Температура воздуха в Арктике и Антарктике

Современные сведения об атмосферных процессах в Арк­тике и Антарктике были получены в последние 20—30 лет, хотя эти малодоступные области Земли давно привлекали внимание исследователей. В 20-х годах XX в. необходимость практического освоения Северного морского пути поставила перед советскими учеными ряд новых задач. В связи с этим в 30-х годах началось систе­матическое изучение Центральной Арктики, так как без обстоятельного изучения режима льдов и создающих этот режим гидрометеорологических процессов нельзя определять изменения навигационных условий. В 1932 г. советские полярники приняли активное участие в исследованиях по программе Второго Международного по­лярного года. С организацией Главного управления Северного морского пути началось создание широкой сети научных стан­ций вдоль северного побережья Советского Союза. В 1937 г. в районе Северного полюса высадились первые исследователи Центральной Арктики И. Д. Папанин, Е. К. Федоров, П.П. Шир­шов и Э. Т. Кренкель. После долгого дрейфа льдина, на кото­рой находилась станция «Северный полюс», была вынесена из Центральной Арктики в Гренландское море. В феврале 1938 г. папанинцы были сняты со льдины недалеко от западных бере­гов Гренландии, на широте 70°54′. Первые ценные результаты исследований Центральной Арктики дали экспедиции на дрейфующей научной станции «Северный полюс» (1937—1938 гг.) и на ледокольном пароходе «Георгий Седов» (1937—1940 гг.). Данные наблюдений, получен­ные в период этих экспедиций, помогли уточнить представления о режиме льдов, о метеорологических процессах, магнитных явлениях. Они помогли решить многие вопросы, связанные с разработкой методов прогноза погоды и ледовых условий в Арктике. Данные наблюдений дрейфующей станции «Север­ный полюс» опровергли предположение, что будто бы для центральной части Арктики характерно высокое атмосферное давление с относительно спокойной антициклонической пого­дой и постоянными низкими температурами. Наблюдения по­казали, что циклоны являются частыми гостями в Арктике и несут с собой пасмурную со снегопадами погоду, метели и бури, сопровождающиеся кратковременными потеплениями. Изменились также представления о циркуляции атмосферы в Арктике. Было установлено, что в Центральную Арктику не­редко вторгаются массы теплого воздуха не только с Атлан­тики, но и с Тихого океана, через Чукотку и Аляску. Аэроло­гические наблюдения показали, что теплые массы воздуха даже в условиях полярной ночи охлаждаются довольно мед­ленно, распространяясь над приземным слоем холодного воздуха. 2 апреля 1950 г. на дрейфующих льдах к северу от острова Врангеля была создана научная станция «Северный полюс-2» (СП-2); через год, 9 апреля 1951 г., она была снята. Новые научные станции на дрейфующих льдах были организованы в апреле 1954 г.: станция СП-3 9 апреля, а станция СП-4 6 апреля. За год обе станции прошли путь свыше 2000 км. С этого времени дрейфующие станции организуются система­тически. Научные сотрудники этих станций собрали и собирают цен­ные сведения об особенностях метеорологических процессов и о режиме льдов Центральной Арктики. Несколько лет назад было обнаружено, что зимние потеп­ления в Арктике характерны не только для тропосферы. Иссле­дованиями установлено, что в стратосфере на высотах 20—30 км в короткие промежутки времени ежегодно происходит значи­тельное повышение температуры. В отдельных случаях в тече­ние 5—10 дней в условиях полярной ночи температура воздуха повышается на 20—30° и более. Открытия сделаны не только в области метеорологии, но и в морской гидрологии, магнитологии, гидробиологии и пр. Работа отважных исследователей Арктики протекает в труд­ных условиях. Коварная природа Арктики в любой момент может преподнести неприятные сюрпризы. Сильные морозы сменяются кратковременными потеплениями, сопровождающи­мися снегопадами и метелями, торошением льдов. Антарктида была открыта Ф. Ф. Беллинсгаузеном и М. П. Лазаревым в первой четверти XIX столетия. Однако до сих пор природа ее изучена далеко не достаточно. Исследования, проведенные в период Международного геофизического года и Международного геофизического сотрудни­чества (1957—1959 гг.), дали человечеству несравненно больше научных материалов, чем исследования в течение многих де­сятков лет после открытия Антарктиды. Большой и многонациональный коллектив научных стан­ций, расположенных в Антарктиде, в условиях самого сурового климата мира ведет исследования геофизических процессов и явлений. Изучается погода и климат, циркуляция атмосферы, полярные сияния. Радиозонды, радиопилоты и метеорологиче­ские ракеты зондируют тропосферу и стратосферу. Гляциологи пронизывают двух-трехкилометровую толщу ледяного панциря материка. Геодезисты определяют высоту его над уровнем моря. Исследуется режим морских течений, жизнь обитателей океана и др. Расположенный в высоких широтах южного полушария, шестой континент покрыт вечными льдами, средняя толщина которых достигает 2000 м. Согласно расчетам, если бы растаял весь лед, покрывающий Антарктиду, то уровень Мирового океана повысился бы на 50 м и вода затопила бы многие при­брежные участки суши. Расчеты баланса покрывающего Антарктиду льда, сделан­ные в последние годы, показали, что на шестом континенте в среднем за год выпадает около 130 мм осадков, что эквива­лентно 1830 км3 воды на площади 14,1 млн. км2. Ежегодный расход льда при отколе айсбергов составляет только 730 км3. Судя по этим приближенным подсчетам, ледяной панцирь Антарктиды ежегодно нарастает на 1100 км2. Самые низкие на земном шаре температуры воздуха заре­гистрированы на высоком ледяном плато Антарктиды. Во вну­тренней части Антарктиды на высоте около 3000 м над уров­нем моря средняя годовая температура составляет —36,5°. Это самая низкая средняя годовая температура воздуха на Земле. Зимой нередко температура воздуха понижается до —70, —80°, а иногда и ниже. Так, например, 10 августа 1958 г. на станции Советская была зарегистрирована температура —86,7°; 25 августа на станции Восток температура понизилась до —87,4°; на станции Южный полюс перед восходом солнца была зарегистрирована самая низкая здесь температура —74,4°. На станции Восток 24 августа 1960 г. была зафиксирована самая низкая на земном шаре температура —88,3°. Как видим, на станции Восток, расположенной примерно на 78° ю. ш., зарегистрирована более низкая температура (—88,3°), чем на самом Южном полюсе (—74,4°). Объясняется это тем, что станция Восток расположена на плато, где в безветренную погоду про­исходит сильное выхола­живание воздуха в усло­виях полярной ночи, а станция Южный полюс находится ближе к обла­сти усиленной циклониче­ской деятельности в рай­оне моря Росса. Очень низкие темпе­ратуры в Центральной Антарктиде наблюдаются и в летние месяцы. Исследования показа­ли, что над Центральной Антарктидой зимой наи­более часто наблюдается температура воздуха, рав­ная —45, —50°, причем она мало изменяется и при очень низких темпе­ратурах у поверхности земли. Отсюда следует, что приведенные выше величины низких темпе­ратур присуши приземно­му слою воздуха. С высо­той происходит быстрое повышение температуры, но лишь до уровня 4— 5 км; выше она вновь начинает понижаться (рис. 20).

