Реферат на тему:«ВОЗДУШНАЯ ОБОЛОЧКА ЗЕМЛИ»
Содержание1. Состав и строение атмосферы2. Нагревание атмосферы3. Температура воздуха4. Вода в атмосфере5. Образование облаков, осадки6. Давление атмосферы7. Ветры, их виды8. Погода и ее прогнозирование9. Понятие о климатеСписок использованной литературы
/>1. Состав и строение атмосферы
Состав атмосферы. Воздушная оболочка нашей планеты – атмосфера защищает земнуюповерхность от губительного воздействия на живые организмы ультрафиолетового излученияСолнца. Предохраняет она Землю и от космических частиц – пыли и метеоритов.
Состоит атмосфера из механической смеси газов: 78 % ее объемасоставляет азот, 21 % – кислород и менее 1 % – гелий, аргон, криптон и другие инертныегазы. Количество кислорода и азота в воздухе практически неизменно, потому что азотпочти не вступает в соединения с другими веществами, а кислород, который хотя иочень активен и расходуется на дыхание, окисление и горение, все время пополняетсярастениями.
До высоты примерно 100 км процентное соотношение этих газов остаетсяпрактически неизменным. Это обусловлено тем, что воздух постоянно перемешивается.
Кроме названных газов в атмосфере содержится около 0,03 % углекислогогаза, который обычно концентрируется вблизи от земной поверхности и размещаетсянеравномерно: в городах, промышленных центрах и районах вулканической активностиего количество возрастает.
В атмосфере всегда находится некоторое количество примесей – водяногопара и пыли. Содержание водяного пара зависит от температуры воздуха: чем выше температура,тем больше пара вмещает воздух. Благодаря наличию в воздухе парообразной воды возможнытакие атмосферные явления, как радуга, рефракция солнечных лучей и т. п.
Пыль в атмосферу поступает во время вулканических извержений,песчаных и пыльных бурь, при неполном сгорании топлива на ТЭЦ и т. д.
Строение атмосферы. Плотность атмосферы меняется с высотой: у поверхности Земли онанаивысшая, с поднятием вверх уменьшается. Так, на высоте 5,5 км плотность атмосферыв 2 раза, а на высоте 11 км – в 4 раза меньше, чем в приземном слое.
В зависимости от плотности, состава и свойств газов атмосферуразделяют на пять концентрических слоев (рис. 34).
/>
Рис. 34. Вертикальный разрез атмосферы (стратификация атмосферы)
1.Нижний слой называют тропосферой. Ее верхняя граница проходит на высоте 8-10км на полюсах и 16–18 км – на экваторе. В тропосфере содержится до 80 % всей массыатмосферы и почти весь водяной пар.
Температура воздуха в тропосфере с высотой понижается на 0,6 °Cчерез каждые 100 м и у верхней ее границы составляет -45-55 °C.
Воздух в тропосфере постоянно перемешивается, перемещается в разныхнаправлениях. Только здесь наблюдаются туманы, дожди, снегопады, грозы, бури и другиепогодные явления.
2.Выше расположена стратосфера, которая простирается до высоты 50–55 км. Плотностьвоздуха и давление в стратосфере незначительны. Разреженный воздух состоит из техже газов, что и в тропосфере, но в нем больше озона. Наибольшая концентрация озонанаблюдается на высоте 15–30 км. Температура в стратосфере повышается с высотой ина верхней границе ее достигает 0 °C и выше. Это объясняется тем, что озон поглощаеткоротковолновую часть солнечной энергии, в результате чего воздух нагревается.
3.Над стратосферой лежит мезосфера, простирающаяся до высоты 80 км. В ней температуравновь понижается и достигает -90 °C. Плотность воздуха там в 200 раз меньше, чему поверхности Земли.
4.Выше мезосферы располагается термосфера (от 80 до 800 км). Температура вэтом слое повышается: на высоте 150 км до 220 °C; на высоте 600 км до 1500 °C. Газыатмосферы (азот и кислород) находятся в ионизированном состоянии. Под действиемкоротковолновой солнечной радиации отдельные электроны отрываются от оболочек атомов.В результате в данном слое – ионосфере возникают слои заряженных частиц.Самый плотный их слой находится на высоте 300–400 км. В связи с небольшой плотностьюсолнечные лучи там не рассеиваются, поэтому небо черное, на нем ярко светят звездыи планеты.
В ионосфере возникают полярные сияния, образуются мощныеэлектрические токи, которые вызывают нарушения магнитного поля Земли.
5.Выше 800 км расположена внешняя оболочка – экзосфера. Скорость движения отдельныхчастиц в экзосфере приближается к критической – 11,2 мм/с, поэтому отдельные частицымогут преодолеть земное притяжение и уйти в мировое пространство.
Значение атмосферы. Роль атмосферы в жизни нашей планеты исключительно велика. Безнее Земля была бы мертва. Атмосфера предохраняет поверхность Земли от сильного нагреванияи охлаждения. Ее влияние можно уподобить роли стекла в парниках: пропускать солнечныелучи и препятствовать отдаче тепла.
Атмосфера предохраняет живые организмы от коротковолновой и корпускулярнойрадиации Солнца. Атмосфера – среда, где происходят погодные явления, с которымисвязана вся человеческая деятельность. Изучение этой оболочки производится на метеорологическихстанциях. Днем и ночью, в любую погоду метеорологи ведут наблюдения за состояниемнижнего слоя атмосферы. Четыре раза в сутки, а на многих станциях ежечасно измеряюттемпературу, давление, влажность воздуха, отмечают облачность, направление и скоростьветра, количество осадков, электрические и звуковые явления в атмосфере. Метеорологическиестанции расположены всюду: в Антарктиде и во влажных тропических лесах, на высокихгорах и на необозримых просторах тундры. Ведутся наблюдения и на океанах со специальнопостроенных кораблей.
