Klimat międzyzwrotnikowy

12 minute read

Zaktualizowano Thu Apr 29 2021

W poprzednim rozdziale dowiedzieliśmy się o obiegu wody i cyrkulacji ogólnej, trójwymiarowym ruchu powietrza w atmosferze. Przyjrzyjmy się temu, w jaki sposób cyrkulacja ogólna może wpływać na deszcze i burze w strefie międzyzwrotnikowej – i co mogą oznaczać zmiany klimatu dla obu tych zjawisk.

Jak porusza się wiatr w strefie międzyzwrotnikowej?

Wiatr jest ważny dla obiegu wody, ponieważ redystrybuuje parę wodną wokół planety, wpływając na to, gdzie i jak pada. Parowanie z oceanu tworzy chmury, które mogą być przenoszone przez wiatr, żeby padało nad lądem:

Jak dowiedzieliśmy się w rozdziale Obieg wody, strefa międzyzwrotnikowa otrzymuje więcej energii cieplnej ze Słońca, więc powietrze w tym regionie jest cieplejsze niż w pozostałej części atmosfery. To sprawia, że jest ono mniej gęste niż chłodniejsze powietrze.

Gęstość gazu odnosi się do tego, jak wiele jego cząsteczek jest obecnych w danej objętości. Dodanie energii do gazu powoduje, że się on rozszerza i staje mniej gęsty: ponieważ jego cząsteczki mają więcej energii do poruszania się, stają się one bardziej rozproszone. Różnice w gęstości pomiędzy masami powietrza tworzą prądy wiatrowe na kilka sposobów:

Cyrkulacja wiatru w strefie międzyzwrotnikowej

Gorące powietrze unosi się, ponieważ zimniejsze, gęstsze powietrze z otoczenia wypycha je do góry i usuwa z drogi. Ta właściwość nazywana jest wypornością.

Gorące powietrze na równiku tworzy wznoszący prąd wiatru. Gdy powietrze się wznosi, poddawane jest niższemu ciśnieniu, ponieważ napiera na nie mniej powietrza. Temperatura, ciśnienie i objętość gazu wpływają na siebie nawzajem: podobnie jak wyższe temperatury, niższe ciśnienie pozwala na rozszerzenie się powietrza i zwiększenie jego objętości.

Rozszerzające się powietrze wypycha powietrze, które je otacza. Wymaga to energii, która pochodzi z ciepła gazu. W rezultacie rozprężenie powoduje ochłodzenie wznoszącego się powietrza. W miarę ochładzania znajdująca się w nim para wodna przechodzi w stan ciekły, tworząc chmury.

Wznoszący się wiatr traci również swoją wyporność, ponieważ w miarę jak się unosi, gęstość otaczającego go powietrza maleje. W końcu nie jest on w stanie dalej się unosić. W tym momencie wiatr zostaje zepchnięty na boki i rozdziela się na dwa oddzielne prądy, które podążają w kierunku przeciwnych biegunów.

Gdy prądy te wędrują w kierunku biegunów, opadają z powrotem w stronę powierzchni planety. W miarę opadania, doświadczają rosnącego ciśnienia, co powoduje ich ponowne ogrzanie. Pozostawiwszy swoją wodę w postaci chmur, to ciepłe, suche powietrze tworzy pustynie, takie jak Sahara i Kalahari.

Unoszące się powietrze tworzy chmury

Na powierzchni planety gęstsze powietrze zmierza z powrotem ku równikowi. To kończy cyrkulację powietrza w strefie międzyzwrotnikowej, znaną jako komórka Hadleya.

Jak myślisz, jaki wpływ na wiatry zmierzające ku równikowi ma ruch obrotowy Ziemi w kierunku wschodnim?


Te wiatry zachodnie w strefie międzyzwrotnikowej znane są jako pasaty. Redystrybuują one parę wodną z równika, a ich siła wpływa na ilość opadów deszczu nad lądem.

Monsun

Aby zobaczyć, jak cyrkulacja wiatru może wpływać na rozkład opadów deszczu, zbadajmy sezonowe ulewne deszcze występujące w regionach tropikalnych, znane jako monsuny.

Monsun w Azji Południowej występuje między czerwcem a wrześniem każdego roku.

