Климат и современное оледенение Антарктиды.

Климат и оледенение связаны между собой и трудно сказать, что первично. Оледенение возникло и поддерживается метеорологическим режимом или оледенение создает метеорежим и климат Антарктиды.

Первым сообщил науке достоверные сведения о климате Д. Кук. Он говорил, что суровость Южнополярного океана объясняется влиянием Южнополярного материка. Первым ученым, изучавшим климат Антарктиды, был профессор Казанского университета И.М. Симонов, который принимал участие в экспедиции Ф. Беллинсгаузена и М. Лазарева. Он писал, что климат высоких широт Южного полушария гораздо суровее, чем Северного. В Казани около 55° с.ш. цветут сады летом, а природа острова Ю. Георгия «можно сказать, мертва. Мы не нашли там ни одного дерева, и кроме моху, весьма мало растений». Низкие летние температуры он объяснял океаничностью Южного полушария. Но он ничего не знал о климате ледяной Антарктиды.

Систематические наблюдения за климатом материка начались с проведения первых зимовок: Жерлаша у берегов и К. Борхгревинка на самом материке. Особенно много нового внесли тогда в изучение климата Антарктиды экспедиции начала 20 в. Р.Скотта (Земля Виктории), Э. Дригальского (Берег Правды) и О. Норденшельда (Антарктический полуостров). Эти и позднейшие экспедиции выдвинули двух блестящих антарктических метеорологов – В. Мейнардуса и Г. Симпсона.

Первые сообщения В. Мейнардуса появились в годы, когда о внутренних районах Антарктиды ничего не было известно. Он указывал, что Антарктида окружена поясом очень низкого атмосферного давления – субантарктической барометрической ложбиной. К северу от нее проходит граница антарктических и смешанных вод – антарктическая конвергенция, которую позднее стали называть линией Мейнардуса. Это граница Антарктики и Субантарктики – важнейшая географическая граница, которая проходит близ 60° ю.ш.

Мейнардус предположил, что если есть субантарктическая барометрическая ложбина, то над материком давление должно быть высокое, компенсирующее «недостаток» воздуха над Южным океаном. Отсюда возникли две очень важные гипотезы:

- Антарктида высокая,

- над ней формируется ледниковый антициклон.

Г. Симпсон обработал данные барометрического нивелирования Р. Скотта и получил высоту 2796 м. Эта высота была общепризнанной до 1965 г.

Перед началом работ по программе МГГ были подведены итоги метеорологических исследований в монографии Г.М. Таубера и в работе группы метеорологов «Метеорология Антарктиды». Г.М. Таубер на основе положений динамической климатологии, разработанных Б.П. Алисовым, рассмотрел основные климатообразующие факторы южной полярной области: радиационный баланс, подстилающая поверхность и циркуляция атмосферы. Он выделил антарктический антициклон, стоковые ветры и циклонические воздействия на прибрежную полосу. Кроме того, он объяснил формирование двух типов воздушных масс: континентального антарктического воздуха над материком и морского антарктического воздуха над окружающими паковыми льдами и прилегающими океаническими водами, разработал типизацию атмосферных процессов. Основы этой типизации, разделяющей процессы на зональные и меридиональные формы циркуляции, не вызывают сомнений и в настоящее время.

Современные представления о климате Антарктиды базируются уже не на предположениях, а на результатах стационарных наблюдений в период МГГ на 55 метеорологических станциях находящихся, в том числе и во внутренних районах материка. После этих работ было установлено, что метеорологический режим и климатические особенности материка определяются влиянием следующих факторов:

- астрономического

- радиационного

- особенностями атмосферной циркуляции

- географическими условиями.

Астрономический фактор.Антарктида летом (22 декабря) находится в перигелии (близко к Солнцу), поэтому получает на 7% больше солнечной энергии, чем Арктика, которая летом (22 июля) находится в афелии.

Радиационный фактор. Поскольку вся Антарктида находится за Полярным кругом, то получает солнечную энергию только в течение нескольких месяцев, а теряет ее почти непрерывно. Снежный покров обладает огромной отражательной способностью и не меньшей лучеиспускательной способностью, близкой к абсолютно черному телу.