С 30-х гг. XX в. начались наблюдения в свободной атмосфере. Стализапускать радиозонды, которые поднимаются на высоту 25–35 км, и при помощи радиоаппаратурыпередают на Землю сведения о температуре, давлении, влажности воздуха и скоростиветра. В наше время широко используют также метеорологические ракеты и спутники.Последние имеют телевизионные установки, передающие изображение земной поверхностии облаков./> 2. Нагревание атмосферы
Основным источником тепла, нагревающим земную поверхность и атмосферу,служит солнце. Другие источники – луна, звезды, разогретые недра Земли – поставляютстоль малое количество тепла, что ими можно пренебречь.
Солнце излучает в мировое пространство колоссальную энергию ввиде тепловых, световых, ультрафиолетовых и других лучей. Вся совокупность лучистойэнергии Солнца называется солнечной радиацией. Земля получает ничтожную долюэтой энергии – одну двухмиллиардную часть, которой, однако, достаточно не толькодля поддержания жизни, но и для осуществления экзогенных процессов в литосфере,физико-химических явлений в гидросфере и атмосфере.
Различают радиацию прямую, рассеянную и суммарную.
При ясной, безоблачной погоде поверхность Земли нагревается восновном прямой радиацией, которую мы ощущаем как теплые или горячие солнечныелучи.
Проходя через атмосферу, солнечные лучи отражаются от молекулвоздуха, капелек воды, пылинок, отклоняются от прямолинейного пути и рассеиваются.Чем пасмурнее погода, тем плотнее облачность и тем большее количество радиации рассеиваетсяв атмосфере. При сильной запыленности воздуха, например во время пыльных бурь илив промышленных центрах, рассеивание ослабляет радиацию на 40–45 %.
Значение рассеянной радиации в жизни Земли очень велико.Благодаря ей освещаются предметы, находящиеся в тени. Она же обусловливает цветнеба.
Интенсивность радиации зависит от угла падения солнечных лучей на земную поверхность.Когда солнце находится высоко над горизонтом, его лучи преодолевают атмосферу болеекоротким путем, следовательно, меньше рассеиваются и сильнее нагревают поверхностьЗемли. По этой причине в солнечную погоду утром и вечером всегда прохладнее, чемв полдень.
На распределение радиации на поверхности Земли огромное влияниеоказывают ее шарообразность и наклон земной оси к плоскости орбиты. В экваториальныхи тропических широтах солнце в течение всего года находится высоко над горизонтом,в средних широтах его высота меняется в зависимости от времени года, а в Арктикеи Антарктике высоко над горизонтом оно не поднимается никогда. В результате в тропическихширотах солнечные лучи рассеиваются меньше, а на единицу площади земной поверхностиприходится их большее количество, чем в средних или высоких широтах. По этой причинеколичество радиации зависит от широты места: чем дальше от экватора, тем меньшеее поступает на земную поверхность.
Поступление лучистой энергии связано с годичным и суточным движениемЗемли. Так, в средних и высоких широтах ее количество зависит от времени года. НаСеверном полюсе, например, летом солнце не заходит за горизонт 186 дней, т. е. 6месяцев, и количество поступающей радиации даже больше, чем на экваторе. Однакосолнечные лучи имеют малый угол падения, и большая часть радиации рассеивается ватмосфере. В результате поверхность Земли нагревается незначительно.
Зимой солнце в Арктике находится за горизонтом, и прямая радиацияна поверхность Земли не поступает.
На количество поступающей солнечной радиации влияет и рельеф земнойповерхности. На склонах гор, холмов, оврагов и т. д., обращенных к солнцу, уголпадения солнечных лучей увеличивается, и они сильнее нагреваются.
Совокупность всех этих факторов приводит к тому, что на земнойповерхности нет места, где интенсивность радиации была бы постоянной.
Неодинаково происходит и нагревание суши и воды. Поверхность сушинагревается и охлаждается быстро. Вода же нагревается медленно, но зато дольше удерживаеттепло. Объясняется это тем, что теплоемкость воды больше теплоемкости горных пород,слагающих сушу.
На суше солнечные лучи нагревают только поверхностный слой, ав прозрачной воде тепло проникает на значительную глубину, в результате чего нагреваниепроисходит медленнее. На его скорость влияет и испарение, так как на него нужномного тепла. Вода остывает медленно, в основном потому, что объем прогреваемой водыво много раз больше объема нагревающейся суши; к тому же при ее охлаждении верхние,остывшие слои воды опускаются на дно, как более плотные и тяжелые, а на смену имиз глубины водоема поднимается теплая вода.
Накопленное тепло вода расходует более равномерно. В результатеморе в среднем теплее суши, а колебания температуры воды никогда не бывают такимирезкими, как колебания температуры суши./> 3. Температура воздуха
Солнечные лучи, проходя через прозрачные тела, нагревают их оченьслабо. По этой причине прямые солнечные лучи почти не нагревают воздух атмосферы,а нагревают поверхность Земли, от которой прилегающим слоям воздуха передается тепло.Нагреваясь, воздух становится более легким и поднимается вверх, где перемешиваетсяс более холодным, в свою очередь нагревая его.
По мере поднятия вверх воздух охлаждается. На высоте 10 км температурапостоянно держится на отметке 40–45 °C.
Понижение температуры воздуха с высотой – это общая закономерность.Однако нередко наблюдается и повышение температуры по мере поднятия вверх. Такоеявление называют температурной инверсией, т. е. перестановкой температур.
Возникают инверсии либо при быстром охлаждении земной поверхностии прилегающего воздуха, либо, наоборот, при стекании тяжелого холодного воздухапо склонам гор в долины. Там этот воздух застаивается и вытесняет более теплый вверхпо склонам.
В течение суток температура воздуха не остается постоянной, анепрерывно изменяется. Днем поверхность Земли нагревается и нагревает прилегающийслой воздуха. Ночью Земля излучает тепло, охлаждается, и происходит охлаждение воздуха.Наиболее низкие температуры наблюдаются не ночью, а перед восходом солнца, когдаземная поверхность уже отдала все тепло. Аналогично этому наиболее высокие температурывоздуха устанавливаются не в полдень, а около 15 ч.
На экваторе суточный ход температур однообразен, днем иночью они почти одинаковы. Очень незначительны суточные амплитуды на морях и у морскихпобережий. А вот в пустынях днем поверхность земли часто нагревается до 50–60 °C,а ночью нередко охлаждается до 0 °C. Таким образом, суточные амплитуды превышаютздесь 50–60 °C.
