Energia słoneczna utrzymuje powietrze w ciągłym ruchu. Ruch powietrza, specjalnie zaś jego składową równoległą do powierzchni ziemi nazywamy „wiatrem". Ponieważ w samej powierzchni ziemi składowa normalna musi być zerem, przeto na mocy prawa ciągłości musi być małą także-w jej pobliżu. Dopiero na pewnej znaczniejszej wysokości nad powierzchnią gruntu ruch w kierunku normalnym jest o tyle znaczny, że daje się obserwować. Dlatego to do niedawna mało co o nim wiedziano. Poznano „pionowe" wiatry dopiero przy wzlotach balonowych. Jeszcze bliższych informacji dostarczyły wzloty aeroplanem a potem specjalne „ad hoc" obserwacje. O. Hergeseli1) obserwował pionowe prędkości do 2 metr. na sekundę, P. Ludewig do 3 metr. na sek., ale w wirach o poziomej osi towarzyszących burzom, w głębokich jarach rzecznych i parowach, i t. d. i t. d. zdarzają się pionowe prądy o znacznie większej prędkości. Według opowiadań lotników pionowe prądy niekiedy tak gwałtownie spychają aeroplan na dół, że lotnik czuje, jak siedzenie wysuwa się z pod niego; musi chwytać się siodła, steru i t. d., aby nie zostać oderwanym od aparatu. Wszystko to są nowe spostrzeżenia, dostępne nielicznym wybrańcom; ogół ludzi znał i zna tylko ruch równoległy do powierzchni gruntu i ten nazywa „wiatrem " . Ponieważ zaś ogromna większość łudzi mieszka na równinach, więc nazwy, określenia i t.d. wiatrów odnoszą się właściwie do ruchów horyzontalnych. Oznaczamy kierunek wiatru według tej strony horyzontu, skąd wiatr wieje, a więc wiatr południowy wiejący z południa. Według międzynarodowej (początkowo angielskiej) nomenklatury oznaczamy główne kierunki literami : N — północ, W— zachód, S - południe, E —wschód. Niemcy piszą O zamiast E , Francuzi O zamiast W. Kierunki pośrednie oznaczamy w taki sposób: N W oznacza wiatr północno-zachodni, iViV'FF— wiatr północno - północno - zachodni i t.d. W ogóle rozróżniamy 16 kierunków, a więc na każdy wiatr przypada wycinek obejmujący 22°,5, t. j. po 11°,25 z każdej strony właściwego kierunku. Prędkość wiatru, albo, jak niewłaściwie mówią, „siłę wiatru oznaczamy za pomocą skali 6-cio, 8-mio, 10-cio, lub 12-to stopniowej. Marynarze całego świata używają 12-to stopniowej skali Beaufort a (admirała angielskiego z początku XIX-go wieku), która obecnie jest także prawie wszędzie (w Austrii od 1 stycznia 1914 r.) w urzędach meteorologicznych zaprowadzona.Skala Beauforta.Siła Prędkość w metr. na sek.0. Zupełna c i s z a 0 - 0,51. Lekki wietrzyk. Dym idzie w górę prawie prosto 0,5 - 2,02. Lekki wiatr dający się już o d c z u ć 2,0 - 4,03. Słaby wiatr poruszający flagi i liście na drzewach 4 — 64. Umiarkowany wiatr rozwiewający flagi, poruszający małe gałęzie.5. Świeży, poruszający większe gałęzie, w odczuciu już niemiły 8 — 116. Silny, poruszający większe gałęzie, głośno szumiący . .10— 147. Ostry, poruszający cieńsze pnie drzew, wzbudzający na wodzie przewalające się fale. . . 12 178. Gwałtowny (wicher), wstrząsający całemu drzewami, wstrzymujący osoby kroczące przeciw wiatru 15 - 209. Burza (silny wiatr), zrywająca dachówki, poruszająca lżejsze przedmioty.10. Wielka burza przewracająca i łamiąca drzewa. 11. Bardzo wielka burza siejąca zniszczenie. 12. Orkan (huragan) wszystko niszczący. Prędkość wiatru jest w ogóle u samej powierzchni ziemi, gdzie wiatr napotyka na różne przeszkody, najmniejsza. W miarę wzniesienia nad powierzchnią prędkość wzrasta, z początku (mniej więcej do Prędkość wiatru jest w ogóle u samej powierzchni ziemi, gdzie wiatr napotyka na różne przeszkody, najmniejsza. W miarę wzniesienia nad powierzchnią prędkość wzrasta, z początku (mniej więcej do 18 - 24, 21- 28, 22 - 33, 30 i więcej wysokości 500 m. szybko a potem powolniej aż do maximum, które pospolicie bywa osiągnięte w górnej części troposfery. Wraz ze wzniesieniem zwykle zmienia się także kierunek; częstokroć wiatr górny bywa wprost przeciwny dolnemu, niekiedy nawet obserwujemy kilkakrotną zmianę kierunku. Przejście od wiatru dolnego do górnego odbywa się zwykle w ten sposób, że prędkość nigdzie nie schodzi do zera, lecz w warstwie przejściowej zmienia się stopniowo kierunek wiatru; atoli zmniejszenia prędkości są rzeczą bardzo pospolitą. Dla ogromnej większości ludzi najważniejszym jest wiatr dolny, tuż u powierzchni gruntu. Aby dać pojęcie o tern, jak zmienia się prędkość wiatru w pobliżu powierzchni, przytoczymy kilka dat według G. H el 1 m a n n ’a x). Dotyczące obserwacje zostały dokonane w Nauen koło Berlina za pomocą anemografów utwierdzonych na wysokich rusztowaniach. Grunt dokoła rusztowań był równy, porośnięty tylko trawą. Średnia prędkość wiatru wynosiła: na wysokości 2 metrów nad ziemią 3,29 metr. na sek.; na wysokości 16 metrów — 4,86 m. p. s.; na wysokości 32 m. — 5,54 m. p. s. Jednocześnie na Telegraphenbergu pod Potsdamem na wysokości 41 m. nad ziemią średnia roczna prędkość wiatru wynosiła 5,26 m. p. s., a więc była mniejszą niż na wysokości 32 m. w Nauen. Ale Telegraphenberg jest z trzech stron otoczony lasami i to dosyć wysokimi. G. Heli mann podaje wysokość drzew na 15 do 25 metrów w różnych parcelach. Zresztą H. przekonał się, że w zimie las liściasty mniej hamuje wiatr niż w lecie.
Cyklony i antycyklony - Reguły Buys - Ballot’a i Allan’a - Brouna.
Zobaczmy, jakie z obrotu ziemi wynikają skutki dla ruchu powietrza spływającego ku ,"minimom", względnie odpływającego od "maximów" ciśnienia. System wiatrów otaczających "minimum " nazywamy systemem cyklonicznym, albo wprost "cyklonem". Tak samo system wiatrów otaczający „maximum nazywamy „antycyklicznym albo wprost "antycyklonem". Dla przykładu weźmy idealnie okrągły cyklon i takiż sam antycyklon. Tak w jednym, jak drugim przypadku izobary są kołami współśrodkowymi, ale w pierwszym ciśnienia zmniejszają się, a w drugim wzrastają ku wspólnemu środkowi kół.
Zamiast płynąć normalnie do izobar, t. j. radykalnie, a przy tym ku środkowi izobar w cyklonie , a ośrodka izobar w antycyklonie powietrze zbacza na północnej półkuli w prawo, przez co w cyklonie wytwarza się system wiatrów, wiejących " przeciw wskazówkom zegarka, a w antycyklonie za wskazówkami" . Na południowej półkuli wiatry zbaczają w lewo, przeto w cyklonie wytwarza się ruch powietrza za wskazówkami zegarka, zaś w antycyklonie przeciw wskazówkom zegarka. W schematycznych rysunkach I i II narysowano strzałki w taki sposób, że w cyklonie pozostała pewna dośrodkowa składowa prędkości a w antycyklonie pewna odśrodkowa składowa. Powietrze płynie więc jakby po spiralach.
Atoli w cyklonach odznaczających się wielkim gradientem i, co za tern idzie, wielką prędkością wiatru, zboczenie bywa tak znaczne, iż powietrze płynie właściwie wzdłuż izobar. Wtedy można mówić o prawdziwym „krążeniu, wirowaniu" naokoło środka cyklonu, przy czym naturalnie to wirowanie odbywa się (na północnej półkuli, przeciw wskazówkom zegarka. Tak wielkie zboczenie objaśnia się po pierwsze przez to, iż siła Coriolis’a, Jako wprost proporcjonalna do prędkości [porównaj drugi wzór (IV)], jest tern większa, im wiatr jest silniejszy; po drugie przez to, że każdemu ruchowi krzywolinijnemu, a więc naturalnie krążeniu naokoło minimum ciśnienia, towarzyszy siła odśrodkowa wzrastająca „ceteris paribus" proporcjonalnie do kwadratu prędkości.
Rzecz prosta, że przy silnych wiatrach cyklonicznych działanie siły odśrodkowej jest bardzo doniosłe. Roztrząsany tu przypadek III jest czysto schematyczny, ale pomimo tego bardzo pouczający, albowiem, jak to później zobaczymy, w przyrodzie często przytrafiają się intensywne wiry, przedstawiające wielkie podobieństwo z przypadkiem III. Natomiast wiry antycykliczne, t. j. wiry dokoła „maximum" ciśnienia nie zdarzają się w atmosferze. Naturalnie w przyrodzie układ izobar i wiatrów zarówno w cyklonach, jak w antycyklonach bywa o wiele więcej nieregularny, niż w naszych schematach. Oprócz tego pominęliśmy bardzo ważną okoliczność, mianowicie przenoszenie się minimów i maximów ciśnienia z miejsca na miejsce.
Jest jasne, że ten ruch postępowy powoduje nie małą komplikację, ale ponieważ w danym razie chodziło nam tylko o wpływ obrotu ziemi na kierunek wiatrów cyklonicznych i antycyklicznych, więc umyślnie wyłączyliśmy wszystko, co nie znajdują się w bezpośrednim związku ze zboczeniem spowodowanej przez siłę C o r io lis ’a. Warto przytoczyć niektóre daty, dające pojęcie o realnemu zboczeniu. Na podstawie obserwacji dokonanych w Stanach Zjednoczonych nad wędrującemu minimami ciśnienia Cl. L ey zestawił następującą statystykę. Podzielmy cyklon na oktanty, wtedy w kolejnych oktantach znajdziemy następujące średnie zboczenie wprawo: N NE E SE 8 S W W N W na powierzchni ziemi 63° 53° 53° 54° 65° 75° 78° 80" w poziomie „cirrów“ 83° 146° 143° 124° 98° 76° 93° 102°Od razu spostrzegamy wyraźną nierównomierność i asymetrię; na powierzchni ziemi konstatujemy największe zboczenie (średnio) w oktancie NW , najmniejsze (też średnio) w oktancie E. W ten sposób przejawia się ruch postępowy cyklonów, skierowany przeważnie od zachodnich „rumbów11 horyzontu ku wschodnim. W poziomie „cirr’ów“ konstatujemy w większości oktantów zboczenia większe od 90°, a więc konstatujemy ruch, „przeciw gradientowy“. Nic w tern dziwnego; gradienty dolne są miarodajne tylko dla wiatrów dolnych; w poziomie „cirr’ów“ panuje inny rozkład ciśnienia, to też ruch powietrza na tych wysokościach jest odmienny od ruchu na powierzchni ziemi.
Odkładając bliższe omówienie cyklonów i antycyklonów do innego paragrafu, powróćmy teraz do zboczenia spowodowanego przez obrót ziemi. Przez zboczenie wiatru w prawo na północnej półkuli tłumaczy się reguła Buys-Ballot’a, czyli tak zwane „baryczne prawo wiatrów". Regułę tę, datującą z ostatnich lat pierwszej połowy XIX wieku, można wysłowić tak: „jeżeli staniemy plecami do wiatru , to maximum ciśnienia znajdzie się na prawo i nieco z tyłu zaś minimum na lewo i nieco z przo d u 1'. Dla południowej półkuli reguła brzmi tak samo, trzeba tylko przestawić ze sobą słowa ,.pratvo“ i ,lewo“. Reguła Buys-Ballo t’a po prostu inaczej interpretuje to, co widać na schematycznych rysunkach I i II. Trzeba tylko wyobrazić sobie obserwatora stojącego plecami do wiatru. Przez wpływ obrotu ziemi tłumaczy się także zmiana kierunku wiatru z wysokością.
