Конденсация это изменение совтояния вещества из газообразного в жидкое или твёрдое. Но что такое конденсация в мастабе планеты?

В каждый момент времени атмосферапланеты Земля содержит свыше 13 миллиардов тонн влаги. Эта цифра практически постоянна, так как потери за счет выпадения осадков, в конечном счете, непрерывно восполняются испарением.

Скорость кругооборота влаги в атмосфере

Скорость кругооборота влаги в атмосфере оценивается колоссальной цифрой - около 16 миллионов тонн в секунду или 505 миллиардов тонн в год. Если бы вдруг весь водяной пар в атмосфере сконденсировался и выпал в виде осадков, то эта вода могла бы покрыть всю поверхность земного шара слоем примерно 2,5 сантиметра, иными словами, атмосфера содержит количество влаги, эквивалентное всего лишь 2,5 сантиметрам дождя.

Сколько времени находится молекула пара в атмосфере?

Так как на Земле в среднем за год выпадает 92 сантиметра, то, следовательно, в атмосфере влага обновляется 36 раз, то есть 36 раз атмосфера насыщается влагой и освобождается от нее. Это значит, что молекула водяного пара пребывает в атмосфере в среднем 10 дней.

Путь молекулы воды


Однажды испарившись, молекула водяного пара дрейфует обычно сотни и тысячи километров, пока не сконденсируется и не выпадет с осадками на Землю. Вода, снега или града на возвышенностях Западной Европы, преодолевает примерно 3000 км от Северной Атлантики. Между превращением жидкой воды в пар и выпадением осадков на Землю совершается несколько физических процессов.

С теплой поверхности Атлантики молекулы воды попадают в теплый влажный воздух, который в дальнейшем поднимается над окружающим его более холодным (более плотным) и более сухим воздухом.

Если при этом будет наблюдаться сильное турбулентное перемешивание воздушных масс, то в атмосфере появится слой перемешивания и облака на границе двух воздушных масс. Около 5% их объема составляет влага. Насыщенный паром воздух всегда легче, во-первых, потому, что он нагрет и поступает с теплой поверхности, во-вторых, потому, что 1 кубический метр чистого пара примерно на 2/5 легче 1 кубический метр чистого сухого воздуха при той же температуре и давлении. Отсюда следует, что влажный воздух легче сухого, а теплый и влажный тем более. Как мы увидим позже, это очень важный факт для процессов изменения погоды.

Перемещение воздушных масс

Воздух может подниматься по двум причинам: либо потому, что становится легче в результате нагревания и увлажнения, либо потому, что на него действуют силы, заставляющие его подниматься над некоторыми препятствиями, например над массами более холодного и плотного воздуха или над холмами и горами.

Охлаждение

Поднимающийся воздух, попав в слои с меньшим атмосферным давлением, вынужден расширяться и при этом охлаждаться. Расширение требует затрат кинетической энергии, которая берется за счет тепловой и потенциальной энергии атмосферного воздуха, а этот процесс неизбежно ведет к понижению температуры. Скорость охлаждения поднимающейся порции воздуха часто меняется, если эта порция перемешивается с окружающим воздухом.

Сухоадиабатический градиент

Сухой воздух, в котором отсутствует конденсация или испарение, а также перемешивание, не получающий энергию в другой форме, охлаждается или нагревается на постоянную величину (на 1°С через каждые 100 метров) по мере подъема или опускания. Эту величину называют сухоадиабатическим градиентом. Но если поднимающаяся воздушная масса влажная и в ней происходит конденсация, то при этом выделяется скрытая теплота конденсации и температура насыщенного паром воздуха падает значительно медленнее.

Влажноадиабатический градиент

Эта величина изменения температуры называется влажно-адиабатическим градиентом. Она не постоянна, а изменяется с изменением величины высвобождающейся скрытой теплоты, другими словами, она зависит от количества конденсируемого пара. Количество же пара зависит от того, насколько сильно понижается температура воздуха. В нижних слоях атмосферы, где воздух теплый и влажность высокая, влажно-адиабатический градиент чуть больше половины сухоадиабатического градиента. Но влажно-адиабатический градиент постепенно растет с высотой и на очень большой высоте в тропосфере практически равен сухоадиабатическому градиенту.

Плавучесть движущегося воздуха определяется соотношением между его температурой и температурой окружающего воздуха. Как правило, в реальной атмосфере температура воздуха падает с высотой неравномерно (это изменение называется просто градиентом).

Если масса воздуха теплее и поэтому менее плотная, чем окружающий воздух (а влагосодержание постоянно), то она поднимается вверх так же, как детский мяч, погруженный в бак. И наоборот, когда движущийся воздух холоднее окружающего, то плотность его выше и он опускается. Если воздух имеет ту же самую температуру, что и соседние массы, то их плотность равна и масса остается неподвижной или движется только вместе с окружающим воздухом.

Таким образом, в атмосфере присутствуют два процесса, один из которых способствует развитию вертикального движения воздуха, а другой замедляет его.

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Отвечая на вопрос, что такое воздушная масса, можно сказать, что это среда обитания человека. Мы ею дышим, видим, ощущаем ежедневно. Без окружающего воздуха человечество не смогло бы вести свою жизнедеятельность.

Роль потоков в природном круговороте

Что такое воздушная масса? Это приносящий смену погодных условий. За счет естественного движения окружающей среды перемещаются осадки на тысячи километров по земному шару. Снег и дождь, холод и тепло приходят по установленным закономерностям. Учёные могут предсказывать изменение климата, глубже вникая в закономерности природных катаклизмов.

Постараемся дать ответ на вопрос: что такое воздушная масса? К ярким её примерам относят циклоны, перемещающиеся непрерывно. С ними приходит потепление или похолодание. Они движутся с постоянной закономерностью, но в редких случаях происходит их отклонение от обычной траектории. В результате таких нарушений в природе обнаруживают катаклизмы.

Так, в пустыне выпадает снег от встречающихся циклонов различной температуры или формируются смерчи, ураганы. Это все относится к ответу на вопрос: что такое воздушная масса? От её состояния зависит, какая будет погода, насыщенность воздуха кислородом или влагой.

Смена тепла и холода: причины

Воздушные массы — это основной участник образования климата на земле. Нагрев слоёв атмосферы происходит благодаря энергии, получаемой от солнца. Благодаря перепадам температуры меняется плотность воздуха. Более разреженные области заполняются плотными объемами.

Воздушные массы — это совокупность различных состояний газообразных слоёв атмосферы, зависящих от перераспределения тепла за счет смены дня и ночи. В тёмное время суток воздух охлаждается, появляется ветер, движущийся из более плотных слоёв в разреженные. Сила потока зависит от скорости снижения температуры, местности, влажности.

На движение масс влияют как горизонтальные перепады температур, так и вертикальные. Днём земля принимает тепло от солнца, начиная отдавать его нижним слоям атмосферы с вечера. Этот процесс продолжается всю ночь, а наутро водяной пар концентрируется в воздухе. Это становится причиной осадков: росы, дождя, тумана.

Какими бывают газообразные состояния?

Характеристика воздушных масс — это количественная величина, с помощью которой можно описать определённые состояния газообразных слоёв и дать им оценку.

Существует три основных показателя слоёв тропосферы:

  • Температура даёт информацию о происхождении смещения масс.
  • Влажность, повышенная в местах, расположенных неподалёку от морей, озёр и рек.
  • Прозрачность определяется внешне. На этот параметр влияют взвешенные в воздухе твердые частицы пыли.

Выделяют следующие виды воздушных масс:

  • Тропические — перемещаются в сторону умеренных широт.
  • Арктические — холодные массы, движутся в сторону тёплых широт с северной части планеты.
  • Антарктические — холодные, движутся с южного полюса.
  • Умеренные, наоборот, тёплые массы воздуха и движутся к холодным полюсам.
  • Экваториальные — самые тёплые, расходятся в области с более низкой температурой.

Подтипы

При движении воздушных масс происходит их преобразование из одного географического типа в другой. Существуют подтипы: континентальный, морской. Соответственно, первые преобладают со стороны суши, вторые приносят влагу с просторов морей и океанов. Наблюдается закономерность перепада температур у таких масс в зависимости от сезона: летом ветра с суши значительно теплее, а зимой греют морские.

Везде существуют господствующие воздушные массы, преобладающие постоянно за счет установленных закономерностей. Они определяют погоду в данной местности, и, как следствие, это приводит к различию растительности и животного мира. В последнее время трансформация воздушных масс существенно изменилась благодаря жизнедеятельности человека.

Преобразование воздушных масс проявляется отчётливее на побережьях, где встречаются потоки с суши и моря. В отдельных районах ветер не утихает ни на секунду. Чаще он сухой и не меняет направление длительное время.

Как происходит преобразование потоков в природе?

Воздушными массы становятся видимыми при определённых условиях. Примерами таких явлений становятся облака, тучи, туманы. Располагаться они могут как на высоте тысяч километров, так и прямо над землёй. Последние образуются при резком снижении температуры окружающего воздуха от повышенной влажности.