В умеренных широтах наибольшее количество солнечной радиации поступаетна Землю в дни летних солнцестояний, т. е. 22 июня в Северном полушарии и 21 декабряв Южном. Однако самым жарким месяцем является не июнь (декабрь), а июль (январь),так как в день солнцестояния огромное количество радиации расходуется на нагреваниеземной поверхности. В июле (январе) радиация уменьшается, но эта убыль компенсируетсясильно нагретой земной поверхностью.
Аналогично этому самый холодный месяц не июнь (декабрь), а июль(январь).
На море, в связи с тем что вода более медленно охлаждается и нагревается,смещение температур еще больше. Здесь самый жаркий месяц август, а самый холодный– февраль в Северном полушарии и соответственно самый жаркий – февраль и самый холодный– август в Южном.
Годовая амплитуда температур в значительной степени зависит от широты места. Так,на экваторе амплитуда в течение года остается почти постоянной и составляет 22–23°C. Самые высокие годовые амплитуды характерны для территорий, расположенных в среднихширотах в глубине континентов.
Любая местность характеризуется также абсолютными и средними температурами.Абсолютные температуры устанавливают путем многолетних наблюдений на метеостанциях.Так, самое жаркое (+58 °C) место на Земле находится в Ливийской пустыне; самое холодное(-89,2 °C) – в Антарктиде на станции «Восток». В Северном полушарии самая низкая(-70,2 °C) температура отмечена в поселке Оймякон в Восточной Сибири.
Средние температуры определяют как среднеарифметическое нескольких показателей термометра.Так, чтобы определить среднесуточную температуру, производят измерения в 1; 7; 13и 19 ч, т. е. 4 раза в сутки. Из полученных цифр находят среднеарифметическую величину,которая и будет среднесуточной температурой данной местности. Затем находят среднемесячныеи среднегодовые температуры как среднеарифметическое среднесуточных и среднемесячных.
На карте можно обозначить точки с одинаковыми значениями температури провести линии, соединяющие их. Эти линии называют изотермами. Наиболее показательныизотермы января и июля, т. е. самого холодного и самого теплого месяца в году. Поизотермам можно определить, как распределяется тепло на Земле. При этом прослеживаютсяотчетливо выраженные закономерности.
1. Самые высокие температуры наблюдаются не на экваторе, а в тропическихи субтропических пустынях, где преобладает прямая радиация.
2. В обоих полушариях температуры понижаются от тропических широтк полюсам.
3. В связи с преобладанием моря над сушей ход изотерм в Южномполушарии более плавный, а амплитуды температур между самым жарким и самым холодныммесяцем меньше, чем в Северном.
Расположение изотерм позволяет выделить 7 тепловых поясов:
1 жаркий, расположенный между годовыми изотермами 20 °C в Северном и Южномполушариях;
2 умеренных, заключенных между изотермами 20 и 10 °C самых теплых месяцев,т. е. июня и января;
2 холодных, расположенных между изотермами 10 и 0 °C также самых теплых месяцев;
2 области вечного мороза, в которых температура самого теплого месяца ниже 0 °C.
Границы поясов освещенности, проходящие по тропикам и полярнымкругам, не совпадают с границами тепловых поясов.
/>4. Вода в атмосфере
В воздухе атмосферы всегда содержится некоторое количество водяногопара, который образуется в результате испарения с поверхности суши и океана.Скорость испарения зависит прежде всего от температуры и ветра. Чем выше температураи больше емкость пара, там сильнее испарение.
Количество воды, которое может испариться с той или иной поверхности,называется испаряемостью. Испаряемость зависит от температуры воздуха и количествав нем водяного пара. Чем выше температура воздуха и чем меньше он содержит водяногопара, тем выше испаряемость.
В полярных странах при низкой температуре воздуха она ничтожна.Невелика она и на экваторе, где воздух содержит ограниченное количество водяногопара. Максимальна испаряемость в тропических пустынях, где она достигает 3000 м.
Воздух может принимать водяной пар до известного предела, покане станет насыщенным. Если насыщенный воздух нагреть, он вновь приобрететспособность принимать водяной пар, т. е. опять станет ненасыщенным. При охлажденииненасыщенного воздуха он приближается к насыщению. Таким образом, способность воздухасодержать в себе большее или меньшее количество водяного пара зависит от температуры(рис. 35).
Количество водяного пара, которое содержится в воздухе в данныймомент (в г на 1 м3), называют абсолютной влажностью.
Отношение количества водяных паров, содержащихся в воздухе в данныймомент к тому их количеству, которое он может вместить при данной температуре, называетсяотносительной влажностью и измеряется в процентах.
Момент перехода воздуха от ненасыщенного состояния к насыщенномуназывают точкой росы. Чем ниже температура воздуха, тем меньше он может содержатьводяного пара и тем выше относительная влажность. Это означает, что при холодномвоздухе быстрее наступает точка росы.
/>
Рис. 35. Зависимость количества водяного пара в насыщенном воздухе от его температуры
При наступлении точки росы, т. е. при полном насыщении воздухаводяным паром, когда относительная влажность приближается к 100 %, происходит конденсацияводяных паров – переход воды из газообразного состояния в жидкое.
Таким образом, процесс конденсации водяных паров происходит либопри сильном испарении влаги и насыщении воздуха водяным паром, либо при понижениитемпературы воздуха и относительной влажности. При отрицательных температурах водянойпар, минуя жидкое состояние, превращается в твердые кристаллики льда и снега. Этотпроцесс называется сублимацией водяных паров.
Конденсация и сублимация водяного пара определяют образованиеосадков.
/>5. Образование облаков, осадки
При конденсации водяного пара в атмосфере на высоте от несколькихдесятков до сотен метров и даже километров образуются облака.
Это происходит в результате испарения водяного пара с поверхностиЗемли и его поднятия восходящими потоками теплого воздуха. В зависимости от своейтемпературы облака состоят из капелек воды или кристалликов льда и снега. Эти каплии кристаллы настолько малы, что их удерживают в атмосфере даже слабые восходящиепотоки воздуха.