Zazwyczaj prędkość wiatru wzmaga się z wysokością, bo niższe warstwy powietrza są w swym ruchu bezpośrednio hamowane przez tarcie o powierzchnię ziemi a wyższe tylko o tyle, o ile to tarcie udziela się im przez pośrednictwo niższych warstw. Naturalnie nie należy tego rozumieć w taki sposób, aby prędkość wiatru zawsze i stale wzrastała w miarę wzrastania wysokości; chodzi tu o regułę sprawdzającą się w większości przypadków, ale dopuszczającą wyjątki. Wiemy już, że większej prędkości odpowiada — na północnej półkuli — większe zboczenie w prawo, a na południowej — w lewo. Stąd pochodzi następujące empiryczne prawidło A lla n ’a B r o u n ’a (1849) „jeżeli staniemy twarzą do dolnego wiatru, to zobaczymy, że obłoki ciągną od strony nieba położonej na prawo od wiatru i to tym bardziej na prawo, im obłoki są wyższe1*.
Jak widzimy, Allan Broun każe obserwatorowi stanąć twa rzą do wiatru, podczas gdy Buys Ballot każe mu stanąć plecami do wiatru. Gdyby obserwator stał według przepisu Buys Ballot’a plecami do wiatru, to wypadłoby powiedzieć, że „obłoki ciągną od strony nieba położonej za obserwatorem na lewo — ku stronie nieba położonej przed obserwatorem na prawo. Przyjrzawszy się zaś załączonemu rysunkowi i wyobraziwszy sobie obserwatora stojącego plecami do dolnego wiatru, zaraz przekonamy się, że, jak to być powinno, górny wiatr zbacza w prawo od dolnego. Naturalnie to prawidło odnosi się tylko do północnej półkuli, na południowej górny wiatr zbacza w lewo od dolnego. Wspomnieliśmy wyżej o tarciu.
Należy zauważyć, że wyrównywa nie się różnic prędkości między różnemu warstwami powietrza odbywa się o wiele prędzej niż tego można spodziewać się po małym współczynniku wewnętrznego tarcia powietrza. Mianowicie z doświadczeń laboratoryjnych (w wąskich rurach) wynika współczynnik 0,00017 (w jednostkach C. G. S.) przy 0°C. Przy tak małym współczynniku wyrównywanie się prędkości powinno by być za ledwo dostrzegalne. Atoli ruch horyzontalny warstwami, czy w ogóle strugami równoległemu jest ruchem nietrwałym, podlegającym nieustannym zakłóceniom przez wiry i inne nieregularne ruchy.
Dzięki tym ruchom powietrze wciąż miesza się: masy o większej prędkości wpadają pomiędzy inne posiadające mniejszą prędkość i pociągają je za sobą; odwrotnie masy posiadające mniejszą prędkość, wpadłszy pomiędzy powietrze o większej prędkości hamują jego ruch, zmieniają kierunek i t. d., i t. d. Osobliwie intensywnemu bywa mieszanie się powietrza w dzień w czasie jasnej pogody, a to dzięki tworzącym się wtedy wstępującym prądom. Skutek nieustannego mieszania się powietrza jest taki, jakby tarcie wewnętrzne powietrza było ogromnie powiększone. Mianowicie współczynnik wewnętrznego tarcia obliczony z porównawczych obserwacji wiatrów na powierzchni ziemi i na wysokich wieżach jest około pół miliona razy większy od laboratoryjnego; wynosi on według Akerbl o m’a 95 a według Th. Hassęb e r g ’a ) nawet 160 (także w jednostkach C. G. S.).
Codzienne periodyczne wzmocnienie wiatru . Codzienna podwójna oscylacja barometru . Wiatry codzienne lokalne.
Wiadomo, że w dnie pogodne wiatr wzmaga się około południa. Zjawisko to jest ograniczone do dolnej warstwy powietrza; przy słabych wiatrach, osobliwie w zimie, sięga do wysokości za ledwo kilkunastu metrów nad powierzchnią ziemi; przy silnych wiatrach rozszerza się we wszystkich porach roku ponad najwyższe wieże, prawdopodobnie aż do 150-200 metrów nad powierzchnię ziemi.
Wyżej, nie wyłączając najwyższych gór, konstatujemy wprost odwrotne zjawisko; zamiast maximum prędkości w dzień i minimum w nocy konstatujemy maximum prędkości w nocy i minimum w dzień. Pospolicie tłumaczą to zjawisko przez zmiany w intensywności prądów wstępujących. W dnie pogodne prądy te są silne, powietrze dolne miesza się z górnym i odwrotnie.
Górne powietrze posiada większą prędkość, bo, jak wiadomo, w górze wiatr bywa silniejszy. Spadając, górne powietrze zachowuje dzięki bezwładności większą prędkość horyzontalną, a mieszając się z dolnym, tym samym się powiększa prędkość wiatru dolnego. Jednocześnie ze wzmożeniem się prędkości zachodzi też zmiana' kierunku, albowiem górne powietrze przynosi z sobą większe zboczenie na prawo.
Wzajemnie, dolne powietrze, jako posiadające mniejszą prędkość i mniejsze zboczenie, wzniósłszy się w górę i zmieszawszy się z górnym powietrzem, zmniejsza prędkość i zboczenie górnego wiatru. W nocy zaś, gdy ustaną prądy pionowe, górne powietrze przestaje być hamowane przez mieszające się z nim dolne, przeto górny wiatr wzmaga się.
Odwrotnie dolny wiatr słabnie w nocy. bo ustaje dopływ górnego powietrza, przynoszącego większą prędkość. To tłumaczenie, acz zupełnie racjonalne, nie jest jednak wystarczającemu, bo nie tłumaczy, dlaczego na morzach „górny typ" (maximum prędkości w nocy, minimum w dzień) pospolicie sięga aż do powierzchni wody. Co więcej, znamy fakty świadczące, że na codzienne zmiany prędkości wiatru składa się kilka przyczyn. Oto na górach wschodnio- indyjskich musson NE osiąga największą prędkość w dzień a najmniejszą w nocy, zupełnie tak jak u nas na równinach wiatr dolny.
Na niektórych wyspach leżących w pasie passatów prędkość osiąga w ciągu doby dwa maxima i dwa minima. To ostatnie zjawisko-znajduje się niewątpliwie w najściślejszym związku z podwójną codzienną oscylacją ciśnienia. Jest to jeden z symptomów drgania całej atmosfery o dwunasto- godzinnym periodzie. Zmiany prędkości o periodzie dwudziestoczterogodzinnym bądź tego typu, który obserwujemy na górach europejskich (maximum prędkości w nocy, minimum w dzień), bądź tego, który w czasie mussonu NE obserwujemy na górach Indii Wschodnich (maximum prędkości w dzień,, minimum w nocy) znajdują się zapewne w związku z falą termiczną obchodzącą ziemię w ciągu jednej doby w kierunku ze wschodu na zachód. „Zrana", powiada G. H e li m a n n 1), „atmosfera jest silniej ogrzana ponad okolicami położonemu na wschodzie.
Wskutek tego powierzchnie, w których ciśnienie jest stałe, są na wschodzie podniesione w górę, przez co wytwarza się gradient w kierunku ze wschodu na zachód. Panujący (w średnich geograficznych szerokościach) wiatr zachodni zostaje wskutek tego osłabiony. Natomiast po przejściu fali termicznej przez południk danego miejsca obie przyczyny działają zgodnie, a więc gradient spowodowany przez falę termiczną wzmacnia wiatr zachodni.
Na północnej półkuli okolica najsilniej ogrzana a więc także szczyt wielkiej, od tego ogrzania zależnej fali powietrznej leży z rana w kierunku SE od danego miejsca, w południe w kierunku S a popołudniu w kierunku SW\ przeto wypadkowa obu działających sił zmienia się w ciągu dnia rozmaicie, zależnie od tego, czy w danym miejscu ogólny prąd zachodni ma w wyższych warstwach atmosfery kierunek więcej NW , W, czy „Jeżeli to zapatrywanie jest słuszne, to w tych okolicach, w których w górze panują wiatry wschodnie, powinniśmy skonstatować odwrotną periodyczną zmianę prędkości, t. j. maximum w dzień a minimum w nocy.
Rzeczywistość potwierdza to. Już od dość dawna wiadomo, że na szczytach górskich w południowych Indiach wschodnich podczas mussonu periodyczną zmiana prędkości wiatru jest podobna do tej, którą obserwujemy w naszych górach (maximum w nocy, minimum w dzień); natomiast w czasie mussonu NE odwraca się na przeciwną i maximum następuje w dzień". Podwójna codzienna oscylacja barometru występuje bardzo wyraźnie i regularnie w krajach ekwatorialnych, podczas gdy u nas jest prawie zupełnie zakryta przez nieregularne zmiany ciśnienia.
Nic wtem dziwnego, bo w krajach ekwatorialnych amplituda wahania wynosi 2—3 mm. rtęci, a w naszych szerokościach ułamek milimetra. Fala ciśnienia ma wciągu doby średniej słonecznej dwa maxima: jedno 0 godz. 9 -10 rano, drugie o 10 godzinie wieczorem oraz dwa minima w godzinach 3-4 rano i popołudniu. Od równika aż do 60° szerokości na obu półkulach chwile, w których, na tym samym południku, nastają maxima i minima, są mniej więcej te same. Naturalnie przytrafiają się zboczenia miejscowe; ale jeżeli utworzymy średnie cogodzinne stany barometru, to równoczesność ekstremów (na tym samym południku) wystąpi zupełnie jawnie. W krajach podzwrotnikowych amplituda wahania zmniejsza się w czasie pory deszczowej, ale godziny maximum prawie nie ulegają zmianie.
W średnich i wyższych szerokościach dzienne minimum pogłębia się od zimy do lata a dzienne maximum zwiększa się. Tak samo zwiększa się odstęp czasu między minimum i maximum; odwrotnie, nocna oscylacja na lądzie staje się od zimy do lata coraz to mniejszą, niekiedy zaś prawie zupełnie zanika. J. Lamont okazał, że podwójna codzienna oscylacja barometru daje się zawsze rozłożyć na dwie fale sinusoidalne: jedną o periodzie równym dwudziestu czterem, drugą o periodzie równym dwunastu godzinom. Amplituda drugiej fali jest z reguły znacznie większa (częstokroć dwa i trzy razy większa), niż amplituda pierwszej.
Wówczas gdy całodobowa fala jest w wysokim stopniu zależna od warunków miejscowych; fala pół dobowa nie zależy ani od nich, ani od pory roku, ani od pogody, a przy tym odznacza się wielką regularnością. W ten sposób zboczenia, nieregularności całkowitego złożonego wahania pochodzą głównie, jeśli nie wyłącznie ze zboczeń i nieregularności całodobowej fali. Nawet coroczne zmiany amplitudy, którym podlega pół dobowa fala, odbywają się jednocześnie na całej ziemi. Wszędzie amplituda osiąga maximum w czasie obu porównań dnia z nocą, główne minimum w czasie letniego przesilenia północnej półkuli i drugorzędne minimum około czasu jej przesilenia zimowego.
Chociaż, codzienna oscylacja barometru niewątpliwie przypomina przypływy morskie, jednak przedstawia pewne cechy odmienne. W przypływach morskich głównymi periodami są doba i pół doba księżycowe; w podwójnej oscylacji barometru doba i pół doba słoneczne. Dlaczegóż siła przypływowa księżycowa, aczkolwiek znacznie większa niż słoneczna, schodzi na drugi plan w oddziaływaniu na atmosferę, podczas gdy przemaga nad słoneczną w oddziaływaniu na ocean?