Солнце играет важную роль в бесконечном процессе движения воздушных масс. Смена дня и ночи приводит к тому, что потоки устремляются ввысь, поднимая с собой частицы воды. Высоко в небе они кристаллизуются и начинают падать. В летний сезон, когда достаточно тепло, ледышки успевают растаять в полёте, так наблюдают осадки в основном в виде дождя.

А зимой, когда над землей проходят холодные потоки, начинает идти снег или даже град. Поэтому в районах экваториальных и тропических широт тёплый воздух расправляет кристаллики. В регионах же северных районов эти осадки происходят практически каждый день. Холодные потоки подогреваются от нагретой земной поверхности, лучи солнца проходят сквозь воздушные слои. А вот тепло, отданное в ночное время, становится причиной образования облаков, утренней росы, тумана.

Как по определённым признакам узнают смену погоды?

Ещё в прошлом научились предсказывать осадки по явным приметам:

  • Вдали становятся едва заметными или белые области в форме лучей.
  • Резкое усиление ветра говорит о приближении холодных масс. Может пойти дождь, снег.
  • Облака всегда собираются в зонах низкого давления. Существует верный способ определить эту область. Для этого нужно развернуться спиной к потоку и посмотреть немного левее от горизонта. Если там появились сгущения, то это явный признак ненастной погоды. Не стоит путать: облака в правой части не являются признаком ухудшения погодных условий.
  • Появление белесой пелены, когда солнце начинает затуманиваться.

Ветер спадает, когда холодная область проходит. Более тёплые потоки заполняют образовавшееся разрежение, часто становится душно после дождя.

Движение воздушных масс

Весь воздух Земли непрерывно циркулирует между экватором и полюсами. Нагретый у экватора воздух поднимается вверх, разделяется на две части, одна часть начинает двигаться к северному полюсу, другая часть - к южному полюсу. Доходя до полюсов, воздух охлаждается. У полюсов он закручивается и опускается вниз.

Рисунок 1. Принцип закручивания воздуха

Получается два огромных вихря, каждый из которых охватывает по целому полушарию, центры этих вихрей находятся у полюсов.
Опустившись у полюсов, воздух начинает двигаться обратно к экватору, у экватора нагретый воздух поднимается вверх. Затем опять движется к полюсам.
В нижних слоях атмосферы движение несколько сложнее. В нижних слоях атмосферы воздух от экватора как обычно начинает двигаться к полюсам, но у 30-ой параллели опускается вниз. Одна его часть возвращается к экватору, где снова поднимается вверх, другая его часть, опустившись у 30-ой параллели вниз, продолжает движение к полюсам.

Рисунок 2. Движение воздуха северного полушария

Понятие ветра

Ветер – движение воздуха относительно земной поверхности (горизонтальная составляющая этого движения), иногда говорят о восходящем или о нисходящем ветре, учитывая и его вертикальную составляющую.

Скорость ветра

Оценка скорости ветра в баллах, так называемая шкала Бофорта ,по которой весь интервал возможных скоростей ветра делится на 12 градаций. Эта шкала связывает силу ветра с различными его эффектами, такими, как степень волнения на море, качание ветвей и деревьев, распространение дыма из труб и т.п. Каждая градация по шкале Бофорта носит определенное название. Так, нулю шкалы Бофорта соответствует штиль, т.е. полное отсутствие ветра. Ветер в 4 балла,по Бофорту называется умеренным и соответствует скорости 5–7 м/сек; в 7 баллов – сильным, со скоростью 12–15 м/сек;в 9 баллов – штормом, со скоростью 18–21 м/сек;наконец, ветер в 12 баллов по Бофорту – это уже ураган, со скоростью свыше 29 м/сек. У земной поверхности чаще всего приходится иметь дело с ветрами, скорости которых порядка 4–8 м/сек и редко превышают 12–15 м/сек.Но все же в штормах и ураганах умеренных широт скорости могут превышать 30 м/сек, а в отдельных порывах достигать 60 м/сек.В тропических ураганах скорости ветра доходят до 65 м/сек,а отдельные порывы – до 100 м/сек.В маломасштабных вихрях (смерчи, тромбы) возможны скорости и более 100 м/сек.В так называемых струйных течениях в верхней тропосфере и в нижней стратосфере средняя скорость ветра за длительное время и на большой площади может доходить до 70–100 м/сек. Скорость ветра у земной поверхности измеряется анемометрами разной конструкции. Приборы для измерения ветра на наземных станциях устанавливаются на высоте 10–15 м над земной поверхностью.

Таблица 1. СИЛА ВЕТРА.
Шкала Бофорта для определения силы ветра
Баллы Визуальные признаки на суше Скорость ветра, км/ч Термины, определяющие силу ветра
Спокойно; дым поднимается вертикально Менее 1,6 Штиль
Направление ветра заметно по отклонению дыма, но не по флюгеру 1,6–4,8 Тихий
Ветер ощущается кожей лица; шелестят листья; поворачиваются обычные флюгеры 6,4–11,2 Легкий
Листья и мелкие веточки находятся в постоянном движении; развеваются легкие флаги 12,8–19,2 Слабый
Ветер поднимает пыль и бумажки; раскачиваются тонкие ветви 20,8–28,8 Умеренный
Качаются покрытые листвой деревья; появляется рябь на водоемах суши 30,4–38,4 Свежий
Качаются толстые ветви; слышен свист ветра в электропроводах; трудно удерживать зонт 40,0–49,6 Сильный
Качаются стволы деревьев; трудно идти против ветра 51,2–60,8 Крепкий
Ломаются ветви деревьев; практически невозможно идти против ветра 62,4–73,6 Очень крепкий
Небольшие повреждения; ветер срывает дымовые колпаки и черепицу с крыш 75,2–86,4 Шторм
На суше бывает редко. Деревья выворачиваются с корнями. Значительные разрушения строений 88,0–100,8 Сильный шторм
На суше бывает очень редко. Сопровождается разрушениями на большом пространстве 102,4–115,2 Жестокий шторм
Сильные разрушения (Баллы 13–17 были добавлены Бюро погоды США в 1955 и применяются в шкалах США и Великобритании) 116,8–131,2 Ураган
132,8–147,2
148,8–164,8
166,4–182,4
184,0–200,0
201,6–217,6

Направление ветра

Под направлением ветра подразумевают направление, откуда он дует. Указать это направление можно, назвав либо точку горизонта, откуда дует ветер, либо угол, образуемый направлением ветра с меридианом места, т.е. его азимут. В первом случае различают восемь основных румбов горизонта: север, северо-восток, восток, юго-восток, юг, юго-запад, запад, северо-запад. И восемь промежуточных румбов между ними: север-северо-восток, восток-северо-восток, восток-юго-восток, юг-юго-восток, юг-юго-запад, запад-юго-запад, запад-северо-запад, север-северо-запад. Шестнадцать румбов, указывающих направление, откуда дует ветер, имеют сокращенные обозначения:

Таблица 2. СОКРАЩЁННЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ РУМБОВ
С N В E Ю S W
CCB NNE ВЮВ ESE ЮЮЗ SSW ЗСЗ WNW
CB NE ЮВ SE ЮЗ SW СЗ NW
BCB ENE ЮЮВ SSE ЗЮЗ WSW ССЗ NNW
N – норд, E – ост, S – зюйд, W – вест

