9. Вертикальные и горизонтальные движения воздуха. Ветры
Движение
воздуха
Вертикальное
(конвекция) Горизонтальное
(адвекция )
Воздушные массы-большой объем воздуха, в тропосфере соразмерный по площади материку или океану и обладающими общими свойствами среди которых t, влажность, запыленность.
Изменение погоды происходит из-за адвективных изменений.
На экваторе образуется глобальная зона низкого давления из-за того, что воздух поднялся и уменьшился.
При ветре воздух движется не равномерно, а толчками, порывами, особенно у поверхности Земли.
Различают 4 основных типа воздушных масс:
-арктические (антарктические),
- умеренные,
- тропические (мусоны,пассаты)
-экваториальные.
Каждый из этих четырех типов формируется над пространством суши и моря.
Арктический (антарктический) воздух формируется над ледяной поверхностью полярных широт; характеризуется низкими температурами, малым содержанием влаги, при этом морской арктический воздух более влажен, чем континентальный.
Умеренные воздушные массы формируются в умеренных широтах. Континентальные умеренные воздушные массы зимой сильно охлаждены. Они отличаются небольшим содержанием влаги. С вторжением континентальных воздушных масс устанавливается ясная морозная погода. Летом континентальный воздух сух и сильно нагрет. Морские воздушные массы умеренных широт влажные, умеренной температуры; зимой приносят оттепели, летом — пасмурную погоду и похолодание.
Тропические воздушные массы круглый год формируются в тропиках. Обычно морская их разновидность отличается высокой влажностью и температурой, а континентальная — запыленностью, сухостью и еще более высокой температурой.
Экваториальные воздушные массы образуются в экваториальной зоне. Движение Земли вокруг своей оси способствует перемещению воздушных масс то в Северное полушарие, то в Южное. Эти воздушные массы характеризуются высокой температурой и большой влажностью.
Ветер— поток воздух а в горизонтальном направлении. Ветер возникает и поддерживается при наличии разницы в давлении воздуха. Направление определяется в румбах или градусах и обозначается наименованием той части горизонта, откуда он дует.
Муссоны-сезонные ветра, дуют с океана на материк в зависимости от сезона. (Зимой-с суши на море, летом-с моря на сушу)
Пассаты-постоянные ветра, дующие от тропиков к экватору.
Местные ветры:
Бриз— тёплый ветер, дующий с берега на море ночью и с моря на берег днём; в первом случае называется береговым бризом, а во втором — морским.
Бора— холодный резкий ветер, дующий с гор на побережье или долину.
Фён — сильный тёплый и сухой ветер, дующий с гор на побережье или долину.
Баргузин — могучий байкальский ветер, дует главным образом в центральной части озера из Баргузинской долины поперёк и вдоль Байкала. Обычно предваряет устойчивую солнечную погоду
Мистраль-На средиземноморском побережье Франции холодный северо-западный ветер.
Сирокко — жаркий, сухой, пыльный южный и юго-восточный ветер из пустынь Северной Африки и Аравийского полуострова, возникающий в передней части циклона.
Самум - знойный сухой ветер в пустынях Северной Африки и Аравийского полуострова. Возникает самум при сильном прогреве земли и воздуха в циклонах и преимущественно при западных и юго-западных ветрах. Ветер несёт раскалённый песок и пыль и иногда сопровождается грозой.
Хамсин (араб. буквально пятьдесят) — сухой, изнуряюще жаркий ветер южных направлений на северо-востоке Африки и в странах Ближнего Востока. Возникает в передних частях циклонов, перемещающихся из пустынь Северной Африки, поэтому хамсин насыщен песком и пылью, что снижает видимость.
Чинук (англ. chinook, от названия индейского племени чинук) - юго-западный фён на восточных склонах Скалистых гор в Канаде и США, а также на прилегающих к ним участках прерий. Сопровождается очень быстрым, резким (иногда на 20—30°С) повышением температуры воздуха, что способствует усиленному таянию снегов, ускорению созревания плодов и т. п. Чинук наблюдается во все сезоны года, но особенно часто зимой.
Движение воздуха в горизонтальном направлении называется ветром. Причиной возникновения ветра является неравномерное распределение давления воздуха на поверхность Земли, которое вызвано неравномерным распределением температуры. При этом воздушный поток движется от мест с большим давлением в сторону, где давление меньше.
СТОКОВЫЕ ВЕТРЫ — движение переохлажденного, а значит, утяжеленного воздуха под действием силы тяжести с возвышенностей в понижения, в том числе с поверхности ледниковых покровов (Антарктида, Гренландия) к более теплым океанам.(боры, ледниковые ветры)
10. Понятие воздушной массы. Атмосферные фронты
Воздушные массы — большие объёмы воздуха в нижней части земной атмосферы — тропосфере, имеющие горизонтальные размеры во много сотен или несколько тысяч километров и вертикальные размеры в несколько километров, характеризующиеся примерной однородностью температуры и влагосодержания по горизонтали.
Различные воздушные массы, господствующие над Северным полушарием
Однородность свойств воздушной массы достигается формированием её над однородной подстилающей поверхностью в сходных условиях теплового и радиационного баланса.
Кроме того, необходимы такие циркуляционные условия, при которых воздушная масса длительно циркулировала бы в регионе формирования. Значения метеорологических элементов в пределах воздушной массы меняются незначительно — горизонтальные градиенты малы. Резкое возрастание градиентов метеорологических величин, или, по крайней мере, изменение величины и направления градиентов происходит в переходной зоне между двумя воздушными массами — зоне атмосферного фронта.
Объекты, возникающие в тропосфере в результате взаимодействия воздушных масс — переходные зоны (фронтальные поверхности), фронтальные облачные системы облачности и осадков, циклонические возмущения, имеют тот же порядок величины, что и сами воздушные массы — сравнимы по площади с большими частями материков или океанов, время их существования — более 2-х суток.
