Причина этих изменений заключается в том, что ось Земли наклонена к плоскости земной орбиты, но не меняет своего направления при обращении Земли вокруг Солнца.

Обратимся к рисунку 47. Справа на рисунке - северный конец земной оси наклонен к Солнцу. Это положение Земли соответствует лету в северном полушарии Земли и зиме в южном полушарии. Солнечные лучи падают на северное полушарие с меньшим наклоном и поэтому сильнее нагревают Землю, подобно тому, как днем они сильнее нагревают почву, чем утром, когда лучи Солнца падают более наклонно.

В таком положении северные полярные области много дней подряд освещаются незаходящим Солнцем. В то же время южные полярные области в течение многих суток остаются без света Солнца. Там - долгая полярная ночь.

В средних широтах северного полушария при суточном вращении Земли каждая точка ее поверхности описывает большую часть пути под лучами Солнца, то есть день длиннее ночи.

В южном полушарии Земли обратная картина: на него солнечные лучи падают с большим наклоном; дни короткие, ночи длинные (зима).

Положение Земли в зимнее солнцестояние для северного полушария изображено слева. В этом положении о северном полушарии Земли можно сказать то же, что говорилось о южном полушарии.

Положение Земли в момент весеннего равноденствия на рисунке изображено в нижней части орбиты. При таком положении Земли солнечные лучи падают отвесно на земном экваторе; Солнце находится на небесном экваторе. На средних широтах обоих полушарий Земли солнечные лучи падают под углом, промежуточным между падением их в летний и зимний периоды. На обоих полюсах Земли Солнце видно в плоскости горизонта, так как эта плоскость касательная к земному шару и для полюсов параллельна плоскости экватора.

Солнце находится чрезвычайно далеко от Земли, а не так, как показано на рисунке. Поэтому лучи его, идущие к поверхности Земли, почти параллельны друг другу. Следовательно, находясь в день равноденствия на небесном экваторе, Солнце в то же время находится в плоскости горизонта для наблюдателей, находящихся на полюсах Земли. Таково же положение Земли по отношению к солнечным лучам и в день осеннего равноденствия.

В дни равноденствий граница дня и ночи проходит через оба полюса Земли и при вращении Земли вокруг оси любая точка Земли описывает одинаковые пути по освещенной и по темной стороне Земли, то есть на всей Земле день должен быть равен ночи.

Календа́рь — система счисления больших промежутков времени, основанная на периодичности движения небесных тел: Солнца — в солнечных календарях, Луны — в лунных календарях и одновременно Солнца и Луны в лунно-солнечных календарях. Также календарём называется список дней года с разделением на недели и месяцы и обозначением праздников и периодическое справочное издание с последовательным перечнем дней, недель, месяцев данного года, а также другими сведениями различного характера.

8 Понятие о географической карте и плане. Сходства и различия плана и карты. Масштаб, формы выражения масштаба.

Геогр. карта – это уменьшенное обобщённое изображение земной поверхности на плоскости, построено по определённым математическим законам в системе условных обозначений. Карты показывают размещение на земной поверхности объектов и явлений природы и общества, их свойства и взаимосвязи. Первая печатная карта нашей страны: Карта составленная Фёдором Годуновым была отпечатана в 1613 году голландским картографом Гесселем Герритсом. Она сохранилась и хранится в музее истории Москвы. План – это чертеж небольшого участка местности в крупном масштабе и условных знаках, построенный без учета кривизны земной поверхности, искажения отсутствуют. Геогр. глобус - это уменьшенная модель З. отображающая её шарообразную форму. Искажения отсутствуют. Сходства карты и плана: территория уменьшена, объекты показаны условными знаками на местности; планы и топографические карты обычно создаются по данным полученным в ходе непосредственных измерений и наблюдений на местности, а также по аэрофотоснимках. При создании мелкомасштабных карт используются различные материалы, в том числе космические снимки, карты более крупного масштаба и др. Последнее время при создании картографических произведений используются компьютеры. Отличия: 1)На плане искажения отсутствуют, на топограф. Картах местности искажения не ощутимы, на мелкомасштабных полностью искажения избежать нельзя. 2) указанный на плане масштаб верен для всего плана. А масштаб на мелкомасштабной карте верен только для той её части, где искажения отсутствуют. Такой масштаб наз. главным. В остальных частях масштабы частные. 3) На планах показывают обычно все существующие объекты и элементы местности. А на мелкомасштабных только самое важное – крупные объекты. 4) На планах преобладают площадные условные знаки. А на картах широко используются и др. виды условных знаков. 5) Условные знаки на плане и карте могут отличаться, так зел. цветом на плане обычно показывают леса и др., а на физ. картах низменности и низменные равнины.Градусная сеть на планах отсутствует, а на картах есть. На плане направление на север показывают стрелкой, а на картах сев-юг показывают меридианы, зап-вост – параллели. Масштаб – это степень уменьшения длины линий на плане или карте по сравнению с их действительной длинной на местности. Численный масштаб записывается в виде дроби, в числителе единица, а в знаменателе число, показывающее степень уменьшения. М 1:1000000. Именованный масштаб – это пояснение, указывающее соотношение длин линий на карте и на местности. М: в 1 см. -10 км. Линейный м. служит для измерения по картам длин линий в натуре. Он представляет собой прямую линию разделённую на равные отрезки, соответствующие «круглым» десятичным числам расстояния на местности. Расстояние на местности, соответствующее основанию, называют величиной линейного масштаба. Для повышения точности определения расстояний крайнее слева основание делится на более мелкие отрезки-это наименьшее деление линейного масштаба. Расстояние на местности, соответствующее одному такому делению называется точностью линейного масштаба.

