Динамика атмосферы. Схема общей циркуляции тропосферы. Воздушные массы и атмосферные фронты. Циклоны и антициклоны. Господствующие ветры

Господствующие ветры

Над океанами в обоих полушариях, в северном и южном, наблюдаются области господствующих западных ветров. Эти области отделены от пассатов поясами высокого давления, расположенными в широтах 30-35°. Градиенты давления в районах, лежащих в широтах больше 35°, имеют в общем направление к полюсам, а ветры, отклоняясь от направления градиентов, приобретают хорошо выраженную западную составляющую.

В южном полушарии, где преобладает морская поверхность, эти ветры гораздо свежее, чем в северном, и часто имеют силу шторма. Недаром моряки называют эти ветры "бравыми вестами", а районы их действия "ревущими" сороковыми широтами, "гремящими" 50-ми и "неистовыми" 60-ми.

В 60-х широтах южного полушария океан сплошным кольцом опоясывает земной шар, и "бравые весты" разводят здесь волнение большой силы и создают самое большое течение.

На 30-х широтах обоих полушарий между пассатами и господствующими западными ветрами расположены субтропические зоны затишья.

Местные ветры

Бризы – ветры приморских побережий, дующие днем с моря на сушу, ночью – с суши на море (из-за большого прогревания суши днем и охлаждения ночью). Морской бриз начинается около 10 час., к полудню достигает скорости 4-7 м/сек и к вечеру затихает. Береговой бриз начинается после захода Солнца. Бризы в умеренных широтах имеют вертикальную мощность 200-300 м. Над ними дуют противоположные ветры. Бризы охватывают прибрежную полосу шириной 10-25 миль.

Бора – холодный ветер, спускающийся по долинам вдоль крутых склонов с суши к теплому морю. Бора возникает в то время, когда над сушей давление быстро повышается, а над морем образуется область пониженного давления. При боре ветер порывистый, доходящий иногда до силы ураганов. Однако далеко в море бора не распространяется. Температура воздуха в холодное время года обычно падает ниже нуля и вызывает обледенение. Бора наблюдается в Новороссийской бухте, а также у северных берегов Адриатического моря.

Мистраль – подобный боре по силе и происхождению сильный, холодный, северный или северо-западный ветер наблюдающийся у французских берегов Средиземного моря (от устьев Эмбо до Генуэзского залива).

Бакинский норд – аналогичный боре сильный ветер – наблюдается на Каспийском море в районе Баку.

Все эти ветры достигают ураганной силы.

Сирокко – необыкновенно теплый и влажный ветер, от южной четверти горизонта, дующий над Средиземным морем, Италией и Далмацией.

Гарматтан – жаркий, пыльный восточный ветер, дующий из Сахары на западном побережье Африки в декабре и январе.

Памперо – шквалистый ветер в устье реки Ла-Платы, наблюдается с июня по октябрь.

Смерчи – вихри большой разрушительной силы с диаметром 30-100 м, высотой от нескольких сотен до 1000 м, со скоростью вращательного движения до 50-100 м/сек; скорость поступательного движения смерча сравнительно невелика и редко доходит до 30-40 км/час. Продолжительность смерчей – от нескольких минут до 3-4 час. Они часто наблюдаются в малых и нередко в умеренных широтах, преимущественно в теплое время года.

При образовании смерча над морем обычно наблюдается как из темного грозного облака опускается быстро вращающийся "хобот", вода в том месте, где опускается этот "хобот", как бы вскипает и приходит во вращение, поднимаясь в виде конуса. Над морем возникает "колонна" смерча, представляющая опасность для судов. Смерч обрушиваясь на судно, ломает надстройки, срывает шлюпки, закручивает ванты вокруг мачт и причиняет другие повреждения. Суда должны уклоняться от встречи со смерчами.

 

11. Понятие погоды и климата. Факторы климатообразования. Климатические пояса по Б. П. Алисову

Погода – состояние атмосферы в данной местности в определенный отрезок времени. Элементы погоды: температура воздуха, влажность, давление. К явлениям относятся: ветер, облака, атмосферные осадки. Иногда явления погоды носят необычайный, даже катастрофический характер, например, ураганы, грозы, ливни, засухи.