Очагами формирования воздушных масс обычно бывают регионы, где воздух опускается, а затем распространяется в горизонтальном направлении — этому требованию отвечают антициклонические системы. Антициклоны чаще, чем циклоны, бывают малоподвижными, поэтому формирование воздушных масс обычно и происходит в обширных малоподвижных (квазистационарных) антициклонах. Кроме того, требованиям очага отвечают малоподвижные и размытые термические депрессии, возникающие над нагретыми участками суши. Наконец, формирование полярного воздуха происходит частично в верхних слоях атмосферы в малоподвижных, обширных и глубоких центральных циклонах в высоких широтах. В этих барических системах происходит трансформация (превращение) тропического воздуха, втянутого в высокие широты в верхних слоях тропосферы, в умеренный воздух.
Воздушные массы классифицируют, прежде всего, по очагам их формирования в зависимости от расположения в одном из широтных поясов. Согласно географической классификации, воздушные массы можно подразделить на основные географические типы по тем широтным зонам, в которых располагаются их очаги :Арктический или антарктический воздух (АВ),Умеренный воздух (УВ),Тропический воздух (ТВ),Экваториальный воздух (ЭВ).
Данные воздушные массы, кроме того, можно подразделять на морские (м) и континентальные (к).
Как показывает практика, поскольку умеренная воздушная масса имеет значительную меридиональную протяжённость (в СНГ примерно от 45-48° до 60-65° северной широты), её термические (и другие) свойства значительно различаются в северной и в южной частях этой обширной географической зоны, поэтому правильнее подразделить умеренную ВМ на две самостоятельные — северную умеренную (СУВ) и южную умеренную (ЮУВ).
Трансформация воздушных масс
При перемещении воздушная масса начинает изменять свои свойства — они уже будут зависеть не только от свойств очага формирования, но и от свойств соседних воздушных масс, от свойств подстилающей поверхности, над которой проходит воздушная масса, а также от длительности времени, прошедшего с момента образования воздушной массы. Эти влияния могут вызвать изменения в содержании влаги в воздухе, а также изменение температуры воздуха в результате высвобождения скрытой теплоты или теплообмена с подстилающей поверхностью.
Процесс изменения свойств воздушной массы называется трансформацией или эволюцией. Трансформация, связанная с движением воздушной массы, называется динамической. Скорости перемещения воздушной массы на разных высотах будут различными, наличие сдвига скоростей вызывает турбулентное перемешивание. Если нижние слои воздуха нагреваются, то возникает неустойчивость и развивается конвективное перемешивание. Обычно процесс трансформации воздушной массы продолжается от 3 до 7 суток. Признаком его окончания является прекращение существенных изменений температуры воздуха день ото дня как вблизи земной поверхности, так и на высотах.
Термодинамическая классификация воздушных масс
Тёплой (холодной) называют воздушную массу, которая теплее (холоднее) окружающей её среды и в данном районе постепенно охлаждается (нагревается), стремясь приблизиться к тепловому равновесию. Под окружающей средой здесь понимается характер подстилающей поверхности, её тепловое состояние, а также соседние воздушные массы.
Чтобы определить, охлаждается или прогревается воздушная масса в данном районе, следует в течение несколько дней сравнивать Тмакс (максимальную дневную приземную температуру воздуха) или Т850 (температуру воздуха на уровне 850 гПа, около 1,5 км над уровнем моря).
Местной (нейтральной) воздушной массой называют массу, находящуюся в тепловом равновесии со своей средой, то есть день за днем сохраняющую свои свойства без существенных изменений (Тмакс день ото дня изменяется не более чем на 1…2°). Таким образом, трансформирующаяся воздушная масса может быть и тёплой, и холодной, а по завершении трансформации она становится местной.
На карте АТ-850 холодной воздушной массе соответствует ложбина или замкнутая область холода (очаг холода), тёплой — гребень или очаг тепла. Воздушная масса может характеризоваться как неустойчивым, так и устойчивым равновесием. Данное разделение воздушных масс учитывает один из важнейших результатов теплового обмена — вертикальное распределение температуры воздуха и соответствующий ему вид вертикального равновесия. С устойчивыми (УВМ) и неустойчивыми (НВМ) воздушными массами связаны определённые условия погоды. Нейтральные (местные) воздушные массы в любой сезон могут быть как устойчивыми, так и неустойчивыми в зависимости от начальных свойств и направления трансформации той воздушной массы, из которой образовалась данная воздушная масса.
Устойчивость
Устойчивой называют воздушную массу, в которой преобладает устойчивое вертикальное равновесие, то есть в основной её толще вертикальный температурный градиент меньше влажноадиабатического. Термическая конвекция в УВМ не развивается, а динамическая развита слабо. Среднее значение вертикального температурного градиента в УВМ обычно меньше 0,6°/100 м. Здесь встречаются слои инверсии и изотермии (задерживающие слои). В УВМ могут возникать облака турбулентного обмена — слоистые и слоисто-кучевые. Если же уровень конденсации лежит выше верхней границы турбулентного слоя, то наблюдается ясная погода. Значительных осадков в УВМ не наблюдается, из слоистых облаков, достигших значительной вертикальной мощности, в ряде случаев могут выпадать моросящие осадки, а из слоисто-кучевых зимой — слабый снег. Благодаря слабому вертикальному обмену, в УВМ обычно наблюдаются дымки, а в ряде случаев и туманы.