9 вопрос. Атмосфера — газообразная оболочка планеты, состоящая из смеси различных газов, водных паров и пыли. Через атмосферу осуществляется обмен вещества Земли с Космосом. Земля получает космическую пыль и метеоритный материал, теряет самые легкие газы: водород и гелий. Атмосфера Земли насквозь пронизывается мощной радиацией Солнца, определяющей тепловой режим поверхности планеты, вызывающей диссоциацию молекул атмосферных газов и ионизацию атомов.

Атмосфера Земли содержит кислород, используемый большинством живых организмов для дыхания, и диоксид углерода, потребляемый растениями, водорослями и цианобактериями в процессе фотосинтеза. Атмосфера также является защитным слоем планеты, защищая её обитателей от солнечного ультрафиолетового излучения.

Атмосфера есть у всех массивных тел — планет земного типа, газовых гигантов.

Состав атмосферы

Атмосфера — это смесь газов, состоящая из азота (78,08 %), кислорода (20,95 %), углекислого газа (0,03 %), аргона (0,93 %), небольшого количества гелия, неона, ксенона, криптона (0,01 %), 0,038 % двуокиси углерода, и небольшое количество водорода, гелия, других благородных газов и загрязнителей.

Современный состав воздуха Земли установился более сотни миллионов лет назад, однако резко возросшая производственная деятельность человека все же привела к его изменению. В настоящее время отмечается увеличение содержания СО₂ примерно на 10-12 %.Входящие в состав атмосферы газы выполняют различные функциональные роли. Однако основное значение этих газов определяется прежде всего тем, что они очень сильно поглощают лучистую энергию и тем самым оказывают существенное влияние на температурный режим поверхности Земли и атмосферы.

Начальный состав атмосферы планеты обычно зависит от химических и температурных свойств солнца в период формирования планет и последующего выхода внешних газов. Затем состав газовой оболочки эволюционирует под действием различных факторов.

Атмосфера Венеры и Марса в основном состоят из двуокиси углерода с небольшими добавлениями азота, аргона, кислорода и других газов. Земная атмосфера в большой степени является продуктом живущих в ней организмов. Низкотемпературные газовые гиганты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — могут удерживать в основном газы с низкой молекулярной массой — водород и гелий. Высокотемпературные газовые гиганты, такие как Осирис или 51 Пегаса b, наоборот, не могут её удержать и молекулы их атмосферы рассеиваются в пространстве. Этот процесс протекает медленно, постоянно.

Азот, самый распространенный газ в атмосфере, химически мало активен.

Кислород, в отличие от азота, химически очень активный элемент. Специфическая функция кислорода — окисление органического вещества гетеротрофных организмов, горных пород и недоокисленных газов, выбрасываемых в атмосферу вулканами. Без кислорода не было бы разложения мертвого органического вещества.

 

Структура атмосферы

Структура атмосферы складывается из двух частей: внутренней— тропосферы, стратосферы, мезосферы и термосферы, или ионосферы, и внешней — магнитосферы (экзосферы).

