Вертикальная протяженность муссонов различается в разных географических районах. Летом над восточной Азией муссонный воздухообмен происходит в слое 0-5 км. По-видимому, при различных синоптических ситуациях вертикальная протяженность муссона может колебаться в широких пределах.
Наличие мощного западного переноса затрудняет выделение муссонной составляющей ветра на высотах. Тем не менее втекание воздуха, происходящее в нижних слоях тропосферы в системе южноазиатской депрессии, должно компенсироваться вытеканием масс воздуха в средних и верхних слоях тропосферы.
Перераспределение масс воздуха на земном шаре носит и сезонный характер. Оно значительно по масштабам, осуществляется в основном между материками и океанами в соответствии с их сезонным термическим режимом. Имеют место также перемещения воздуха и между полушариями. Из одного полушария в другое ежегодно перетекает около 38,7·1011 т воздуха. Несмотря на внушительность приведенной цифры, такое количество воздуха составляет лишь около десятой доли процента от всей массы атмосферы.
Независимо от местоположения станции, преобладающее направление воздушных течений зависит главным образом от времени года. Северной зимой обычно течения через экватор в верхней тропосфере направлены с юга на север, а летом, наоборот, с севера на юг. Однако такой перенос не носит постоянного характера. Он только преобладает. Результирующий перенос в январе был направлен из северного полушария в южное, а в июле, наоборот, из южного в северное.
При анализе условий переноса воздуха через экватор приходится учитывать взаимодействие ряда сил, что значительно затрудняет вычисление количества воздуха, перетекающего из полушария в полушарие.
2.Циркуляция в тропиках
Метеорологическая граница тропической зоны. В атмосфере не существует твердых границ: воздушные массы из тропиков могут проникать в полярные широты, а арктический воздух достигает тропических широт, правда, сильно трансформировавшись по пути. Проникновение умеренного воздуха в тропики и тропического воздуха в умеренные широты происходит систематически и представляет основной элемент междуширотного обмена теплом и влагой. Поэтому любая граница в атмосфере является условной, т. е. некоторой переходной зоной, разделяющей районы с преобладанием определенных циркуляционных процессов. Главное, что отличает циркуляцию в умеренных широтах,- это циклоническая деятельность, развивающаяся в воздушных течениях преобладающего западного переноса. Циркуляция в тропиках существенным образом отличается от циркуляции в умеpенныx широтах
Переходная зона, которая отделяет циркуляцию в тропиках от циркуляции умеренных широт над океанами, может быть условно представлена широтными осями субтропических антициклонов. Однако для циркуляции над материками этот критерий не годится, поскольку там нет субтропических антициклонов. Более строго границу, выделяющую тропическую зону, можно определить как широту, представляющую среднеарифметическое из широт среднего положения тропической тропопаузы и тропопаузы умеренных широт на каждом меридиане в соответствующем месяце или сезоне. Определенная таким образом граница зимой лежит около 28+30 с. ш. в Северном полушарии и около 32+30 ю. ш. в Южном полушарии, а летом - около 35+50 с. ш. и 35+30 ю. ш. соответственно. Таким образом, от зимы к лету граница тропической зоны смещается к полюсам, причем наибольшее смещение наблюдается в Северном полушарии над материками.
В отличие от умеренных широт циркуляционные системы (но не погода) в тропиках отличаются значительной устойчивостью. Как на средних картах давления и ветра, так и в любой физический момент в тропической зоне можно различать пассаты, летний или зимний муссон и внутритропическую зону конвергенции, расположенную в экваториальной ложбине.
3.Пассаты
Устойчивые ветры восточной четверти, дующие в течение всего года над океанами на обращенной к экватору периферии субтропических антициклонов в каждом полушарии, называют пассатами.
Скорость пассатных ветров у земной поверхности составляет в среднем 5-8 м/с. На земном шаре эти системы ветров наиболее устойчивы: с вероятностью 80-90% их можно встретить в любой момент года, а не только на средних картах. Субтропические антициклоны вытянуты по широте. Поэтому на их обращенной к экватору периферии изобары проходят почти параллельно широтным кругам и, следовательно, пассаты над уровнем трения должны иметь восточное направление. На рис. 4 представлена картина воздушных течений в области пассатов и внутритропической зоны конвергенции над тропиками Атлантики днем 14 июля 1969 г. Воздушные течения восстановлены по движению пассатных кучевых облаков, определенных из серии последовательных фотографий, сделанных с геостационарного метеорологического спутника. Из этого рисунка видно, что на востоке субтропического антициклона к восточной составляющей ветра присоединяется еще направленная к экватору составляющая, а на западе - составляющая, направленная от экватора.