Тёплая устойчивая воздушная масса над материками наблюдается, как правило, в холодную половину года, и поступает в данный регион в тёплых секторах циклонов и примыкающих к ним северных окраинах антициклонов. В отдельных случаях вертикальная мощность слоистых облаков возрастает настолько, что они превращаются в слоисто-дождевые и начинают давать обложные осадки. Вертикальное распределение температуры воздуха представлено слоями инверсии и изотермии, либо малых температурных градиентов до высоты 3-4 км.
Холодная устойчивая воздушная масса наблюдается над материками, в основном, зимой. Основной тип — морозная безоблачная погода, иногда с радиационными туманами. Дополнительный тип — значительная и сплошная слоистая и слоисто-кучевая облачность, иногда слабые снегопады.
Неустойчивость
Неустойчивой (НВМ) называется воздушная масса, в основной толще которой преобладает влажнонеустойчивая стратификация, что при достаточной влажности приводит к формированию конвективных облаков. Для НВМ характерны кучевые и кучево-дождевые облака, зимой — слоисто-кучевые с отдельными плоскими кучево-дождевыми. Приземная скорость ветра в неустойчивой воздушной массе при одной и той же величине барического градиента больше, чем в устойчивой. Ветер часто бывает порывистым, а при прохождении кучево-дождевых облаков порой наблюдаются шквалы. Наиболее ярко неустойчивость проявляется в образовании развитых кучево-дождевых облаков, выпадении ливневых осадков, развитии гроз. Чем больше неустойчивость воздушной массы, тем больших высот достигает верхняя граница кучево-дождевой облачности.
Тёплая неустойчивая воздушная масса над материками наблюдается летом, вблизи побережий морей может наблюдаться и зимой. Тёплая воздушная масса может быть неустойчивой в тёплых секторах циклонов и на западной периферии антициклонов: наблюдается кучевая облачность, иногда кучево-дождевая с ливневыми осадками и грозами, порой с радиационными туманами (преимущественно после выпадения дождя и ночного прояснения). Вертикальный температурный градиент в значительном слое атмосферы больше влажноадиабатического.
Холодная неустойчивая воздушная масса наблюдается в тыловых частях циклонов за холодными фронтами и частично в примыкающих к ним окраинам антициклонов: наблюдается кучевая, кучево-дождевая облачность, ливневые осадки, часто многократно повторяющиеся, иногда днем грозы. Суточный ход метеорологических элементов велик. Холодная неустойчивая воздушная масса особенно характерно проявляется весной — «апрельская погода», когда в северной зоне умеренных широт ещё лежит снег, а в южной зоне почва уже заметно прогрелась.
Особенно велико влияние на устойчивость воздушной массы свойств подстилающей поверхности. Если воздушная масса теплее подстилающей поверхности, то в приземном слое она охлаждается. У Земли температуры воздуха могут стать ниже, чем на более высоких уровнях. В этом случае в атмосфере могут образоваться задерживающие слои. Воздушная масса становится устойчивой, по крайней мере, в нижнем слое атмосферы. Если воздушная масса холоднее подстилающей поверхности, то в приземном слое она прогревается, увеличиваются контрасты температуры между нижними слоями атмосферы и вышележащими и создаются благоприятные условия для развития конвекции: воздушная масса становится неустойчивой.
Атмосфе́рный фронт, фронты тропосферные — переходная зона в тропосфере между смежными воздушными массами с разными физическими свойствами.
Атмосферный фронт возникает при сближении и встрече масс холодного и тёплого воздуха в нижних слоях атмосферы или во всей тропосфере, охватывая слой мощностью до нескольких километров, с образованием между ними наклонной поверхности раздела.
Различают тёплые фронты,холодные фронты,фронты окклюзии,стационарные фронты.
Основными атмосферными фронтами являются: арктические,полярные,тропические.
Если бы воздушные массы были неподвижны, поверхность атмосферного фронта была бы горизонтальной, с холодным воздухом внизу и тёплым над ним, но поскольку обе массы движутся, она располагается наклонно к земной поверхности, причём холодный воздух лежит в виде очень пологого клина под тёплым.
Зона атмосферного фронта очень узка по сравнению с разделяемыми ею воздушными массами, поэтому для целей теоретического исследования её приближённо рассматривают как поверхность раздела двух воздушных масс разной температуры и называемой фронтальной поверхностью. По этой причине на синоптических картах фронты изображают в виде линии (линия фронта). В пересечении с земной поверхностью зона фронты имеет ширину порядка десятков километров, горизонтальные же размеры самих воздушных масс — порядка тысяч километров.
При сближении воздушных масс, имеющих различные характеристики, в зоне между ними увеличиваются горизонтальные градиенты температуры воздуха, влажности, давления, возрастает скорость ветра. Наоборот, при удалении воздушных масс друг от друга градиенты метеорологических величин и скорости ветра уменьшаются. Переходные зоны в тропосфере, в которых происходит сближение воздушных масс с различными характеристиками, называются фронтальными зонами.
В горизонтальном направлении протяжённость фронтов, как и воздушных масс, имеет тысячи километров, по вертикали — около 5 км, ширина фронтальной зоны у поверхности Земли — порядка сотни километров, на высотах — несколько сотен километров. Фронтальные зоны характеризуются значительными изменениями температуры воздуха и влажности, направлений ветра вдоль горизонтальной поверхности, как на уровне Земли, так и выше.
Проекция фронтальной поверхности на приземную синоптическую карту называется атмосферным фронтом, на карты барической топографии — высотной фронтальной зоной (ВФЗ).
«Фронтальная поверхность» — это поверхность или зона перехода, разделяющая воздушные массы с различными свойствами, в том числе, различной плотностью воздуха. Непрерывность давления накладывает определённые условия на пространственную ориентацию фронтальной поверхности. При отсутствии движения любой разрыв в поле плотностей (или зона быстрого перехода из одной воздушной массы в другую) должен быть горизонтальным. При наличии движения поверхность перехода становится наклонной, при этом более плотный воздух (холодный) образует клин под менее плотным (тёплым), а тёплый воздух совершает восходящее скольжение вдоль этого клина.