1)Тропосфера – это нижняя часть атмосферы, в которой сосредоточено 3\4 т.е. ~ 80% всей земной атмосферы. Её высота определяется интенсивностью вертикальных (восходящих или нисходящих) потоков воздуха, вызванных нагреванием земной поверхности и океана, поэтому толщина тропосферы на экваторе составляет 16 – 18 км, в умеренных широтах 10-11 км, а на полюсах – до 8 км. Температура воздуха в тропосфере на высоте понижается на 0,6ºС на каждые 100м и колеблется от +40 до - 50ºС.

2)Стратосфера находится выше тропосферы и имеет высоту до 50км от поверхности планеты. Температура на высоте до 30км постоянная -50ºС. Затем она начинает повышаться и на высоте 50 км достигает +10ºС.

Верхней границей биосферы являются озоновый экран.

Озоновый экран – это слой атмосферы в пределах стратосферы, расположенный на разной высоте от поверхности Земли и имеющей максимальную плотность озона на высоте 20-26 км.

Высота озонового слоя у полюсов оценивается в 7 - 8 км, у экватора в 17-18км, а максимальная высота присутствия озона – 45-50 км. Выше озонового экрана жизнь невозможна из-за жёсткого ультрафиолетового излучения Солнца. Если спрессовать все молекулы озона, то получится слой ~ 3мм вокруг планеты.

3)Мезосфера – верхняя граница этого слоя располагается до высоты 80км. Главная её особенность – резкое понижение температуры -90ºС у её верхней границы. Здесь фиксируется серебристые облака, состоящие из ледяных кристаллов.

4)Ионосфера (термосфера)- располагается до высоты 800 км и для неё характерно значительное повышение температуры:

150км температура +240ºС,

200км температура +500ºС,

600км температура +1500ºС.

Под действием ультрафиолетового излучения Солнца газы находятся в ионизированном состоянии. С ионизацией связано свечение газов и возникновение полярных сияний.

Ионосфера обладает способностью многократного отражения радиоволн, что обеспечивает дальнюю радиосвязь на планете.

5)Экзосфера – располагается выше 800км и простирается до 3000км. Здесь температура >2000ºС. Скорость движения газов приближается к критической ~ 11,2 км/сек. Господствуют атомы водорода и гелия, которые образуют вокруг Земли светящуюся корону, простирающуюся до высоты 20000км.

.10. Парниковый эффект – повышение температуры нижних слоев атмосферы планеты вследствие накопления парниковых газов. Механизм его таков: солнечные лучи проникают в атмосферу, нагревают поверхность планеты. Тепловое излучение, которое исходит от поверхности, должно вернуться в космос, но нижний слой атмосферы слишком плотный для их проникновения. Причина этому – парниковые газы. Тепловые лучи задерживаются в атмосфере, повышают ее температуру.
Когда мы говорим о последствиях парникового эффекта, мы понимаем влияние его на климат Земли. В первую очередь — это глобальное потепление. Многие отождествляют понятия «парниковый эффект» и «глобальное потепление», но они не равны, а взаимосвязаны: первое – причина второго. Глобальное потепление напрямую связано с Мировым океаном. Вот пример двух причинно-следственных связей. Средняя температура планеты растет, жидкость начинает испаряться. Это касается и Мирового океана: некоторые ученые боятся, что через пару сотен лет он начнет «высыхать». При этом из-за высокой температуры ледники и морские льды начнут активно таять уже в ближайшее время. Это приведет к неизбежному росту уровня Мирового океана. Мы уже наблюдаем регулярные потопы в прибрежных районах, но если уровень Мирового океана существенно возрастет, затоплены будут все приближенные участки суши, погибнет урожай.
Понятие кислотный «дождь» впервые было упомянуто в 1872 году, однако свою актуальность приобрело только во второй половине прошлого века. На данный момент кислотные осадки – серьезная проблема для многих стран мира (практически всех стран Европы и США). Экологи разработали карту дождей, на которой наглядно изображены участки, имеющие высокий риск опасных осадков. Кислотный осадок образуется в результате выбросов предприятиями большого количества оксидов азота и оксидов серы. Источниками таких загрязнений являются тепловые электростанции, металлургическое производство и выхлопные газы автомобилей. Технология очистки имеет очень низкий уровень развития, что не позволяет отфильтровать соединения азота и серы, возникшие в результате сгорания торфа, угля и других видов сырья, используемых в промышленности. Попав в атмосферу, оксиды соединяются с водой в результате реакций под действием солнечного света. После этого они выпадают в качестве дождей, их называют «кислотные осадки». Источники загрязнения атмосферы