Może siły grawitacyjne odgrywają tu podrzędną rolę, może przyczyna jest natury termicznej. Wszak temperatura powietrza w ciągu każdej doby podnosi się i opada, wszak w miarę wzrastania temperatury musi nastąpić rozszerzenie atmosfery i w miarę zniżania się skurczenie. Fala rozszerzenia i skurczenia musi w ciągu doby słonecznej obiedź ziemię. To prawda, ale wtedy barometr powinien by wznosić się w ciągu doby słonecznej tylko jeden raz i tak samo powinien by tylko jeden raz opadać; tymczasem wznosi się dwukrotnie i opada dwukrotnie.
Słowem, przyczyna termiczna nadaje się wybornie do objaśnienia całodobowej fali ciśnienia, zaś wcale nie nadaje się do objaśnienia pół dobowej. Lecz wszystko staje się jasne i zrozumiałem, jeżeli przypuścimy, że jeden z periodów naturalnych drgań atmosfery wynosi bądź dokładnie, bądź przybliżenie dwanaście godzin. Przede wszystkim zaś staje się zrozumiałą nadzwyczajna regularność pół dobowej fali ciśnienia, jej niezależność od wpływów miejscowych, od pór roku i od pogody.
Byłoby to więc zjawisko w rodzaju rezonansu. Skoro atmosfera jest jakby nastrojona na dwunastogodzinne oscylacje, to mała periodyczna siła o periodzie dwunastogodzinnym może z łatwością podtrzymywać duży ruch. Jakaż to siła? Przede wszystkiem słoneczna siła przypływowa, której najważniejsza składowa ma period wynoszący dwanaście godzin słonecznych. Na drugim miejscu należy wymienić przyczyny termiczne. Jeżeli funkcję przedstawiającą codzienny przebieg temperatury rozłożymy na periodyczne sinusoidalne składowe, to obok najważniejszej składowej o periodzie równym jednej dobie znajdziemy zawsze mniejszą, mniej ważną składową o periodzie dwunastogodzinnym, która zapewne wzmacnia oddziaływanie grawitacyjnej przypływowej siły słonecznej.
Zatem według mego mniemania pół dobowa fala jest zjawiskiem w rodzaju rezonansu, „bodźcem14 do którego jest przede wszystkim dwunastogodzinna składowa siły przypływowej słonecznej a następnie dwunastogodzinna składowa w przebiegu dziennej temperatury. Co do całodobowej fali, to składowa całodobowa słonecznej siły przypływowej odgrywa zapewne zupełnie drugorzędną rolę; ważniejszy, większy udział przypada całodobowej składowej w codziennym przebiegu temperatury. Dlatego to całodobowa fala ciśnienia jest nieregularna i wysoce zależna od pory roku, pogody i warunków lokalnych. Całodobowa fala ciśnienia jest falą „wymuszoną, period jej nie jest równy żadnemu z periodów naturalnych drgań atmosfery2)- To nam tłumaczy, dlaczego ta fala ma pospolicie o wiele mniejszą amplitudę, niż fala dwunastogodzinna. Księżyc nie ma widocznego wpływu na podwójną oscylację barometru. Znać żaden naturalny period drgań atmosfery nie jest bliski ani do doby, ani do pół doby księżycowej.
Ale pół doby księżycowej wynosi 12 godz. 25 m., a więc tylko o 25 m. więcej od pół doby słonecznej ; widocznie więc wchodzący w rachubę naturalny period drgań atmosfery jest albo nieco mniejszy od 12 godzin, albo jeżeli jest większy od 12 godzin, to o odstęp bardzo mały w porównaniu z 25 minutami. Rzecz prosta, że dwunastogodzinnemu drganiu atmosfery muszą towarzyszyć pewne wiatry, bo przecie drganie jest ruchem. W naszym klimacie trudno je skonstatować; tylko fala 24-godzinna, termiczna ma w naszym klimacie wyraźny wpływ na prędkość wiatru wprawdzie nie przy samej powierzchni gruntu, ale zresztą bodaj w całej troposferze. Inaczej w krajach ekwatorialnych, tam drganie 12-godzinne jest intensywne i łatwiej wysuwa się na pierwszy plan.
Dotychczas skonstatowano wyraźne wahania prędkości o periodzie 12-to godzinnym tylko na wyspach leżących w pasie passatów, na Św. Helenie, Ascension, Fernandode N o ro n h a1). Na Św. Helenie nawet fazy siły wiatru są zgodne z fazami ciśnienia; maxima i minima prędkości wiatru przypadają tylko o kilka minut później od maximow i minimów ciśnienia. Natomiast w Indiach Wschodnich w Kodaikanal na górze Dodabelta w czasie zachodniego mussonu widoczną jest tylko zmiana prędkości o 24-godzinnym periodzie. Dopiero przez analizę zapisów anemografu można wykazać podrzędną oscylację prędkości o periodzie 12-godzinnym. Z czasem, gdy będziemy mieli więcej obserwacji z krajów ekwatorialnych, można będzie lepiej rozpoznać, gdzie i w jakich warunkach wyraźnie występują wiatry zależne od drgania atmosfery.
Oprócz codziennych zmian prędkości i kierunku, którym podlegają już istniejące, przez inne przyczyny wywołane wiatry, codzienne zmiany temperatury dają powód do pewnych wiatrów lokalnych, wytwarzających się w warunkach specjalnych. Mamy tu na myśli wiatry „morskie i lądowe" (brises) na brzegach mórz i jezior, dalej wiatry „górskie". Są to wiatry wyraźnie i silnie przejawiające się tylko w czasie pięknej pogody. Przyczyną wiatrów morskich i lądowych na wybrzeżach jest nierównomierność w ogrzewaniu i ochładzaniu się lądu i morza. Z powodu swej wielkiej pojemności cieplnej, a także z powodu parowania woda ogrzewa się w ciągu dnia mniej niż ląd sąsiedni. Odwrotnie, w nocy ląd promieniuje silniej i ochładza się więcej, niż sąsiednie morze.
Tedy w dzień temperatura wody jest niższa, niż temperatura powierzchni lądu zaś w nocy odwrotnie wyższa. Wskutek tego w dzień dolna warstwa powietrza nad lądem ogrzewa się więcej, niż nad morzem, a w nocy oziębia się więcej niż nad morzem. Więcej ogrzane powietrze nad lądem rozszerza się więcej i wznosi się w górę. Na jego miejsce napływa z morza chłodniejsze, cięższe powietrze; jest to ów rzeźwiący wiatr morski. Rozpoczyna się on około 9-10-ej godziny z rana i trwa do wieczora.
Grubość wiatru dziennego, morskiego jest niewielka, wynosi najwyżej parę- set metrów, ponad nim wieje wiatr odwrotny, kompensacyjny. Jest to więc miejscowa, zamknięta cyrkulacja, zresztą nie bardzo rozległa. Nawet na wybrzeżach lądów podzwrotnikowych, gdzie siła ich jest największa, wiatry morskie sięgają nie dalej jak na kilkanaście km. od wybrzeża. Wobec tego, że drogi przebiegane przez cząsteczki powietrza są niedługie, zboczenie spowodowane przez obrót ziemi jest małe. To znaczy, że wiatry te wieją prawie wprost z morza na ląd, mało odchylając się w prawo, względnie na południowej półkuli w lewo. Miejscowe warunki, konfiguracja wybrzeża i t. d. mają większy wpływ na kierunek tych wiatrów niż obrót ziemi.
W nocy wytwarza się wprost przeciwny system wiatrów. Powietrze nad lądem oziębia się więcej, niż nad morzem, staje się gęstszym niż powietrze nad wodą i odpływa ku morzu, gdzie wypycha w górę cieplejsze powietrze. W ten sposób powstaje wiatr lądowy wiejący na morze; za to w górze wytwarza się nad nim prąd kompensacyjny odprowadzający cieplejsze morskie powietrze ku lądowi. Zresztą wszystko, co powiedzieliśmy ó dziennej cyrkulacji, stosuje się także do nocnej. W przerwach pomiędzy obu systemami wiatrów panuje przez parę godzin cisza.
Na stokach gór, przede wszystkiem zaś w dolinach idących ku przełęczom, w czasie pogody w ciągu dnia wieje wiatr od dolin ku górom i przełęczom, w ciągu nocy odwrotny. W dzień płynie w górę powietrze ogrzane, w nocy spływa z gór powietrze ochłodzone. W ciągu dnia ogrzewające się przy pięknej pogodzie warstwy powietrza wzdymają się, pęcznieją. To wzdęcie jest tern większe, im bliżej ku równinom, bo rozszerzenie jest „ceteris paribus“ A proporcjonalne do wysokości kości rozszerzającego się słupa powietrza.
Jeżeli (Fig. słup AC nad równiną wydłużył się o 16 metrów, to słup ac. znajdujący się na stoku, wydłużył się tylko o 2 metry, bo, wskutek wykliniania się warstw na stoku, słup ac jest osiem razy krótszy od słupa AC. Przeto powierzchnie stałego ciśnienia (po ogrzaniu) oznaczone na rysunku liniami przerywanymi są nachylone ku stokowi AaB, powietrze stacza się po nich ku górom, a skoro do nich dojdzie, podąża w górę wzdłuż stoków. Lecz płynąc wzdłuż stoków piramidalnej, stożkowatej, lub kopulastej góry, powietrze skupia się ku szczytowi, bo wchodzi we wciąż ciaśniejszą przestrzeń.
Z powodu braku miejsca przybiera prawie kierunek pionowy, wytwarza „komin“ w rodzaju tych, o których była mowa w § 16. Wszędzie, gdzie prąd powietrza ma wielką pionową składową, wiatr wzdłuż stoków musi być słaby. Natomiast w przestrzeniach pomiędzy szczytami, a więc przede wszystkiemu na przełęczach i w dolinach ku nim idących, kominy nie tworzą się, tu strugi powietrza znajdują dosyć miejsca, aby ciągnąć prawie równolegle do powierzchni gruntu, tu więc odczuwamy silny wiatr.
W nocy podczas pogody powietrze na górach oziębia się więcej, niż w otwartej atmosferze; albowiem styka się ono tam bezpośrednio z silnie promieniującymi, a zatem silnie oziębiającymi się ciałami stałymi. To zimne a więc ciężkie powietrze spływa na dół po stokach, przede wszystkim zaś po miejscach względnie niższych, a więc po dolinach idących od przełęczy. To tłumaczy ten fakt, że wiatry górskie zarówno nocne, jak dzienne bywają najsilniejsze w pochyłych dolinach idących ku przełęczom. Jasną rzeczą jest, że, musząc stosować się do form terenu, wiatry górskie zboczenia pod wpływem obrotu ziemi wyraźnie okazywać nie mogą .
Następnie jest jasną rzeczą, że podobnie jak codzienne wiatry na wybrzeżach morskich, wiatry górskie bywają najsilniejsze w czasie jasnej, bezchmurnej pogody, albowiem wtedy przyczyny wiatrów: insolacja w ciągu dnia i promieniowanie w ciągu nocy działają intensywnie, a z drugiej strony inne wiatry, należące do ogólnej cyrkulacji atmosferycznej są nazbyt słabe, aby mogły je przytłumić. W kominach tworzących się w ciągu dnia dokoła szczytów górskich i nad szczytami dochodzi do kondensacji.
Dzięki temu wytwarzają się owe czepce chmur, które tak często w czasie ciepłej, letniej pogody okrywają szczyty gór, np. szczyty Tatr. W krajach równikowych i podzwrotnikowych czepce chmur tworzą się tak regularnie, że góry tameczne, np. Himalaya są widzialne tylko z rana po wschodzie słońca. Naturalnie zdarza się w pewnych porach roku, podczas pewnych wiatrów, że szczyty gór są widzialne także wśród dnia, ale zdarza się to rzadko.
Pod tą nazwą rozumiemy wiatry analogiczne do wiatrów lądowych i morskich na wybrzeżach. Mussony są także periodyczne, ale period ich obejmuje niejedną dobę, lecz jeden rok. Przyczyną ich jest silniejsze ogrzanie lądu, niż morza w lecie oraz silniejsze oziębienie lądu w porównaniu z morzem w zimie. Możemy inaczej powiedzieć, że przyczyna mussonów polega na tern, iż z powodu mniejszej pojemności cieplnej oraz z powodu braku konwekcji amplituda rocznej oscylacji temperatury jest ma lądzie większa, niż na morzu. W lecie dolna część troposfery jest nad lądami więcej ogrzana, niż nad morzami.