Толщина фронтальной поверхности по вертикали очень мала — несколько сотен метров, это гораздо меньше, чем ширина воздушных масс, которые она разделяет. В пределах тропосферы одна воздушная масса перекрывает другую. Ширина зоны фронта на картах погоды составляет несколько десятков километров, но при анализе синоптических карт фронт проводят в виде одной линии. Лишь на вертикальных разрезах атмосферы крупного масштаба удается выявить верхнюю и нижнюю границы переходного слоя.
На фронтах большое развитие получают восходящие движения воздуха, поэтому вблизи фронтов имеются благоприятные условия для образования облаков и выпадения осадков. Их появлению способствует, во-первых, сходимость ветра к линии фронта в приземном слое. Кроме того, в системе фронтов происходит подъём тёплого воздуха (восходящее скольжение) по клину холодного воздуха. Восходящие движения воздуха возникают и вследствие разности скоростей зафронтального и предфронтального воздуха, то есть когда зафронтальный воздух движется быстрее, чем предфронтальный. Подъём воздуха происходит на тех участках фронта, где наблюдается нестационарность движения. Восходящим движениям на ранней стадии развития циклона способствует также динамическое падение давления. При подъёме воздуха происходит его адиабатическое охлаждение, формирование облачности и осадков.
Хорошо выраженный фронт имеет высоту несколько километров, чаще всего — 3-5 км. С основными фронтами связаны продолжительные и обильные осадки; в системе вторичных фронтов процессы облакообразования выражены слабее, осадки кратковременны и не всегда достигают Земли.
В приземном слое вследствие сходимости воздушных потоков к оси барических ложбин здесь создаются наибольшие контрасты температуры воздуха — поэтому фронты у Земли располагаются именно вдоль осей барических ложбин. Фронты не могут располагаться вдоль осей барических гребней, где имеет место расходимость воздушных потоков, а могут лишь пересекать ось гребня под большим углом.
С высотой контрасты температур на оси барической ложбины уменьшаются — ось ложбины смещается в сторону более низких температур воздуха и стремится совместиться с осью термической ложбины, где контрасты температуры минимальны. Так с высотой фронт постепенно отходит от оси барической ложбины на её периферию, туда, где создаются наибольшие контрасты.
Подстилающая поверхность оказывает значительное влияние на перемещение и свойства фронтов. В пределах нижних сотен метров влияние трения приводит к деформации профиля фронта. Неравномерность трения, связанная с различием в характере подстилающей поверхности, также приводит к деформации профиля фронта, особенно в условиях сложного рельефа. Орографические препятствия могут влиять на перемещение фронтов и вызывать как деформации самих фронтов, так и изменения связанных с ними эффектов, или создавать новые эффекты. Переваливание фронтов через горные препятствия отражается на процессах облако- и осадкообразования. Воздух вообще стремится обтекать препятствия в горизонтальном направлении, так как при этом происходит наименьшая затрата энергии. В том случае, если воздух стратифицирован неустойчиво, он частично перетекает через хребет, особенно в центральной его части. Это перетекание в десятки раз менее интенсивно, чем боковое обтекание. Кроме того, оно имеет резко турбулентный характер, благодаря сильному трению в условиях горного рельефа.
Фронт, пересекающий горный хребет, частично разрушается, линия фронта приобретает «извилистый» характер. Даже низкие препятствия частично будут обтекаться горизонтально, а при устойчивой стратификации и высоких препятствиях единственно возможное перетекание — горизонтальное. При приближении холодного фронта к хребту происходит восходящее движение тёплого воздуха, который оказывается «зажатым» между клином холодного воздуха и хребтом, усиливаются процессы облако- и осадкообразования перед фронтом. Ветер перед фронтом также усиливается, так как сближаются линии тока в тёплом воздухе, между холодным фронтом и хребтом.
11.Циклоны и антициклоны
Циклоны. Циклон зарождается как область пониженного давления на границе двух масс воздуха разной температуры. Обычно это волновое возмущение на фронтальной поверхности. При длине более 1000 км волна становится неустойчивой и говорят, что циклон «углубляется»: между холодным и теплым фронтами образуется сектор теплого воздуха языкообразной формы. При дальнейшем развитии холодный фронт, движущийся быстрее теплого, нагоняет его; смыкание теплого и холодного фронтов ликвидирует теплый сектор, образуя фронт окклюзии.
Диаметр циклона колеблется от нескольких сот до 5000 км; средняя скорость перемещения 30—60 км/ч. Внимательные наблюдения за облачностью, ветром, изменениями атмосферного давления и температуры воздуха позволяют делать важные для мореплавания выводы:
если отдельные небольшие кучевые облака движутся в том же направлении, как и ветер внизу, наблюдатель находится в задней стороне циклона и можно ожидать улучшения погоды;
если направление движения облаков не совпадает с направлением ветра внизу, наблюдатель находится в передней части циклона и через один-два дня следует ожидать продолжительных осадков и изменения температуры (понижение ее летом и повышение зимой);
если ветер усиливается и направление его изменяется по солнцу, наблюдатель северного полушария (южного полушария) находится в правой (левой) половине циклона; если, направление усиливающегося ветра изменяется против солнца, следует сделать обратное заключение;
если направление ветра не меняется, наблюдатель находится на пути центра циклона и следует ожидать временного затишья, а затем усиления ветра с противоположной стороны.