К природным источникам загрязнения относятся: извержения вулканов, пыльные бури, лесные пожары, пыль космического происхождения, частицы морской соли, продукты растительного, животного и микробиологического происхождения. Уровень такого загрязнения рассматривается в качестве фонового, который мало изменяется со временем.

Главный природный процесс загрязнения приземной атмосферы – вулканическая и флюидная активность ЗемлиКрупные извержения вулканов приводят к глобальному и долговременному загрязнению атмосферы, о чем свидетельствуют летописи и современные наблюдательные данные (извержение вулкана Пинатубо на Филиппинах в 1991 году). Это обусловлено тем, что в высокие слои атмосферы мгновенно выбрасываются огромные количества газов, которые на большой высоте подхватываются движущимися с высокой скоростью воздушными потоками и быстро разносятся по всему земному шару. Продолжительность загрязненного состояния атмосферы после крупных вулканических извержений достигает нескольких лет.

Антропогенные источники загрязнения обусловлены хозяйственной деятельностью человека. К ним следует отнести:

1. Сжигание горючих ископаемых, которое сопровождается выбросом 5 млрд. т.углекислого газа в год. В результате этого за 100 лет (1860 – 1960 гг.) содержание СО₂ увеличилось на 18 %(с 0,027 до 0,032%).За последние три десятилетия темпы этих выбросов значительно возросли. При таких темпах к 2000 г. количество углекислого газа в атмосфере составит не менее 0,05%.

2. Работа тепловых электростанций, когда при сжигании высокосернистых углей в результате выделения сернистого газа и мазута образуются кислотные дожди.

3. Выхлопы современных турбореактивных самолетов с оксидами азота и газообразными фторуглеводородами из аэрозолей, которые могут привести к повреждению озонового слоя атмосферы (озоносферы).

4. Производственная деятельность.

5. Загрязнение взвешенными частицами (при измельчении, фасовке и загрузке, от котельных, электростанций, шахтных стволов, карьеров при сжигании мусора).

6. Выбросы предприятиями различных газов.

7. Сжигание топлива в факельных печах, в результате чего образуется самый массовый загрязнитель – монооксид углерода.

8. Сжигание топлива в котлах и двигателях транспортных средств, сопровождающееся образованием оксидов азота, которые вызывают смог.

9. Вентиляционные выбросы (шахтные стволы).

10. Вентиляционные выбросы с чрезмерной концентрацией озона из помещений с установками высоких энергий (ускорители, ультрафиолетовые источники и атомные реакторы) при ПДК в рабочих помещениях 0,1 мг/м³. В больших количествах озон является высокотоксичным газом.

 

11 Солнечная радиация — это совокупность солнечной материи и энергии, поступающей на Землю. Энергия распространяется в виде электромагнитных волн со скоростью 300 тысяч километров в секунду, проходит через атмосферу и достигает Земли за 8 минут. Диапазон волн, участвующих в этом «марафоне», весьма широк — от радиоволн до рентгеновских лучей, включая видимую часть спектра. Земная поверхность находится под воздействием как прямых, так и рассеянных земной атмосферой, солнечных лучей. Именно рассеянием в атмосфере сине-голубых лучей объясняется голубизна неба в ясный день. Жёлто-оранжевый цвет солнечного диска обусловлен тем, что соответствующие ему волны проходят почти без рассеивания. Если бы атмосфера пропускала к поверхности земли все солнечные лучи, то климат любого пункта Земли зависел бы только от географической широты. Так и полагали в древности. Однако при прохождении солнечных лучей через земную атмосферу происходит, как мы уже видели, их ослабление вследствие одновременных процессов поглощения и рассеивания. Особенно много поглощают и рассеивают капли воды и кристаллы льда, из которых состоят облака.

Та часть солнечной радиации, которая поступает на поверхность земли после рассеяния ее атмосферой и облаками, называется рассеянной радиацией. Та часть солнечной радиации, которая проходит через атмосферу не рассеиваясь, называется прямой радиацией.