Zatem nad lądami tworzą się prądy wstępujące: ciepłe i lżejsze powietrze wznosi się w górę i górą odpływa ku morzom; natomiast dołem z mórz napływa ku lądom stosunkowo chłodniejsze i cięższe powietrze. Na odwrót w zimie nad powierzchnią lądów, w porównaniu z morzami silnie przez promieniowanie oziębioną, tworzą się jakby jeziora zimnego, ciężkiego powietrza, które rozpływa się stąd na morza i wypycha stamtąd cieplejsze i lżejsze powietrze. To ostatnie odpływa górą ku lądom.
Nazwa „mussonów“ dotyczy specjalnie dolnych wiatrów, a więc letnich od mórz ku lądom i zimowych od lądów ku morzom. Rozmiary i trwanie mussonów są bez porównania większe, niż rozmiary i trwanie wiatrów codziennych, wskutek czego zboczenie spowodowane przez obrót ziemi jest bez porównania większe, niż u tamtych. Mussony kombinują się z wiatrami należącymi do ogólnej, planetarnej cyrkulacji (o której będzie mowa w następnym paragrafie), w skutek czego trzeba je częstokroć wykrywać z obserwowanych wiatrów przez analizę.
Utwórzmy schemat mussonów uwzględniając zboczenie wskutek obrotu ziemi. Wyobraźmy sobie ląd ograniczony przez dwa równoleżniki i dwa południki, ze wszech stron otoczony oceanem. Weźmy pod uwagę zachodnie wybrzeże. Musson zimowy, wiejący na nim z lądu na morze, powinien by być wiatrem wschodnim, gdyby ziemia się nie obracała; ale ponieważ obraca się, więc na naszej półkuli północnej musson zbaczając naprawo staje się wiatrem południowo-wschodnim. . Nie należy atoli wyobrażać sobie, że będzie to wiatr tworzący z południkiem kąt 45°. Może to być wiatr E\0°S, E20«S, E30° S, E40°S,E50°Si t. d. Po tern zastrzeżeniu możemy napisać następujący schemat mussonów:dla N półkuli - Wybrzeża: W N E SMusson zimowy: SE SW NW N letni: NW NE SE SWdla S półkuli - Wybrzeża: W N E sMusson zimowy: NE SE SW NW - letni: SW NW NE SE .Najwyraźniej występuje system mussonów w Azji, jako na największym kontynencie, odznaczającym się też największym kontrastem między temperaturą lata i zimy. Wieją one zupełnie wyraźnie na północnych wybrzeżach syberyjskich, ale najbardziej typowymi a zarazem najsilniejszymi są one na wschodnich i południowych wybrzeżach Azji.
Zimą w Mandżurii i w Chinach północnych wieje całymi tygodniami ostry i zimny NW. Dosięga on Japonii i sprawia, że cała zachodnia połać tego kraju ma, jak na swoje geograficzne położenie, ostrą zimę. musson SW jest bardzo silny na oceanie Indyjskim, na morzu Arabskim i w całych Indiach aż do gór Himalaya; jest to w ogóle najsilniejszy musson, jaki znamy; ssie on powietrze aż z poza równika.
Dodajmy do tego, że od letniego mussonu SW, jako 'przynoszącego deszcze, zależy urodzaj w Indyach: gdy musson jest słaby i przynosi małe opady, to następuje nieurodzaj i głód. Na zachodzie Azji, t. j. w Europie, która jest po prostu wielkim zachodnim półwyspem azjatyckim, mussony małą odgrywają rolę. Składa się na to wiele przyczyn.
Pierwszą jest sąsiedztwo Afryki. Jeżeli Europa jest zachodnim przedłużeniem Azji, to jednocześnie jest także do pewnego stopnia północnym przedłużeniem Afryki. Morze Śródziemne jest za małe, za wąskie żeby mogło ochronić Europę od wpływów afrykańskich, które krzyżują się tu i kłócą z azjatyckimi. Drugą przyczyną jest silne rozgałęzienie zachodniej i północno-zachodniej Europy, które daje powód do rozmaitych 'anomalii miejscowych. Wreszcie trzecią przyczyną jest to, że dzięki sąsiedztwu z oceanem Atlantyckim Europa znajduje się pod przemożnym wpływem wiatrów zachodnich, należących do ogólnej cyrkulacji planetarnej.
Tylko w Europie wschodniej wskutek tego, przede- wszystkim w zimie, można wyróżnić wiatry podpadające pod typ mus- sonów; lecz z powodu wyżej wymienionych przyczyn i te wiatry nie zupełnie dobrze zgadzają się z naszym schematem. Właściwie trzeba, wykrywać je przez analizę obserwowanych wiatrów. Mussony są „wiatrami dolnymi". Musson zimowy w Indiach sięga nie wyżej niż do 2 km. nad poziomem morza, letni sięga do wysokości prawie dwa razy większej. Na Jawie ani zimowy, ani letni musson nie sięga wyżej niż do wysokości 3 km. Gradienty barometryczne towarzyszące mussonom są niewielkie: ledwo 0,13 — 0,14 mm. na stopień geogr. Mimo to mussony są silnymi wiatrami. Ponieważ przy wielkich rozmiarach prądu, przy dalekim zasięgu już ten niewielki gradient wystarcza do pokonania tarcia. Ogólna c y r k u la c ja planetarna. Wiatry dolne. Przyczyną ogólnej cyrkulacji jest różnica temperatury między równikiem i biegunami. Ponieważ bieguny są stale zimniejsze od równika, więc wiatry spowodowane przez różnicę temperatury między pierwszymi a drugim wieją przez cały rok.
Nie obywa się jednak bez pewnych zmian periodycznych, spowodowanych coroczną wędrówką słońca z jednej półkuli na drugą. Cały system wiatrów planetarnych przesuwa się za słońcem z N na S i odwrotnie. Oprócz tego jedne wiatry wzmacniają się w pewnej porze roku, inne zaś słabną. System wiatrów dolnych, należących do cyrkulacji planetarnej ,0 ile go znamy z obserwacji, przedstawia się następująco. W pasie równikowym, mniej więcej o 30° szerokości północnej do 30° szerokości południowej panują passaty: na północnej półkuli passat NE, na południowej passat S E ; pomiędzy nimi znajduje się równikowy pas ciszy słabych, zmiennych wiatrów („doldrumsu u angielskich marynarzy) szeroki na mniej więcej 4°.
Ten pas odznacza się obfitością deszczów. U biegunowej granicy każdego z passatów znajduje się drugi pas ciszy i zmiennych, słabych wiatrów, ale w przeciwieństwie do pasa równikowego—suchy. Są to „końskie szerokości" (Rossbreiten), nazwane tak za czasów żeglugi żaglowej, bo zdychały tu konie wiezione do Ameryki, gdy na okrętach zatrzymanych przez długą ciszę zabrakło słodkiej wody, lub paszy. Na oceanach, zwłaszcza na Atlantyckim, passaty są bardzo stałe i regularne; na lądach, gdzie kombinują się z mussonami i innymi wiatrami, niestałe i nieregularne. W zimie passaty są silniejsze niż w lecie, bo zasadnicza przyczyna wiatru: różnica między temperaturą równika i wyższych szerokości geogr. jest wtedy większa.
Cały system passatów wraz ze wszystkimi trzema pasami ciszy przesuwa się nieco to na północ, to na południe, idąc za słońcem. Jednakże przesunięcie jest niewielkie a równikowy pas ciszy („doldrums u) pozostaje przeważnie na północnej półkuli tak samo, jak równik termiczny. We wschodniej części każdego z oceanów passat sięga dalej ku biegunom, niż w zachodniej, przytym w zachodniej staje się coraz to bardziej równoległym do równika, t. j. staje się coraz to wyraźniej wiatrem wschodnim. Jest to skutek obrotu ziemi. W wyjątkowych warunkach znajduje się północna część oceanu Indyjskiego.
Jest ona za ciasna na to, aby mógł się tu rozwinąć potężny passat NE. Wskutek tego mussony, które tu są właśnie bardzo silne, zupełnie przeważają nad słabym passatem. Oprócz tego w tej części oceanu Indyjskiego, która leży na półkuli południowej, tameczny passat S E łączy się w lecie z mussonem półkuli północnej. Wytwarza się jednostajny gradyent od zwrotnika Koziorożca aż do wnętrza Azji; powietrze płynie od rzeczonego zwrotnika najpierw jako passat SE, potem przekracza równik jako wiatr S , wreszcie na półkuli północnej wieje jako musson SfV. zmiana kierunku jest jednym z najdrastyczniejszych przykładów wpływu obrotu ziemi. (Fig. .
Podczas gdy w passatach przeważa wschodnia składowa, poza „końskimi szerokościami na obu półkulach panują wiatry zachodnie z pewną niezbyt znaczną składową, skierowaną ku bliższemu biegunowi. Pasy wiatrów zachodnich są szersze, niż pasy passatów, bo sięgają aż do okolic podbiegunowych. Podobnie jak passaty, wiatry zachodnie są silniejsze i bardziej stałe na oceanach, niż na lądach. Ponieważ na półkuli południowej, przede wszystkim zaś w średnich szerokościach, t. j. właściwie tam, gdzie wieją wiatry zachodnie, lądy zajmują stosunkowo mało miejsca, więc na półkuli południowej, zwłaszcza na oceanach południowych—te wiatry są silniejsze i bardziej stałe (die braven Westioinde) niż na półkuli północnej.
Mimo to przewaga ich na oceanie Atlantyckim północnym jest bardzo wyraźna, co więcej cała Europa zachodnia znajduje się pod ich dominującym wpływem. Wiatrom zachodnim zawdzięcza Europa zachodnia swój łagodny i wilgotny klimat, albowiem przychodząc z oceanu ciepłego (w Atlantyku północnym panuje prąd ciepły—Golfstrom) przynoszą one ciepło i wilgoć. Im dalej na Wschód, tern wpływ wiatrów zachodnich jest bardziej pokrzyżowany przez wiatry kontynentalne typu „mussonów".W pasie wiatrów zachodnich zdarzają się nieustanne zaburzenia, połączone z wędrownymi „mini mumami“ ciśnienia, czyli tak zwanymi „cyklonami", przenoszącymi się razem z wiatrami zachodnimi z Zachodu na Wschód.
Cyklony przynoszą ze sobą niepogodę, opady, wiatry zmienne i t. d. Im to zawdzięczamy zmienność pogody cechującą klimat Europy. Podobne zaburzenia zdarzają się poza dziedziną wiatrów zachodnich w krajach podzwrotnikowych. Są one tam o wiele gwałtowniejsze, towarzyszące im wiatry są o wiele bardziej niszczące; ale same zaburzenia trafiają się rzadko. Tymczasem w średnich szerokościach ciągną one, osobliwie w zimie, całymi gromadami jedne za drugiemu. Odkładając bliższe omówienie cyklonów na później, powiemy jeszcze kilka słów o wiatrach strefy podbiegunowej.
Podczas gdy wiatry pasa międzyzwrotnikowego mają składową skierowaną ku równikowi zaś wiatry w średnich szerokościach składową skierowaną ku bliższemu biegunowi (mówimy tu o średnim ruchu powietrza, nie o poszczególnych wiatrach); wiatry strefy podbiegunowej mają znowu składowe skierowaną ku równikowi. Tak np. dokoła bieguna północnego często zdarzają się wiatry NE.O ile wiadomo, ciśnienie wzrasta ku biegunom (polarne antycyklony), ale tak rozkład jego, jak układ wiatrów nie jest jeszcze dobrze znany; wiadomo zresztą, że między układem północnym i południowym są pewne różnice, które zapewne pochodzą stąd, że biegun północny leży wśród morza Lodowatego a południowy na wysokim zlodowaconym lądzie.
Ogólna cyrkulacja planetarna - wiatry górne.
Już z dawniejszych obserwacji kierunku górnych chmur, dymu wulkanów, lotu balonów, dalej z pośrednich spostrzeżeń dokonanych na wysokich górach miano niektóre wiadomości o wiatrach górnych. W ostatnich czasach obserwacje lotu balonów-sond znacznie rozszerzyły te wiadomości, ale zarazem pokazały, że system wiatrów górnych jest więcej zawiły niż dawniej sądzono.