Тропические циклоны. В отличие от зарождающихся в умеренных широтах циклонов, циклонические возмущения, возникающие между тропиками, называются тропическими циклонами. В Вест- Индии они называются ураганами; к востоку от Азии — тайфунами; в Индийском океане —циклонами; в южной части Индийского океана — арканами. Тропические циклоны обычно менее 100—300 миль в поперечнике с диаметром центральной части 20—30 миль. Барический градиент в тропическом циклоне порой превышает 40 мб, а скорость ветра достигает 100 км/час, причем эти показатели, в отличие от циклонов умеренных широт, сохраняются практически во всей области урагана (тайфуна и т. Д.).
Одним из признаков приближения тайфуна является появление зыби, идущей не от того направления, от которого дует или дул ранее ветер. Развиваемая ветром зыбь может быть обнаружена уже на расстоянии 400—600 миль от центра тайфуна. По направлению зыби можно судить о положении центра тайфуна, а по изменению этого направления — о направлении его движения.
При приближении центра тайфуна атмосферное давление резко падает, перистые облака сменяются нагромождением ливневых облаков; наступает предгрозовое затишье с удушливой жарой. Затем температура воздуха быстро падает, начинается дождь, переходящий в тропический ливень.
Упрощенная схема тропического циклона для северного полушария приведена на рис. 114. Как видно из рисунка, ветры в области тайфуна отклонены от направления на его центр вправо в среднем на 60°. Следовательно, для наблюдателя, стоящего спиной к ветру, центр тайфуна будет находиться впереди, приблизительно на 60° влево от направления ветра. При приближении к центру тайфуна угол отклонения ветра от радиуса увеличивается и достигает 90° в непосредственной близости к центру. В центре тайфуна наблюдаются слабые ветры и даже штиль при бурном море. После прохождения центра тайфуна («глаз бури») ветер очень быстро усиливается до ураганного. Сила ветра 12 баллов сохраняется на расстоянии 30—35 миль от центра и более. За- тем она постепенно слабеет. Так, на расстоянии от центра тайфуна в 50—75 миль сила ветра равна 10 баллам; на расстоянии 100— 150 миль — 8—9 баллам. И только на расстоянии 200—250 миль сила ветра снижается до 6—7 баллов. Пользуясь макетом тропического циклона, нетрудно установить положение судна относительно пути движения центра тропического циклона: если направление ветра меняется по часовой стрелке, то через судно проходит правая половина циклона; если направление ветра меняется против часовой стрелки — левая половина; если направление ветра не меняется — центр циклона. Таким образом, для выбора правильного курса при встрече тропического цикло на необходимо руководствоваться следующими правилами:
Антициклоны — области повышенного атмосферного давления бывают, как и циклоны, стационарными и подвижными.
Антициклон, проникший с севера, в холодное время года приносит понижение температуры, ясную погоду и хорошую видимость; в теплое время года —грозы, Антициклон, приходящий с юга, в холодное время года несет длительную пасмурную погоду; в теплое — дожди с грозами, а по ночам — росу и поземные туманы. Явным признаком антициклонической погоды является резкий суточный ход температуры воздуха, влажности и других метеоэлементов
12. Общая циркуляция атмосферы ( модель)
Общая циркуляция атмосферы
Воздушные массы в атмосфере отличаются друг от друга по свойствам, поэтому они неизбежно начинают перемещаться в горизонтальном и вертикальном направ лении. Причиной их перемещения является неравномер ный нагрев Земли и, как следствие, разность атмосферного давления. Она действует как сила, вызывающая движение воздуха. Все разнообразные движения воздуха в атмосфере нашей планеты получили название общей циркуляции атмосферы. Если бы ее не было, то на экваторе среднего довая температура была бы на 13° выше, а на широтах 70-80° — на 23° ниже, чем в настоящее время.
Общая циркуляция атмосферы — важнейший климатообразующый фактор, от которого зависит погода каждо го региона. Воздушные массы в своем движении отклоня ются. Причиной этого является вращение Земли вокруг собственной оси.
Главные закономерности общей циркуляции атмо сферы постоянны: в нижней части стратосферы струйные течения воздуха в умеренных и субтропических широтах преимущественно западные, а в тропических — восточ ные, и идут они со скоростью до 150 метров в секунду. В нижней тропосфере преобладающие направления перено са воздуха различают по географическим поясам. В поляр ных широтах — восточные ветры; в умеренных — западные с циклонами и антициклонами, в тропических широтах наиболее устойчивы пассаты и муссоны.
В связи с разнообразием подстилающей поверхности в общей циркуляции атмосферы могут возникать район ные отклонения — местные ветры.
13. Климат. Классификация климатов
Климат — многолетний режим погоды, типичный для данного района Земли, как бы средняя погода за много лет. Термин «климат» был введен в научный оборот 2200 лет назад древнегреческим астрономом Гиппархом и означает по-гречески «наклон» («klimatos»). Ученый имел в виду наклон земной поверхности к солнечным лучам, различие которого от экватора к полюсу уже тогда считалось главной причиной различий погоды в низких и высоких широтах. Позднее климатом назвали среднее состояние атмосферы в определенном районе Земли, которое характеризуется чертами, практически неизменными на протяжении одного поколения, то есть порядка 30-40 лет. К таким чертам относятся амплитуда колебания температур, атмосферное давление, атмосферная циркуляция.
Различают макроклимат и микроклимат:
Макроклимат (греч makros — большой) — климат крупнейших территорий, это климат Земли в целом, климатических поясов, а также крупных регионов суши и акваторий океанов или морей. В макроклимате определяется уровень солнечной радиации и закономерности атмосферной циркуляции;
Микроклимат (греч. mikros — маленький) — часть местного климата. Микроклимат в основном зависит от рельефа, лесных насаждений, различий в увлажнении почвогрунтов, весенне-осенних заморозков, сроков таяния снега и льда на водоемах. Учет микроклимата имеет существенное значение для размещения сельскохозяйственных культур, для строительства городов, прокладки дорог, для любой хозяйственной деятельности человека, а также для его здоровья.