Циркуляция атмосферы

Циркуляция атмосферы - метеорологические наблюдения над состоянием воздушной оболочки земного шара - атмосферы - показывают, что она вообще не находится в покое: при помощи флюгеров и анемометров мы постоянно наблюдаем в виде ветра перенос масс воздуха с одного места на другое. Изучение ветров в различных местностях земного шара показало, что перемещения атмосферы в тех нижних слоях, которые доступны нашему наблюдению, имеют весьма различный характер. Существуют местности, где явления ветра, как и прочие особенности погоды обладают весьма ясно выраженным характером устойчивости, известным стремлением к постоянству. В других же местностях ветры так быстро и часто меняют свой характер, так резко и внезапно изменяется их направление и сила, как будто бы никакой законности в их быстрых сменах не существовало. С введением синоптического метода для изучения непериодических изменений погоды явилась, однако, возможность подметить некоторую связь между распределением давления и передвижениями масс воздуха; дальнейшие теоретические исследования Ферреля, Гульдберга и Мона, Гельмгольца, Бецольда, Обербека, Шпрунга, Вернера Сименса и других метеорологов разъяснили, откуда и как возникают воздушные потоки и как они распределяются по земной поверхности и в массе атмосферы. Внимательное изучение метеорологических карт, изображающих состояние нижнего слоя атмосферы, - погоду у самой поверхности земли, показало, что давление атмосферы распределяется по земной поверхности довольно неравномерно, обыкновенно в виде областей с более низким или с более высоким, чем в окружающем районе, давлением; по системе ветров, в них возникающей, эти области представляют собою настоящие атмосферные вихри. Области пониженного давления принято называть обыкновенно барометрическими минимумами, барометрическими депрессиями или циклонами; области повышенного давления называются барометрическими максимумами или антициклонами. С этими областями теснейшим образом связана и вся погода в занимаемом ими районе, резко отличающаяся для областей пониженного давления от погоды в областях сравнительно высокого давления. Перемещаясь по земной поверхности, упомянутые области переносят с собою и характерную, им свойственную погоду, и своими перемещениями вызывают ее непериодические изменения. Дальнейшее изучение тех и других областей привело к тому заключению, что эти типы распределения атмосферного давления могут иметь еще различный характер по способности сохранять свое существование и менять свое положение на земной поверхности, отличаются очень не одинаковою устойчивостью: существуют барометрические минимумы и максимумы временные и постоянные. В то время, как первые - вихри - временные и не обнаруживают достаточной устойчивости и более или менее быстро переменяют свое место на земной поверхности, то усиливаясь, то ослабевая и, наконец, совершенно распадаясь в сравнительно короткие промежутки времени, области постоянных максимумов и минимумов обладают чрезвычайно большой устойчивостью и в течение весьма продолжительного времени держатся, без существенных изменений, на одном и том же месте. С различною устойчивостью этих областей теснейшим образом связана, конечно, и устойчивость погоды и характер воздушных течений в занимаемом ими районе: постоянным максимумам и минимумам будут соответствовать и постоянная, устойчивая погода и определенная, неизменная система ветров, месяцами держащиеся на месте их существования; временные же вихри при своих быстрых, постоянных перемещениях и изменениях вызывают крайне переменчивую погоду и очень непостоянную для данного района систему ветров. Таким образом, в нижнем слое атмосферы, вблизи земной поверхности, перемещения атмосферы отличаются большим разнообразием и сложностью, а кроме того, не всегда и не везде обладают и достаточной устойчивостью, особенно в тех районах, где преобладают вихри временного характера. Каковы будут движения масс воздуха в несколько более высоких слоях атмосферы, обычные наблюдения не говорят ничего; только наблюдения над движениями облаков позволяют думать, что там - на некоторой высоте над поверхностью земли, все вообще движения воздушных масс несколько упрощаются, носят более определенный и более однообразный характер. А между тем нет недостатка в фактах, указывающих на огромное влияние высоких слоев атмосферы на погоду в нижних: достаточно, напр., указать, что направление передвижения временных вихрей стоит, по-видимому, в прямой зависимости от движения высоких слоев атмосферы. Поэтому еще прежде, чем наука стала располагать достаточным количеством фактов, чтобы решать вопрос о перемещениях высоких слоев атмосферы, явились уже некоторые теории, пытавшиеся объединить все отдельные наблюдения над движениями нижних слоев воздуха и создать общую схему Ц. атмосферы; такова, напр., была теория Ц. атмосферы, данная Мори. Но, пока не было собрано достаточного числа фактов, пока не было вполне выяснено соотношение между давлением воздуха в данных пунктах и ею перемещениями, до тех пор подобные теории, основанный более на гипотезах, чем на фактических данных, не могли дать реального представления о том, что в действительности может совершаться и совершается в атмосфере. Только к концу минувшего XIX в. накопилось достаточно для этого фактов и динамика атмосферы была разработана настолько, что явилась возможность дать действительную, а не гадательную картину Ц. атмосферы. Честь решения вопроса об общем круговороте масс воздуха в атмосфере принадлежит американскому метеорологу Уильяму Феррелю - решения, настолько общего, полного и верного, что все позднейшие исследователи в этой области только разрабатывали детали или вносили дальнейшие дополнения в основные идеи Ферреля. Основною причиною всех движений в атмосфере является неравномерное нагревание различных точек земной поверхности солнечными лучами. Неодинаковость нагревания влечет за собою возникновение разности давлений над различно нагретыми точками; а результатом разности давлений всегда и неизменно явится передвижение масс воздуха от мест более высокого к местам более низкого давления. Поэтому, вследствие сильного нагревания экваториальных широт и очень низкой температуры полярных стран в обоих полушариях, воздух, прилегающий к земной поверхности, должен придти в движение. Если, по имеющимся наблюдениям, подсчитать средние температуры различных широт, то экватор окажется в среднем на 45° теплее полюсов. Для определения направления движения необходимо проследить распределение давления но земной поверхности и в массе атмосферы. Чтобы исключить сильно осложняющее все расчеты неравномерное распределение суши и вод по земной поверхности, Феррель сделал предположение, что и суша, и вода равномерно распределены по параллелям, и подсчитал средние температуры различных параллелей, понижение температуры по мере поднятия на некоторую высоту над земною поверхностью и давление внизу; а затем по этим данным он уже вычислил и давление на некоторых других высотах. Следующая небольшая табличка представляет результат подсчетов Ферреля и дает распределение давления в среднем по широтам на поверхности земли и на высотах 2000 и 4000 м.

Таблица 3. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ПО ШИРОТАМ НА ПОЫЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ И НА ВЫСОТАХ 2000 И 4000 М
Среднее давление в Северном полушарии
На широте: 80 ○ 70 ○ 60 ○ 50 ○ 40 ○ 30 ○ 20 ○ 10 ○
На уровне моря 760,5 758,7 758,7 760,07 762,0 761,7 759,2 757,9
На высоте 2000 м 582,0 583,6 587,6 593,0 598,0 600,9 600,9 600,9
На высоте 4000 м 445,2 446,6 451,9 457,0 463,6 468,3 469,9 470,7
Среднее давление в Южном полушарии
На широте: (экватор) 10 ○ 20 ○ 30 ○ 40 ○ 50 ○ 60 ○ 70 ○
На уровне моря 758,0 759,1 761,7 763,5 760,5 753,2 743,4 738,0
На высоте 2000 м 601,1 601,6 602,7 602,2 597,1 588,0 577,0 569,9
На высоте 4000 м 471,0 471,1 471,1 469,3 463,1 453,7 443,9 437,2

Если оставить пока в стороне самый нижний слой атмосферы, где распределение температуры, давления, а также и течений очень неравномерно, то на некоторой высоте, как видно из таблички, вследствие восходящего тока нагретого воздуха близ экватора, мы находим над этим последним повышенное давление, равномерно уменьшающееся к полюсам и здесь достигающее своей наименьшей величины. При таком распределении давления на этих высотах над земной поверхностью должен образоваться грандиозный поток, охватывающий целое полушарие и относящий поднимающиеся вблизи экватора массы теплого, нагретого воздуха к центрам низкого давления, - к полюсам. Если принять в расчет еще отклоняющее действие центробежной силы, происходящей от суточного вращения земли вокруг своей оси, которое должно отклонить всякое движущееся тело вправо от первоначального направления в северном, влево - в южном полушариях, то на рассматриваемых высотах в каждом полушарии образовавшийся поток превратится, очевидно, в огромный вихрь, переносящий массы воздуха в направлении от юго-запада к северо-востоку в северном, от северо-запада к юго-востоку - в южном полушарии.

Наблюдения над движением перистых облаков и другие подтверждают эти теоретические выводы. По мере того, как суживаются, с приближением к полюсам, круги широт, скорость движения воздушных масс в этих вихрях будет возрастать, но до известного предела; затем она делается более постоянной. Вблизи полюса притекающие массы воздуха должны опускаться вниз, уступая место вновь притекающему воздуху, образуя нисходящий поток, а затем понизу должны течь обратно к экватору. Между обоими потоками должен находиться на некоторой высоте нейтральный слой воздуха, находящегося в покое. Внизу, однако, такого правильного переноса масс воздуха от полюсов к экватору не наблюдается: предшествующая табличка показывает, что в нижнем слое воздуха давление атмосферы будет внизу наивысшим не на полюсах, каким оно должно было бы быть при правильном, соответствующем верхнему, его распределении. Наивысшее давление в нижнем слое падает на широту около 30°-35° в обоих полушариях; следовательно, от этих центров повышенного давления нижние течения будут направляться и к полюсам, и к экватору, образуя две обособленные системы ветров. Причина этого явления, теоретически также разъясненного Феррелем, заключается в следующем. Оказывается, что на некоторой высоте над земною поверхностью, в зависимости от изменения широты места, величины градиента и коэффициента трения, меридиональная слагающая скорости движения масс воздуха может упасть до 0. Это именно и происходит в широтах ок. 30°-35°: здесь на некоторой высоте не только поэтому не существует движения воздуха, по направлению к полюсам, но даже идет, вследствие его непрерывного притока от экватора и от полюсов, его накопление, которое и ведет к повышению в этих широтах давления внизу. Таким образом, у самой поверхности земли в каждом полушарии возникают, как уже упомянуто, две системы течений: от 30° к полюсам дуют ветры, направленные в среднем от юго-запада к северо-востоку в северном, от северо-запада к юго-востоку в южном полушарии; от 30° к экватору дуют ветры от СВ к ЮЗ в северном, от ЮВ к СЗ в южном полушарии. Эти две последние системы ветров, дующих в обоих полушариях между экватором и широтою 31°, образуют как бы широкое кольцо, разделяющее в нижних и средних слоях атмосферы оба грандиозных вихря, переносящие воздух от экватора к полюсам (см. также Давление атмосферы). Там, где образуются восходящие и нисходящие потоки воздуха, наблюдаются затишья; таково именно происхождение экваториального и тропических поясов тишины; подобный же пояс тишины должен, по Феррелю, существовать и на полюсах.