Dopiero w przyszłości, gdy będziemy mieli znacznie więcej obserwacji balonowych i latawcowych, osobliwie nad oceanami, będzie można utworzyć dokładny obraz rzeczywistości; tymczasem wiadomo tylko, że nad passatami wieją kompensacyjne prądy "antypasaty" Schematycznie można je opisać w następujący sposób.
Nad równikowym pasem ciszy wieje wiatr E, na północ od niego na półkuli północnej wieje górny wiatr SE, C jeszcze dalej S, który wreszcie, już na granicy północnych końskich szerokości przechodzi w S W i WSW. To jest antypasat półkuli północnej. Odpowiednio do tego mamy na półkuli południowej na równiku wiatr C górny E kolejno w coraz to wyższych szerokościach geograficznych przechodzący w NE, N, wreszcie na granicy południowych końskich szerokości w NW i WE W. To jest antypasat półkuli południowej.
Kolejne zmiany kierunku są spowodowane przez wpływ obrotu ziem i Kilkoletnie obserwacje lotu balonów-sond w Btawii wykazały, że na Jawie, a zatem pod samym prawie równikiem, górny wiatr wschodni sięga aż do 17 km., t. j. do granicy stratosfery. Ponad nim, a więc już w stratosferze, w ciągu naszego letniego półrocza wieje wiatr zachodni. Z drugiej strony w ciągu naszego półrocza zimowego wiatr wschodni poczyna się dopiero od wysokości 6 km.; niżej wieje musson zachodni. Na wyspach Sandwich passat sięga do wysokości 2,5 do 3 km., nad pasatem znajduje się warstwa przejściowa.
Od wysokości 3,5 lub 4 km. poczyna się antypasat wiejący w kierunku prawie wprost przeciwnym passatowi. Wiemy o tern z obserwacji dymów wulkanów Mauna Loa i Mauna Kea. Zdaje się, że w pasie międzyzwrotnikowym ponad passatem ^wszędzie wieje antypasat; jednakże są pewne wyjątki, osobliwie nad oceanem Indyjskim, gdzie stosunki są więcej skomplikowane. Możemy powiedzieć, że w pasie międzyzwrotnikowym istnieje cyrkulacja zamknięta Passaty doprowadzają dołem powietrze ku równikowi.
Tu w pasie ciszy podnosi się ono w górę, przy czym następuje kondensacja, dająca powód do obfitych deszczów. Następnie to powietrze odpływa górą z antypasatami ku szerokościom końskim, gdzie znowu spływa z góry na dół. Rzeczywiście w szerokościach końskich panuje wysokie ciśnienie i bezchmurna pogoda, a to są symptomy prądów skierowanych z góry na dół. Cyrkulacją półkuli północnej oddaje część swego powietrza cyrkulacji południowej i odwrotnie.
Mianowicie, gdy w naszym lecie pas ciszy przesunie się na północ, to część powietrza przyniesionego przez passat NE wzniósłszy się w górę, przechodzi do antypasatów półkuli południowej; odwrotny proces odbywa się podczas naszej zimy, gdy pas ciszy równikowej przesuwa się na południe. W antypasacie, jako górnym wietrze, gęstość powietrza jest mniejsza niż w dolnym passacie. Więc, aby odprowadzić te same masy powietrza, które przyszły dołem z passatem, trzeba albo żeby grubość antypasatu była większa od grubości pasatu, albo żeby prędkość pierwszego była większa, niż prędkość drugiego.
O ile wiadomo z dotychczasowych obserwacji, zachodzi i jedno i drugie: antypasat jest i grubszy i szybszy od pasatu. Większa prędkość tłumaczy się w sposób zupełnie naturalny przez to, że antypasat nie podlega tarciu o powierzchnię ziemi. Powstaje pytanie, dlaczego ta cyrkulacja sięga tylko do mniej więcej 30° szerokości północnej i południowej. Wprawdzie może być a nawet prawdopodobne jest, że jakaś część powietrza przyniesionego przez antypasaty płynie dalej ku biegunom, ale większa jego część na pewno spada na dół i zawraca ku równikowi w szerokościach końskich. Dzieje się to dlatego, że odległość między południkami zmniejsza się od równika ku biegunom, przeto prąd płynący od równika ku biegunowi musi zwężać się. Aby powetować zwężenie, musi albo spiętrzać się, albo stawać się coraz to prędszym.
Oczywistą jednak jest rzeczą, że zarówno zwiększenie grubości, jak wzrastanie prędkości musi mieć pewne granice, że przynajmniej część powietrza płynącego z antypasatami ku biegunom musi gdzieś zawrócić. Pomaga do tego rosnący wraz z szerokością geograficzną wpływ obrotu ziemi, dzięki któremu antypasaty zawracają na półkuli północnej na prawo ń na południowej na lewo, aż w końcu z wiatrów wiejących od równika staną się wiatrami wiejącymi ku równikowi.
Ogólna cyrkulacja planetarna - wiatry górne.
Już z dawniejszych obserwacji kierunku górnych chmur, dymu wulkanów, lotu balonów, dalej z pośrednich spostrzeżeń dokonanych na wysokich górach miano niektóre wiadomości o wiatrach górnych. W ostatnich czasach obserwacje lotu balonów-sond znacznie rozszerzyły te wiadomości, ale zarazem pokazały, że system wiatrów górnych jest więcej zawiły niż dawniej sądzono.
Dopiero w przyszłości, gdy będziemy mieli znacznie więcej obserwacji balonowych i latawcowych, osobliwie nad oceanami, będzie można utworzyć dokładny obraz rzeczywistości; tymczasem wiadomo tylko, że nad passatami wieją kompensacyjne prądy "antypasaty" Schematycznie można je opisać w następujący sposób.
Nad równikowym pasem ciszy wieje wiatr E, na północ od niego na półkuli północnej wieje górny wiatr SE, C jeszcze dalej S, który wreszcie, już na granicy północnych końskich szerokości przechodzi w S W i WSW. To jest antypasat półkuli północnej. Odpowiednio do tego mamy na półkuli południowej na równiku wiatr C górny E kolejno w coraz to wyższych szerokościach geograficznych przechodzący w NE, N, wreszcie na granicy południowych końskich szerokości w NW i WE W. To jest antypasat półkuli południowej.
Zaburzenia w wielkich prądach atmosferycznych - Trąby powietrzne. - Tornada
Już z kombinacji cyrkulacji planetarnej z musonami wynikłby niesymetryczny, dość skomplikowany, periodycznym corocznym zmianom podlegający, system wiatrów. Nowe komplikacje powstają dzięki zaburzeniom przytrafiającym się zwłaszcza w średnich i wyższych szerokościach geograficznych. Każdemu takiemu zaburzeniu towarzyszy przenoszące się z miejsca na miejsce minimum ciśnienia, dokoła którego wieją wiatry na półkuli północnej przeciw, a na południowej za wskazówkami zegarka.
Drogi opisywane przez cząsteczki powietrza są różne od drogi opisywanej przez minimum ciśnienia. Podobnie jak fala, zaburzenie jest pewną formą ruchu, przenoszącą się z miejsca na miejsce. Najmniejsze co do rozmiarów zaburzenia, tak zwane „trąby po- wietrzne“ są podobne do tych malutkich wirów, które powstają w wodzie po uderzeniu wiosła, aczkolwiek są od tamtych o wiele większe. Rzadko zdarza się, żeby średnica wiru przewyższała kilkadziesiąt metrów, za to wysokość wynosi nieraz około kilometra, bo „trąby powietrzne“ sięgają zwykle do dolnej granicy chmur. Właściwie powinniśmy powiedzieć, że sięgają od dolnej granicy chmur do powierzchni ziemi, bo wir spuszcza się z góry na dół. Niewątpliwie ma racje A. Wegner twierdząc, że „trąby powietrzne“ są więcej niż jakakolwiek inna forma ruchu powietrza podobna do „elementarnych wirów“ Helmholtza.
O tożsamości nie ma mowy, bo wiecznotrwałe wiry Helmholtz'a mogą istnieć tylko w cieczy doskonałej, pozbawionej wewnętrznego tarcia; jest tylko podobieństwo o tyle znaczne, że warto porównać samotny, „elementarny wir“ Helmholtza z trąbą powietrzną. Wir składa się z elementów cieczy obracających się tak, jak ciała stałe. Otaczająca ciecz krąży dokoła wiru z prędkością kątową zmniejszającą się w miarę oddalenia. Bez wątpienia powietrze w samej trąbie powietrznej wiruje nieco inaczej niż ciało stałe, a prawo, według którego zmienia się prędkość powietrza otaczającego wir, jest różne od prawa właściwego idealnemu ruchowi nie wirowemu; ale tak tu, jak tam różnice są z pewnością nieznaczne.
Podobnie, jak w przypadku idealnym, prędkość szybko ubywa w miarę oddalenia od wiru, podczas gdy w jego centralnej części bywa zazwyczaj bardzo wielka. Dzięki tej wielkiej prędkości trąby powietrzne bywają stale widzialne, albowiem gwałtowny wiatr porywa pył, piasek, siano, trawę, częstokroć nawet większe przedmioty; na morzu, jeziorach, rzekach, porywa wodę, naturalnie w postaci kropel. Kręcąc tym wszystkim, wir wytwarza wędrujący, zdała widzialny słup pyłu, piasku, względnie pyłu wodnego. Trąby powietrzne zdarzają się u nas bardzo rzadko i tylko wiecie; o wiele częściej zdarzają się na morzach ciepłych.
Dnia 10 września 1896 roku trąba powietrzna przeszła przez Paryż; na jednym z przedmieść porozrzucała stragany na placu targowym, popsuła wiele dachów, połamała wiele drzew na ulicach. Po drodze trąba ta przeszła przez stację meteorologiczną na wieży św Jakuba (Tour St. Jacques), gdzie zaznaczyła się nagłym spadkiem ciśnienia, który zresztą trwał za- ledwo kilkadziesiąt sekund. Czemu tłumaczy się tak mały spadek ciśnienia?
Oczywiście rozrzedzeniem powietrza spowodowanemu przez wielką siłę odśrodkową, towarzyszącą gwałtownemu ruchowi wirowemu. A skąd bierze się sam wir? Trudno odpowiedzieć na to pytanie choćby dlatego, że, jak to wyżej powiedzieliśmy, trąba powietrzna zwykle tworzy się ponad poziomem kondensacji, a więc wysoko ponad naszymi stacjami meteorologicznymi Wszakże na podstawie analogii z malutkimi wirami, tworzącymi się w wodzie przy uderzeniu wiosła, wolno przypuszczać, że przyczyną trąb powietrznych bywa starcie dwóch równoległych prądów horyzontalnych, bądź wprost przeciwnie skierowanych, bądź, jeżeli kierunki ich są jednakowe, znacznie różniących się co do prędkości.
Większemu co do rozmiarów, ale zresztą ze wszechmiar podobnymi do trąb powietrznych są „tornada" w Stanach Zjednoczonych, zdarzające się głównie na wschód od gór Skalistych. Trafiają się one tylko latem, idą najczęściej od SFF ku NE z prędkością około 40 km. na godzinę. „Tornada" trafiają się częściej, niż nasze trąby powietrzne, są nie tylko większe, ale średnio dużo gwałtowniejsze, wreszcie przebiegają po kilkadziesiąt, nawet po kilkaset kilometrów, podczas gdy nasze trąby powietrzne przebiegają rzadko kiedy więcej, niż kilkanaście kilometrów.
O ile wiadomo z obserwacji, „tornado" podobnie jak trąba powietrzna zaczyna się w górze, w obłokach, a potem spuszcza się na ziemię na podobieństwo olbrzymiej trąby słonia. Większe rozmiary i większa gwałtowność „tornada" w porównaniu z trąbami powietrznymi tłumaczy się przez większe kontrasty temperatury w Stanach Zjednoczonych. Izotermy są tu gęstsze niż w Europie; stąd łatwiej o starcie dwóch równoległych i różnych co do prędkości prądów, stąd w ogóle ruchy powietrza szybsze niż w Europie. Zarówno „tornada", jak i trąby powietrza, bardzo często obchodzą się bez deszczu. Brak deszczu, brak kondensacji świadczy, że niema tu silnego wstępującego prądu.