Годовые суммы суммарной солнечной радиации в Антарктиде составляют 80-90 ккал/кв. см, или около 70-75% по отношению к среднегодовым суммам суммарной радиации для экваториальной зоны. Такой высокий процент по отношению к возможным суммам коротковолновой радиации при ясном небе объясняется значительной прозрачностью и сухостью воздуха над Антарктидой, многократным отражением радиации от поверхности льда, снега и облаков высокого и среднего ярусов, большой абсолютной высотой материка, а также астрономическими причинами. Таким образом, центральные районы ледникового купола Восточной Антарктиды, находящиеся в районе Полюса Относительной Недоступности, являются абсолютным полюсом тепла солнечной радиации, поступающей на подстилающую поверхность в летние месяцы. Но поглощается лишь незначительная часть солнечной радиации, остальная отражается из-за больших величин альбедо снежной поверхности.

Большие величины альбедо снежной поверхности определяют характер радиационного баланса. Летом радиационный баланс снежной поверхности везде положительный, но значения его невелики, всего 1 ккал/кв. см. На побережье радиационный баланс положителен в течение 4-х месяцев, на ледниковом склоне – 3 месяца, а на ледниковом куполе всего 1-2 месяца.

Годовой радиационный баланс отрицательный и составляет -5-10 ккал/кв.см.

Антарктический ледниковый покров постоянно теряет из-за длинноволнового излучения больше энергии, чем получает. Большие величины альбедо снежной поверхности в сочетании с постоянной потерей тепла излучением являются причиной отрицательного баланса радиации в Антарктиде в течение года.

Постоянная потеря тепла излучением компенсируется поступлением более теплого воздуха с океана и последующим переносом этого тепла воздушными массами и частицами выпадающего снега к более холодной снежной поверхности. Этот процесс обусловлен сильными приземными инверсиями температуры и влажности воздуха. Благодаря этому в приземном слое воздуха происходит непрерывный приток тепла и влаги из верхних слоев атмосферы к поверхности снега. Это важно, потому что, во-первых, поток тепла к подстилающей поверхности полностью компенсирует потерю тепла излучением, поддерживая сравнительно постоянным температурный режим снежной поверхности в течение зимы, во-вторых, поток водяного пара к подстилающей поверхности служит для центральных районов Антарктиды важным источником снегонакопления. Сублимация водяного пара в приземном, более холодном слое воздуха приводит к образованию ледяных игл, ледяных и снежных облаков, туманов и дымок, являющихся источником выпадения осадков. Если бы не было притока тепла извне, то температура поверхности ледяного купола зимой понижалась бы не до –90° , как в действительности, а до -190°.

Особенности атмосферной циркуляцииопределяются:

return false">ссылка скрыта

- околополюсным положением,

- радиационным режимом,

- большими абсолютными высотами,

- конфигурацией береговой линии,

- свойствами снежно-фирновой толщи.

Раньше утверждалось, что над Антарктидой, как и над Гренландией, существует постоянный антициклон, который образуется за счет опускающихся над центром материка масс холодного воздуха. Развитие в нижних слоях атмосферы ледникового антициклона сопровождается стоком холодного воздуха от центра, в то время как над антициклоном расположен высотный полярный циклон. Но с этой схемой не все были согласны.

Полученные данные во время МГГ по внутриконтинентальным станциям показали, что большая часть материка, особенно Западная Антарктида свободна от постоянного антициклона. Более того, было установлено, что над ней преобладает циклоническая циркуляция. Характер циркуляции над Восточной Антарктидой до сих пор неясен. Некоторые отечественные метеорологи ставят под сомнение существование антициклона и над Восточной Антарктидой. В некоторых ее районах климат обусловлен не антициклоническим режимом, а отсутствием циклонов из-за большой абсолютной высоты этих районов.

По данным метеостанций в глубине материка зафиксированы самые низкие в году среднемесячные величины давления в самый холодный зимний период (620 мб) у снежной поверхности. На этом основании в Международном центре погоды было принято считать, что антарктический антициклон существует только тогда, когда он прослеживается хотя бы в виде гребня на уровне абсолютной поверхности 500 мб.