Куда же, однако, девается растекающийся от полюсов к экватору по низу обратный поток воздуха? Но необходимо принять во внимание, что по мере удаления от полюсов размеры кругов широт, а следовательно, и площади поясов равной ширины, занимаемые растекающимися массами воздуха, быстро возрастают; что скорость потоков должна быстро уменьшаться обратно пропорционально увеличению этих площадей; что на полюсах, наконец, опускается сверху вниз сильно разреженный в верхних слоях воздух, объем которого весьма быстро уменьшается по мере возрастания книзу давления. Все эти причины объясняют вполне, почему трудно, и даже прямо невозможно, уследить на некотором расстояния от полюсов за этими обратными нижними потоками. Такова в общих чертах схема общей циркуляционной атмосферы в предположении равномерного распределения суши и вод по параллелям, данная Феррелем. Наблюдения вполне ее подтверждают. Только в нижнем слое атмосферы воздушные течения будут, как это указывает и сам Феррель, много сложнее этой схемы именно вследствие неравномерности распределения суши и вод, и неодинаковости их нагревания лучами солнца и их охлаждения при отсутствии или уменьшении инсоляции; горы и возвышенности также немало влияют на перемещения самых нижних слоев атмосферы.

Внимательное изучение перемещений атмосферы вблизи земной поверхности показывает вообще, что вихревые системы представляют собою основную форму таких перемещений. Начиная с грандиозных вихрей, обнимающих, по Феррелю, каждый целое полушарие, вихрей, как их можно назвать, первого порядка, вблизи земной поверхности приходится наблюдать последовательно уменьшающиеся в своих размерах вихревые системы, до элементарно малых и простых вихрей включительно. Как результат взаимодействия различных по своим скоростям и направлениям потоков в области вихрей первого порядка, вблизи земной поверхности возникают вихри второго порядка - упомянутые в начале настоящей статьи постоянные и временные барометрические максимумы и минимумы, представляющие по своему происхождению как бы производную предыдущих вихрей. Изучение образования гроз привело А. В. Клоссовского и других исследователей к заключению, что и эти явления суть не что иное, как подобные же по строению, но несравненно меньшие по размерам сравнительно с предыдущими, вихри третьего порядка. Эти вихри возникают, по-видимому, на окраинах барометрических минимумов (вихрей второго порядка) совершенно подобно тому, как вокруг крупного углубления, образуемого на воде веслом, которым мы гребем при плавании на лодке, образуются мелкие, весьма быстро крутящиеся и исчезающие водовороты. Совершенно таким же образом барометрические минимумы второго порядка, представляющие собою мощные воздушные круговороты, при своем движении образуют более мелкие воздуховороты, имеющие, по сравнению с образующим их минимумом, очень незначительные размеры.

Если эти вихри сопровождаются электрическими явлениями, что может быть нередко вызвано соответствующими условиями температуры и влажности в притекающем к центру барометрического минимума по низу воздухе, то они являются в виде грозовых вихрей, сопровождаемых обычными явлениями электрического разряда, громом и молнией. Если условия не благоприятствуют развитию грозовых явлений, эти вихри третьего порядка мы наблюдаем в виде быстро преходящих бурь, шквалов, ливней и т. п. Есть, однако, полное основание думать, что и этими тремя категориями, столь различными по масштабу явления, вихревые движения атмосферы не исчерпываются. Строение смерчей, тромбов и т. п. явлений показывает, что и в этих явлениях мы имеем дело также с настоящими вихрями; но размеры этих вихрей четвертого порядка еще меньше, еще незначительнее, чем вихрей грозовых. Изучение движений атмосферы приводит нас, таким образом, к заключению, что перемещения воздушных масс происходят преимущественно - если не исключительно - путем возникновения вихрей. Возникая под влиянием чисто температурных условий, вихри первого порядка, охватывающие каждый целое полушарие, дают начало вблизи земной поверхности вихрям меньших размеров; эти, в свою очередь, являются причиной возникновения еще более мелких вихрей. Происходит как бы постепенная дифференцировка более крупных вихрей в более мелкие; но основной характер всех этих вихревых систем остается совершенно один и тот же, начиная с более крупных и до самых незначительных по своим размерам, даже у смерчей и тромбов.

Относительно вихрей второго порядка - постоянных и временных барометрических максимумов и минимумов - остается сказать еще следующее. Исследования Гофмейера, Тейссеран де Бора и Гильдебрандсона указали на тесную связь между возникновением и особенно перемещением максимумов и минимумов временных с изменениями, претерпеваемыми максимумами и минимумами постоянными. Уже то, что эти последние при всевозможных изменениях погоды в окружающих их областях весьма мало изменяют свои границы или контуры, указывает, что здесь мы имеем дело с некоторыми постоянно действующими причинами, лежащими выше воздействия обычных факторов погоды. По Тейссеран де Бору, разности давления, обусловленные неравномерностью нагревания или охлаждения различных частей земной поверхности, суммируясь под влиянием непрерывного нарастания первичного фактора в течение более или менее продолжительного промежутка времени, дают начало крупным барометрическим максимумам и минимумам. Если первичная причина действует непрерывно или достаточно продолжительно, результатом ее действия явятся постоянные, устойчивые вихревые системы. Достигнув известных размеров и достаточной интенсивности, такие постоянные максимумы и минимумы являются уже определителями или регуляторами погоды на огромных районах в их окружности. Такие крупные, постоянные максимумы и минимумы получили в последнее время, когда выяснилась их роль в явлениях погоды окружающих их стран, название центров действия атмосферы. Вследствие неизменности в конфигурации земной поверхности и вытекающей отсюда непрерывности воздействия первичной причины, вызывающей их существование, положение таких максимумов и минимумов на земном шаре является вполне определенным и неизменным до известной степени. Но, в зависимости от различных условий, их границы и их интенсивность могут в известных пределах изменяться. А эти изменения их интенсивности и их очертаний, в свою очередь, должны отозваться на погоде не только соседних, а иногда даже и довольно отдаленных стран. Так, исследования Тейссеран де Бора вполне установили зависимость погоды в Европе от одного из следующих центров действия: аномалии отрицательного характера, сопровождающиеся понижением температуры сравнительно с нормальною, вызываются усилением и расширением Сибирского максимума или же усилением и надвиганием Азорского максимума; аномалии положительного характера - с повышением температуры против нормальной - находятся в прямой зависимости от перемещения и интенсивности Исландского минимума. Гильдебрандсон пошел в этом направлении еще далее и вполне успешно попытался связать изменения в интенсивности и передвижения двух названных Атлантических центров с изменениями не только Сибирского максимума, но и центров давления на Индийском океане.

Воздушные массы

Наблюдения за погодой получили достаточно широкое распространение во второй половине 19 века. Они были необходимы для составления синоптических карт, показывающих распределение давления и температуры воздуха, ветра и осадков. В результате анализа этих наблюдений сложилось представление о воздушных массах. Это понятие позволило объединять отдельные элементы, выявлять различные условия погоды и давать её прогнозы.

Воздушной массой называется большой объём воздуха, имеющий горизонтальные размеры несколько сотен или тысячи километров и вертикальные размеры – порядка 5 км, характеризующийся примерной однородностью температуры и влажности и перемещающийся как единая система в одном из течений общей циркуляции атмосферы (ОЦА)

Однородность свойств воздушной массы достигается формированием её над однородной подстилающей поверхностью и в сходных радиационных условиях. Кроме того, необходимы такие циркуляционные условия, при которых воздушная масса длительно задерживалась бы в районе формирования.

Значения метеорологических элементов в пределах воздушной массы меняются незначительно – сохраняется их непрерывность, горизонтальные градиенты малы. При анализе метеорологических полей до тех пор, пока мы остаемся в данной воздушной массе, можно с достаточным приближением применять линейную графическую интерполяцию при проведении, например, изотерм.

Резкое возрастание горизонтальных градиентов метеорологических величин, приближающееся к скачкообразному переходу от одних значений к другим, или, по крайней мере, изменение величины и направления градиентов происходит в переходной (фронтальной зоне) между двумя воздушными массами. В качестве наиболее характерного признака той или иной воздушной массы принимается псевдопотенциальная температура воздуха, отражающая и действительную температуру воздуха и его влажность.

Псевдопотенциальная температура воздуха – температура, которую бы принял воздух при адиабатическом процессе, если бы сначала весь содержащийся в нём водяной пар сконденсировался при неограниченно падающем давлении и выпал из воздуха и выделившаяся скрытая теплота пошла бы на нагревание воздуха, а затем воздух был бы приведён под стандартное давление.