Kolejne zmiany kierunku są spowodowane przez wpływ obrotu ziem i Kilkoletnie obserwacje lotu balonów-sond w Btawii wykazały, że na Jawie, a zatem pod samym prawie równikiem, górny wiatr wschodni sięga aż do 17 km., t. j. do granicy stratosfery. Ponad nim, a więc już w stratosferze, w ciągu naszego letniego półrocza wieje wiatr zachodni. Z drugiej strony w ciągu naszego półrocza zimowego wiatr wschodni poczyna się dopiero od wysokości 6 km.; niżej wieje musson zachodni. Na wyspach Sandwich passat sięga do wysokości 2,5 do 3 km., nad pasatem znajduje się warstwa przejściowa.
Od wysokości 3,5 lub 4 km. poczyna się antypasat wiejący w kierunku prawie wprost przeciwnym passatowi. Wiemy o tern z obserwacji dymów wulkanów Mauna Loa i Mauna Kea. Zdaje się, że w pasie międzyzwrotnikowym ponad passatem ^wszędzie wieje antypasat; jednakże są pewne wyjątki, osobliwie nad oceanem Indyjskim, gdzie stosunki są więcej skomplikowane. Możemy powiedzieć, że w pasie międzyzwrotnikowym istnieje cyrkulacja zamknięta Passaty doprowadzają dołem powietrze ku równikowi.
Tu w pasie ciszy podnosi się ono w górę, przy czym następuje kondensacja, dająca powód do obfitych deszczów. Następnie to powietrze odpływa górą z antypasatami ku szerokościom końskim, gdzie znowu spływa z góry na dół. Rzeczywiście w szerokościach końskich panuje wysokie ciśnienie i bezchmurna pogoda, a to są symptomy prądów skierowanych z góry na dół. Cyrkulacją półkuli północnej oddaje część swego powietrza cyrkulacji południowej i odwrotnie.
Mianowicie, gdy w naszym lecie pas ciszy przesunie się na północ, to część powietrza przyniesionego przez passat NE wzniósłszy się w górę, przechodzi do antypasatów półkuli południowej; odwrotny proces odbywa się podczas naszej zimy, gdy pas ciszy równikowej przesuwa się na południe. W antypasacie, jako górnym wietrze, gęstość powietrza jest mniejsza niż w dolnym passacie. Więc, aby odprowadzić te same masy powietrza, które przyszły dołem z passatem, trzeba albo żeby grubość antypasatu była większa od grubości pasatu, albo żeby prędkość pierwszego była większa, niż prędkość drugiego.
O ile wiadomo z dotychczasowych obserwacji, zachodzi i jedno i drugie: antypasat jest i grubszy i szybszy od pasatu. Większa prędkość tłumaczy się w sposób zupełnie naturalny przez to, że antypasat nie podlega tarciu o powierzchnię ziemi. Powstaje pytanie, dlaczego ta cyrkulacja sięga tylko do mniej więcej 30° szerokości północnej i południowej. Wprawdzie może być a nawet prawdopodobne jest, że jakaś część powietrza przyniesionego przez antypasaty płynie dalej ku biegunom, ale większa jego część na pewno spada na dół i zawraca ku równikowi w szerokościach końskich. Dzieje się to dlatego, że odległość między południkami zmniejsza się od równika ku biegunom, przeto prąd płynący od równika ku biegunowi musi zwężać się. Aby powetować zwężenie, musi albo spiętrzać się, albo stawać się coraz to prędszym.
Oczywistą jednak jest rzeczą, że zarówno zwiększenie grubości, jak wzrastanie prędkości musi mieć pewne granice, że przynajmniej część powietrza płynącego z antypasatami ku biegunom musi gdzieś zawrócić. Pomaga do tego rosnący wraz z szerokością geograficzną wpływ obrotu ziemi, dzięki któremu antypasaty zawracają na półkuli północnej na prawo ń na południowej na lewo, aż w końcu z wiatrów wiejących od równika staną się wiatrami wiejącymi ku równikowi.
Cyklony, tajfuny, huragany (orkany) tropikalne, tornada
Cyklony, tajfuny, huragany (orkany) tropikalne, tornada, a zwłaszcza trąby powietrzne przytrafiają się tak rzadko i zajmują przestrzeń stosunkowo tak niewielką, że dla pogody nie mają prawie żadnego znaczenia. Większe dla niej znaczenie mają cyklony tropikalnych mórz (tak zwane huragany, tajfuny i t. p.), a jeszcze większe cyklony średnich i wyższych szerokości geograficznych. Np. w Europie opady są związane z przejściem cyklonów.
Pogoda w RybnikuZaburzenia, tą ostatnią nazwą objęte, są podobne do tornada i do trąb powietrznych wskutek tego, że w środku zaburzenia znajduje się minimum ciśnienia, które z nim razem wędruje i dokoła którego (na półkuli północnej) wieją wiatry przeciw wskazówkom zegarka. Co do rozmiarów, przede wszystkim co do rozmiarów horyzontalnych cyklony znacznie przewyższają tornada i trąby powietrzne. Wiatr wiejący o kilka kilometrów od środka trąby powietrznej, lub tornada może być i częstokroć bywa od niej, względnie od niego niezależny; tymczasem system wiatrów należących do cyklonu i wyraźnie od niego zależnych sięga nieraz na setki mil dokoła. Głównie ze względu na zupełnie inne rozmiary trudno przypuścić, żeby cyklony powstawały w taki sam sposób, jak trąby powietrzne.Cyklony strefy ciepłej różnią się pod kilku względami od cyklonów średnich i wyższych szerokości. Przede wszystkim zdarzają się rzadziej niż tamte i przeważnie w pewnych określonych porach roku, mianowicie, tajfuny na morzu Chińskim i orkany w zachodnim oceanie Indyjskim powstają w tych porach roku, w których letni musson ustępuje miejsce zimowemu, lub odwrotnie. Orkany zatoki Bengalskiej także przypadają na czas zmiany mussonu; najczęściej pojawiają się na wiosnę (w maju), lub w jesieni (w październiku). Cyklony zachodnio-indyjskie (antylskie) zwykle przytrafiają się w sierpniu lub wrześniu. Horyzontalne rozmiary cyklonów tropikalnych są mniejsze niż rozmiary naszych, prędkość przenoszenia się jest także mniejsza; za to wiatr, zwłaszcza w pobliżu minimum ciśnienia, bywa znacznie silniejszy. Co do gwałtowności wiatru, huragan antylski, lub „tajfun" chiński w niczym nie ustępuje najstraszniejszemu amerykańskiemu „tornado". Obok tego, z powodu większych rozmiarów horyzontalnych, pas, w którym wiatr ma siłę niszczącą, zajmuje szerokość nie kilkadziesiąt, lub kilkaset metrów lecz kilkadziesiąt lub kilkaset kilometrów. Mówiąc o rozmiarach cyklonów tropikalnych, należy określić te rozmiary nieco dokładniej. Ponieważ huragan naturalnej, wyraźnie określonej granicy posiadać nie może, więc przyjmiemy pewną dowolną granicę na podstawie następującej. Wiemy, że huragan jest jednocześnie wędrującemu minimum ciśnienia. Uważajmy tedy jako chwilowe pole huraganu całe pole, w którem ciśnienie sprowadzone do poziomu morza jest chwilowo niższe od ciśnienia normalnego, t. j. weźmy izobarę 760 mm. za chwilową granicę huraganu. Otóż szerokość i długość tego pola wynoszą po kilkaset, tysiąc lub parę tysięcy kilometrów. Dodamy tu od razu, że pole to ma zwykle kształt eliptyczny, przy czym większa oś elipsy jest średnio około U /2 razy dłuższa od mniejszej i ma kierunek mniej więcej N-S. Dodajmy jeszcze, że w samym środku huraganu, w samem minimum ciśnienia, bywa o jakie kilkadziesiąt mm. niższe od normalnego; notowano już mniej niż 700 mm.Charakterystyczne dla cyklonów tropikalnych jest tak zwane „oko burzy", obserwowane nie zawsze, nie u wszystkich cyklonów, ale bardzo często. Podczas gdy dokoła wędrownego minimum ciśnienia wieją wiatry gwałtowne, deszcz leje jak z cebra a niebo jest pokryte gęstymi chmurami, tymczasem w samem minimum i jego najbliższemu otoczeniu panuje cisza, niebo jest czyste a deszcz nie pada. To jest właśnie „oko burzy". Średnica jego wynosi zwykle kilkanaście do trzydziestu kilometrów. W huraganach półkuli północnej wiatry wieją przeciw wskazówkom zegarka (na półkuli południowej za wskazówkami zegarka) a ponieważ po przejściu „oka burzy" przeskakują na wprost przeciwne; więc jeżeli przedtem wiał wiatr S, to po przejściu „oka burzy" wieje wiatr N i t. p. Okres ciszy, odpowiadający przejściu „oka burzy" trwa zwykle niedługo, jakie kilkanaście minut, pół godziny. (Fig. 13).Wiatry wiejące w cyklonach tropikalnych należą do pj i 13 najgwałtowniejszych, jakie w ogóle przytrafiają się na powierzchni ziemi. Prędkość ich wynosi do 50 metrów na sekundę i więcej. Powiedzieliśmy wyżej, że oprócz oka burzy deszcz leje jak z cebra. To jest dowodem wstępującego ruchu powietrza. Bez wznoszenia się powietrza, bez kondensacji temu ruchowi towarzyszącej owe niesłychanie obfite opady nie byłyby możliwe .Na szczęście cyklony tropikalne są zjawiskiem rządkiem. Niekiedy mija kilka lat, zanim w danej, przez cyklony nawiedzanej okolicy pojawi się jeden z nich; za to niekiedy w jednym roku bywa ich kilka. Nie od rzeczy będzie wyjaśnić, że cyklony tropikalne pojawiają się w pewnych zupełnie określonych okolicach i to tylko na morzach, mianowicie: 1) na morzu Antylskim, 2) w zatoce Bengalskiej i na morzu Arabskim, 3) około wysp Filipińskich i na morzu Chińskim (tajfuny), 4) w południowym oceanie Indyjskim w okolicach wyspy św. Maurycego, 5) w południowym oceanie Spokojnym koło wysp Flebrydzkich i Samoa.Cyklony tropikalneCyklony tropikalne powstają na morzu i wędrują po morzu; jeżeli wejdą na ląd, jak to np. zdarza się z cyklonami zatoki Bengalskiej; to wprędce słabną i rozpraszają się, większych gór wcale przekroczyć nie mogą. Natomiast małe wyspy, trafiające się na drodze cyklonu, nie są w stanie zmniejszyć go, same zaś podlegają okropnemu spustoszeniu. Cyklony strefy umiarkowanej. Przechodzimy teraz do najbardziej nas interesujących cyklonów europejskich i północnoamerykańskich. I tu, podobnie jak w cyklonach tropikalnych, izobary, otaczające minimum ciśnienia, mają kształt elipsoidalny; oś wielka bywa dużo dłuższa od małej, nieraz więcej niż półtora razy dłuższa, i skierowana bywa najczęściej od NE ku SW. Kształty izobar, osobliwie dalszych od minimum są wielce regularne. Podobnie jak cyklonom tropikalnym także cyklonom europejskim i amerykańskim towarzyszą opady atmosferyczne, co świadczy o istnieniu ruchu pionowego skierowanego w górę. Jednakże składowa pionowa jest w porównaniu do horyzontalnej mała i w zwykłych warunkach, bez osobnych „ad hoc“ obserwacji, niedostrzegalną.Prędkość przenoszenia się jest większa, niż u cyklonów tropikalnych. Podczas gdy u tamtych wynosi po kilka, kilkanaście km. na godzinę, u cyklonów europejskich wynosi średnio około 30 a u amerykańskich. Około 40 km. na godzinę. Wreszcie cyklony strefy umiarkowanej są dużo rozleglejsze od tropikalnych. Pole objęte izobarą 760 mm. ma zwykle około 2000 do 3500 km. średnicy, zaś wyjątkowo nawet 9 — 10000 km. Wtedy atoli izobara 760 mm. obejmuje zwykle, oprócz głównego minimum ciśnienia, kilka drugorzędnych. Rzecz prosta, że w tak rozległych cyklonach przy tej samej głębokości minimum