Климат – многолетний режим погоды, характерный для какой-либо местности, который с небольшими колебаниями удерживается на протяжении веков. Климат зависит от количества солнечной радиации (от широты), от перемещения воздушных масс, атмосферных фронтов, циклонов и антициклонов (от циркуляции атмосферы), от свойств и форм земной поверхности. Основные показатели климата: температура воздуха (средняя годовая, января и июля), преобладающее направление ветров, годовое количество и режим осадков.

 

Климатоформирующие факторы:

· Географическая широта местности, которая определяет высоту стояния солнца над горизонтом, приток солнечной радиации на единицу поверхности земли;

· Высота над уровнем моря и рельеф местности (равнинная, обычная, горы);

· Тип земной поверхности (леса, лесостепь, степь, пустыня, водоемы);

· Близость моря, океана, характер морских течений (теплые, например Гольфстрим, холодные, например Лабрадорское);

· Особенности циркуляции воздушных масс (циклоны, антициклоны, атмосферные фронты, пассаты, муссоны, господствующие местные направления и сила ветра, например фен, норд, бора, сирокко и т.п.).

 

Испарение с поверхности океана; 2 – выпадение осадков на поверхность океана: 3 – выпадение осадков на поверхность супш; 4 – испарение с поверхности суши: 5 – поверхностный, нерусловой сток в океан; 6 – речной сток в океан; 7 – подъемный сток в океан или в бессточную область

Меньшая часть влаги участвует в большом поверхностном круговороте, переносясь воздушными потоками с Океана на территорию суши, где возникает ряд местных влагооборотов. С периферийных частей континентов (их площадь около 117 млн км²) вода вновь поступает в Океан путем поверхностного (речного и ледникового) и подземного стока, завершая большой круговорот.

Территории, не имеющие стока в Мировой океан, называют областями внутреннего стока (бессточными по отношению к Океану). Их площадь более 32 млн км². Вода, испарившаяся с замкнутых территорий суши и вновь выпадающая на нее же, образует внутриматериковый круговорот. Крупнейшие области внутреннего стока – Арало-Каспийская, Сахара, Аравия, Центрально-Австралийская. Воды этих областей обмениваются влагой с периферийными областями и океаном в основном путем переноса ее воздушными течениями.

В процессе своего путешествия водная стихия:

· способствует разрушению горных пород, делает доступными минералы для растений и микроорганизмов;

· размывает верхний слой почвы и удобряет неорганическими и органическими частицами корни растений;

· обогащает кислородом среду обитания всего живого, так как часть воды в клетках растений расщепляется в процессе фотосинтеза, а кислород поступает в атмосферу.

Постоянно переходя из одного состояния в другое, вода совершает малые и большой круговороты. И в этом основное значение его. Взаимодействуя с литосферой (земная твердь), атмосферой (воздушная среда), живым веществом, круговорот связывает воедино все части гидросферы: океан, реки, почвенную и атмосферную влагу, подземные воды.

 

Количественно круговорот воды на Земле характеризуется водным балансом. Водный баланс Земли – равенство между количеством воды, поступающей на поверхность земного шара в виде осадков, и количеством воды, испаряющейся с поверхности Мирового океана и суши за одинаковый период времени. В среднем годовое количество осадков, так же как и испарение, равно 1132 мм, что в объемных единицах составляет 577060 км воды (табл. 5).

В истории Земли неоднократно отмечались крупные изменения воднобалансовых характеристик, что связано с колебаниями климата. В периоды похолоданий происходит изменение мирового водного баланса в сторону большей увлажненности континентов за счет консервации воды в ледниках. Водный баланс Океана становится отрицательным, и уровень его понижается. В периоды потеплений, наоборот, отрицательный водный баланс устанавливается на континентах: растет испарение, увеличивается транспирация, тают ледники, сокращается объем озер, увеличивается сток в Океан, водный баланс которого становится положительным.

1. Та блица 5

Средний годовой водный баланс Земли (по Р. К. Клиге и др.)