Форма облаков очень разнообразна и зависит от многих факторов:высоты, скорости ветра, влажности и т. д. Вместе с тем можно выделить группы облаков,сходных по форме и высоте. Наиболее известны из них кучевые, перистые и слоистые,а также их разновидности: слоисто-кучевые, перисто-слоистые, слоисто-дождевые идр. Облака, перенасыщенные водяным паром, имеющие темно-фиолетовый или почти черныйоттенок, называют тучами.
Степень покрытия неба облаками, выраженную в баллах (от 1 до 10),называют облачностью.
Высокая степень облачности предвещает, как правило, выпадениеосадков. Их выпадение наиболее вероятно из высокослоистых, кучево-дождевых и слоисто-дождевыхоблаков.
Воду, выпавшую в твердом или жидком состоянии в виде дождя, снега,града или сконденсировавшуюся на поверхности различных тел в виде росы, инея, называютатмосферными осадками.
Дождь образуется тогда, когда мельчайшие капельки влаги, содержащиесяв облаке, сливаются в более крупные и, преодолевая силу восходящих потоков воздуха,под действием силы тяжести выпадают на Землю. Если в облаке оказываются мельчайшиечастицы твердых тел, например пыль, то процесс конденсации ускоряется, посколькупылинки играют роль ядер конденсации.
В пустынных районах при низкой относительной влажности конденсацияводяного пара возможна только на большой высоте, где температура ниже, однако дождинки,не долетая до земли, испаряются в воздухе. Это явление получило название сухихдождей.
Если конденсация водяного пара в облаке происходит при отрицательныхтемпературах, образуются осадки в виде снега.
Иногда снежинки из верхних слоев облака опускаются в нижнюю егочасть, где температура выше и содержится огромное количество переохлажденных капельводы, удерживаемых в облаке восходящими потоками воздуха. Соединяясь с капелькамиводы, снежинки теряют форму, вес их увеличивается, и они выпадают на землю в видеснежной пурги – шарообразных снежных комочков диаметром 2–3 мм.
Необходимое условие образования града – наличие облакавертикального развития, нижний край которого находится в зоне положительных, а верхний– в зоне отрицательных температур (рис. 36). При этих условиях образовавшаяся снежнаяпурга восходящими потоками поднимается в зону отрицательных температур, где превращаетсяв льдинку шарообразной формы – градину. Процесс поднятия и опускания градины можетпроисходить многократно и сопровождаться увеличением ее массы и размера. Наконецградина, преодолевая сопротивление восходящих потоков воздуха, выпадает на землю.Градины неодинаковы по размеру: они могут быть величиной от горошины до куриногояйца.
/>
Рис. 36. Схема образования града в облаках вертикального развития
Количество атмосферных осадков измеряют с помощью осадкомера.Многолетние наблюдения за количеством выпадающих осадков позволили установитьобщие закономерности их распространения по поверхности Земли. Наибольшее количествоосадков выпадает в экваториальной полосе – в среднем 1500–2000 мм. В тропиках количествоих снижается до 200–250 мм. В умеренных широтах происходит увеличение выпадающихосадков до 500–600 мм, а в полярных областях количество их не превышает 200 мм вгод.
В пределах поясов также наблюдается значительная неравномерностьв выпадении осадков. Она обусловлена направлением ветров и особенностями рельефаместности. Например, на западных склонах Скандинавских гор выпадает 1000 мм осадков,а на восточных – в два с лишним раза меньше. Есть на Земле места, где осадки практическиотсутствуют. Например, в пустыне Атакама осадки выпадают раз в несколько лет, апо многолетним данным, величина их не превышает 1 мм в год. Очень сухо и в ЦентральнойСахаре, где среднее ежегодное количество осадков менее 50 мм.
В то же время в некоторых местах выпадает гигантское количествоосадков. Например, в Черрапунджи – на южных склонах Гималаев их выпадает до 12 000мм, а в отдельные годы – до 23 000 мм, на склонах горы Камерун в Африке – до 10000 мм.
Такие осадки, как роса, иней, туман, изморозь, гололед, образуютсяне в верхних слоях атмосферы, а в ее приземном слое. Охлаждаясь от поверхности Земли,воздух уже не может удерживать водяной пар, он конденсируется и оседает на окружающихпредметах. Так образуется роса. При температуре предметов, расположенныху поверхности Земли, ниже 0 °C образуется иней.
При наступлении более теплого воздуха и его соприкосновении схолодными предметами (чаще всего проводами, ветками деревьев) выпадает изморозь– налет рыхлых кристалликов льда и снега.
При концентрации водяных паров в приземном слое атмосферы образуетсятуман. Особенно часты туманы в крупных промышленных центрах, где капелькиводы, сливаясь с пылью и газами, образуют ядовитую смесь – смог.
Когда температура поверхности Земли ниже 0 °C, а из более верхнихслоев выпадают осадки в виде дождя, начинается гололедица. Смерзаясь в воздухеи на предметах, капельки влаги образуют ледяную корку. Иногда льда так много, чтопод его тяжестью рвутся провода, ломаются ветки деревьев. Особенно опасна гололедицана дорогах и зимних пастбищах. Похож на гололедицу гололед. Но он формируетсяиначе: на землю выпадают жидкие осадки, а при понижении температуры ниже 0 °C водана земле замерзает, образуя скользкую ледяную пленку./> 6. Давление атмосферы
Масса 1 м3 воздуха на уровне моря при температуре 4°C в среднем составляет 1 кг 300 г, что обусловливает существование атмосферногодавления. Живые организмы, в том числе и здоровый человек, не ощущают этогодавления, так как оно уравновешивается внутренним давлением организма.
За давлением воздуха и его изменениями ведутся систематическиенаблюдения на метеостанциях. Давление измеряют барометрами – ртутными и пружинными(анероидами). Измеряется давление в паскалях (Па). Давление атмосферы на широте45° на высоте 0 м над уровнем моря при температуре 4 °C считается нормальным, оносоответствует 1013 гПа, или 760 мм ртутного столба, или 1 атмосфере.