Поскольку более тёплая воздушная масса обычно бывает и более влажной, то разность псевдопотенциальных температур двух соседних воздушных масс бывает значительно большей, чем разность их действительных температур. Вместе с тем, псевдопотенциальная температура медленно изменяется с высотой в пределах данной воздушной массы. Это её свойство помогает определять напластование воздушных масс одной над другой в тропосфере.

Масштабы воздушных масс

Воздушные массы имеют тот же порядок, что и основные течения общей циркуляции атмосферы. Линейная протяженность воздушных масс в горизонтальном направлении измеряется тысячами километров. По вертикали воздушные массы простираются вверх на несколько километров тропосферы, иногда до её верхней границы.

При местных циркуляциях, таких, например, как бризы, горно-долинные ветры, фены, воздух в циркуляционном потоке также более или менее обособлен по свойствам и движению от окружающей атмосферы. Однако в этом случае говорить о воздушных массах нельзя, поскольку масштаб явлений здесь будет иной.

Например, полоса, охваченная бризом, может иметь ширину всего 1-2 десятка километров, и потому не получит достаточного отражения на синоптической карте. Вертикальная мощность бризового течения также равна нескольким сотням метров. Таким образом, при местных циркуляциях мы имеем дело не с самостоятельными воздушными массами, а лишь с возмущённым состоянием внутри воздушных масс на небольшом протяжении.

Объекты, возникающие в результате взаимодействия воздушных масс – переходные зоны (фронтальные поверхности), фронтальные облачные системы облачности и осадков, циклонические возмущения, имеют тот же порядок величины, что и сами воздушные массы – сравнимы по площади с большими частями материков или океанов и время их существования – более 2-х суток (табл. 4 ):

Воздушная масса имеет чёткие границы, отделяющие её от других воздушных масс.

Переходные зоны между воздушными массами, обладающими различными свойствами, называются фронтальными поверхностями.

В пределах одной и той же воздушной массы можно с достаточным приближением применять графическую интерполяцию, например, при проведении изотерм. Но при переходе через фронтальную зону из одной воздушной массы в другую линейная интерполяция уже не даст правильного представления о действительном распределении метеорологических элементов.

Очаги формирования воздушных масс

Воздушная масса приобретает чёткие характеристики в очаге формирования.

Очаг формирования воздушных масс должен отвечать определённым требованиям:

Однородность подстилающей поверхности воды или суши, чтобы воздух в очаге подвергался достаточно сходным воздействиям.

Однородность радиационных условий.

Циркуляционные условия, способствующие стационированию воздуха в данном районе.

Очагами формирования обычно бывают области, где воздух опускается, а затем распространяется в горизонтальном направлении - этому требованию отвечают антициклонические системы. Антициклоны чаще, чем циклоны, бывают малоподвижными, поэтому формирование воздушных масс обычно и происходит в обширных малоподвижных (квазистационарных) антициклонах.

Кроме того, требованиям очага отвечают малоподвижные и размытые термические депрессии, возникающие над нагретыми участками суши.

Наконец, формирование полярного воздуха происходит частично в верхних слоях атмосферы в малоподвижных, обширных и глубоких центральных циклонах в высоких широтах. В этих барических системах происходит трансформация (превращение) тропического воздуха, втянутого в высокие широты в верхних слоях тропосферы, в полярный воздух. Все перечисленные барические системы также можно назвать очагами воздушных масс уже не с географической, а с синоптической точки зрения.

Географическая классификация воздушных масс

Воздушные массы классифицируют, прежде всего, по очагам их формирования в зависимости от расположения в одном из широтных поясов – арктическом, или антарктическом, полярном, или умеренных широт, тропическом и экваториальном.

Согласно географической классификации, воздушные массы можно подразделить на основные географические типы по тем широтным зонам, в которых располагаются их очаги:

Арктический или антарктический воздух (АВ),

Полярный, или умеренный, воздух (ПВ или УВ),

Тропический воздух (ТВ). Данные воздушные массы, кроме того, подразделяют на морские (м) и континентальные (к) воздушные массы: мАВ и кАВ, мУВ и кУВ (или мПВ и кПВ), мТВ и кТВ.

Экваториальные воздушные массы (ЭВ)

Что касается экваториальных широт, здесь происходит конвергенция (сходимость потоков) и подъём воздуха, поэтому располагающиеся над экватором воздушные массы обычно приносятся из субтропической зоны. Но иногда выделяют самостоятельные экваториальные воздушные массы.

Иногда, кроме очагов в точном смысле слова, выделяют районы, где зимой воздушные массы трансформируются из одного типа в другой при их перемещении. Это районы в Атлантике южнее Гренландии и в Тихом океане над Беринговым и Охотским морями, где кПВ превращается в мПВ, районы над Юго-восточной частью Северной Америки и к югу от Японии в Тихом океане, где кПВ превращается в мПВ в процессе зимнего муссона, и район на юге Азии, где азиатский кПВ превращается в тропический воздух (также в муссонном потоке)

Трансформация воздушных масс

При изменении циркуляционных условий воздушная масса как единое целое смещается из очага своего формирования в соседние районы, взаимодействуя с другими воздушными массами.

При перемещении воздушная масса начинает изменять свои свойства – они уже будут зависеть не только от свойств очага формирования, но и от свойств соседних воздушных масс, от свойств подстилающей поверхности, над которой проходит воздушная масса, а также от длительности времени, прошедшего с момента образования воздушной массы.

Эти влияния могут вызвать изменения в содержании влаги в воздухе, а также изменение температуры воздуха в результате высвобождения скрытой теплоты или теплообмена с подстилающей поверхностью.

Процесс изменения свойств воздушной массы называется трансформацией или эволюцией.

Трансформация, связанная с движением воздушной массы, называется динамической. Скорости перемещения воздушной массы на разных высотах будут различными, наличие сдвига скоростей вызывает турбулентное перемешивание. Если нижние слои воздуха нагреваются, то возникает неустойчивость и развивается конвективное перемешивание.

Схема циркуляции атмосферы

Воздух в атмосфере находится в постоянном движении. Он перемещается как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении.

Первопричиной перемещения воздуха в атмосфере является неравномерное распределение солнечной радиации и неоднородность подстилающей поверхности. Они обусловливают неодинаковую температуру воздуха и, соответственно, атмосферное давление над земной поверхностью.

Разность давления порождает движение воздуха, которое перемещается из областей высокого к областям низкого давления. В процессе перемещения воздушные массы отклоняются под действием силы вращения Земли.

(Вспомните, как отклоняются тела, движущиеся в Северном и Южном полушариях.)

Вы, конечно, заметили, как в жаркий летний день над асфальтом образуется легкое марево. Это нагретый, легкий воздух поднимается вверх. Подобную, но значительно более масштабную картину можно наблюдать на экваторе. Очень нагретый воздух постоянно поднимается вверх, образуя восходящие потоки.

Поэтому здесь у поверхности формируется постоянный пояс низкого давления.
Воздух, поднявшийся над экватором, в верхних слоях тропосферы (10-12 км) растекается к полюсам. Постепенно оно охлаждается и примерно над 30 t° северной и южной широты начинает опускаться.

Так образуется избыток воздуха, который способствует формированию в приземном слое атмосферы тропического пояса высокого давления.

В приполярных областях воздух холодный, тяжелый и опускается, вызывая нисходящие движения. Вследствие этого в приповерхностных слоях полярного пояса образуется высокое давление.

Между тропическим и полярным поясами высокого давления в умеренных широтах формируются активные атмосферные фронты. Массивнее холодный воздух вытесняет вверх теплый, вызывая восходящие потоки.

Вследствие этого в умеренных широтах формируется приземный пояс низкого давления.

Карта климатических поясов Земли

Если бы земная поверхность была однородной, пояса атмосферного давления распространялись бы сплошными полосами. Однако поверхность планеты представляет собой чередование воды и суши, которые имеют разные свойства. Сушу быстро нагревается и охлаждается.

Океан, наоборот, нагревается и отдает свое тепло медленно. Вот почему пояса атмосферного давления разрываются на отдельные участки - области высокого и низкого давления. Одни из них существуют на протяжении всего года, другие - в определенный сезон.

На Земле закономерно чередуются пояса высокого и низкого давления. Высокое давление - на полюсах и у тропиков, низкий - у экватора и в умеренных широтах.

Типы циркуляции атмосферы

В атмосфере Земли есть несколько мощных звеньев циркуляции воздушных масс. Все они действующие и присущие определенным широтным зонам. Поэтому их называют зональными типами циркуляции атмосферы.

У поверхности Земли потоки воздуха движутся от тропического пояса высокого давления к экватору. Под действием силы, возникающей вследствие вращения Земли, они отклоняются вправо в Северном полушарии и влево - в Южном.

Так образуются постоянные мощные ветры - пассаты. В Северном полушарии пассаты дуют в направлении с северо-востока, а в Южной - с юго-востока. Итак, первый зональный тип циркуляции атмосферы - пассатный .