Радиация рассеивается не только облаками, но и при ясном небе — молекулами, газов и частицами пыли. Соотношение между прямой и рассеянной радиацией изменяется в широких пределах. Процентное отношение солнечной радиации, отданной земным шаром (вместе с атмосферой) обратно в мировое пространство, к солнечной радиации, поступившей на границу атмосферы. Отдача солнечной радиации Землей слагается из отражения от земной поверхности, рассеяния прямой радиации атмосферой в мировое пространство (обратного рассеяния) и отражения от верхней поверхности облаков. А. 3. в видимой части спектра (визуальное)—около 40%. Для интегрального потока солнечной радиации интегральное (энергетическое) А. 3. около 35%. В отсутствие облаков визуальное А. 3. было бы около 15%.

12 Суточным ходом температуры воздуха называется изменение температуры воздуха в течение суток – в общем отражает ход температуры земной поверхности, но моменты наступления максимумов и минимумов несколько запаздывают, максимум наступает в 14 часов, минимум после восхода солнца.

Суточная амплитуда температуры воздуха (разница между максимальной и минимальной температурами воздуха в течение суток) выше на суше, чем над океаном; уменьшается при движении в высокие широты, (наибольшая в тропических пустынях – до 40⁰ С) и, возрастает в местах с оголенной почвой. Величина суточной амплитуды температуры воздуха – это один из показателей континентальности климата. В пустынях она намного больше, чем в районах с морским климатом.

Годовой ход температуры воздуха (изменение среднемесячной температуры в течение года) определяется, прежде всего, широтой места. Годовая амплитуда температуры воздуха - разница между максимальной и минимальной среднемесячными температурами.

Географическое распределение температуры воздуха показывают с помощью изотерм – линий, соединяющих на карте точки с одинаковыми температурами. Распределение температуры воздуха зонально, годовые изотермы в целом имеют субширотное простирание и соответствуют годовому распределению радиационного баланса.

В среднем за год самой теплой параллелью является 10⁰ с.ш. с температурой 27⁰ С – это термический экватор. Летом термический экватор смещается до 20⁰ с.ш., зимой – приближается к экватору на 5⁰ с.ш. Смещение термического экватора в СП объясняется тем, что в СП площадь суши, расположенная в низких широтах, больше по сравнению с ЮП, а она в течение года имеет более высокие температуры.

Тепло по земной поверхности распределено зонально-регионально. Помимо географической широты на распределение температур на Земле влияют: характер распределения суши и моря, рельеф, высота местности над уровнем моря, морские и воздушные течения.

Широтное распределение годовых изотерм нарушают теплые и холодные течения. В умеренных широтах СП западные берега, омываемые теплыми течениями, теплее восточных берегов, вдоль которых проходят холодные течения. Следовательно, изотермы у западных берегов изгибаются к полюсу, у восточных – к экватору.

Средняя годовая температура СП +15,2⁰ С, а ЮП +13,2⁰ С. минимальная температура в СП достигала –77⁰ С (Оймякон) (абсолютный минимум СП) и –68⁰ С (Верхоянск). В ЮП минимальные температуры гораздо ниже; на станциях «Советская» и «Восток» была отмечена температура –89,2⁰ С (абсолютный минимум ЮП). Минимальная температура в безоблачную погоду в Антарктиде может опускаться до –93⁰С. Самые высокие температуры наблюдаются в пустынях тропического пояса, в Триполи +58⁰ С, в Калифорнии, в Долине Смерти, отмечена температура +56,7⁰ С.

Атмосферное давление

Понятие об атмосферном давлении. Воздух невидимое и легкое. Однако и оно, как и всякая вещество, имеет массу и вес. Поэтому оно оказывает давление на земную поверхность и на все тела, на ней находятся. Это давление определяется весом столба воздуха высотой с всю атмосферу - от земной поверхности до самой ее верхней границы. Установлено, что такой столб воздуха давит на каждый 1 см² поверхности с силой в 1 кг 33 г (соответственно на 1 м² - Более 10 т!) Итак, атмосферное давление - Это сила, с которой воздух давит на земную поверхность и на все предметы на ней.