Элементы баланса	Объем воды, км3/год	Слой воды, мм	% от расхода
Земной шар в целом
Испарение	-577060	-1132
Атмосферные осадки	+577060	+ 1132
	Мировой океан
Испарение	-507150	-1402
Атмосферные осадки	+457230	+ 1264	90,2
Речной сток	+44 180	+ 122	8,7
Ледниковый сток	+3850	+ 11	0,8
Подземный сток	+2500	+7	0,5
Невязка баланса	+610	+2	0,1
Территория суши
Атмосферные осадки	+119830	+804
Испарение	-69910	-469	58,3
Речной сток	-44 180	-296	36,7
Ледниковый сток	-3850	-26	3,2
Подземный сток	-2500	-17	2,1
Невязка баланса		-4	0,5

Повышение температуры воздуха почти на 1 °С в XX столетии вызвало нарушение мирового водного баланса: для Мирового океана он стал положительным, а для суши отрицательным. Потепление привело к возрастанию испарения с океанической поверхности и увеличению облачности как над океанами, так и над континентами. Атмосферные осадки над Океаном и в прибрежных районах суши увеличились, но сократились во внутриконтинентальных областях. Значительно усилилось таяние ледников. Такие изменения в мировом водном балансе приводят к повышению уровня Мирового океана в среднем на 1,5 мм/год, а в последние годы до 2 мм/год

Мировой океан

МО — это непрерывная часть гидросферы, на которую приходится свыше 94 % от всей площади воды на планете (океанов, морей, заливов, проливов, рек, озер и прудов). Обычно российские ученые-географы выделяют 4 основные части Мирового океана. Перечислим их в порядке убывания площади поверхности (млн. км2): Тихий (179), Атлантический (92), Индийский (76),Северный Ледовитый (15)

 

Таблица 3

соли	Мировой океан	Черное море		соли	Мировой океан	Черное море
Хлориды: NaCl MgCl2 KCl	78,32 9,44 2,99	77,72 9,07 2,99		Сульфаты: MgSO4 CaSO4 Карбонаты	6,40 3,94 0,21	7,11 2,58 1,59

Естественно, что вблизи устьев рек морская вода имеет пониженную соленость. В других случаях, например в Средиземном море, в результате испарения понижается уровень воды и увеличиваются ее соленость и плотность. В связи с этим в Средиземное море направляются поверхностные течения через пролив Дарданеллы из Мраморного и Черного морей, где испарение компенси­руется притоком речных вод. Такой же обмен водами происходит между Красным морем, воды которого характеризуются резко повышенной соленостью (45 ⁰/₀₀), и Индийским океаном, а также между относительно пресноводным Балтийским морем и Северным. Менее соленые воды имеют меньшую плотность и распространяются над более солеными и тяжелыми, поэтому поверхностные течения всегда движутся к областям с большей соленостью, а придонные течения — в противоположном направлении.

Растворимость солей, а следовательно, и соленость вод увеличиваются с повышением температуры. Поэтому в полярных областях в поверхностном слое с низкой температурой соленость минимальная, а замерзающий лед практически пресный.

Динамика атмосферы. Схема общей циркуляции тропосферы. Воздушные массы и атмосферные фронты. Циклоны и антициклоны. Господствующие ветры

Динамика атмосферы – совокупность движения воздуха, воздушных масс. Ученые установили десятки различной формы механизмов передвижения воздуха от простого линейного движения до сложнейших вихрей.

Различают местную динамику воздуха на небольших пространствах и общую циркуляцию атмосферы над большими площадями земной поверхности.

Общая циркуляция атмосферы зависит от распределения солнечной радиации и давления воздуха по земной поверхности, от условий нагревания нижних слоев воздуха подстилающей поверхностью, распределения воды и суши на Земле и других причин глобального масштаба. Это крупномасштабные движения (течения) воздуха: пассаты и антипассаты, муссоны, циклоны и антициклоны, струйных течения в верхних слоях атмосферы

Воздушные массы – большие объемы воздуха в тропосфере, которые имеют общее происхождение, сходные свойства и общее направление. Они занимают большие пространства над материками и океанами. Каждая такая масса простирается на тысячи километров. При движении воздушных масс из одних широт в другие, с океана на материк или наоборот происходит преобразование, трансформация воздушных масс.

 

Перемещение воздушных масс определяет изменение погоды: теплые вызывают потепление, так как массы движутся с более теплой подстилающей поверхности; холодные — приносят похолодание, перемещаясь с более холодной поверхности на более теплую. На состояние воздушных масс влияет подстилающая поверхность (море, горы или равнины, лес или поле).

 

Различают 4 основных типа воздушных масс (в зависимости от места формирования).