Общая схема атмосферной циркуляции в Антарктике представляется следующим образом. Атмосферные процессы вблизи побережья Антарктиды разделяются на зональные и меридиональные. Зональные процессы характеризуются западно-восточным перемещением воздушных масс, циклонов и промежуточных гребней. Меридиональные процессы обусловлены развитием меридиональных блокирующих гребней и образованием малоподвижных депрессий вблизи материка. Наши метеорологи опровергли существовавшее представление о замкнутой циркуляции воздушных масс между материком и океаном, которое предполагало только западно-восточное перемещение циклонов вокруг Антарктиды и отвергало возможность их стабилизации. Было установлено, что циклоны становятся малоподвижными к востоку от мысов. В центральных районах ледникового купола они зажаты между такими орографическими выступами, над которыми проходят гребни и отроги антициклона. При меридиональных процессах циркуляции атмосферы блокирующие гребни, развиваясь над материком, образуют над Восточной Антарктидой высотные гребни и антициклоны, которые препятствуют зональному переносу. Блокирующие гребни чаще всего возникают в районах 0°, 50°, 95°, 135°,160° в.д. и 90° з.д., а между ними находятся области малоподвижных циклонов: море Уэдделла, восточная часть Земли Королевы Мод, залив Макензи, Берег Нокса, море Росса и др. Над морями Росса, Уэдделла и Беллинсгаузена находятся особенно устойчивые циклоны. Существование блокирующих гребней высокого давления и депрессий между ними приводит к выходу циклонов на материк в местах, где высоты материкового ледникового покрова небольшие и подъем плавный и пологий.

Очень активна циклоническая деятельность над Западной Антарктидой. Циклоны здесь неоднократно походят даже зимой. Таким образом, в Антарктиде происходит активный межширотный обмен воздуха.

Е.И. Толстиков выделяет четыре типа воздушных масс:

- континентальный антарктический воздух, зарождающийся в центральных районах Антарктиды;

- морской антарктический воздух, формирующийся в районе дрейфующих льдов и холодных антарктических вод;

- морской воздух умеренных широт;

- морской тропический воздух.

Межширотный обмен воздушных масс наиболее интенсивен зимой и имеет большое значение в процессах осадконакопления, установления характера метеорологических явлений и др. Но огромное влияние на формирование природных условий Антарктиды оказывает сток охлажденного воздуха вниз по ледниковому склону, то есть вертикальный обмен воздуха. Результаты радиозондирования подтвердили гипотезу высотного антарктического циклона над антарктическим антициклоном. Антарктический антициклон является устойчивым образованием в нижней тропосфере до высоты 5-7 км, то есть всего на 1-3 км над вершиной ледникового купола. Выше господствует циклон. Зимой циклон прослеживается до огромной высоты 25-30 км, а летом несколько ниже около 15 км. В огромном вертикальном столбе атмосферы – над Южным океаном начиная от уровня моря, а над материком выше поверхности антициклона – сравнительно теплый и влажный воздух приносит тепло и влагу на материк.

Температура воздуха.Антарктида – мировой полюс коротковолновой радиации, но одновременно здесь находится Мировой полюс холода. Температурный режим имеет ряд особенностей. Зима длится 6 месяцев, лето – два месяца, на весну и осень приходится по два месяца. Зима и лето, за исключением узкой прибрежной полосы, характеризуется незначительными изменениями температуры, и остаются отрицательными в течение всего года, поэтому зимы Антарктиды называют безъядерными.

Среднегодовая изотерма -44° оконтуривает обширную площадь Восточной Антарктиды на высоте 3100-3200 м, а изотерма -56° совпадает с изогипсой 3500 м, и фактически окаймляет плато Советское – самую высокую часть ледникового купола. Именно здесь находится полюс холода. Но абсолютный минимум температур зафиксирован в августе 1960 г. на ст. Восток (3488 м) -88,3°, а в 1983 г. -89,2°. Климат Антарктиды континентальный, так как амплитуда температур на Полярном круге составляет 45°, а в центре 55-65°. Эти колебания меньше, чем на северо-востоке России, где достигают 100° и где климат резкоконтинентальный.

Ветровой режим Антарктиды очень разнообразный и является одним из основных факторов, определяющих необычайную суровость климата. В прибрежных районах и на склоне ледникового покрова ветры часто достигают ураганной силы, а в центральных районах обычно около 4-5 м/с. По генезису ветры разделяют на стоковые, переходные и циклонические.