Давление с высотой уменьшается в среднем на 1 гПа на каждые 8м высоты. Пользуясь этим, можно, зная давление у поверхности Земли и на какой-товысоте, вычислить эту высоту. Разница давлений, например в 300 гПа, означает, чтопредмет находится на высоте 300 х 8 = 2400 м.
Давление атмосферы зависит не только от высоты, но и от плотностивоздуха. Холодный воздух плотнее и тяжелее теплого. В зависимости от того, какиевоздушные массы господствуют в данной местности, в ней устанавливается высокое илинизкое атмосферное давление. На метеостанциях или в пунктах наблюдения оно фиксируетсяавтоматическим прибором – барографом.
Если на карте соединить все точки с одинаковым давлением, то получившиесялинии – изобары покажут, как оно распределяется на поверхности Земли.
На картах изобар отчетливо проявляются две закономерности.
1. Давление изменяется от экватора к полюсам зонально. На экватореоно пониженное, в тропических областях (особенно над океанами) – повышенное, в умеренных– переменное от сезона к сезону, а в полярных вновь повышается.
2. Над материками зимой устанавливается повышенное, а летом –пониженное давление. Это обусловлено тем, что суша зимой охлаждается и воздух надней уплотняется, а летом, наоборот, над сушей воздух более теплый и менее плотный./>7. Ветры, их виды
Из области, где давление повышено, воздух перемещается, «течет»туда, где оно ниже. Движение воздуха называется ветром. Для наблюдения заветром – его скоростью, направлением и силой – используют флюгер и анемометр. Порезультатам наблюдений за направлением ветра строят розу ветров (рис. 37)за месяц, сезон или год. Анализ розы ветров позволяет установить преобладающие направленияветров для данной местности.
/>
Рис. 37. Роза ветров
Скорость ветра измеряют в метрах в секунду. При штиле скорость ветра непревышает 0 м/с. Ветер, скорость которого более 29 м/с, называется ураганом.Самые сильные ураганы отмечены в Антарктиде, где скорость ветра достигала 100м/с.
Силу ветра измеряют в баллах, она зависит от его скорости и плотности воздуха.По шкале Бофорта штилю соответствует 0 баллов, а урагану максимальное количествобаллов – 12.
Зная общие закономерности распределения атмосферного давления,можно установить направление основных потоков воздуха в нижних слоях атмосферы Земли(рис. 38).
/>
Рис. 38. Схема общей циркуляции атмосферы
1.Из тропических и субтропических областей повышенного давления основной поток воздухаустремляется к экватору, в область постоянно низкого давления. Под влиянием отклоняющейсилы вращения Земли эти потоки отклоняются вправо в Северном полушарии и влево –в Южном. Эти постоянно дующие ветры называют пассатами.
2.Часть тропического воздуха перемещается в умеренные широты. Это движение особенноактивизируется летом, когда там господствует более низкое давление. Эти потоки воздухав Северном полушарии также отклоняются вправо и принимают вначале юго-западное,а затем и западное направление, а в Южном – северо-западное, переходящее в западное.Таким образом, в умеренных широтах обоих полушарий преобладает западный переносвоздуха.
3.Из полярных областей высокого давления воздух перемещается в умеренные широты, принимаясеверо-восточное направление в Северном и юго-восточное – в Южном полушариях.
Пассаты, западные ветры умеренных широт и ветры из полярных областейназываются планетарными и распределяются зонально.
4.Это распределение нарушается на восточных побережьях материков Северного полушарияв умеренных широтах. В результате сезонного изменения давления над сушей и прилегающейводной поверхностью океана зимой здесь дуют ветры с суши на море, а летом – с моряна сушу. Эти ветры, изменяющие свое направление по сезонам, называют муссонами.Под действием отклоняющего влияния вращающейся Земли летние муссоны принимаютюго-восточное направление, а зимние – северо-западное. Муссонные ветры особеннохарактерны для Дальнего Востока и Восточного Китая, в меньшей мере они проявляютсяна восточном побережье Северной Америки.
5.Кроме планетарных ветров и муссонов имеются локальные, так называемые местныеветры. Они возникают из-за особенностей рельефа, неравномерности нагреванияподстилающей поверхности.
Бризы – береговые ветры, наблюдающиеся в ясную погоду на берегах водоемов: океанов,морей, крупных озер, водохранилищ и даже рек. Днем они дуют с водной поверхности(морской бриз), ночью – с суши (береговой бриз). Днем суша нагревается сильнее,чем море. Воздух над сушей поднимается, потоки воздуха с моря устремляются на егоместо, образуя дневной бриз. В тропических широтах дневные бризы – довольно сильныеветры, приносящие влагу и прохладу с моря.
Ночью поверхность воды нагрета сильнее, чем суша. Воздух поднимаетсявверх, а на его место устремляется воздух с суши. Образуется ночной бриз. По силеон обычно уступает дневному.
В горах наблюдаются фены – теплые и сухие ветры, дующиепо склонам.
Если на пути движущегося холодного воздуха поднимаются подобноплотине невысокие горы, может возникнуть бора. Холодный воздух, преодолевневысокий барьер, с огромной силой обрушивается вниз, причем при этом происходитрезкое понижение температуры. Бора известна под разными названиями: на Байкале этосарма, в Северной Америке – чинук, во Франции – мистраль и т. д. В России бора особеннойсилы достигает в Новороссийске.
Суховеи – это сухие и знойные ветры. Они характерны для засушливых районов земногошара. В Средней Азии суховей называют самумом, в Алжире – сирокко, в Египте – хатсиноми т. д. Скорость ветра-суховея достигает 20 м/с, а температура воздуха – 40 °C.Относительная влажность при суховее резко падает и понижается до 10 %. Растения,испаряя влагу, высыхают на корню. В пустынях суховеи нередко сопровождаются пыльнымибурями.
Направление и силу ветра необходимо учитывать при строительственаселенных пунктов, промышленных предприятий, жилищ. Ветер – один из важнейших источниковальтернативной энергии, его используют для выработки электроэнергии, а также дляработы мельниц, водокачек и др./> 8. Погода и ее прогнозирование
Погодой называют состояние нижнего слоя атмосферы в данное время и в данномместе.
Ее самая характерная особенность – изменчивость, нередко в течениесуток погода меняется несколько раз.