1. Арктический (антарктический) воздух (АВ) формируется над ледяной поверхностью полярных стран; характерны низкие температуры, малое содержание влаги, небольшое количество пыли, большая прозрачность. Подразделяется на континентальный и морской, у морского повышенное содержание влаги.

2. Полярный воздух (ПВ) – воздух умеренных широт, формируется в средних и субполярных, т. е. во внетропических, широтах обоих полушарий. Он также бывает континентальным и морским.

3. Тропический воздух (ТВ) – воздушная масса, круглый год формирующаяся в тропиках и субтропиках, летом – над сушей на юге умеренных широт (юг Европы, Казахстан, Средняя Азия, Забайкалье и др.). Обычно ТВ вторгается из низких широт в более высокие, вызывая резкое повышение температуры—оттепели зимой и жаркую погоду летом. Морской ТВ отличается высокой влажностью и температурой, континентальный— запыленностью и более высокой температурой.

4. Экваториальный воздух (ЭВ) формируется в экваториальной зоне, перемещаясь в северное и южное полушария. И над морем, и над сушей всегда имеет высокую температуру и влажность; поэтому на морской и континентальный не подразделяется. При переходе с океана на более нагретую сушу из экваториального воздуха выпадают тропические дожди. За пределы тропиков экваториальный воздух (ЭВ) не распространяется.

 

Атмосферные фронты – переходная зона между двумя воздушными массами с разным физическими свойствами.

Фронты постоянно возникают и исчезают (размываются). Вместе с ними формируются, меняют свойства воздушные массы. Фронты по характеру перемещения воздушных масс делят на теплые и холодные, в зависимости от степени активности теплых или холодных ВМ.

Теплый фронт – фронт, который перемещается в сторону холодного воздуха, т.к. теплый воздух является более активным. Он натекает на отступающий холодный воздух, спокойно поднимаясь вверх по фронтальной поверхности.

Холодный фронт – фронт, в котором холодный воздух оттесняет с территории теплый воздух. Теплая воздушная масса оттесняется вверх клином холодного воздуха. Прохождение фронта приводит к смене теплой воздушной массы на холодную.

Огромные атмосферные волны, возникающие в воздушных массах по обе стороны от фронта, приводят к образованию атмосферных возмущений вихревого характера – циклонов и антициклонов, определяющих режим ветра и других элементов погоды.

Циклон – крупномасштабное атмосферное возмущение вихревого характера, связанное с областью пониженного атмосферного давления. Минимальное атмосферное давление приходится на центр циклона. Ветры в циклоне северного полушария направлены против часовой стрелки, отклоняясь в нижнем слое к центру; в южном полушарии – по часовой стрелке, с таким же отклонением в нижнем слое. Циклоны провоцируют такие погодные явления, как скопление облачных масс, сильные осадки, ветер и перепады температуры.

Схема циклона (Z).

Антициклон – область повышенного атмосферного давления с замкнутыми концентрическими изобарами на уровне моря. Максимальное давление в центре антициклона, к периферии оно убывает. Воздух в антициклоне движется в северном полушарии, огибая центр по часовой стрелке (т.е. отклоняясь вправо), в южном полушарии – против часовой стрелки. В нижнем слое линии тока воздуха имеют форму спиралей, расходящихся от центра. Расходимость воздушных течений в нижних слоях влечет за собой преобладание в антициклоне нисходящих движений (оседания) воздуха с вертикальной составляющей порядка десятков и сотен метров в сутки. Погода, образуемая этим вихрем, малооблачная и сухая. Ветра практически не наблюдается.

Схема антициклона (Az).

 

Господствующие ветры

Над океанами в обоих полушариях, в северном и южном, наблюдаются области господствующих западных ветров. Эти области отделены от пассатов поясами высокого давления, расположенными в широтах 30-35°. Градиенты давления в районах, лежащих в широтах больше 35°, имеют в общем направление к полюсам, а ветры, отклоняясь от направления градиентов, приобретают хорошо выраженную западную составляющую.

В южном полушарии, где преобладает морская поверхность, эти ветры гораздо свежее, чем в северном, и часто имеют силу шторма. Недаром моряки называют эти ветры "бравыми вестами", а районы их действия "ревущими" сороковыми широтами, "гремящими" 50-ми и "неистовыми" 60-ми.

В 60-х широтах южного полушария океан сплошным кольцом опоясывает земной шар, и "бравые весты" разводят здесь волнение большой силы и создают самое большое течение.

