Атмосфера Земли

Непериодические изменения погоды обусловлены адвекцией воздушных масс и фронтальными процессами. Они хотя и наблюдаются во всех районах Земли, характерны , прежде всего, для умеренных и холодных поясов, что мы ощущаем в повседневной жизни.

Климат - многолетний режим погоды. Классификация климатов, климатические пояса.

Классификация климатов по Б.П.Алисову разработана в 40-х годах 20 в. советским климатологом Б.П. Алисовым. Эта классификация – генетическая, т.к. основана на распространении географических типов воздушных масс. В ее основе – типы воздушных масс и их перемещение по сезонам года.

Выделяются 13 климатических поясов, из которых 7 основных и 6 переходных. Для основных поясов характерно господство в течение всего года одной воздушной массы. Для переходных – двух воздушных масс, которые меняются по сезонам года. Границами климатических поясов являются крайние положения климатических фронтов летом и зимой.

В каждом климатическом поясе различают до 4 климатических областей (они различаются режимом температуры и увлажнения) – океаническая, континентальная, западных и восточных побережий.

Экваториальный климатический пояс. Здесь весь год господствуют экваториальные воздушные массы, атмосферное давление пониженное. Температуры в течение года 24 – 28˚С, годовые максимумы до 35˚С, минимумы – до 20˚С. годовые амплитуды температур – до 5, суточные – 10-15˚С.

Относительная влажность воздуха – 85%, годовая сумма осадков – 2-3 тыс. мм в год, выпадают равномерно. Коэффициент увлажнения – более 1.

Выделяют материковую и океаническую области, но существенных различий между ними не наблюдается.

Субэкваториальный климатический пояс. Летом здесь господствуют экваториальные, зимой – тропические воздушные массы. Хорошо выражены сезонные различия и прежде всего в выпадении осадков.

А) материковая область – средние температуры самого теплого месяца 32˚С, самого холодного 20-16˚С. Годовая сумма осадков – 1-2 тыс. мм в год, выпадают неравномерно, большая часть летом.

Б) океаническая область - по сравнению с материковой большее количество осадков, большая влажность воздуха, относительно ровный ход температур в течение года (20-24˚С).

Тропический климатический пояс. Весь год преобладают тропические воздушные массы, на больших территориях господствуют пассаты, большое количество солнечной радиации, малая облачность, высокое эффективное излучение, большие суточные амплитуды температур.

А) материковая область – температуры самого теплого месяца 32˚С, самого холодного 15-20˚С. Годовые амплитуды достигают 15-20˚С. Суточные амплитуды – до 40˚С. Почва может нагреваться до 80 ˚С. Здесь зарегистрирован абсолютный максимум температуры на Земле +58˚ С.

Воздух очень сухой, относительная влажность около 30%. Годовая сумма осадков – менее 250 мм в год.

Б) климат западных побережий испытывает большое влияние холодных течений. Температуры здесь самые низкие в тропических широтах (самый теплый месяц 20˚С, самый холодный 15˚С). Осадков выпадает мало – менее 100 мм, но относительная влажность высокая – 80-90%. Часты ночные туманы и росы.

В) климат восточных побережий формируется под влиянием муссонной циркуляции и теплых течений. Температура самого теплого месяца 26˚С, самого холодного 18˚С. Осадков много (около 1000 мм), выпадают неравномерно, преимущественно летом.

Г) климат океанической области во многом схож с экваториальным климатом. Отличия в невысокой облачности, небольшом количестве осадков. Характерны устойчивые ветры (пассаты). Годовые амплитуды температур небольшие, температура самого теплого месяца 26˚С, самого холодного 20˚С.

Субтропический климатический пояс. Летом здесь господствуют тропические, зимой – умеренные воздушные массы.

А) материковая область характеризуется жарким летом (32˚С), неустойчивой, относительно холодной зимой (5˚С). Осадков мало – 200-500 мм за год.

Особая разновидность климата сформировалась в высокогорных пустынях Азии. Лето здесь прохладное, зима холодная до -18˚С, осадков мало – 80 мм в год.

Б) климат западных побережий (средиземноморский). Зима мягкая, дождливая +12-10˚С, лето жаркое и сухое до +25˚С. Годовая сумма осадков – 400-600 мм, выпадают преимущественно зимой.

В) климат восточных побережий формируется муссонами. Характерна необычайно холодная зима для субтропических широт (–10˚С), т.к. на материке устанавливается область высокого давления, дует континентальный муссон. Летом дует муссон с океана, средние температуры +20-24˚С. Осадки выпадают преимущественно летом, общая сумма – 500-600 мм в год.

Г) океаническая область имеет более ровный ход температур, большую влажность по сравнению с материковым климатом. Осадки выпадают равномерно годовая сумма до 1000 мм в год, температура самого теплого месяца +20˚, самого холодного +12˚С.