izobary są mniej gęste, gradienty mniejsze i wiatry słabsze niż w tropikalnych. Dzięki temu cyklony strefy umiarkowanej nie są bynajmniej niebezpieczne; chyba wyjątkowo zdarzy się czasem cyklon szerzący zniszczenie. Jest to wielkie szczęście, bo są to zjawiska częste, osobliwie w zimie. Np. przez Rosję europejską przeciąga rocznie średnio 75,4 cyklonów. Z tego na zimę przypada 23,5, na wiosnę 17,6, na lato 12,0, na jesień 22,3. Naturalnie nie są to jakieś stałe cyfry: jednego roku bywa mniej, drugiego więcej cyklonów, jednej zimy mniej, drugiej więcej, jak się zdarzy. Niektóre cyklony trwają krótko, znikają już w ciągu jednej doby; inne trwają po kilka dni; zdarzają się nawet takie, które trwają po parę tygodni.Cyklon jest formą ruchu, przenoszącą się z miejsca na miejsce wśród ogólnego prądu atmosferycznego. Drogi, po których płynie powietrze, nie są równoległe do drogi, po której wędruje środek wiru, są one, zależnie od odległości i położenia względem środka oraz zależnie od innych okoliczności, wielce rozmaite. Niektóre z nich okrążają środek wiru, tworząc jakby pętlicę, inne zaś są tylko mniej lub więcej zakrzywione. Widać to dobrze na załączonym tu rysunku , zapożyczonym z rozprawy W. N. S h a w ’a 1) i przedstawiającym drogi powietrza w cyklonie, który 26 - 27 lutego 1903 r. przeszedł przez Anglię. Naturalnie z tego, co się działo podczas jednego, jedynego cyklonu, nie można wyprowadzać daleko idących wniosków. Można np. powiedzieć, że w każdym innym cyklonie drogi powietrza mają podobne kształty, jak w cyklonie z 26 - 27 lutego 1903 r.; ale nie można powiedzieć, żeby rozkład opadów oraz dopływ i wypływ powietrza musiały być takie same, jak w wymienionym cyklonie. Mianowicie w tym cyklonie największe deszcze padały przy wiatrach S i SE w przedniej południowej, części cyklonu, powietrze wpływało do cyklonu (przynajmniej w zbadanej środkowej części) od S-W wypływało z niego w kierunku S-E; na północnej stronie drogi środka cyklonu powietrze ani wpływało, ani wypływało. Wpływ cyklonów na pogodę. Do Europy cyklony przychodzą zwykle z Zachodu. Niekiedy przychodzą one aż Ameryki północnej, ale częściej tworzą się na oceanie Atlantyckim i stąd podążają na Wschód1) rozmaitymi drogami. Większość ciągnie od SIE ku NE na północ od Szkocji, potem przez Skandynawię północną ku morzu Białemu, albo przez Anglię południową, morze Północne, Danię, morze Bałtyckie na północny wschód Rosji. Pewne drogi są więcej uczęszczane w zimie, pewne inne w lecie; ale zawsze większość wędrownych minimów barometrycznych przeciąga na Północ od ziem dawnej Rzeczypospolitej. Wobec tego najpierw rozpatrzymy zmiany pogody następujące wtedy, gdy wędrowne minimum barometryczne przeciąga na północ od danej stacji. W tym celu przetnijmy prostą nieco nachyloną do horyzontu tak, aby jej prawa strona leżała nieco wyżej niż lewa i rozpatrzmy zjawiska następujące po sobie, gdy posuwamy się wzdłuż tej prostej od strony prawej ku lewej, bo w tym porządku będą się one nasuwać na daną stację gdy cyklon idzie od lewej ku prawej. Prosta powinna przechodzić poniżej środka cyklonu, bo założyliśmy, że ten środek przechodzi na północ od rozpatrywanej stacji. Wadą rysunku w jest zbytnia regularność. Dlatego też w odpowiadającym mu, tu załączonym rysunku, umyślnie nakreśliliśmy izobary mniej regularne. Skoro minimum barometryczne zacznie zbliżać się, to oczywiście na danej stacji barometr zacznie opadać. Wobec wielkich rozmiarów naszych cyklonów, przy prędkości przenoszenia się około 30 km. na godzinę, barometr zaczyna spadać nieraz na dwie i więcej doby przed chwilą, w której samo minimum M przechodzi przez południk rozpatrywanej stacji. Jednocześnie a częstokroć, zanim jeszcze zacznie spadać barometr, pojawiają się wysokie pierzaste obłoczki „ cirri" , po czym niebo zaczyna chmurzyć się. Najpierw pojawia się warstwa gęstsza zawsze jeszcze wysokich, białawych obłoków, tak zwany „cirrostratus" , następnie chmury stają się coraz to gęstsze i niższe w miarę tego, jak minimum zbliża się. ty m czasem wiatr obraca się od SE, przez S, SW it. d., idąc zawsze "za słońcem ". Około czasu, gdy samo minimum mija stację, wieją wiatry zachodnie (W) potem, gdy minimum już minie stację, następują wiatry o składowej północnej, a więc NW, NNW, N i t d. Jednocześnie barometr podnosi się a zachmurzenie zmniejsza się. Przejściu minimum towarzyszy deszcz, a w zimie śnieg. Niekiedy najsilniejsze opady poprzedzają najniższy stan barometru a przy podnoszącym się barometrze i zimnych wiatrach północnych spadają tylko od czasu do czasu krótkotrwałe deszcze, względnie śnieżyce, którym towarzyszą wzmocnienia wiatru . Niekiedy znowu, pomimo zachmurzenia, deszcz względnie śnieg albo wcale nie pada podczas spadania barometru albo pada skąpo, i zaczyna obficie padać dopiero wtedy, gdy barometr zacznie podnosić się. Może nawet zupełnie obejść się bez deszczu względnie śniegu, jeżeli środek cyklonu przechodzi zdała od stacji i jeżeli, co za tym idzie, spadek barometru jest stosunkowo niewielki. W ogóle obfitość opadów, ich długotrwałość, wreszcie faza, w której najobficiej padają, zależą nie tylko od intensywności samego cyklonu, ale także od jednoczesnego rozkładu wszystkich czynników meteorologicznych w bliższemu i dalszemu otoczeniu. Niekiedy do wiru cyklonicznego dostają się bardzo wilgotne masy powietrza. Zależnie od okoliczności chwila i miejsce, w których owo wilgotne powietrze zostanie zmuszone do podnoszenia się i do kondensacji, może być bardzo rozmaite, może przypaść na tę, lub ową fazę cyklonu. Kreśląc na poprzednim rysunku proste równoległe do AB na południe od minimum M, z łatwością spostrzeżemy, że zmiana kierunku wiatru przy przejściu cyklonu jest tym raptowniejszą, im bliżej danej stacji przechodzi jego środek. Najbardziej raptowną jest wtedy, gdy minimum przechodzi właśnie przez daną stację, wtedy bowiem wiatr przeskakuje na prawie wprost przeciwny. Przypominamy tu to, co mówiliśmy o zmianie wiatru i o ciszy w czasie przejścia „oka burzy“ w cyklonach tropikalnych .Ale skoro wdaliśmy się znowu w porównanie cyklonów sfery umiarkowanej z tropikalnymi, to nie od rzeczy będzie przypomnieć, że z powodu większych horyzontalnych rozmiarów spadanie i podnoszenie się barometru w naszych cyklonach, przy tej samej głębokości minimum, o wiele powolniejsze i mniej regularne, niż w tropikalnych. Weźmy teraz drugi, w kraju naszym, mniej częsty przypadek, gdy środek cyklonu przechodzi na południe od uważanej stacji. Wtedy, jak to widać z załączonego rysunku, wiatr kolejno obraca się od SE przez E,NE,N a więc „przeciw słońcu" .Zresztą zachowanie się barometru, zachmurzenie, nawet opady mają przebieg podobny, jak w przypadku, gdy środek cyklonu przeciągań a 2Vod uważanej stacji .W lecie cyklony przynoszą zazwyczaj zniżkę temperatury, w zimie zwyżkę. Przyczynę tego przeciwieństwa poznamy później, rozpatrując wpływ zachmurzenia na temperaturę . Przód cyklonu jest cieplejszy, tylna część chłodniejsza, co jest oczywiście w związku z kierunkami wiatrów wiejących w przedniej i tylnej jego części.Teoria cyklonów. Skoro nazwaliśmy cyklony zaburzeni zachodnimi. Naturalnie ta cyrkulacja podlegałaby tym samym corocznym, periodycznym zmianom, którym podlega rzeczywista ziemska cyrkulacja planetarna; mianowicie w lecie naszej półkuli strefa passatów przesuwałaby się na półkulę północną, jednocześnie zaś wir północny okołobiegunowy stawałby się nieco słabszym; w zimie naszej po u i passaty przesuwałyby się na półkulę południową, zaś wir północny okołobiegunowy stawałby się silniejszym i t. d. Można by tu postawić pytanie, którego ani Exner, ani Detan nie stawiali; mianowicie o ile cyrkulacja F e r r e l’owska byłaby w tych warunkach dynamicznie stałą, t. j. inaczej mówiąc, czy i o ile łatwo podlegałaby wielkim zaburzeniom, spowodowanym przez małe zewnętrzne siły. Według zdania E. Hermanna), z którem najzupełniej zgodzę się,nawet na ziemi pokrytej oceanem jednostajnym, albo lądem gła kim, cyrkulacja Ferrepowska nie mogłaby być stałą, chyba przy wyjątkowych, trudnych do spełnienia warunkach. Skoro zaś jest niestałą, to muszą towarzyszyć jej różne zaburzenia w postaci fal postępowych i t. d. Ponieważ warunki, którym odpowiada schemat F er rei a, nie są zrealizowane, ponieważ powierzchnia ziemi jest niejednostajna i nierówna, ponieważ w dodatku lądy są nieregularnie rozłożone, przeto równik termiczny (izoterma najwyższej średniej rocznej temperatury) różni się od równika geograficznego, i bieguny zimna (punkty posiadające najniższą roczną temperaturę) różnią się od biegunów geograficznych. Oprócz tego, dzięki obecności lądów, powstają „mussony", t. j. wiatry wiejące z mórz na lądy i z lądów na morza . Jeżeli skombinujemy mus- sony z wiatrami należącymi do cyrkulacji planetarnej, to otrzymamy pewien system wiatrów dość już do rzeczywistego podobny, w którym atoli brak jeszcze zaburzeń w rodzaju cyklonów strefy umiarkowanej. Według naszej powyższej uwagi zaburzenia te są konieczne, bo system Ferrel’a jest niestały. Exner i Defant tego nie mówią, ale podają przyczynę zaburzeń. Według ich teorii istnienie lądów jest przyczyną nie tylko mussonów, ale także zaburzeń w cyrkulacji. Właściwie teoria ich jest „implicite" zawarta w pewnemu twierdzeniu M. Margules’a, który znalazł, że w atmosferze obracającego się ciała niebieskiego drgania stojące są niemożliwe. Te same przyczyny, które, w atmosferze ciała nie- obracającego się, wytworzyłyby drgania stojące, tu wytwarzają fale postępowe. To twierdzenie daje się naturalnie z odpowiednimi modyfikacjami zastosować do interesującej nas kwestii. Mniej więcej poza 35° szerokości północnej i południowej reakcją lądu i moża na temperaturę atmosfery jest w lecie zupełnie inna niż w zimie; przeto musimy oddzielnie rozpatrzeć zimowe i oddzielnie letnie stosunki. Rozpatrzymy szczegółowo tylko letnie stosunki, albowiem " mutatis mutandis " można zastosować te same rozumowania do zimowych. Oprócz różnicy temperatury między równikiem a biegunami, która wytwarza gradient w kierunku południków, mamy także różnicę temperatury i gradient w kierunku równoleżników. W lecie ląd ogrzewa się znacznie więcej, niż morze, przeto powietrze nad lądem także ogrzewa się więcej, niż powietrze nad morzem; tworzy się tu „słup ciepłego powietrza"2). Wskutek tego ciśnienie