Резкие изменения в погоде чаще всего связаны со сменой воздушныхмасс.
Воздушная масса– это огромный движущийся объем воздуха с определенными физическимисвойствами: температурой, плотностью, влажностью, прозрачностью.
Нижние слои атмосферы, соприкасаясь с подстилающей поверхностью,приобретают некоторые ее свойства. Над разогретой поверхностью формируются теплыевоздушные массы, над охлажденной – холодные. Чем дольше воздушная масса находитсянад поверхностью, с которой испаряется влага, тем больше становится ее влажность.
В зависимости от места формирования воздушные массы подразделяютна арктические, умеренные, тропические, экваториальные. Если формирование воздушныхмасс происходит над океаном, их называют морскими. Зимой они очень влажные и теплые,летом – прохладные. Континентальные воздушные массы имеют малую относительную влажность,более высокие температуры и отличаются сильной запыленностью.
Россия расположена в умеренном поясе, поэтому на западе преобладаютморские умеренные воздушные массы, а над большей частью остальной территории – континентальные.За Северным полярным кругом формируются арктические воздушные массы (рис. 39).
/>
Рис. 39. Основные виды воздушных масс на европейской части России
При соприкосновении различных воздушных масс в тропосфере возникаютпереходные области – атмосферные фронты, длина их достигает 1000 км, а высота –нескольких сотен метров.
Теплый фронт (рис. 40, 1) образуется при активном движении теплого воздухав сторону холодного. Тогда легкий теплый воздух натекает на отступающий клин холодноговоздуха и поднимается по плоскости раздела. При подъеме он охлаждается. Это приводитк конденсации водяных паров и возникновению перистых и слоисто-дождевых облаков,а затем к выпадению осадков.
При приближении теплого фронта за сутки появляются его предвестники– перистые облака. Они плывут, как перья, на высоте 7-10 км. В это время атмосферноедавление понижается. С приходом теплого фронта обычно связаны потепление и выпадениеобложных, моросящих осадков.
/>
Рис. 40. Теплый (1) и холодный (2) фронты
Холодный фронт (рис. 40, 2) образуется при перемещении холодного воздуха в сторонутеплого. Холодный воздух, как более тяжелый, подтекает под теплый и выталкиваетего вверх. При этом возникают слоисто-кучевые дождевые облака, громоздящиеся, какгоры или башни, а осадки из них выпадают в виде ливней со шквалами и грозами. Спрохождением холодного фронта связаны похолодание и усиление ветра.
На фронтах иногда образуются мощные завихрения воздуха, аналогичноводоворотам при встрече двух потоков воды. Размеры этих воздушных завихрений могутдостигать 2–3 тыс. км в поперечнике. Если давление в их центральных частях ниже,чем по краям, – это циклон.
В центральной части циклона воздух поднимается и растекается кего окраинам (рис. 41, 1). При подъеме воздух расширяется, охлаждается, конденсируютсяводяные пары и возникает облачность. При прохождении циклонов обычно наступает пасмурнаяпогода с выпадением дождей летом и со снегопадами зимой.
Циклоны обычно перемещаются с запада на восток со средней скоростьюоколо 30 км/ч, или 700 км в сутки.
/>
Рис. 41. Схема движения воздуха в циклоне (1) и антициклоне (2)
Тропические циклоны отличаются от циклонов умеренных широт меньшимиразмерами и исключительно бурной погодой. Диаметр тропических циклонов обычно 200–500км, давление в центре опускается до 960–970 гПа. Им сопутствуют ураганные ветрыдо 50 м/с, причем ширина штормовой зоны достигает 200–250 км. В тропических циклонахобразуются мощные облака и выпадают обильные осадки (до 300–400 мм в сутки). Характернаяособенность тропических циклонов – наличие в центре небольшой, с поперечником около20 км, области затишья с ясной погодой.
Если, наоборот, давление повышено в центре, то этот вихрь называютантициклоном. В антициклонах отток воздуха у поверхности Земли происходитот центра к краям, направляясь по движению часовой стрелки (рис. 41, 2). Одновременнос оттоком воздуха из антициклона в его центральную часть поступает воздух из верхнихслоев атмосферы. Он при опускании нагревается, поглощая водяной пар, и облачностьрассеивается. Поэтому в районах, где появляются антициклоны, устанавливается ясная,безоблачная погода со слабыми ветрами, жаркая летом и холодная зимой.
Антициклоны охватывают большие площади, чем циклоны. Они болееустойчивы, двигаются с меньшей скоростью, медленнее разрушаются, часто долго задерживаютсяна одном месте. С приближением антициклона атмосферное давление повышается. Этотпризнак следует использовать при предсказании погоды.
По территории России непрерывно проходят серии циклонов и антициклонов.С этим и связана изменчивость погоды.
Синоптическая карта – карта погоды, составляемая на определенный срок. Составляетсяона несколько раз в день на основании данных, получаемых от сети метеорологическихстанций Гидрометеорологической службы России и зарубежных стран. На этой карте цифрамии условными знаками показаны сведения о погоде – давление воздуха в миллибарах,температура воздуха, направление и скорость ветра, облачность, положение теплыхи холодных фронтов, циклоны и антициклоны, характер осадков.
/>
Рис. 42. Синоптические карты
Для прогнозирования погоды сопоставляют карты (например, на 3и 4 ноября) и устанавливают изменения в положении теплых и холодных фронтов, смещенияциклонов и антициклонов и характер погоды в каждом из них (рис. 42). В настоящеевремя для уточнения предсказаний погоды широко используют космические станции.
Признаки устойчивой и ясной погоды
1.Давление воздуха высокое, почти не меняется или медленно повышается.
2.Резко выражен суточный ход температуры: днем жарко, ночью прохладно.
3.Ветер слабый, к полудню усиливается, вечером утихает.
4.Небо весь день безоблачно или покрыто кучевыми облаками, исчезающими к вечеру. Относительнаявлажность воздуха снижается днем и возрастает к ночи.
5.Днем небо ярко-синее, сумерки короткие, звезды слабо мерцают. Вечером заря желтаяили оранжевая.
6.Сильные росы или иней ночью.