Поверхность тела человека составляет в среднем 1,5 м². Согласно воздуха давить на нее весом в 15 т. Такое давление способно раздавить все живое. Почему же мы его не ощущаем? Это связано с тем, что внутри человеческого организма также существует давление - внутренний, и он равно атмосферному. Если это равновесие нарушается, человек чувствует себя плохо.

Измерение атмосферного давления. Атмосферное давление измеряют с помощью специального прибора - барометра. В переводе с греческого это слово означает "Измеритель тяжести".

На метеостанциях используют ртутный барометр. Основная его часть - стеклянная трубка длиной 1 м, запаянная с одного конца. В нее налито ртуть - тяжелый жидкий металл. Открытым концом трубка погружена в широкую чашу, также заполненную ртутью. При переворачивании ртуть из трубки вылилась только до определенного уровня и остановилась. Почему же она остановилась, а не вылилась вся? Потому что воздух оказывает давление на ртуть в чаше и не выпускает ее всю из трубки. Если атмосферное давление уменьшается, то ртуть в трубке опускается и наоборот. По высоте столба ртути в трубке, на которую нанесена шкала, определяют величину атмосферного давления в миллиметрах.

На параллели 45⁰ на уровне моря при температуре воздуха 0 ⁰С под давлением воздуха столбик ртути поднимается в трубке на высоту 760 мм. Такое давление воздуха считается нормальным атмосферным давлением. Если столб ртути в трубке поднимается выше 760 мм, то давление повышенный, Ниже - снижен. Следовательно, давление столба воздуха всей атмосферы уравновешивается весом столба ртути высотой 760 мм.

В походах и экспедициях пользуются более удобным прибором - барометром-анероид. "Анероид" в переводе с греческого означает "безридинний": в нем нет ртути. Главной его частью является металлическая упругая коробочка, из которой скачали воздуха. Это делает ее очень чувствительной к изменениям давления извне. При повышенные давления она сжимается, при снижении - расширяется. Эти колебания через особый механизм передаются стрелке, которая указывает на шкале величину атмосферного давления в миллиметрах ртутного столба.

Зависимость давления от высоты местности и температуры воздуха. Атмосферное давление зависит от высоты местности. Чем выше уровня моря, тем давление воздуха меньше. Он снижается, так как с поднятием уменьшается высота столба воздуха, который давит на земную поверхность. Кроме того, с высотой давление падает еще и потому, что уменьшается плотность самого воздуха. На высоте 5 км атмосферное давление снижается наполовину по сравнению с нормальным давлением на уровне моря. В тропосфере с подъемом на каждые 100 м давление уменьшается примерно на 10 мм рт. ст.

Зная, как изменяется давление, можно вычислить и абсолютное и относительное высоту места. Существует и особый барометр - высотомер, В котором наряду со шкалой атмосферного давления, есть и шкала высот. Итак, для каждой местности будет характерен свой нормальное давление: на уровне моря - 760 мм рт. века, в горах в зависимости от высоты - ниже. Например, для Киева, лежащей на высотах 140-200 м над уровнем моря, нормальным будет среднее давление 746 мм рт. ст.

Атмосферное давление зависит и от температуры воздуха. При нагревании объем воздуха увеличивается, оно становится менее плотным и легким. За этого уменьшается и атмосферное давление. При охлаждении происходят обратные явления. Следовательно, с изменением температуры воздуха непрерывно меняется и давление. В течение суток он дважды повышается (утром и вечером) и дважды снижается (После полудня и после полуночи). Зимой, когда воздух холодный и тяжелое, давление выше, чем летом, когда оно более теплое и легкое. Итак, за изменением давления можно предсказать изменения погоды. Снижение давления указывает на осадки, повышение - на сухую погоду. Изменение атмосферного давления влияет и на самочувствие людей.

Распределение атмосферного давления на Земле. Атмосферное давление, как и температура воздуха, распределяется на Земле полосами: различают пояса низкого и высокого давления. Их образование связано с нагревом и перемещением воздуха.

Над экватором воздух хорошо прогревается. От этого оно расширяется, становится менее плотным, а потому легче. Легче воздуха поднимается вверх - происходит восходящее движение воздуха. Поэтому там у поверхности Земли течение года устанавливается пояс низкого давления. Над полюсами, где в течение года температуры низкие, воздух охлаждается, становится более плотным и тяжелым. Поэтому оно опускается - происходит нисходящее движение воздух - и увеличивается давление. Поэтому у полюсов образовались пояса высокого давления. Воздух, поднявшееся над экватором, растекается к полюсам. Но, не доходя до них, на высоте оно охлаждается, становится тяжелее и опускается на параллелях 30-35⁰ в обоих полушариях. Как следствие - там образуются пояса высокого давления. В умеренных широтах, на параллелях 60-65⁰обоих полушарий образуются пояса низкого давления.