Кривые изменения температуры с высотой над Центральной Антарктидой зимой

В Арктике во все ме­сяцы средняя температу­ра воздуха выше, чем в Антарктике. Зимой в районе полюса она выше на 7—8°, на широте 80° —на 13°. а на широте 70° — на 10. Летом эти разности еще больше (см. табл. 11). Это объясняется различием в характере циркуляции атмо­сферы и океанических течений в Арктике и Антарктиде. Благо­даря существующему расположению материков и океанов в северном полушарии западный перенос в тропосфере очень часто нарушается усиленным междуширотным обменом круп­ного масштаба. Именно вследствие междуширотного обмена температура в Арктике летом нередко повышается до 5—10 , а в отдельных случаях — до 20° и выше. Зимой наблюдаются оттепели. Отсутствие в центре Арктики суши способствует раз­витию океанических течений, благодаря которым многолетние ледяные массивы, находясь в непрерывном движении, дрей­фуют в сторону Гренландского моря и выносятся в северную часть Атлантического океана. В южном полушарии материки Африка и Австралия своими южными краями не выходят за широту 40°, и остроконечная часть Южной Америки— за широту 55°. Кроме того, в центре Антарктики находится огромный материк с мощным ледяным панцирем Поэтому междуширотный обмен воздуха в Антарк­тике развит слабее, чем в Арктике. Как видно из карт, изотермы зимой и летом опоясывают южное полушарие почти вдоль параллелей. Однако из этого не следует, что атмосферные процессы в южном полушарии протекают менее интенсивно. Наоборот, большие междуширотные разности температуры и давления обусловливают возникновение глубоких циклонов с большими горизонтальными градиентами давления и штормовыми вет­рами между средними и высокими широтами. Даже средние скорости ветра здесь достигают 10—15 м/сек, а повторяемость штормов составляет более 50%. По кривым изменения средней месячной температуры с вы­сотой в Арктике и Антарктике (рис. 21) легко определить, что зимой в Центральной Антарктиде средняя температура на всех высотах ниже, чем в Центральной Арктике. Летом в тропо­сфере наблюдается та же картина, но в стратосфере выше уровня 16 км температурное различие между полюсами исче­зает. Кроме того, разность температур между летом и зимой на Южном полюсе заметно больше, чем в районе Северного полюса.

