасштаба, обусловленные горизонтальными различиями в нагреве или рельефом, такие как морской бриз и горно-долинные ветры, которые возникают независимо от более крупного синоптического потока.

Scope

Эта тема охватывает термически и орографически обусловленные мезомасштабные циркуляции, включая бризы (морские и сухопутные), горно-долинные и склоновые ветры, а также связанные с ними местные ветровые системы, и то, как они перераспределяют тепло, влагу и загрязняющие вещества, а также могут вызывать конвекцию.

Core questions

• Как различия в нагреве между сушей и морем управляют циркуляцией морского бриза?
• Как рельеф формирует долинные, склоновые и горные ветры?
• Как эти циркуляции влияют на местную погоду и качество воздуха?
• Как сходящиеся мезомасштабные потоки могут вызывать грозы?

Key theories

Циркуляция морского бриза

Днем суша нагревается быстрее, чем прилегающее море, создавая горизонтальный градиент давления, который приводит к движению прохладного воздуха на сушу в виде морского бриза, при этом обратный сухопутный бриз развивается ночью, когда суша остывает быстрее.

Термически обусловленные горные ветры

Дифференциальный нагрев склонов и дна долин вызывает восходящие ветры вверх по склону и вверх по долине днем, а также нисходящий сток и ветры вниз по долине ночью, создавая характерные суточные горные ветровые системы.

Mechanisms

Суша и вода нагреваются и остывают с разной скоростью, поэтому днем более теплая суша создает более низкое давление, которое притягивает более прохладный морской воздух вглубь суши в виде морского бриза, а ночью происходит обращение в сухопутный бриз. Над сложным рельефом освещенные солнцем склоны нагревают прилегающий воздух и вызывают восходящие потоки вверх по склону и вверх по долине днем, в то время как ночное радиационное охлаждение производит плотный воздух, который стекает вниз по склону и вниз по долине. Зоны конвергенции вдоль фронтов морского бриза и в долинах могут поднимать воздух достаточно высоко, чтобы вызвать облака и грозы.

Clinical relevance

Мезомасштабные циркуляции сильно влияют на местную температуру, влажность и ветер, рассеивание загрязняющих веществ в воздухе в прибрежных городах и горных долинах, выбор мест для размещения ветровых и солнечных электростанций, а также на возникновение послеполуденных гроз, что делает их важными для местного прогнозирования и управления качеством воздуха.

History

Местные циркуляции, такие как морской бриз, были известны с древности, но их количественное изучение продвинулось в двадцатом веке благодаря наблюдениям и численному моделированию мезомасштаба, включая фундаментальные работы по моделированию морского бриза и детальные исследования горной метеорологии.

Key figures

• Jacob Bjerknes
• Roger Pielke
• C. David Whiteman

Seminal works

• markowski2010
• wallace2006

Frequently asked questions

Почему прохладный бриз часто дует с моря в солнечный полдень?

В солнечный день суша нагревается быстрее, чем море, поэтому воздух над сушей поднимается, и там формируется более низкое давление; затем более холодный, плотный воздух с воды течет вглубь суши, чтобы заместить его, создавая освежающий морской бриз.

Почему холодный воздух стекает в долины ночью?

После захода солнца склоны остывают, излучая тепло, охлаждая прилегающий к ним воздух; этот холодный, плотный воздух стекает вниз по склону и скапливается в долинах, поэтому дно долин часто становится холоднее окружающих склонов за ночь.