От тропиков воздух перемещается и в умеренные широты. Отклоняясь под действием силы вращения Земли, они начинают постепенно двигаться с запада на восток. Именно такой поток с Атлантики охватывает умеренные широты всей Европы, в том числе и Украины. Западный перенос воздуха в умеренных широтах - это второй зональный тип планетарной циркуляции атмосферы.

Закономерно также движение воздуха из приполярных поясов высокого давления в умеренные широты, где давление низкое.

Под действием отклоняющей силы вращения Земли это воздух движется с северо-востока в Северном полушарии и с юго-востока - в Южной. Восточный приполярный поток воздушных масс образует третий зональный тип циркуляции атмосферы.

На карте атласа найдите широтные пояса, где господствуют различные типы зональной циркуляции воздуха.

В связи с неравномерным нагревом суши и океана зональная схема перемещения воздушных масс нарушается. Например, на востоке Евразии в умеренных широтах западный перенос воздуха действует только полгода – зимой. Летом, когда материк нагревается, воздушные массы с прохладой океана перемещаются на сушу.

Так возникает муссонный перенос воздуха. Смена направлений движения воздуха дважды в год - характерная особенность муссонной циркуляции. Зимний муссон - поток сравнительно холодного и сухого воздуха с материка на океан.

Летний муссон - движение влажного и теплого воздуха в обратном направлении.

Зональные типы циркуляции атмосферы

Есть три главных зональных типа циркуляции атмосферы : пассатный, западный перенос воздуха и восточный приполярный поток воздушных масс. Муссонный перенос воздуха нарушает общую схему циркуляции атмосферы и является азональным типом циркуляции.

Общая циркуляция атмосферы (стр. 1 из 2)

Министерство науки и образования Республики Казахстан

Академия экономики и права имени У.А. Джолдасбекова

Факультет «Гуманитарно-экономическая академия»

По дисциплине: Экология

На тему: «Общая циркуляция атмосферы»

Выполнила: Царская Маргарита

Группа 102 А

Проверил: Омаров Б.Б.

Талдыкорган 2011г.

Введение

1. Общие сведения о циркуляции атмосферы

2. Факторы, определяющие общую циркуляцию атмосферы

3. Циклоны и антициклоны.

4. Ветра, влияющие на общую циркуляцию атмосферы

5. Эффект фена

6. Схема общей циркуляции «Машина планеты»

Заключение

Список использованной литературы

Введение

На страницах научной литературы в последнее время часто встречается понятие общая циркуляция атмосферы, смысл которого каждый специалист понимает по-своему. Систематически используют этот термин специалисты, занимающиеся географией, экологией, верхней части атмосферы.

Все больший интерес к общей циркуляции атмосферы проявляют метеорологи и климатологи, биологи и медики, гидрологи и океанологи, ботаники и зоологи, и конечно же экологи.

Нет единого мнения, является ли указанное научное направление возникшим недавно или исследования здесь продолжаются уже столетия.

Ниже предложены определения общей циркуляции атмосферы, как совокупности наук и перечислены влияющие на нее факторы.

Приведен некоторый перечень достижений: гипотез, разработок и открытий, которые отмечают известные вехи в истории этой совокупности наук и дают определенное представление о круге рассматриваемых ею проблем и задач.

Описаны отличительные особенности общей циркуляции атмосферы, а также представлена простейшая схема общей циркуляции под названием «машина планеты».

1. Общие сведения о циркуляции атмосферы

Общая циркуляция атмосферы (лат. Circulatio - вращение, греч. atmos - пар и sphaira - шар) – это совокупность воздушных течений крупного масштаба в тропо- и стратосферах. В результате происходит обмен воздушными массами в пространстве, что способствует перераспределению тепла и влаги.

Общей циркуляцией атмосферы называют круговорот воздуха на земном шаре, приводящий к переносу его из низких широт в высокие и обратно.

Общая циркуляция атмосферы определяется зонами высокого атмосферного давления в приполярных областях и тропических широтах и зонами низкого давления в умеренных и экваториальных широтах.

Перемещение воздушных масс происходит как в широтном, так и в меридиональном направлениях. В тропосфере к циркуляции атмосферы относятся пассаты, западные воздушные течения умеренных широт, муссоны, циклоны и антициклоны.

Причина перемещения воздушных масс состоит в неодинаковом распределении атмосферного давления и нагревании Солнцем поверхности суши, океанов, льда на разных широтах, а также в отклоняющем воздействии на воздушное потоки вращения Земли.

Главные закономерности циркуляции атмосферы постоянны.

В нижней стратосфере струйные течения воздуха в умеренных и субтропических широтах преимущественно западные, а в тропических - восточные, и идут они со скоростью до 150 м/с (540 км/час) относительно земной поверхности.

В нижней тропосфере преобладающие направления переноса воздуха различаются по географическим поясам.

В полярных широтах восточные ветры; в умеренных - западные с частым нарушением циклонами и антициклонами, наиболее устойчивы пассаты и муссоны в тропических широтах.

В связи с разнообразием подстилающей поверхности на форме общей циркуляции атмосферы возникают районные отклонения - местные ветры.

2. Факторы, определяющие общую циркуляцию атмосферы

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

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

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

Распределение воздушных течений в земной поверхности имеет зональный характер. В экваториальных широтах – затишье или наблюдаются слабые переменных ветры. В тропической зоне господствуют пассаты.

Пассаты – постоянные ветры, дующие от 30-х широт к экватору, имеющие в северном полушарии северо-восточное, в южном – юго-восточное направления. В 30-35? с. и ю.ш. – зона затишья, т.наз. «конские широты».

В умеренных широтах преобладают западные ветры (в северном полушарии юго-западные, в южном – северо-западные). В полярных широтах дуют восточные (в северном полушарии северо-восточные, в южном – юго-восточные) ветры.

В действительности система ветров над земной поверхностью гораздо сложнее. В субтропическом поясе во многих районах пассатный перенос нарушается летними муссонами.

В умеренных и субполярных широтах огромное влияние на характер воздушных течений оказывают циклоны и антициклоны, а на восточных и северных побережьях – муссоны.

Кроме этого, во многих районах образуются местные ветры, обусловленные особенностями территории.

3. Циклоны и антициклоны.

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

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

Диаметр внетропических циклонов в среднем около 1000 км, но бывают и более 3000 км. Глубина (давление в центре) – 1000-970 гПа и менее. В циклоне дуют сильные ветры, обычно до 10-15 м/сек, но могут достигать 30 м/сек и более.

Средняя скорость перемещения циклона – 30-50 км/час. Чаще всего циклоны перемещаются с запада на восток, но иногда идут с севера, юга и даже востока. Зона наибольшей повторяемости циклонов – 80-е широты северного полушария.

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

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

Антициклон – это нисходящий атмосферный вихрь с повышенным давлением в центре и системой ветров от центра к периферии, направленных в северном полушарии по часовой стрелке, в южном – против. Размеры антициклонов такие же, как у циклонов, но в поздней стадии развития могут достигать до 4000 км в диаметре.

Атмосферное давление в центре антициклонов обычно 1020-1030 гПа, но может достигать и более 1070 гПа. Наибольшая повторяемость антициклонов – над субтропическими зонами океанов. Для антициклонов характерна малооблачная, без осадков погода, со слабыми ветрами в центре, зимой – сильные морозы, летом – жара.

4. Ветра, влияющие на общую циркуляцию атмосферы

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

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

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

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

Бризы (легкий ветер-фр) – ветры по берегам морей, крупных озер и рек, дважды в сутки меняющие направление на противоположное: дневной бриз дует с водоема на берег, ночной бриз – с берега на водоем. Бризы обусловлены суточным ходом температуры и соответственно давления над сушей и водой. Они захватывают слой воздуха 1-2 км.

Скорость их невелика – 3-5 м/с. Очень сильный дневной морской бриз наблюдается на западных пустынных побережьях материков в тропических широтах, омываемых холодными течениями и холодной водой, поднимающейся у берега в зоне апвеллинга.

Там он вторгается вглубь суши на десятки километров и производит сильный климатический эффект: снижает температуру, особенно летом на 5-70 С, а в западной Африке до 100С, увеличивает относительную влажность воздуха до 85%, способствует образованию туманов и рос.

Явления, подобные дневным морским бризам можно наблюдать по окраинам больших городов, где отмечается циркуляция более холодного воздуха из пригородов к центру, т.к над городами существуют «тепловые пятна» в течение всего года.

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

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

Общая циркуляция атмосферы

1) Из-за наклона земной оси и шарообразности Земли экваториальные районы получают больше солнечной энергии, чем полярные.

2) На экваторе воздух нагревается → расширяется → поднимается вверх → образуется область низкого давления. 3) На полюсах воздух охлаждается → уплотняется → опускается вниз → образуется область высокого давления.

4) Из-за разницы атмосферного давления воздушные массы начинают двигаться от полюсов к экватору.

