Причина образования полюсов холода
В силу определенных обстоятельств, стал практически ежедневно интересоваться прогнозом погоды. При наблюдении обнаружил странный (по крайней мере для меня) факт. 01.11.2022 г. над севером Евразии обычные для этого времени года осенние температуры. И, вдруг, резко, за несколько дней здесь появляются очаги холодного воздуха с температурой до -33 гр, а через еще несколько дней – этот полюс холода увеличивается в размерах, начинает охватывать почти весь северо-восток Евразии с температурами до -40 гр. Такая же картина и на севере Северной Америки.
Простой обыватель скажет: что здесь странного? На севере наступает зима раньше, земля охладилась от недостатка солнечного света (нагрева). А теплого воздуха сюда не поступает. Вроде как все логично. Но если поверхность земли прогрета после летних температур, то резкое охлаждение за несколько дней с градиентом в 30-40 гр. наступить не может. Есть понятие теплоемкости. Особенно это касается воды, как самого лучшего теплоаккумулятора. Т.е. над Северным Ледовитым океаном такого холодного воздуха так быстро образоваться не может. Вода будет греть, лед еще не образовался.
Значит, этот охлажденный воздух откуда-то пришел. И пришел он сверху. Все, кто летал на пассажирском самолете слышали речь командира борта, что температура воздуха на высоте ~10 км – минус 50 градусов. Причем, такая температура там и зимой и летом.
Почему там воздух (хоть и разряженный) но с такой низкой температурой – отдельный вопрос. Ответ на него постараюсь дать в конце статьи, чтобы было более понятно после раскрытия основной темы статьи. А сейчас, следуя простому физическому закону, постараемся кратко описать весь процесс охлаждения поверхности земли: почему холодный воздух опускается с верхних слоев атмосферы именно зимой, почему этот процесс отсутствует летом?
Летом поверхность земли прогрета и теплый воздух от нее поднимается вверх. Теплые массы расширяются, становятся легче, устремляются вверх. Это будет так, пока Солнце нагревает поверхность. Это создает защитный механизм от опускания холодных масс воздуха из верхних слоев атмосферы.
Лучше всего это понятно в следующей аналогии. Представьте комнату в доме. Над потолком находится емкость со льдом (или потолок не утеплен, а над ним мороз -30 гр). Но в комнате отопление теплыми полами. Теплый воздух от них поднимается вверх и не дает холодному опуститься вниз, смешивается с ним на определенной высоте. Но у самого пола будет всегда тепло пока тепла от него будет хватать для недопущения опускания холодных масс.
Так же и в атмосфере летом. Но с наступлением зимы и особенно полярной ночи, поверхность перестает получать тепло от Солнца, такой подъем теплых масс прекращается и сверху опускаются тяжелые массы хоть и разреженного, но в достаточном объеме холодного воздуха.
Этот механизм подтверждается явлением температурной инверсии, который ярко выражен в горах. На склонах гор бывает намного теплее, чем в долине и на равнине.
Но почему такой полюс холода не образуется над всеми северными районами всего северного полушария (или южного, когда там зима)? Дело еще в конвекционных переносах теплых масс в атмосфере. От теплого течения Гольфстрим обогревается вся Европа и Скандинавия. Теплые массы доходят даже до Якутии, но далее их не пускают плотные и постоянно опускающиеся сверху холодные массы. Иногда сила теплых ветров ослабевает и холод расползается до границ Восточной Европы. А на юге – до Китая. А в Северной Америке холод опускается иногда чуть ли не до субтропических штатов типа Техас.
Та же аналогия с комнатой, но в другой ситуации: теплые полы отключили и в соседнюю комнату поставили вентилятор, который черед дверной проем нагнетает теплый воздух в комнату с холодным потолком. На входе в комнату температура будет более-менее комфортной, но в углах будет перемешиваться хуже и там будет холоднее.
Температуру воздуха на разной высоте показывают эти данные из сервиса ventusky. Заметьте, что на высоте 1500 м теплее, но на высоте 9000 м уже гораздо холоднее.
Ситуация с холодом в северо-восточных регионах Евразии не изменилась за три месяца. Теплые массы с юга и запада иногда оттесняют холод на восток. И в Восточной Сибири происходят постоянные «температурные качели».
А сейчас перейдем к ответу на вопрос: почему на высоте 10 км такие холодные массы? Если туда поднимаются теплые с земли, то там должно быть намного теплее. Все дело в адиабатическом процессе: при подъеме теплый воздух расширяется (снижается давление). А при снижении давления (расширении) – снижается температура этого воздуха.
По идее, но наоборот, должно происходить и с холодным воздухом – при опускании в нижние слои он должен уплотняться и нагреваться. Возможно, это и происходит, но достаточного нагрева не получается. Допустим, он с -50 гр. нагрелся только до -30 гр. и достиг поверхности.
В стратосфере, выше 15 км воздух начинает прогревается. Это происходит от поглощения озоном солнечного света. В мезосфере опять температура падает.
Многим знакомы средневековые карты, где северные части материков и островов, которые сейчас вечно покрыты льдами, показаны зелеными. Возможно, в недавнем прошлом в атмосфере не существовало слоя с холодным воздухом. Например, из-за немного иной пропорции газов, озоновый слой был ниже и прогревал более низкие слои атмосферы.
Зимой, получается, холодные массы на землю не опускались, этих слоев просто не было. Более низкий озоновый слой создавал парниковый эффект. А поверхность Земли остывала естественным образом. Зимы были мягкими, как осень.
Это лишь мое предположении, которое отвечает на вопрос: почему в Сибири был теплый климат и паслись мамонты. А так же в Антарктиде было когда-то тепло и жили динозавры
Данная модель, описанная в статье – упрощенная для наглядности. Вероятно, все намного сложнее. Но из нее можно сделать вывод, что всемирное потепление если и есть, то в зимний период не сказывается в северных широтах. Здесь зимой ледниковый период с температурами до -60 гр.
Данная модель, кстати, кратко показана в фантастическом фильме-катастрофе «Послезавтра». Там причиной наступления ледникового периода стали сверхохлажденные холодные массы из стратосферы. Но это не может наступить, пока Землю нагревает Солнце и происходит перенос теплых масс с океанов. Аномальный холод может опуститься только зимой.