7.Туманы над низинами, усиливающиеся ночью и исчезающие днем.
8.Ночью в лесу теплее, чем в поле.
9.Дым из печных труб и костров поднимается вверх.
10.Ласточки летают высоко.
Признаки неустойчивой ненастной погоды
1.Давление резко колеблется или непрерывно понижается.
2.Суточный ход температуры выражен слабо или с нарушением общего хода (например, ночьютемпература повышается).
3.Ветер усиливается, резко меняет свое направление, движение нижних слоев облаковне совпадает с движением верхних.
4.Облачность возрастает. На западной или юго-западной стороне горизонта появляютсяперисто-слоистые облака, которые распространяются по всему небосводу. Они сменяютсявысокослоистыми и слоисто-дождевыми облаками.
5.С утра душно. Кучевые облака растут вверх, превращаясь в кучево-дождевые, – к грозе.
6.Утренние и вечерние зори красные.
7.К ночи ветер не стихает, а усиливается.
8.Вокруг Солнца и Луны в перисто-слоистых облаках возникают светлые круги (гало).В облаках среднего яруса – венцы.
9.Утренней росы нет.
10.Ласточки летают низко. Муравьи прячутся в муравейники.
/>9. Понятие о климате
Климат– это многолетний режим погоды, характерный для данной местности.
Климат оказывает влияние на режим рек, образование различных типовпочв, растительность и животный мир. Так, в областях, где земная поверхность получаетмного тепла и влаги, растут влажные вечнозеленые леса. Области, расположенные околотропиков, тепла получают почти столько же, сколько на экваторе, а влаги – значительноменьше, поэтому они покрыты скудной пустынной растительностью. Большая часть нашейстраны занята хвойными лесами, которые приспособились к суровому климату: холоднойи продолжительной зиме, короткому и умеренно теплому лету, среднему увлажнению.
Формирование климата зависит от многих факторов, прежде всегоот географического положения. Широта места определяет угол падения солнечных лучейи соответственно количество тепла, поступающего от Солнца. Количество тепла зависиттакже от характера подстилающей поверхности и от распределения суши и воды. Вода,как известно, медленно нагревается, но и медленно остывает. Суша, напротив, быстронагревается и также быстро остывает. В результате над водной поверхностью и надсушей формируются различные режимы погоды.
Таблица 3
Колебания температуры в городах, расположенных между 50 и 53°с.ш.
/>
Из этой таблицы видно, что Бантри на западном побережье Ирландии,находящийся под непосредственным влиянием Атлантического океана, имеет среднюю температурусамого теплого месяца 15,2 °C, а холодного – 7,1 °C, т. е. ее годовая амплитударавна 8,1 °C. С удалением от океана повышается средняя температура самого теплогомесяца и понижается самого холодного, т. е. растет амплитуда годовых температур.В Нерчинске она достигает 53,2 °C.
Большое влияние на климат оказывает рельеф: горные хребты и котловины,равнины, речные долины, овраги создают особые условия климата. Горы чаще всего являютсяклиматоразделами.
Влияют на климат и морские течения. Теплые течения переносят огромноеколичество тепла из низких широт в более высокие, холодные – холод из более высокихширот в низкие. В местах, омываемых теплыми течениями, годовая температура воздухавыше на 5-10 °C, чем на этих же широтах, омываемых холодными течениями.
Таким образом, климат каждой территории зависит от широты места,подстилающей поверхности, морских течений, рельефа и высоты места над уровнем моря.
Русский ученый Б. П. Алисов разработал классификацию климатовземного шара. В основу ее положены типы воздушных масс, их формирование и изменениепри движении под воздействием подстилающей поверхности.
Климатические пояса. В зависимости от преобладающего климата выделяют следующие климатическиепояса: экваториальный, два тропических, два умеренных, два полярных (арктический,антарктический) и переходные – два субэкваториальных, два субтропических и два субполярных(субарктический и субантарктический).
Экваториальный пояс охватывает бассейны рек Конго и Амазонки, побережье Гвинейскогозалива, Зондские острова. Высокое положение солнца в течение круглого года обусловливаетсильный нагрев поверхности. Среднегодовые температуры здесь от 25 до 28 °C. В дневныечасы температура воздуха редко поднимается до 30 °C, но сохраняется высокая относительнаявлажность – 70–90 %. Нагретый воздух, насыщенный водяными парами, в условиях пониженногодавления поднимается вверх. На небе появляются кучевые облака, которые к полуднюзакрывают все небо. Воздух продолжает подниматься, кучевые облака переходят в кучево-дождевые,из которых после полудня выпадают интенсивные ливневые дожди. В этом поясе годовоеколичество осадков превышает 2000 мм. Есть места, где их количество увеличиваетсядо 5000 мм. Осадки в течение года распределяются равномерно.
Высокие температуры в течение круглого года, большое количествоосадков создают условия для развития богатой растительности – влажных экваториальныхлесов.
Субэкваториальный пояс занимает огромные пространства – Бразильское нагорье вЮжной Америке, Центральную Африку к северу и востоку от бассейна Конго, большуючасть полуостровов Индостан и Индокитай, а также Северную Австралию.
Самой характерной особенностью климата этого пояса является сменавоздушных масс по сезонам: летом вся эта область занята экваториальным воздухом,зимой – тропическим. В результате этого выделяют два сезона – влажный (летний) исухой (зимний). В летний сезон погода мало чем отличается от экваториальной. Теплыйи влажный воздух поднимается вверх, что создает условия для образования облакови обильного выпадения осадков. Именно в этом поясе расположены места с наибольшимколичеством осадков (северо-восток Индии и Гавайские острова). В зимний период условиярезко изменяются, господствует сухой тропический воздух, устанавливается сухая погода.Травы выгорают, а деревья сбрасывают листву. Большую часть территорий субэкваториальногопояса занимает зона саванн и редколесий.
Тропический пояс размещается по обе стороны от тропиков как на океанах, так и наматериках. Здесь круглый год господствует тропический воздух. В условиях высокогодавления и малой облачности он отличается высокими температурами. Средняя температурасамого теплого месяца превышает 30 °C, а в отдельные дни поднимается до 50–55 °C.