Таким образом, наблюдается тесная зависимость атмосферного давления от распределения тепла и температур воздуха на Земле, когда восходящие и нисходящие движения воздуха обуславливают неравномерное нагревание земной поверхности.

 

14. Ветром называется горизонтальное движение воздушных масс над поверхностью суши или воды.
Скорость ветра измеряется в метрах в секунду или в баллах (один балл приблизительно равен 2 м/с). Скорость зависит от барического градиента: чем больше барический градиент, тем выше скорость ветра.

От скорости зависит сила ветра (табл. 1). Чем больше разность атмосферного давления между соседними участками земной поверхности, тем сильнее ветер.

 

 

15. Вода в атмосфере

Этот раздел физики атмосферы является чрезвычайно важным т.к. он раскрывает теорию одного из основных погодо и климатообразующих процессов – влагооборота. Важен он и с практической точки зрения, т.к. одним из элементов влагооборота являются осадки, учет которых имеет прикладное значение во многих отраслях хозяйства: с/х, водоснабжении и т.д.

Испарение и конденсация Это 2 противоположных процесса в атмосфере, которые приводят к переходу воды в разные фазовые состояния. Соответственно они являются основными механизмами влагооборота, а следовательно и следствиями множества явлений в атмосфере, таких как: туманы, облака, осадки, роса, иней, дымка. Для понимания физики этих вопросов следует начать с изучения условий фазовых переходов воды.

Фазовые переходы воды Вода – единственное вещество, которое встречается в атмосфере во всех 3-х агрегатных состояниях: твердом(лед), жидком(вода), газообразном(пар). В облаках часто встречаются системы, образованные из воды, находящейся в различных агрегатных состояниях. Причем, в таких системах наблюдается непрерывный переход воды из одной в другую фазу. В какие-то моменты система может находится в состоянии подвижного равновесия, т.е. переход молекул из одной фазы в другую не осуществляется. Для характеристики фазовых переходов и фазового равновесия в метеорологии широкое применение нашло понятие о «термодинамическом потенциале»: ФункцияS=U–Tφ+Apvи носит название термодинамический потенциал, гдеU– внутренняя энергия системы;T– температура;φ– энтропия;Apv– характеризует приток(отток) энергии за счет внешних сил; А – термический эквивалент работы. В том случае еслиdS= 0, то система находится в состоянии равновесия. А это достигается лишь в том случае если имеет место определенное соотношение между давлением пара и температурой. Такое соотношение наблюдается, кода водяной пар в системе находится в состоянии насыщения. Поэтому для изучения фазовых переходов необходимо выяснить от каких факторов зависит величина упругости насыщенного пара.

Упругость насыщенного пара в зависимости от температуры над водой и надо льдом. Используя уравнение Клаузиуса-Клайнерона или выражение для термодинамического потенциала, можно вывести фомулы зависимости упругости насыщения от температуры: - над водой (уточненная эмпирическая формула Магнуса) , где 6,1=Е₀- надо льдом Сравнивая отношение Е_л / Е_в при одной и той же отрицательной температуре, можно сделать вывод, что это отношение меньше единицы, причем чем ниже температура, тем меньше это соотношение (до - 12◦С). Следовательно, упругость насыщения пара надо льдом (при прочих равных условиях) меньше, чем над водой. Это объясняется тем, что силы сцепления молекул льда больше. Потому число оторвавшихся молекул будет меньше, а значит и меньше упругость насыщения. Таким образом если, при отрицательных температурах (в переохлажденных облаках) относительная влажность по отношению к воде равна 100%, то по отношению ко льду она может быть больше 100%, т.е. в таких случаях наблюдается перенасыщение.

Термодинамическая диаграмма. Графически зависимость упругости насыщения водяного пара от температуры для различных фаз воды представлена на термодинамической диаграмме фазового равновесия воды.