Умеренный климатический пояс характеризуется господством умеренных воздушных масс, западного переноса, активной циклонической деятельностью. Погода очень неустойчива. Хорошо выражены 4 сезона года.

А) в материковой области лето теплое, на юге жаркое (+10 + 24˚С), зима холодная, с устойчивым снежным покровом (до –15-40˚С). Годовые амплитуды до 60˚С. Осадки 300 – 700 мм в год, их количество уменьшается вглубь материка. Большая часть осадков выпадает летом.

Б) климат западных побережий испытывает большое влияние западных ветров, а значит океана. Лето нежаркое (+10+16 ˚С), зима мягкая (0 ˚С), не устанавливается устойчивый снежный покров. Осадки – 800 мм в год, выпадение равномерное.

В) климат восточных побережий – муссонный климат. Лето дождливое, нежаркое (+15˚С), зима сухая, холодная (-8 – 20˚ С). Осадки – 500 – 1000 мм в год, выпадение преимущественно летом (90%).

Г) в океанической области температуры самого холодного месяца более 0˚С, самого теплого – не более +20˚С. Сумма осадков – 1000 мм в год. В южном полушарии при разгуле западных ветров на океанических просторах часты штормы – т.наз. «ревущие 40-50 широты».

Субарктический и субантарктический климатические пояса. Летом господствуют умеренные, зимой – арктические (антарктические) воздушные массы.

А) материковая область выражена только в северном полушарии. Лето короткое, но относительно теплое (до 10˚С), зима суровая, малоснежная (до -40˚С). Здесь зарегистрированы абсолютные минимумы температур северного полушария – Оймякон (-71˚С), Верхоянск (-68˚С). Годовые амплитуды большие, осадков немного – 300 мм и менее, большая их часть выпадает летом.

Б) океаническая область ярче представлена в южном полушарии. Температуры лета +4 +8˚С, зимы –4 –10˚С. Годовые амплитуды не более 20˚С. Осадки равномерны в течение года, их годовая сумма 200 – 500 мм.

Арктический и антарктический климатические пояса. Весь год преобладает воздействие арктических (антарктических) воздушных масс.

А) материковая область характеризуется очень суровой зимой и холодным летом, температура каждого месяца ниже 0 С. Вблизи южного полюса средние температуры января составляют -14˚С, июля – 64˚С.

Б) океанический климат формируется над Северным Ледовитым океаном. Средняя температура января –25 – 40˚С, июля 0˚ С, осадков – менее 250 мм в год

4 Общая циркуляция атмосферы

Общая циркуляция атмосферы – это совокупность воздушных течений крупного масштаба в тропо- и стратосферах. В результате происходит обмен воздушными массами в пространстве, что способствует перераспределению тепла и влаги.

Факторы, определяющие общую циркуляцию атмосферы:

1.                  Неравномерное распределение солнечной энергии по земной поверхности и как следствие, неравномерное распределение температуры и атмосферного давления.

2.                  Силы Кориолиса и трения, под влиянием которых воздушные потоки приобретают широтное направление.

3.                  Влияние подстилающей поверхности: наличие материков и океанов, неоднородность рельефа и др.

Распределение воздушных течений в земной поверхности имеет зональный характер. В экваториальных широтах – затишье или наблюдаются слабые переменных ветры. В тропической зоне господствуют пассаты. Пассаты – постоянные ветры, дующие от 30-х широт к экватору, имеющие в северном полушарии северо-восточное, в южном – юго-восточное направления. В 30-35˚ с. и ю.ш. – зона затишья, т.наз. «конские широты». В умеренных широтах преобладают западные ветры (в северном полушарии юго-западные, в южном – северо-западные). В полярных широтах дуют восточные (в северном полушарии северо-восточные, в южном – юго-восточные) ветры.

В действительности система ветров над земной поверхностью гораздо сложнее. В субтропическом поясе во многих районах пассатный перенос нарушается летними муссонами. В умеренных и субполярных широтах огромное влияние на характер воздушных течений оказывают циклоны и антициклоны, а на восточных и северных побережьях – муссоны. Кроме этого, во многих районах образуются местные ветры, обусловленные особенностями территории.

Циклоны и антициклоны. Для атмосферы характерны вихревые движения, крупнейшими из которых являются циклоны и антициклоны.

Циклон – это восходящий атмосферный вихрь с пониженным давлением в центре и системой ветров от периферии к центру, направленных в северном полушарии против, в южном – по часовой стрелке.

Циклоны делят на тропические и внетропические. Рассмотрим внетропические циклоны. Диаметр внетропических циклонов в среднем около 1000 км, но бывают и более 3000 км. Глубина (давление в центре) – 1000-970 гПа и менее. В циклоне дуют сильные ветры, обычно до 10-15 м/сек, но могут достигать 30 м/сек и более. Средняя скорость перемещения циклона – 30-50 км/час. Чаще всего циклоны перемещаются с запада на восток, но иногда идут с севера, юга и даже востока. Зона наибольшей повторяемости циклонов – 80-е широты северного полушария.