Осадков на большей части территории выпадает мало (менее 200 мм),здесь располагаются величайшие пустыни в мире – Сахара, Западно-Австралийская, пустыняАравийского полуострова.
Но не везде в тропических поясах климат засушлив. На восточныхпобережьях материков, там, где с океанов дуют пассаты, выпадает много осадков (БольшиеАнтильские острова, восточное побережье Бразилии, восточное побережье Африки). Климатэтих областей мало чем отличается от экваториального, хотя годовые колебания температурызначительны, так как велика разница в высоте солнца по сезонам. Благодаря большомуколичеству осадков и высоким температурам здесь растут влажные тропические леса.
Субтропический пояс занимает большие пространства между 25-й и 40-й параллелями севернойи южной широты. Для этого пояса характерна смена воздушных масс по сезонам года:летом вся область занята тропическим воздухом, зимой – воздухом умеренных широт.Здесь выделяют три климатических района: западный, центральный и восточный. Западныйклиматический район охватывает западные части материков: побережье Средиземногоморя, Калифорнию, центральную часть Анд, юго-запад Австралии. Летом сюда смещаетсятропический воздух, который создает область высокого давления. В результате устанавливаетсясухая и солнечная погода. Зима теплая, влажная. Такой климат иногда называют средиземноморским.
Совершенно другой климатический режим наблюдается в ВосточнойАзии и в юго-восточной части Северной Америки. Летом сюда поступают влажные массытропического воздуха с океана (летние муссоны), принося большую облачность и осадки.А зимние муссоны приносят потоки сухого континентального воздуха умеренных широт.Температура самого холодного месяца выше 0 °C.
В центральном районе (Восточная Турция, Иран, Афганистан, Большойбассейн в Северной Америке) весь год преобладает сухой воздух: летом – тропический,зимой – континентальный воздух умеренных широт. Лето здесь знойное, засушливое;зима короткая, влажная, хотя общее количество осадков не превышает 400 мм. Зимойбывают морозы, выпадает снег, но устойчивого снежного покрова не образуется. Суточныеамплитуды температур велики (до 30 °C), большая разница и между самым теплым и самымхолодным месяцами. Здесь, в центральных областях материков, расположены пустыни.
Умеренный пояс занимает области к северу и к югу от субтропиков примерно до полярныхкругов. В Южном полушарии преобладает океанический климат, а в Северном выделяюттри климатических района: западный, центральный и восточный.
На западе Европы и Канады, юге Анд преобладает влажный морскойвоздух умеренных широт, приносимый западными ветрами с океанов (500-1000 мм осадковв год). Осадки распределяются в течение года равномерно, засушливых периодов ненаблюдается. Под влиянием океанов ход температур плавный, годовые амплитуды невелики.Похолодания приносят арктические (антарктические) массы воздуха, при поступлениикоторых температура зимой понижается. В это время наблюдаются обильные снегопады.Лето длинное, прохладное, резких изменений температур воздуха не бывает.
На востоке (северо-восток Китая, Дальний Восток) климат муссонный.Зимой поступают холодные континентальные массы воздуха, формирующиеся над материком.Температура самого холодного месяца колеблется от -5 до -25 °C. Летом влажные муссоныприносят на материк большое количество осадков.
В центре (средняя полоса России, Украина, север Казахстана, югКанады) формируется континентальный воздух умеренных широт. Нередко зимой сюда поступаетарктический воздух с очень низкими температурами. Зима длинная, морозная; снежныйпокров удерживается свыше трех месяцев. Лето дождливое, теплое. Количество осадковпо мере продвижения в глубь континента уменьшается (с 700 до 200 мм). Самая характернаяособенность климата этого района – резкие перепады температур в течение года, неравномерноераспределение осадков, что иногда вызывает засухи.
Субарктический и субантарктический пояса. Эти переходные пояса расположенык северу от умеренного пояса (в Северном полушарии) и к югу от него (в Южном полушарии)– субарктический и субантарктический. Для них характерна смена воздушных масс посезонам: летом – воздух умеренных широт, зимой – арктический (антарктический). Летоздесь короткое, прохладное, со средней температурой самого теплого месяца от 0 до12 °C, с небольшим количеством осадков (в среднем 200 мм), с частыми возвратамихолодов. Зима длинная, морозная, с метелями и глубокими снегами. В Северном полушариив этих широтах размещается зона тундры.
Арктический и антарктический пояса. В полярных поясах формируются холодныемассы воздуха в условиях повышенного давления. Для этих поясов характерны длинныеполярные ночи и полярные дни. Их продолжительность на полюсах доходит до шести месяцев.Хотя солнце летом и не заходит за горизонт, но поднимается оно невысоко, его лучискользят по поверхности и дают мало тепла. За короткое лето снега и льды не успеваютрастаять, поэтому в этих областях сохраняется ледяной покров. Он покрывает мощнымслоем Гренландию и Антарктиду, а ледяные горы – айсберги – плавают в приполярныхрайонах океанов. Холодный воздух, скапливающийся над полярными областями, переноситсясильными ветрами в умеренный пояс. На окраине Антарктиды ветры достигают скорости100 м/с. Арктика и Антарктида – «холодильники» Земли.
На территории даже небольшого района климатические условия небывают однородными. Под влиянием местных факторов: мелких форм рельефа, экспозициисклонов, почвенно-грунтовых особенностей, характера растительного покрова – создаютсяособые условия, получившие название микроклимата.
Изучение микроклимата имеет важное значение для развития многихотраслей сельского хозяйства, особенно полеводства, садоводства, овощеводства.
Списокиспользованной литературы
1. Аруцев А.А., ЕрмолаевБ.В., Кутателадзе И.О., Слуцкий М. Концепции современного естествознания. С учебноепособие. М. 1999
2. Петросова Р.А., ГоловВ.П., Сивоглазов В.И., Страут Е.К. Естествознание и основы экологии. Учебное пособиедля средних педагогических учебных заведений. М.: Дрофа, 2007, 303 стр.
3. Савченко В.Н., СмагинВ.П… НАЧАЛА СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ КОНЦЕПЦИИ И ПРИНЦИПЫ. Учебное пособие.Ростов-на-Дону. 2006.