Описание климата составляется по наблюдениям о погоде за много лет. Оно включает средние многолетние показатели температуры и количество осадков по месяцам, сведения о ветрах, облачности, повторяемости различных типов погоды. Но описание климата будет неполным, если в нем не даны отклонения от средних показателей. Обычно в описание включают сведения о самых высоких и самых низких температурах, о самом большом и малом количестве осадков за все время наблюдений.
Климат Земли изменяется не только в пространстве, но и во времени. Огромное количество фактов по данной проблеме дает палеоклиматология — наука о древних климатах. Исследования показали, что геологическое прошлое Земли — чередование эпох морей и эпох суши. Это чередование связано с медленными колебаниями земной коры, во время которых площадь океана то сокращалась, то увеличивалась. В эпоху увеличения площади Мирового океана солнечные лучи поглощаются водой и нагревают Землю, от которой нагревается и атмосфера. Общее потепление неизбежно вызовет распространение теплолюбивых растений и животных. Распространение теплого климата «вечной весны» в эпоху моря объясняется также и повышением концентрации С02, что вызывает явление парникового эффекта. Благодаря ему усиливается потепление.
При наступлении эпохи суши картина меняется. Это связано с тем, что суша, в отличие от воды, больше отражает солнечные лучи, а значит, слабее нагревается. Это приводит к меньшему прогреву атмосферы, и неизбежно климат станет холоднее.
Многие ученые считают космос одной из важных причин колебания климата Земли. Приводятся, например, достаточно веские доказательства солнечно-земных связей. С увеличением активности Солнца связаны изменения солнечной радиации, возрастает повторяемость циклонов. Уменьшение солнечной активности может привести к засухам.
Классификация климатов Кёппена — одна из наиболее распространённых систем классификации типов климата. Была разработана немецким климатологом Владимиром Петровичем Кёппеном в 1900 (с некоторыми дальнейшими, сделанными им самим, изменениями в 1918 и 1936). Она основывается на концепции, в соответствии с которой наилучшим критерием типа климата является то, какие растения растут на данной территории в естественных условиях.
Классификация климатов, основанная на учете режима температуры и осадков. Намечается 5 типов климатических зон, именно: А — влажная тропическая зона без зимы; В — две сухие зоны, по одной в каждом полушарии; С — две умеренно теплые зоны без регулярного снежного покрова; D — две зоны бореального климата на материках с резко выраженными границами зимой и летом; Ε — две полярные области снежного климата. Границы между зонами проводятся по определенным изотермам самого холодного и самого теплого месяцев и по соотношению средней годовой температуры и годового количества осадков при учете годового хода осадков. Внутри зон типов А, С и D различаются климаты с сухой зимой (w), сухим летом (s) и равномерно влажные (f). Сухие климаты по соотношению осадков и температуры делятся на климаты степей (BS) и климаты пустынь (BW), полярные климаты — на климат тундры (ЕТ) и климат вечного (постоянного) мороза (EF).
Таким образом, получается 11 основных типов климата (см. ниже). Для дальнейшей детализации вводятся 23 дополнительных признака и соответствующие индексы (а, b, c, d и т. д.), основанные на деталях в режиме температуры и осадков. Многие типы климатов по К. К. К. известны под названиями, связанными с характерной для данного типа растительностью.
13. Климат. Классификация климатов
Климат — многолетний режим погоды, типичный для данного района Земли, как бы средняя погода за много лет. Термин «климат» был введен в научный оборот 2200 лет назад древнегреческим астрономом Гиппархом и означает по-гречески «наклон» («klimatos»). Ученый имел в виду наклон земной поверхности к солнечным лучам, различие которого от экватора к полюсу уже тогда считалось главной причиной различий погоды в низких и высоких широтах. Позднее климатом назвали среднее состояние атмосферы в определенном районе Земли, которое характеризуется чертами, практически неизменными на протяжении одного поколения, то есть порядка 30-40 лет. К таким чертам относятся амплитуда колебания температур, атмосферное давление, атмосферная циркуляция.
Различают макроклимат и микроклимат:
Макроклимат (греч makros — большой) — климат крупнейших территорий, это климат Земли в целом, климатических поясов, а также крупных регионов суши и акваторий океанов или морей. В макроклимате определяется уровень солнечной радиации и закономерности атмосферной циркуляции;
Микроклимат (греч. mikros — маленький) — часть местного климата. Микроклимат в основном зависит от рельефа, лесных насаждений, различий в увлажнении почвогрунтов, весенне-осенних заморозков, сроков таяния снега и льда на водоемах. Учет микроклимата имеет существенное значение для размещения сельскохозяйственных культур, для строительства городов, прокладки дорог, для любой хозяйственной деятельности человека, а также для его здоровья.
Описание климата составляется по наблюдениям о погоде за много лет. Оно включает средние многолетние показатели температуры и количество осадков по месяцам, сведения о ветрах, облачности, повторяемости различных типов погоды. Но описание климата будет неполным, если в нем не даны отклонения от средних показателей. Обычно в описание включают сведения о самых высоких и самых низких температурах, о самом большом и малом количестве осадков за все время наблюдений.
Климат Земли изменяется не только в пространстве, но и во времени. Огромное количество фактов по данной проблеме дает палеоклиматология — наука о древних климатах. Исследования показали, что геологическое прошлое Земли — чередование эпох морей и эпох суши. Это чередование связано с медленными колебаниями земной коры, во время которых площадь океана то сокращалась, то увеличивалась. В эпоху увеличения площади Мирового океана солнечные лучи поглощаются водой и нагревают Землю, от которой нагревается и атмосфера. Общее потепление неизбежно вызовет распространение теплолюбивых растений и животных. Распространение теплого климата «вечной весны» в эпоху моря объясняется также и повышением концентрации С02, что вызывает явление парникового эффекта. Благодаря ему усиливается потепление.