На 30-х широтах обоих полушарий между пассатами и господствующими западными ветрами расположены субтропические зоны затишья.

Местные ветры

Бризы – ветры приморских побережий, дующие днем с моря на сушу, ночью – с суши на море (из-за большого прогревания суши днем и охлаждения ночью). Морской бриз начинается около 10 час., к полудню достигает скорости 4-7 м/сек и к вечеру затихает. Береговой бриз начинается после захода Солнца. Бризы в умеренных широтах имеют вертикальную мощность 200-300 м. Над ними дуют противоположные ветры. Бризы охватывают прибрежную полосу шириной 10-25 миль.

Бора – холодный ветер, спускающийся по долинам вдоль крутых склонов с суши к теплому морю. Бора возникает в то время, когда над сушей давление быстро повышается, а над морем образуется область пониженного давления. При боре ветер порывистый, доходящий иногда до силы ураганов. Однако далеко в море бора не распространяется. Температура воздуха в холодное время года обычно падает ниже нуля и вызывает обледенение. Бора наблюдается в Новороссийской бухте, а также у северных берегов Адриатического моря.

Мистраль – подобный боре по силе и происхождению сильный, холодный, северный или северо-западный ветер наблюдающийся у французских берегов Средиземного моря (от устьев Эмбо до Генуэзского залива).

Бакинский норд – аналогичный боре сильный ветер – наблюдается на Каспийском море в районе Баку.

Все эти ветры достигают ураганной силы.

Сирокко – необыкновенно теплый и влажный ветер, от южной четверти горизонта, дующий над Средиземным морем, Италией и Далмацией.

Гарматтан – жаркий, пыльный восточный ветер, дующий из Сахары на западном побережье Африки в декабре и январе.

Памперо – шквалистый ветер в устье реки Ла-Платы, наблюдается с июня по октябрь.

Смерчи – вихри большой разрушительной силы с диаметром 30-100 м, высотой от нескольких сотен до 1000 м, со скоростью вращательного движения до 50-100 м/сек; скорость поступательного движения смерча сравнительно невелика и редко доходит до 30-40 км/час. Продолжительность смерчей – от нескольких минут до 3-4 час. Они часто наблюдаются в малых и нередко в умеренных широтах, преимущественно в теплое время года.

При образовании смерча над морем обычно наблюдается как из темного грозного облака опускается быстро вращающийся "хобот", вода в том месте, где опускается этот "хобот", как бы вскипает и приходит во вращение, поднимаясь в виде конуса. Над морем возникает "колонна" смерча, представляющая опасность для судов. Смерч обрушиваясь на судно, ломает надстройки, срывает шлюпки, закручивает ванты вокруг мачт и причиняет другие повреждения. Суда должны уклоняться от встречи со смерчами.

 

11. Понятие погоды и климата. Факторы климатообразования. Климатические пояса по Б. П. Алисову

Погода – состояние атмосферы в данной местности в определенный отрезок времени. Элементы погоды: температура воздуха, влажность, давление. К явлениям относятся: ветер, облака, атмосферные осадки. Иногда явления погоды носят необычайный, даже катастрофический характер, например, ураганы, грозы, ливни, засухи.

Климат – многолетний режим погоды, характерный для какой-либо местности, который с небольшими колебаниями удерживается на протяжении веков. Климат зависит от количества солнечной радиации (от широты), от перемещения воздушных масс, атмосферных фронтов, циклонов и антициклонов (от циркуляции атмосферы), от свойств и форм земной поверхности. Основные показатели климата: температура воздуха (средняя годовая, января и июля), преобладающее направление ветров, годовое количество и режим осадков.

 

Климатоформирующие факторы:

· Географическая широта местности, которая определяет высоту стояния солнца над горизонтом, приток солнечной радиации на единицу поверхности земли;

· Высота над уровнем моря и рельеф местности (равнинная, обычная, горы);

· Тип земной поверхности (леса, лесостепь, степь, пустыня, водоемы);

· Близость моря, океана, характер морских течений (теплые, например Гольфстрим, холодные, например Лабрадорское);

· Особенности циркуляции воздушных масс (циклоны, антициклоны, атмосферные фронты, пассаты, муссоны, господствующие местные направления и сила ветра, например фен, норд, бора, сирокко и т.п.).