На направление и скорость ветров ещё влияют:

  • свойства воздушных масс (влажность, температура…)
  • подстилающая поверхность (океаны, горные массивы и т.д.)
  • вращение земного шара вокруг своей оси (сила Кориолиса)1) общая (глобальная) система воздушных течений над земной поверхностью, горизонтальные размеры которой соизмеримы с материками и океанами, а толщина от нескольких км до десятков км.

Пассаты – это постоянные ветры, дующие от тропиков к экватору.

Причина: на экваторе всегда низкое давление (восходящие потоки), а в тропиках всегда высокое давление (нисходящие потоки).

Из-за действия силы Кориолиса: пассаты Северного полушария имеют северо-восточное направление (отклоняются вправо)

Пассаты Южного полушария – юго-восточное (отклоняются влево)

Северо-восточные ветры (в Северном полушарии) и юго-восточные ветры (в Южном полушарии).
Причина: воздушные потоки двигаются от полюсов к умеренным широтам и под действием силы Кориолиса отклоняются к западу. Западные ветры – ветры, дующие от тропиков в умеренные широты преимущественно с запада на восток.

Причина: в районе тропиков высокое давление, а в умеренных широтах – низкое, поэтому часть воздуха из области В.Д, движется в область Н,Д,. При движении под воздействием силы Кориолиса воздушные потоки отклоняются к востоку.

В Эстонию западные ветры приносят тёплый и влажный воздух, т.к. воздушные массы формируются над водами тёплого Северо-Атлантического течения.

Воздух в циклоне движется от периферии к центру;

В центральной части циклона воздух поднимается и

Охлаждается, поэтому образуются облака и осадки;

При циклонах преобладает пасмурная погода с сильными ветрами:

летом – дождливая и прохладная,
зимой – с оттепелями и снегопадами.

Антициклон – это область повышенного атмосферного давления с максимумом в центре.
воздух в антициклоне движется от центра к периферии; в центральной части антициклона воздух опускается и нагревается, его влажность падает, облака рассеиваются; при антициклонах устанавливается ясная безветренная погода:

летом – жаркая,

зимой – морозная.

Циркуляция атмосферы

Определение 1

Циркуляция – это система движения воздушных масс.

Циркуляция может быть общей в масштабах всей планеты и местной циркуляцией, которая происходит над отдельными территориями и акваториями. К местной циркуляции относятся дневные и ночные бризы, возникающие на побережьях морей, горно-долинные ветры, ледниковые ветры и др.

Местная циркуляция в определенное время и в определенных местах может налагаться на течения общей циркуляции. При общей циркуляции атмосферы в ней возникают огромные волны и вихри, которые по-разному развиваются и перемещаются.

Такими атмосферными возмущениями являются циклоны и антициклоны, являющиеся характерными чертами общей циркуляции атмосферы.

В результате движения воздушных масс, которое происходит под действием центров атмосферного давления, территории обеспечиваются влагой. В результате того, что в атмосфере одновременно существуют движения воздуха разных масштабов, накладывающихся друг на друга, атмосферная циркуляция является очень сложным процессом.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Движение воздушных масс в планетарном масштабе складывается под влиянием 3-х главных факторов:

  • Зональное распределение солнечной радиации;
  • Осевое вращение Земли и, как следствие, отклонение воздушных потоков от градиентного направления;
  • Неоднородность поверхности Земли.

    • Данные факторы усложняют общую циркуляцию атмосферы.

    Если бы Земля была однородна и не вращалась вокруг своей оси – тогда температура и давление у поверхности земли отвечало бы термическим условиям и носило широтный характер. Это значит, что уменьшение температуры происходило бы от экватора к полюсам.

    При таком распределении теплый воздух на экваторе поднимается вверх, а на полюсах холодный воздух опускается вниз. В результате на экваторе в верхней части тропосферы происходило бы его скопление, и давление было бы высоким, а на полюсах – пониженным.

    На высоте при этом воздух оттекал бы в том же направлении и приводил к уменьшению давления над экватором и его росту над полюсами. Отток воздуха вблизи земной поверхности происходил бы от полюсов, где давление высокое к экватору в меридиональном направлении.

    Получается, что термическая причина является первой причиной циркуляции атмосферы – разная температура приводит к разному давлению на разных широтах. В реальной действительности над экватором давление низкое, а у полюсов – высокое.

    На однородной вращающейся Земле в верхней тропосфере и нижней части стратосферы ветры при их оттоке к полюсам, в северном полушарии должны отклоняться вправо, в южном полушарии – влево и при этом становиться западными.

    В нижней тропосфере ветры, оттекая от полюсов в сторону экватора и отклоняясь, стали бы в северном полушарии восточными, а в южном – юго-восточными. Хорошо просматривается вторая причина циркуляции атмосферы – динамическая. Зональная слагающая общей циркуляции атмосферы обусловлена вращением Земли.

    Существенное влияние на общую циркуляцию атмосферы оказывает подстилающая поверхность с неравномерным распределением суши и воды.

    Циклоны

    Для нижнего слоя тропосферы характерными являются вихри, которые появляются, развиваются и исчезают. Одни вихри очень маленькие и остаются незамеченными, другие же оказывают большое влияние на климат планеты. Прежде всего, это относится к циклонам и антициклонам.

    Определение 2

    Циклон – это огромный атмосферный вихрь с низким давлением в центре.

    В Северном полушарии воздух в циклоне движется против хода часовой стрелки, в Южном полушарии – по часовой стрелке. Циклоническая деятельность в средних широтах является особенностью атмосферной циркуляции.

    Циклоны возникают благодаря вращению Земли и отклоняющей силе Кориолиса, и в своем развитии проходят стадии от зарождения до заполнения. Как правило, возникновение циклонов происходит на атмосферных фронтах.

    Две противоположные по температуре воздушные массы, разделенные фронтом, вовлекаются в циклон. Теплый воздух на поверхности раздела внедряется в область холодного воздуха и отклоняется в высокие широты.

    Равновесие нарушается, и холодный воздух в тыловой части вынужден внедряться в низкие широты. Возникает циклонический изгиб фронта, который представляет собой огромную волну, двигающуюся с запада на восток.

    Стадия волны – это первая стадия развития циклона.

    Теплый воздух поднимается и скользит по фронтальной поверхности в передней части волны. Возникшие волны длиной $1000$ км и более в пространстве неустойчивы и продолжают свое развитие.

    Циклон при этом со скоростью $100$ км в сутки смещается на восток, давление продолжает падать, а ветер становится сильнее, амплитуда волны увеличивается. Это вторая стадия – стадия молодого циклона.

    На специальных картах молодой циклон оконтуривается несколькими изобарами.

    С продвижением теплого воздуха в высокие широты образуется теплый фронт, а продвижение холодного воздуха в тропические широты образует холодный фронт. Оба фронта являются частями единого целого. Теплый фронт движется медленнее холодного фронта.

    Если холодный фронт догоняет теплый и смыкается с ним – образуется фронт окклюзии . Теплый воздух поднимается вверх и закручивается в виде спирали. Это третья стадия развития циклона – стадия окклюдирования.

    Четвертая стадия – его заполнение – является заключительной. Происходит окончательное оттеснение теплого воздуха вверх и его охлаждение, температурные контрасты исчезают, по всей своей площади циклон становится холодным, замедляет движение и окончательно заполняется. От зарождения до заполнения жизнь циклона продолжается от $5$ до $7$ дней.

    Замечание 1

    Циклоны несут пасмурную, прохладную и дождливую погоду летом и оттепели зимой. Летние циклоны движутся со скоростью $400$-$800$ км в сутки, зимние – до $1000$ км в сутки.

    Антициклоны

    Циклоническая деятельность связана с возникновением и развитием фронтальных антициклонов.

    Определение 3

    Антициклон – это огромный атмосферный вихрь с высоким давлением в центре.

    Образуются антициклоны в тылу холодного фронта молодого циклона в холодном воздухе и имеют свои стадии развития.

    В развитии антициклона выделяется только три стадии:

  • Стадия молодого антициклона, который представляет собой низкое подвижное барическое образование. Он, как правило, перемещается со скорость циклона, находящегося впереди него. В центре антициклона давление постепенно растет. Преобладает ясная, безветренная, малооблачная погода;
  • На второй стадии происходит максимальное развитие антициклона. Это уже высокое барическое образование с наибольшим давлением в центре. Максимально развитый антициклон может иметь размеры до нескольких тысяч километров в диаметре. В его центре формируются приземная и высотная инверсии. Погода ясная и тихая, но при высокой влажности возникает туман, дымка, слоистая облачность. По сравнению с молодым антициклоном максимально развитый антициклон перемещается значительно медленнее;
  • Третья стадия связана с разрушением антициклона. Это высокое, теплое и малоподвижное барическое образование Стадия характеризуется постепенным падением давления воздуха и развитием облачности. Разрушение антициклона может происходить на протяжении нескольких недель, а иногда и месяцев.