В слоях, близких к земной поверхности, где действует силы трения, ветер отклоняется от изобар на некоторый угол в сторону низкого давления. Это значит, что на южной периферии субтропического антициклона в Северном полушарии у земнойповерхности вместо восточных ветров наблюдаются северо-восточные; аналогично, на северной периферии субтропического антициклона в Южном полушарии у земной поверхности наблюдаются юго-восточные ветры. Иначе говоря, вследствие трения пассаты получают дополнительные составляющие, направленные к экватору. Пассаты Северного полушария часто называют поэтому северо-восточными, а пассаты Южного полушария - юго-восточными. Однако эти направления пассатов характерны только вблизи земной поверхности, и не для всей области пассатов, а для тех ее частей, где изобары субтропического антициклона вытянуты по широте.
Субтропические антициклоны над океанами очень хорошо выражены на многолетних средних картах. На ежедневных картах видно, что это не постоянно существующие антициклоны. На самом деле антициклоны здесь возникают, перемещаются, исчезают. Но антициклоны в субтропиках абсолютно преобладают над циклонами. Поэтому на многолетних средних картах и создаются субтропические центры действия с высоким давлением.
Заметим еще, что на климатологических картах над каждым океаном в каждом полушарии расположено по одному антициклону. На ежедневных картах их бывает больше - часто два, иногда три над каждым океаном; над южным Тихим океаном - до четырех.
Распределение давления в тропиках день ото дня меняется мало. Поэтому направление пассатов отличается большой устойчивостью. Но все же, поскольку субтропические антициклоны день ото дня перемещаются, направления пассатных ветров также в общем подвержены некоторым изменениям. Допустим, что над океаном располагается не один, а два субтропических антициклона или более. При их перемещении с запада на восток место наблюдения переходит сначала в тыл первого антициклона, потом в переднюю часть второго. При этом пассат меняет северо-восточное направление на восточное и юго-восточное, затем снова на северо-восточное. Кроме того, внутри пассатов возникают атмосферные волны, которые могут приводить к изменениям направления пассатов. Однако колебания направления находятся в пределах восточного квадранта.
4. Погода пассатов
В нижнем слое пассатов воздух вследствие влияния трения течет с составляющей, направленной к экватору. На восточной периферии каждого субтропического антициклона эта составляющая, направленная к экватору, значительно усиливается уже независимо от трения. Здесь в субтропики поступают относительно холодные воздушные массы из умеренных широт. Двигаясь на все более теплую поверхность моря, пассатное течение в нижних слоях приобретает неутойчuвую стратификацию. Устанавливаются большие вертикальные градиенты температуры, часто превышающие сухоадиабатический в нижних сотнях метров, и развивается оживленная конвекция со скоростями восходящих токов порядка 2,5-4 м/с и с образованием кучевых облаков.
Конвекция не достигает больших высот. Уже на высотах 11200-2000 м в области пассатов обнаруживается задерживающий слой в несколько сотен метров толщиной с инверсией температуры или, по крайней мере, с изотермией (рис. 5). Эта пассатная инверсия образуется при оседании воздуха, характерном для всякого хорошо развитого антициклона не только в тропиках. Инверсия и задерживает развитие конвекции на сравнительно низком уровне. Облака не получают большого вертикального развития, нередко принимают характер слоисто-кучевых и не достигают уровня оледенения, который в тропиках, лежит выше 5 км. Поэтому из облаков, как правило, не выпадает осадков. В исключительно редких случаях из пассатных кучевых облаков могут выпадать незначительные мелкокапельные и очень кратковременные дожди, обусловленные взаимным слиянием капель без посредства ледяной фазы.
5. Антипассаты
Вертикальная мощность пассатов увеличивается к экватору. Под 20-й параллелью она равна 2-4 км. Вблизи экватора, особенно в летнем полушарии, восточные ветры пассатов сливаются с восточными воздушными течениями внутритропической зоны конвергенции, которые здесь захватывают всю тропосферу и стратосферу.
Ветры над пассатами имеют преобладающее западное направление, т. е. такое же, какое господствует в средней и верхней тропосфере во внетропических широтах.