Стоковые ветры образуются в результате интенсивного выхолаживания воздуха в глубине материка, повышения его плотности и скольжения вниз по ледниковому склону под действием силы тяжести. Сила стоковых ветров зависит от степени радиационного выхолаживания, протяженности и направления склона, а скорость – от крутизны склона. Поскольку форма материкового ледникового покрова представляется в виде купола, стоковые ветры возникают и во внутренних районах Антарктиды. Но настоящими стоковыми ветрами считаются такие, скорость которых превышает 10 м/с. Стоковые ветры обычно имеют юго-восточную и юго-юго-восточную составляющие. Они слабее циклонических ветров, но являются наиболее суровыми, так как сопровождаются очень низкими температурами. Наблюдаются чаще всего при ясной погоде, отличаются большой порывистостью – то стихают до нуля, то резко усиливаются до шторма или даже урагана.

Переходные ветры наблюдаются при смене антициклонической ситуации на циклоническую или наоборот. Спускаясь вниз по склону, переходные ветры захватывают занесенный циклоном на материк сравнительно теплый морской воздух, при опускании он адиабатически нагревается, удаляется от точки насыщения и приходит на побережье в виде фена, то есть относительно теплого сухого воздуха.

Циклонические ветры наиболее распространены на море и на побережье, в основном северо-восточной и восточной составляющих, небольшой скорости, повторяемость их достигает 50-55% всех случаев наблюдений. Циклонические ветры сопровождаются сплошной облачностью, снегопадами и значительными повышениями температуры.

Ветры осуществляют перенос снега, который начинается уже при 5 м/с. Циклонические ветры в зональном переносе дуют по касательной к краю материка, поэтому перенос снега из внутренних районов идет стоковыми ветрами. Метелевый перенос достигает максимальной величины не у края материка, а на расстоянии 300 км от берега, по оси стоковых ветров. Таким образом, снег за пределы материка не выносится.

Осадки. Баланс льда зависит от режима атмосферных осадков. Осадки в Антарктиде выпадают в твердом виде. Дожди бывают очень редко даже на побережье. По условия осадконакопления Антарктиду разделяют на следующие горизонтально-вертикальные зоны:

- прибрежную зону (шельфовые ледники, прибрежные острова) – первый максимум осадков, до 700 мм;

- побережье – осадков выпадает меньше (до 400 мм) и количество их очень изменчиво (уменьшается в оазисах и на побережье заливов);

- ледниковый склон – второй максимум осадков (до 250 мм);

- центральную Антарктиду – минимум осадков (40-100 мм);

- Антарктический полуостров образует особый район – западный берег относится к Субантарктике и получает много осадков, в том числе и жидких. Восточный склон полуострова гораздо беднее осадками, чем западный склон.

Центральная Антарктида – мировой «полюс» сухости. Годовая сумма осадков 40-100 мм.

По расчетам В.М. Котлякова Антарктида получает в среднем около 190 мм осадков в год, что почти в два раза больше, чем предполагали ранее. Мейнардус определял на всю Антарктиду около 70 мм.

Центральные районы Антарктиды получают осадки тремя путями:

1. влага, сгущаясь в атмосфере, образует ледяные иглы;

2. влага, осаждаясь на поверхности, образует изморозь;

3. осадки выпадают в виде снега.

Хотя циклоны в Центральной Антарктиде бывают редко, они приносят больше всего осадков – 4-6 мм, что составляет 30% всех осадков, выпадающих в течение месяца. Ледяные иглы и изморозь в отличие от циклонического снега выпадают и при ясной погоде. В Центральной Антарктиде осадки разных видов выпадают в течение 300 дней в году, но снег наблюдался только 10-15 дней в году.

В Центральной Антарктиде, где ветер слабый, снег рыхлый и не тает, на его поверхности часто образуется радиационная ледяная корка оплавления. Ее образование происходит благодаря кристаллам снега, которые играют роль линз.

Вся влага, выпадающая в Антарктиде, циркуляционного происхождения и принесена с океана. Местная влага в Центральной Антарктиде почти не образуется, так как испарение со снежной поверхности здесь ничтожно. В глубине Антарктиды испарение происходит только летом и в середине дня. Но даже летом (в декабре) конденсация влаги больше, чем ее испарение. Атмосфера за счет местных процессов не увлажняется, а наоборот высушивается. Только на побережье, в районе ст. Мирный за год испаряется около 200 мм влаги, что составляет около половины осадков.

Общая схема климатического районирования, предложенная нашими исследователями следующая:

1. Антарктический пояс

А. Восточная Антарктида

1. Центральная зона

2. Зона склона с провинциями

3. Зона побережья с провинциями

Б. Западная Антарктида

Антарктическая провинция

2. Субантарктический пояс

Западный берег Антарктического полуострова