nad lądem zmniejsza się, wytwarza się tu „minimum" ciśnienia. Naokoło niego musi wytworzyć się odpowiednia cyrkulacja „cykloniczna“. Na wschodniej stronie, którą nazwiemy „przednią", powstaną południowe, na zachodniej, którą nazwiemy „tylną" północne wiatry. Południowe wiatry przynoszą ciepłe, lżejsze powietrze do przedniej strony cyklonu. Z tej zatem strony „jezioro ciepłego powietrza" narasta, dziedzina niskiego ciśnienia rozszerza się; z przeciwnej, zachodniej strony, gdzie z północnymi wiatrami napływa zimne, ciężkie powietrze, jezioro to uszczupla się, dziedzina niskiego ciśnienia zmniejsza się. Jednym słowem cyklon przesuwa się na Wschód. Ponieważ zaś prędkość, z którą ciśnienie spada na wschodniej, względnie wzrasta na zachodniej stronie cyklonu zależy od siły wiatrów w cyrkulacji atmosferycznej, to powinniśmy wyjaśnić, jakie to są zaburzenia. Wszystkich wypowiedzianych w tej kwestii sądów i zdań powtarzać nie możemy, postaramy się tylko wyłożyć teorię F. M. Exner’a i A. Defanta . Teoria ta zupełnie jeszcze nowa, w szczegółach niezupełnie wypracowana, jednak godna dłuższej wzmianki. Gdyby cała ziemia była pokryta morzem, albo gładkim lądem, to możliwa byłaby taka cyrkulacja atmosferyczna, jaką wyobrażał sobie W. Ferrel : passaty i antypasaty w pasie równikowym i poza tern wielkie wiry dokoła biegunów z przeważającymi stałymi wiatrami zaś znowu zależy od różnicy temperatury pomiędzy równikiem i biegunami, więc możemy powiedzieć, że „wytwarzający się w lecie wskutek ogrzania lądu cyklon wędruje na Wschód wskutek obrotu ziemi i różnicy temperatury między równikiem a biegunami z prędkością przybliżenie wprost do tej ostatniej proporcjonalna. Podczas gdy cyklon wędruje na wschód, ląd jest w dalszym ciągu poddany insolacji. Zatem ta sama przyczyna, która wytworzyła cyklon, trwa dalej i naturalnie dąży do wytworzenia nowego cyklonu. Ale z początku, t. j. zaraz po zerwaniu się pierwszego cyklonu, ląd znajdujący się teraz na jego tyłach jest poddany zimnym północnym wiatrom i trzeba pewnego czasu, aby to zimne powietrze ogrzało się. Dopiero wtedy, gdy cyklon już znacznie oddali się, gdy wiejące na jego tyłach zimne wiatry osłabną, insolacja będzie mogła o tyle ogrzać ląd i znajdujące się nad nim powietrze, żeby wytworzyć nowe minimum ciśnienia, które naturalnie po pewnym czasie zerwie się tak samo, jak pierwsze i powędruje na Wschód. Po tym drugim nastąpi trzecie, po trzecie czwarte i t.d.W ten sposób wytwarza się nad lądem w pewnych, tylko bardzo równych odstępach czasu jeden cyklon po drugim, a wszystkie one dążą na Wschód. Północne wiatry wiejące na tyłach każdego cyklonu przynoszą zimne, ciężkie powietrze; a więc na tyłach każdego cyklonu wytwarza się "jezioro zimnego powietrza", któremu towarzyszy „maximum" ciśnienia, czyli tak zwany "antycyklon". Widzimy więc, że dzięki istnieniu kontynentu o szerokości l stopni na obracającemu się ciele niebieskiemu poddanemu insolacji wytwarza się system wędrujących na Wschód cyklonów i antycyklonów oraz połączonych z nimi okolic spadającego i wzrastającego ciśnienia. Szerokość tych ostatnich musi być średnio równa szerokości lądu l, a ponieważ ta znowu według założenia mieści się n razy w obwodzie ziemi, więc wytwarza się coś w rodzaju fal postępowych o długości 21, obchodzących ziemię od Zachodu na Wschód. Przejdźmy teraz od idealnego przypadku do realnych ziemskich stosunków. Insolacja wytwarza na lądach ziemskich takie same „jeziora ciepłego powietrza" jak na owym idealnym lądzie na idealnej ziemi. Prądy powietrzne naokoło „minimum", względnie naokoło „maximum" ciśnienia mają ten sam charakter i tak samo powodują przesuwanie się cyklonów i antycyklonów na Wschód; lecz z powodu nieregularnego kształtu kontynentów te utwory muszą być więcej nieregularne i więcej skomplikowane niż w poprzednio rozważanym idealnym przypadku. Wszakże jeżeli tylko przedstawiają jakąkolwiek analogię z falami postępowemu obchodzącemu ziemię dokoła, to muszą na tern samem miejscu powtarzać się w okresach czasu mniej więcej równych, a w tej samej chwili powtarzać się całkowitą ilość razy na obwodzie ziemi. Aby rozpoznać główne okresy, A. Defant rozpatruje deszcze w Australii i w Argentynie słusznie mniemając, że opady, jako ściśle związane z cyklonami, muszą wykazywać te same periody, co te ruchy atmosfery, które przenoszą cyklony i antycyklony z miejsca na miejsce. Okazało się, że w opadach argentyńskich można rozróżnić cztery periody obejmujące średnio po7.1, 12,0, 16,8 i 31,2 dni a w australijskich również cztery obejmujące po7.2, 12,1, 16,4 i 31,2 dni. Średnia (kątowa) prędkość postępowa między Argentyną i Australią okazała się mniej więcej jednakową dla wszystkich fal, mianowicie około 12° dziennie, co w danych szerokościach odpowiada prędkości linio-Antycyklony Antytezą cyklonów są antycyklony, t. j. maxima ciśnienia barometrycznego, okolice, gdzie ciśnienie jest większe, niż normalne. Towarzyszą im wiatry ani zbyt silne, ani zbyt regularne, wiejące dokoła maximum odwrotnie jak w cyklonach, t. j. na półkuli północnej za wskazówkami zegarka. Podczas gdy w cyklonach przeważają prądy wstępujące, konsekwencją których jest kondensacja i opady, w antycyklonach przeważają prądy zstępujące. Powietrze spływa tu powoli z góry na dół i potem dołem rozpływa się na boki. Gdy powietrze spływa z góry na dół, to ogrzewa się dynamicznie, staje się wskutek tego względnie suchsze, a więc kondensacji i opadów tu nie ma. Antycyklonom towarzyszy pogoda. Jednakże przy antycyklicznej pogodzie bywają suche mgły, z drugiej zaś strony nocne oziębienie wskutek promieniowania przy jasnemu niebie sprowadza ranne rosy i mgły dolne.Antycyklony są konieczną antytezą cyklonów. Jasną jest rzeczą, że jeżeli gdzieś na powierzchni ziemi istnieje okolica, w której ciśnienie opada, to musi być też gdzieś okolica, w której ciśnienie podnosi się. Jasnemu też jest, że jeżeli w pewnemu miejscu powietrze podnosi się w górę, to w innym miejscu musi spadać. Wynika stąd, że obok cyklonów koniecznie muszą tworzyć się antycyklony. Na naszej półkuli północnej antycyklony przenoszą się z miejsca na miejsce w bardzo nieregularny sposób. Naturalnie pomiędzy dwoma następującymi po sobie cyklonami wędruje grzbiet wyższego ciśnienia; ale ruch samego "maximum" ciśnienia może być i bywa zgoła różny od ruchu cyklonów i przegradzających je grzbietów wyższego ciśnienia; zależy on od całokształtu prądów atmosferycznych i odbywających się w nich zaburzeń. Odmienne stosunki panują w Australii na południe od 20° szerokości geograficznej. Tu właśnie antycyklony idą regularnie jeden zą drugim z Zachodu na Wschód zaś cyklony pojawiają się i wędrują nieregularnie. Pojedyncze antycyklony australijskie są odgrodzone jeden od drugiego dolinami niskiego ciśnienia, które dla pogody tamecznej odgrywają tę samą rolę, co w Europie lub Ameryce Północnej cyklony. Na mapach synoptycznych te doliny (depresje) zaznaczają się w charakterystyczny sposób przez wygięcia izobar w kształcie litery V. Stacjonarne Cyklony i AntycyklonyPowracamy do ogólnej cyrkulacji atmosferycznej, aby rozpatrzeć te jej cechy, które mają przeważne znaczenie dla pogody w Europie. Chodzi nam o tak zwane „stacjonarne cyklony i antycyklony, t. j. o pewne rozległe, bądź przez cały rok, bądź przez wiele miesięcy, na jedne miejscu trwające "minima" i "maxima" ciśnienia. Cyklony do stacjonarnych antycyklonów nie przenikają, obchodzą je, omijają. Stąd drogi cyklonów zależą w znacznej mierze od położenia stacjonarnych antycyklonów. Dla pogody w Europie ogromne znaczenie ma stałe maximum ciśnienia na oceanie Atlantyckim w pobliżu wysp Azorskich oraz stałe minimum około Islandii. Azorskie maximum jest w zimie nieco wyższe niż w lecie, ale za to mniej rozległe. W zimie przesuwa się ono ku północy, w lecie cofa się ku równikowi, ale bądź co bądź przez cały rok pozostaje w tej samej okolicy. Jest ono zależne od ogólnej cyrkulacji planetarnej, należy do tego pasa wysokich ciśnień , który w „końskich szerokościach stanowi północną granicę passatów i antypasatów naszej półkuli. Azorskie maximum panuje wspólnie z minimum islandzkim nad zachodnimi wiatrami, wiejącymi z oceanu Atlantyckiego do Europy. Islandzkie minimum zależy także od ogólnej cyrkulacji planetarnej, trwa wtedy także przez cały rok. Podlega ono znacznym corocznym zmianom: w lecie jest bardzo słabe, ledwo o kilka mm. niższe od normalnego ciśnienia, w zimie zaś głębokie (około 748 mm.). Nic w tym dziwnego, bo kontrasty temperatury między różnymi szerokościami oraz kontrast między temperaturą stosunkowo ciepłej wody morskiej i zimnego powietrza polarnego jest w zimie większy. Z drugiej strony widzieliśmy wyżej, że w zimie także maximum azorskie jest wyższe. Ostatecznie więc różnica ciśnienia między Azorami a Irlandia jest w zimie większa niż w lecie, a więc i gradient jest także większy. Wiatry nie dążą wprost od maximum azorskiego ku minimum islandzkiemu. Powtarza się tu na wielką skalę to, co widzimy w zwykłych cyklonach wędrownych. Wskutek obrotu ziemi wiatry zbaczają w prawo i dążą ku Wschodowi, lub ku Wschodowi północnemu, t. j. ku Europie północnej. Cyklony płyną z tym prądem i dlatego to droga najbardziej uczęszczana przez cyklony zimowe prowadzi w kierunku na NE przez Szkocję lub na północ od Szkocji i przez Skandynawię północną, albo przez Anglię południową, Danię i morze Bałtyckie. Im kontrast między maximum azorskim a minimum islandzkiemu w czasie danej zimy jest większy, tern silniejszymi są wiatry południowo-zachodnie wiejące w zimie w Europie północno-zachodniej, tern częstszymi i gwałtowniejszymi są cyklony, nawiedzające w zimie północno-zachodnie wybrzeża Europy i sąsiednie morza. Od nich to pochodzą straszne burze, szalejące u wybrzeży Szkocji, u wysp Hebrydzkicń i Orkney’skich i sięgające aż do Norwegii .Dla pogody w Europie mają też ogromne znaczenie średnio azjatyckie antycyklon zimowy i cyklon letni . Charakter zimy we wschodniej, a nawet środkowej Europie, w znacznej mierze zależy od wschodnich i północno-wschodnich wiatrów zimowych przychodzących z Azji środkowej i północnej. Im ciśnienie w zimowym antycyklonie azjatyckim jest większe, im tworzące go jezioro zimnego powietrza jest względniejsze i dalej w stronę Europy rozlane, tern zima w Europie wschodniej i środkowej jest ostrzejsza.