Кривые изменения средней месячной температуры с высотой над Центральной Антарктидой и Центральной Арктикой зимой и летом

Как уже говорилось выше, различия в распределении тем­пературы по высоте в Арктике и Антарктике вызваны главным образом особенностями циркуляции в северном и южном полушариях. Эти особенности состоят в том, что вследствие боль­шего по масштабам междуширотного воздухообмена в высоких широтах северного полушария зимой в Центральную Арктику из средних широт сравнительно теплый воздух поступает чаще, чем во внутренние районы Антарктиды, где междуширотный воздухообмен осуществляется в меньших размерах. Циклоническая деятельность у берегов Антарктиды сопро­вождается не только сильными ветрами, но и выпадением осадков преимущественно на периферии материка, где годовая сумма их составляет несколько сотен миллиметров. Так как по мере приближения к Южному полюсу влияние циклонов ослабевает, количество осадков уменьшается в на­правлении с севера на юг. В центральной части плато осадки незначительны. И все же в Антарктиде накапливаются льды, которые под собственной тяжестью сползают к берегам и, обламываясь, падают в океаны, образуя множество ледяных гор (айсбергов). Мощность ледяного покрова Антарктиды, по приближенным данным, варьирует от нескольких сотен до 4000 м. С помощью сейсмических методов было установлено, что местами ледяной щит континента проникает ниже уровня моря. Это послужило основанием для предположения, что Антарктида является не целым континентом, а состоит из островов. Однако материалы специальных советских экспедиций в Антарктиде, прошедших от Мирного до Южного полюса и района относительной недо­ступности, дают право утверждать, что Антарктида все же является материком, а не архипелагом. Очень низкие температуры наблюдаются и на ледяном плато Гренландии. Расположенный в высоких широтах север­ного полушария, величайший остров мира Гренландия в зна­чительной степени покрыт вечными льдами, средняя мощность которых достигает 1500—2000 м. Самые низкие температуры наблюдаются на ледяном плато в средней части острова. Здесь на высоте около 3000 м над уровнем моря средняя годовая температура воздуха составляет около 30° ниже нуля с коле­баниями между холодным и теплым месяцами от —47 до —11°. Это объясняется значительной высотой над уровнем моря, ибо в Арктике на тех же широтах средние месячные температуры воздуха в течение года выше. Очень низкие температуры на­блюдаются и в летние месяцы. Северная оконечность Гренлан­дии (севернее 80-й параллели) также отличается суровыми морозами и незначительной годовой суммой осадков (менее 100 мм). Вместе с тем на южном побережье острова, расположенном на широте Ленинграда и Архангельска, наблюдаются лишь умеренные морозы, выпадают обильные осадки. Средняя темпе­ратура воздуха самого холодного месяца достигает лишь 6—10° ниже нуля, а годовая сумма осадков местами превышает 1000 мм. Здесь влияние холодной центральной части острова в известной степени ослабляется теплым дыханием Атлантики. Циклоническая деятельность, характерная в течение всего года для южной части Гренландии, сопровождается не только выпа­дением обильных осадков, но и сильнейшими штормовыми ветрами. Через Гренландское море происходит непрерывный вынос льдов из Арктики.