При наступлении эпохи суши картина меняется. Это связано с тем, что суша, в отличие от воды, больше отражает солнечные лучи, а значит, слабее нагревается. Это приводит к меньшему прогреву атмосферы, и неизбежно климат станет холоднее.
Многие ученые считают космос одной из важных причин колебания климата Земли. Приводятся, например, достаточно веские доказательства солнечно-земных связей. С увеличением активности Солнца связаны изменения солнечной радиации, возрастает повторяемость циклонов. Уменьшение солнечной активности может привести к засухам.
Классификация климатов Кёппена — одна из наиболее распространённых систем классификации типов климата. Была разработана немецким климатологом Владимиром Петровичем Кёппеном в 1900 (с некоторыми дальнейшими, сделанными им самим, изменениями в 1918 и 1936). Она основывается на концепции, в соответствии с которой наилучшим критерием типа климата является то, какие растения растут на данной территории в естественных условиях.
Классификация климатов, основанная на учете режима температуры и осадков. Намечается 5 типов климатических зон, именно: А — влажная тропическая зона без зимы; В — две сухие зоны, по одной в каждом полушарии; С — две умеренно теплые зоны без регулярного снежного покрова; D — две зоны бореального климата на материках с резко выраженными границами зимой и летом; Ε — две полярные области снежного климата. Границы между зонами проводятся по определенным изотермам самого холодного и самого теплого месяцев и по соотношению средней годовой температуры и годового количества осадков при учете годового хода осадков. Внутри зон типов А, С и D различаются климаты с сухой зимой (w), сухим летом (s) и равномерно влажные (f). Сухие климаты по соотношению осадков и температуры делятся на климаты степей (BS) и климаты пустынь (BW), полярные климаты — на климат тундры (ЕТ) и климат вечного (постоянного) мороза (EF).
Таким образом, получается 11 основных типов климата (см. ниже). Для дальнейшей детализации вводятся 23 дополнительных признака и соответствующие индексы (а, b, c, d и т. д.), основанные на деталях в режиме температуры и осадков. Многие типы климатов по К. К. К. известны под названиями, связанными с характерной для данного типа растительностью.
14.Муссоны. Муссонный климат (особенности и зоны распространения)
Переменные ветры (воздушные течения) — это муссоны (араб, мавсим — время года). Это ветры, которые меняют свое направление два раза в год: летом они дуют с моря на сушу, зимой — с суши на море. Причина изменения направления заключается в том, что зимой и летом над сушей и морем устанавливается разное давление, а ветер всегда дует из области высокого давления в область низкого давления. Летом материк нагревается сильнее (поскольку земля нагревается быстрее, чем вода). От материка нагревается воздух, он расширяется, становится легким и поднимается вверх, поэтому над землей устанавливается область низкого давления. Океан нагревается медленнее, над ним устанавливается область высокого давления, и ветер начинает дуть с океана на сушу. Он приносит не очень жаркий, но насыщенный влагой воздух, из которого выпадают осадки. Зимой материк остывает значительно быстрее, чем океан, и над ним устанавливается область высокого давления. Над океаном же формируется область низкого давления. Зимний муссон дует с материка на океан и несет холодный, сухой воздух. Климат Дальнего Востока России находится в большой зависимости от муссонной циркуляции.
Постоянные и переменные ветры — воздушные течения — входят в общую систему атмосферной циркуляции.
Муссонный климат климат области, в которой основным механизмом циркуляции атмосферы являются муссоны. Характерный признак муссонного климата – наличие ярко выраженных сухого и влажного сезонов с преобладанием господствующих ветров противоположных направлений. В умеренных широтах для муссонного климата типичны сухая зима и влажное, дождливое лето. В тропиках в областях муссонного климата сухой и влажный сезон обычно также совпадает с зимой и летом данного полушария, однако не сопровождается таким резким контрастом тем-ры; более того, сухой сезон нередко бывает жарче влажного. Примеры областей муссонного климата: в тропиках – п-ов Индостан, Зап. Африка; вне тропиков – вост. побережья континентов, в частности Дальний Восток, вост. побережье США и т. д.
15.Основные типы воздушных масс. Климатические пояса.
Воздушная масса — большие объемы воздуха тропосферы, обладающие однородными свойствами. В зависимости от места формирования выделяют четыре типа воздушных масс: экваториальные, тропические, умеренные, арктические/антарктические.
Воздушные массы определяют размещение климатических поясов:
- основные климатические пояса (арктический/антарктический, умеренные, тропические, экваториальный) характеризуются господством в течение всего года одноименных воздушных масс;
- переходные климатические пояса (субарктический/субантарктический, субтропические и субэкваториальные) характеризуются сезонной сменой воздушных масс соседних климатических поясов.
Климатические пояса — обширные, достаточно однородные в климатическом отношении области земного шара, имеющие характер широтных или субширотных сплошных или прерывистых полос, отличающихся друг от друга:
- интенсивностью нагревания солнечными лучами;
- особенностями общей циркуляции атмосферы.
Для знакомства с размещением климатических поясов на Земле и их особенностями рассмотрите карту климатических поясов и областей в географических атласах .
Обычно воздушная масса перемещается в направлении основного воздушного течения на высотах и отделяется от соседних воздушных масс атмосферными фронтами.
Атмосферный фронт — переходная зона в тропосфере между смежными воздушными массами с разными физическими свойствами.
Атмосферный фронт возникает при сближении и встрече масс холодного и теплого воздуха в нижних слоях атмосферы или во всей тропосфере, охватывая слой мощностью до нескольких километров, с образованием между ними наклонной поверхности раздела. Атмосферный фронт может находиться в стационарном состоянии или в движении.