Podczas tej pory roku ląd ogrzewa się bardziej niż otaczający go ocean, ponieważ woda ma dużą pojemność cieplną. Ta różnica temperatur tworzy różnicę gęstości, która napędza duży ruch powietrza z nad oceanu na ląd.

Ten ruch powietrza powoduje intensywne deszcze w strefie międzyzwrotnikowej z powodu komórki Hadleya. Pamiętasz, że ciepłe powietrze w pobliżu równika unosi się i tworzy chmury? Region, w którym to się dzieje, nazywamy międzyzwrotnikową strefą zbieżności (ITCZ). Jest ona związana z ulewnymi deszczami z powodu wszystkich chmur, które się w niej tworzą.

Wiosną prądy dryftowe płynące na północ w kierunku Azji Południowej i Południowo-Wschodniej niosą wilgotne powietrze i przesuwają ITCZ na północ wraz z nimi. ITCZ przynosi ze sobą burze, tworząc intensywne deszcze monsunowe. Monsuny te dostarczają 80% rocznych opadów na obszarze Azji Południowej.

Przesuwanie się ITCZ i monsuny

Ze względu na intensyfikację cyklu hydrologicznego i zmiany w ogólnej cyrkulacji przewiduje się, że monsuny będą oddziaływać na większy obszar, a opady zmniejszą się nad Oceanem Indyjskim i zwiększą nad Indiami.

Modele klimatu przewidują, że do 2100 roku opady deszczu związane z monsunem indyjskim wzrosną o 5%, jeśli ograniczymy ocieplenie do 2°C powyżej poziomu przedindustrialnego, a o 10%, jeśli pozwolimy mu osiągnąć 4°C!

Cyklony tropikalne

Cyklony tropikalne to ogromne burze, które tworzą się wzdłuż oceanów strefy międzyzwrotnikowej. Uważa się, że są to najbardziej gwałtowne burze na naszej planecie.

Aby powstały, w atmosferze w tym samym czasie musi wystąpić kilka warunków. Jeżeli obszar oceanu staje się szczególnie ciepły (ponad 27°C), gorące powietrze tworzy prąd wznoszący, który jest silniejszy niż normalnie. Musi to zbiec się w czasie z wiatrem przynoszącym więcej pary wodnej na ten obszar, dostarczając więcej wody do napędzenia wzrostu burzy.

Cyklon dużych chmur tworzy się, gdy wiatry są odchylone na zachód i zaczynają wirować w wyniku ruchu obrotowego Ziemi. Podobnie jak w przypadku pasatów, powoduje to koncentrację napływającej pary wodnej. Przemieszczając się nad oceanem, burza zbiera wodę i rośnie.

Ogólnie rzecz biorąc, o ile większy jest obszar, z którego burza zbiera wodę w porównaniu z obszarem, na który pada deszcz?


Burze koncentrują wodę z odległych miejsc

Burza przechodzi różne fazy rozwoju. Zaczyna jako skupisko chmur burzowych. W końcu staje się pełnowymiarowym cyklonem tropikalnym, w którym wznoszący prąd powietrza w środku jest tak silny, że ocean pod nim tworzy duże wybrzuszenie na wodzie. Jest to odpowiedzialne za wzrost poziomu morza, który może powodować powodzie w miejscach, gdzie burza dociera do lądu, znane jako fala burzowa..

Jaką rolę odgrywają tu zmiany klimatu?

Globalne ocieplenie dostarcza do atmosfery więcej pary wodnej, dając burzom więcej wody do tworzenia silniejszych opadów.

Modele przewidują, że do końca wieku ocieplenie o 2°C powyżej poziomu preindustrialnego może zwiększyć średnią intensywność cyklonów tropikalnych o 1-10%.

Podsumowanie

Wiemy teraz więcej o cyrkulacji powietrza w strefie międzyzwrotnikowej, ulewnych deszczach/burzach i o tym, jak zmiany klimatu mogą na nie wpłynąć. Ale to wciąż tylko rzut oka na złożony system, jakim jest nasza atmosfera! Więc następnym razem, gdy będzie padać w twój „słoneczny dzień”, pomyśl o swoim biednym synoptyku!

Następny rozdział