Циклоны приносят пасмурную, дождливую, ветреную погоду, летом – похолодание, зимой – потепление.

Тропические циклоны (ураганы, тайфуны) образуются в тропических широтах, это одно из наиболее грозных и опасных явлений природы. Их диаметр несколько сотен километров (300-800 км, редко более 1000 км), но характерна большая разница в давлении между центром и периферией, что вызывает сильные ураганные ветры, тропические ливни, сильные грозы.

Антициклон – это нисходящий атмосферный вихрь с повышенным давлением в центре и системой ветров от центра к периферии, направленных в северном полушарии по часовой стрелке, в южном – против. Размеры антициклонов такие же, как у циклонов, но в поздней стадии развития могут достигать до 4000 км в диаметре. Атмосферное давление в центре антициклонов обычно 1020-1030 гПа, но может достигать и более 1070 гПа. Наибольшая повторяемость антициклонов – над субтропическими зонами океанов.

Для антициклонов характерна малооблачная, без осадков погода, со слабыми ветрами в центре, зимой – сильные морозы, летом – жара.

Муссоны. Муссоны – сезонные ветры, изменяющие направление два раза в год. Летом они дуют с океана на сушу, зимой – с суши на океан. Причина образования – неодинаковое нагревание по сезонам года суши и воды. В зависимости от зоны образования муссоны делят на тропические и внетропические.

Внетропические муссоны особенно выражены на восточной окраине Евразии. Летний муссон приносит с океана влагу и прохладу, зимний дует с материка, понижая температуру и влажность.

Тропические муссоны наиболее выражены в бассейне Индийского океана. Летний муссон дует от экватора, он противоположен пассату и приносит облачность, осадки, смягчает летнюю жару, зимний – совпадает с пассатом, усиливает его, принося сухость.

Местные ветры. Местные ветры имеют локальное распространение, их образование связано с особенностями данной территории – близостью водоемов, характером рельефа. Наиболее распространены бризы, бора, фён, горно-долинные и стоковые ветры.

Бризы (легкий ветер-фр) - ветры по берегам морей, крупных озер и рек, дважды в сутки меняющие направление на противоположное: дневной бриз дует с водоема на берег, ночной бриз – с берега на водоем. Бризы обусловлены суточным ходом температуры и соответственно давления над сушей и водой. Они захватывают слой воздуха 1-2 км. Скорость их невелика – 3-5 м/с. Очень сильный дневной морской бриз наблюдается на западных пустынных побережьях материков в тропических широтах, омываемых холодными течениями и холодной водой, поднимающейся у берега в зоне апвеллинга. Там он вторгается вглубь суши на десятки километров и производит сильный климатический эффект: снижает температуру, особенно летом на 5-70 С , а в западной Африке до 100С, увеличивает относительную влажность воздуха до 85%, способствует образованию туманов и рос. Явления, подобные дневным морским бризам можно наблюдать по окраинам больших городов, где отмечается циркуляция более холодного воздуха из пригородов к центру, т.к над городами существуют «тепловые пятна» в течение всего года.

Горно-долинные ветры обладают суточной периодичностью: днем ветер дует вверх по долине и по горным склонам, ночью- наоборот охлажденный воздух спускается вниз. Дневной подъем воздуха приводит к образованию кучевых облаков над склонами гор, ночью при опускании и адиабатическом нагревании воздуха облачность исчезает.

Ледниковые ветры – это холодные ветры, постоянно дующие со стороны горных ледников вниз по склонам и долинам. Они обусловлены выхолаживанием воздуха надо льдом. Их скорость 5-7 м/с, мощность несколько десятков метров. Они интенсивнее ночью, так как усиливаются ветрами склонов.

Фен ( от лат. теплый западный ветер) – теплый сухой порывистый ветер, дующий с гор в долины или предгорья. При фене температура у подножья с подветренной стороны гор за несколько часов может подняться на десятки градусов, а относительная влажность понизиться на 10-20%. Продолжительность фенов- от нескольких часов до нескольких суток. Фен образуется благодаря тому, что при подъеме по наветренному склону гор воздух нижнюю часть пути до уровня конденсации охлаждается по сухоадиабатическкому градиенту (10/100м), а в верхней части по влажноадиабатическому градиенту (0,50/100 м). При опускании воздух нагревается сухоадиабатически, поэтому к подножью гор он приходит с более высокой температурой. Абсолютная и относительная влажность фена, наоборот, пониженная. Уменьшение абсолютной влажности воздуха обусловлено образованием облаков и выпадением орографических осадков на наветренных склонах гор. Относительная влажность в фене понижается по мере роста температуры при опускании воздуха. Феновый эффект значительнее при большей высоте гор и в холодную половину года, когда выше исходная относительная влажность воздуха и ниже уровень конденсации на наветренной стороне хребта.