Три состояния одновременно могут находиться в равновесии только в т. О (при t= 0^◦С, е ≈ 6,1 гПа). Кривая ОА соответствует равновесию между паром и водой приt> 0 (линия испарения). Кривая ОВ¹соответствует равновесию между паром и переохлажденной водой приt< 0. Кривая ОВ` соответствует равновесию между переохлажденной водой и льдом. ОС – кривая плавления льда. Т.1 – устойчивое состояние газообразной фазы. Т.2 – устойчивое состояние водной фазы. Т.3 –состояние равновесия пар-вода. Таким образом эта диаграмма позволяет определить в каком положении находится система (в равновесии или нет и какая фаза).

Испарение и испаряемость С поверхности жидкости всегда отрывается несколько молекул, обладающих повышенной скоростью. На совершение этой работы затрачивается энергия, численно равная теплоте испарения. Оторвавшиеся молекулы вследствие диффузии частично распространяется в окружающем пространстве, частично возвращается в жидкость. Интенсивность испарения характеризуют не числом оторвавшихся молекул, а массой испарившейся жидкости с единицы поверхности за единицу времени, т.е. кг/(с*м²) или мм/с (т.к. слой 1 мм на площади 1м²составляет массу воды 1 кг). Испарение в естественных условиях является сложным процессом. Согласно закону Дальтона его скорость пропорциональна разности между упругостью насыщенного пара Е_п, вычисленного по температуре испаряющей поверхности и парциальным давлением пара в воздухе «е». Кроме того, скорость испарения обратно пропорциональна атмосферному давлениюP: , где А – коэффициент пропорциональности, зависящий в основном от ветра. Из формулы следует чтоwусиливается при увеличенииE_n, что в свою очередь происходит при повышении температуры. Следует заметить, что если испаряющая поверхность теплее воздуха, то испарение может происходить и когда воздух уже насыщен паром, т.к.E_n> (e=E). Если же температура испаряющей поверхности холоднее, чем температура воздуха, то вместо испарения будет конденсация, т.к.E_n<eиw< 0. В связи с тем что в природе испарение происходит с разных поверхностей (вода, почва, растения и т.д.), то при одинаковых метеорологических условиях результат испарения будет разный. Поэтому вводится понятие испаряемость – это максимально возможное испарение при наличии избытка влаги. Она всегда больше фактического испарения и равна ему на водоемах. Для определения испарения (испаряемости) используют приборы, но чаще всего применяют расчетные методы: А) метод турбулентной диффузии (основан на связи вертикального распределения гигрометрических характеристик с турбулентным потоком водяного пара): , гдеk₁– коэффициент турбулентности наh= 1м в м²/с;z` = 1м; ∆e– разность парциального давления пара наh= 0,5 иh= 2м. в гПа;wв мм/ч (значениеk₁ находится по таблице по ∆tи ∆Vнаh= 0,5 иh= 2м.) Б) метод теплового баланса (LE=R–P–B,E=w= (R-P–B) /L). Для практических расчетов используют следующую формулу: , гдеwв мм/ч;R– радиационный баланс; В – поток тепла в почву, в кВт/м², ∆tи ∆е – разности температуры и парциального давления наh= 0,5 иh= 2м. В) по эмпирическим формулам, например:w= 0,134*V*(E_n–e), гдеwв мм/сут;V– скорость ветра в м/с; (E_n–e) в гПа.\

Конденсация и сублимация водяного пара Наряду с процессом перехода воды (жидкой) в пар (испарение) в природе наблюдается обратный процесс перехода пара в жидкость (конденсация) или сразу в лед (сублимация). При этом происходит выделение теплоты конденсации. Процесс конденсации происходит в том случае, когда температура испаряющейся поверхности понижается до точки росы. В этом случае давление пара в воздухе уравнивается (превышает) с давлением у испаряющей поверхности. В естественных условиях образование зародышевых капель (кристаллов) происходит на ядрах конденсации, т.е. на взвешенных частичках, которые всегда присутствуют в воздухе. В идеально чистом воздухе для процесса конденсации необходимо многократное пересыщение.

Упругость пара над поверхностью капель Исследования показали, что процесс насыщения в.п. зависит не только отt⁰и фазы воды (т.е. над водой или надо льдом). На него влияют и другие факторы: кривизна поверхности, наличие электрического заряда на капле, присутствие солей и кислот. Установлено, что упругость пара над выпуклой поверхностью больше, чем над плоской и