Различают теплые, холодные фронты, а также фронты окклюзии. Основными атмосферными фронтами являются арктические, полярные и тропические.
16.Характеристика экваториального, субэкваториального и тропического поясов. (температура, режим выпадения осадков, сезонность)
ЭКВАТОРИАЛЬНЫЙ ПОЯС (лат. aequator — уравнитель) — географический (природный) пояс, тянущийся вдоль экватора с некоторым смещением к югу (от 8° северной широты до 11° южной широты). Обособился в связи с почти постоянным положением Солнца в зените, а следовательно, жарким и влажным климатом, пониженным атмосферным давлением при слабых ветрах. Это зона затишья благодаря вертикальному подъему воздуха от перегретой поверхности. Круглый год средние температуры воздуха составляют 24-28°С, выпадает не менее 1500 мм атмосферных осадков в течение года на равнинах, в горах и на побережьях до 10000 мм.
Элементы экваториального пояса проникают в тропики по побережью Центральной Америки, на Мадагаскар и в Индокитай.
На суше (Южная Америка, Африка, Индокитай, Малайский архипелаг и Океания) постоянное переувлажнение экваториального пояса обусловливает массу болот и густую сеть многоводных рек. В Южной Америке протекает величайшая в мире Амазонка, в Африке — Конго и истоки Нила. Обилие воды вызывает энергичные биохимические процессы, разрушения горных пород и понижение рельефа. Накапливается мощная кора выветривания с оподзоленными латеритными почвами. В многоярусных вечнозеленых лесах сосредоточено богатейшее на Земле разнообразие видового состава растений. Они дают круглый год бесперебойную пищу животным, птицам, рептилиям, насекомым, которым по видовому разнообразию также нет равных на Земле. Поверхность воды в океанах постоянно прогрета, но из-за обилия дождей она имеет пониженную соленость и достаточное содержание кислорода для развития планктона, а значит, и рыбы. Больших штормов в полосе экваториального пояса не бывает.
СУБЭКВАТОРИАЛЬНЫЕ ПОЯСА (лат. sub — под, aequator — уравнитель и русск. пояс) — два природных географических пояса, оконтуривающие экваториальный в Южной Америке, Африке и острова Индонезии. В Атлантическом, в восточной части Тихого и на западе Индийского океанов субэкваториальные пояса благодаря однородности водных масс практически смыкается в один пояс с экваториальным. Формирование их связано с пограничным положением между постоянно влажным экваториальным поясом с низким атмосферным давлением и тропическими поясами с повышенным давлением. Поэтому летом в субэкваториальных поясах господствуют влажные экваториальные массы воздуха (сезон дождей), а зимой — сухой воздух тропических пассатов, когда сохнут травы и опадают листья деревьев.
Температура воздуха постоянно высокая (в среднем 20-30°С). Атмосферные осадки при удалении от экватора уменьшаются от 2000 до 200 мм в год. Удлиняется сухой период до 8-10 мес. Поэтому резко меняются ландшафты от вечнозеленых, постоянно влажных лесов к сезонно-влажным листопадным. На востоке субэкваториальные пояса они сменяются высокотравными саваннами и саванновыми редколесьями, затем следуют типичные и, наконец, опустыненные саванны. Почвы латеритные с интенсивным химическим выветриванием. Территория этих поясов интенсивно освоена тропическим земледелием и пастбищами.
Постоянно теплые воды океанов (около 25°С) имеют повышенную соленость и малое содержание кислорода, что не благоприятствует биологической продуктивности и рыбообилию.
ТРОПИЧЕСКИЕ ПОЯСА, ТРОПИКИ — два природно-географических пояса, протягивающихся вдоль тропических параллелей между субэкваториальными и субтропическими поясами. Формирование тропиков связано с постоянно повышенным атмосферным давлением и круглогодичным действием пассатов. Это обусловливает устойчиво малую облачность, малое (менее 200 мм в год) количество атмосферных осадков и самые высокие на Земле температуры воздуха. На фоне среднезимних температур не ниже 10°С и летних до 35°С выделяются несколько полюсов тепла: в южном полушарии + 53°С (Австралия), а в северном + 57,8°С (Ливийская пустыня). Среднегодовая температура воздуха в Эфиопии 32,2°С, температура воды Персидского залива достигает 35°С. На суше в тропиках расположены величайшие пустыни Земли: Сахара и Ливийская (Африка), Нефуд (Аравия), Тар (Пакистан), Большая Песчаная, Гибон (Австралия), Калахари (Африка), в восточных предгорьях Анд в Южной Америке.
Ни одна из рек здесь не начинается, а транзитные реки, кроме Нила и Инда, как правило, пересыхают. В пустынях почвенный покров часто отсутствует, а растительность очень разрежена или полностью отсутствует, появляясь во время дождя.
На восточных окраинах материков, где пассаты вытесняются муссонами и количество атмосферных осадков достигает 1000-2000 мм в год, а реки становятся полноводными с катастрофическими наводнениями, пустыни сменяются сезонно-влажными вечнозелеными и листопадными лесами. В глубине континентов они переходят в саванны. Окультуренные земли заняты высокопродуктивными плантациями риса, батата, цитрусовых, бананов, ананасов, фиников и других тропических культур. На склонах гор развито террасное земледелие.
Для океанов обоих полушарий характерны постоянно широтные пассатные течения с теплыми водами, повышенной соленостью и самым низким содержанием кислорода. Вдоль западных берегов континентов проходят холодные течения с северным направлением для южного полушария и с южным — для северного. Они охлаждают побережья. Большое содержание кислорода в прохладной воде благоприятствует развитию планктона и рыбы.