    • Общая циркуляция атмосферы

    Объектами изучения общей циркуляции атмосферы являются перемещающиеся циклоны и анти­циклоны умеренных широт с их быстроизменяющейся метеорологической обстановкой: пассаты, муссоны, тропические циклоны и т. п. Типичные черты об­щей циркуляции атмосферы, устойчивые во времени или повторяющиеся чаще других, выявляются при осредне­нии метеорологических элементов за длительные много­летние периоды наблюдений,

    На рис. 8, 9 приведено среднее многолетнее распре­деление ветра у земной поверхности в январе и июле. В январе, т. е.

    зимой, в Северном полушарии отчетливо видны гигантские антициклонические вихри над Север­ной Америкой и особенно интенсивный вихрь - над Центральной Азией.

    Летом антициклонические вихри над сушей разрушаются в связи с прогревом материка, а над океанами такие вихри значительно усиливаются и распространяются к северу.

    Давление у поверхности Земли в миллибарах и преобладающие воздушные течения

    В связи с тем, что в тропосфере воздух в экватори­альных и тропических широтах прогрет значительно ин­тенсивнее, чем в полярных областях, температура возду­ха и давление постепенно понижаются в направлении от экватора к полюсам. Как говорят метеорологи, планетарный градиент тем­пературы и давления направлены в средней тропосфере от экватора к полюсам.

    (В метеорологии градиент тем­пературы и давления берется в обратном направлении, по сравнению с физикой.) Воздух является легкоподвижной средой. Если бы Земля не вращалась вокруг своей оси, то в нижних сло­ях атмосферы воздух перетекал бы от экватора к полю­сам, а в верхних слоях возвращался бы обратно к эква­тору.

    Но Земля вращается с угловой скоростью 2п/86400 радиан в секунду. Частицы воздуха, переходя от низких широт в высокие, сохраняют большие линейные скоро­сти относительно земной поверхности, приобретенные в низких широтах, и поэтому отклоняются при своем движении к востоку. Образуется западно-восточный перенос воздуха в тропосфере, который отражен на рис. 10.

    Од­нако такой правильный режим течений наблюдается только на картах средних значений. «Моментальные снимки» воздушных течений дают очень разнообразные, каждый раз новые не повторяющиеся положения цик­лонов, антициклонов, воздушных потоков, зон встреч теплого и холодного воздуха, т. е. атмосферных фронтов.

    Атмосферные фронты играют большую роль в общей циркуляции атмосферы, поскольку в них проис­ходят значительные преобразования энергии воздушных масс из одного вида в другой.

    На рис. 10 схематически представлено положение основных фронтальных разделов в средней тропосфере и у земной поверхности. С атмосферными фронтами и фронтальными зонами связаны многочисленные явления погоды.

    Здесь зарождаются циклонические и антицик­лонические вихри, происходит образование мощной облачности и зон осадков, усиление ветра.

    При прохожде­нии атмосферного фронта через данный пункт обычно отчетливо наблюдается заметное похолодание или по­тепление, резко изменяется весь характер погоды. Инте­ресные особенности обнаруживаются в структуре стра­тосферы.

    Планетарная фронтальная зона в средней тропосфере

    Если в тропосфере у экватора располагаются теплы; воздушные массы, а у полюсов - холодные, то в стра­тосфере, особенно в теплую половину года, дело обстоит как раз наоборот, у полюсов здесь воздух относительно более теплый, а у экватора - холодный.

    Градиент тем­пературы и давления направлены в обратную по отно­шению к тропосфере сторону.

    Влияние отклоняющей си­лы вращения Земли, которое приводило в тропосфера к образованию западно-восточного переноса, создает в стратосфере зону восточно-западных ветров.

    Среднее расположение осей струйных течений в Северном полушарии зимой

    Наибольшие скорости ветра, а следовательно, и наи­большая кинетическая энергия воздуха наблюдаются в струйных течениях.

    Образно говоря, струйные те­чения - это воздушные реки в атмосфере, реки-, текущие у верхней границы тропосферы, в слоях, отделяющих тропосферу от стратосферы, т. е. в слоях, близких к тропопаузе (рис. 11 и 12).

    Скорость ветра в струйных те­чениях достигает 250 - 300 км/ч - зимой; и 100 - 140 км/ч - летом. Таким образом, тихоходный самолет, попадая в такое струйное течение, может лететь «вспять».

    Среднее расположение осей струйных течений в Северном полушарии летом

    Протяженность струйных течений достигает несколь­ких тысяч километров. Ниже струйных течений в тропосфере наблюдаются более широкие и менее быстрые воздушные «реки» - планетарные высотные фронтальные зоны, также играющие большую роль в общей циркуляции атмосферы.

    Возникновение боль­ших скоростей ветра в струйных течениях и в планетар­ных высотных фронтальных зонах происходит из-за на­личия здесь большой разницы температур воздуха меж­ду соседними воздушными массами.

    Наличие разницы в температуре воздуха, или, как говорят, «температурно­го контраста», приводит к увеличению ветра с высотой. Теория показывает, что такое увеличение про­порционально горизонтальному градиенту температуры рассматриваемого слоя воздуха.

    В стратосфере в связи с обращением меридионального градиента температуры воздуха на обратный, интенсивность струйных течений идет на убыль, и они исчезают.

    Несмотря на большую протяженность планетарных высотных фронтальных зон и струйных течений, они, как правило, не опоясывают весь земной шар, а оканчиваются там, где горизонталь­ные контрасты температуры между воздушными масса­ми ослабевают. Наиболее часто и резко контрасты тем­пературы проявляются в полярном фронте, отделяющем воздух умеренных широт от тропического воздуха.

    Положение оси высотной фронтальной зоны при незначительном меридиональном обмене воздушных масс

    Планетарные высотные фронтальные зоны и струй­ные течения часто возникают в системе полярно­го фронта. Хотя в среднем планетарные высотные фрон­тальные зоны имеют направление с запада на восток, в конкретных случаях направление их осей весьма разно­образно. Чаще всего в умеренных широтах они имеют волнообразный характер. На рис.

    13, 14 представлены положения осей высотных фронтальных зон в случаях устойчивого западно-восточного переноса и в случаях развитого меридионального обмена воздушных масс.

    Существенная особенность воздушных течений в стра­тосфере и мезосфере над экваториальной и тропической областями заключается в существовании там несколь­ких слоев воздуха с почти противоположным направле­нием сильных ветров.

    Возникновение и развитие этой многослойной структуры поля ветра здесь меняется че­рез определенные, но не вполне точно совпадающие про­межутки времени, что также может служить некоторым прогностическим признаком.

    Если добавить к этому, что явление резкого потепления в полярной стратосфере, ре­гулярно происходящее зимой, некоторым образом свя­зано с процессами в стратосфере, происходящими в тро­пических широтах, и с тропосферными процессами уме­ренных и высоких широт, то станет ясно, как сложно и прихотливо развиваются те атмосферные процессы, ко­торые непосредственно влияют на режим погоды в уме­ренных широтах.

    Положение оси высотной фронтальной зоны при значительном меридиональном обмене воздушных масс

    Огромное значение для формирования атмосферных процессов большого масштаба имеет состояние подсти­лающей поверхности, особенно состояние верхнего дея­тельного слоя воды Мирового океана. Поверхность Ми­рового океана составляет почти 3/4 всей поверхности Земли (рис. 15).

    Морские течения

    Благодаря большой теплоемкости и способности легко перемешиваться, океанические воды надолго запа­сают тепло во время встреч с теплым воздухом в уме­ренных широтах и в течение всего года в южных широ­тах. Запасенное тепло с морскими течениями выносится далеко к северу и отепляет близлежащие районы.

    Теплоемкость воды в несколько раз больше, чем теп­лоемкость почвы и горных пород, составляющих сушу. Нагретая водная масса служит как бы аккумулятором тепла, которым она снабжает атмосферу. Следует отме­тить при этом, что суша отражает солнечные лучи зна­чительно лучше, чем поверхность океана.

    Особенно хо­рошо отражает солнечные лучи поверхность снега и льда; 80-85% всей солнечной радиации, падающей на снег, отражается от него. Поверхность моря, наоборот, поглощает почти всю радиацию, которая на нее падает (55-97%). В результате всех этих процессов атмосфе­ра непосредственно от Солнца получает только 1/3 всей приходящей энергии.

    Остальные 2/3 энергии она получа­ет от нагретой Солнцем подстилающей поверхности, прежде всего от водной поверхности. Передача тепла от подстилающей поверхности в атмос­феру происходит несколькими путями. Во-первых, большое количество солнечного тепла затрачивается на ис­парение влаги с поверхности океана в атмосферу.

    При конденсации этой влаги освобождается тепло, которое нагревает окружающие слои воздуха. Во-вторых, под­стилающая поверхность отдает тепло в атмосферу путем турбулентного (т. е. вихревого, неупорядоченного) теп­лообмена. В-третьих, тепло передается путем теплового электромагнитного излучения. В результате взаимодействия океана с атмосферой в последней происходят важные изменения.

    Слой атмос­феры, в который проникает тепло и влага океана, в слу­чаях вторжения холодного воздуха на теплую океани­ческую поверхность достигает 5 км и более. В тех слу­чаях, когда на холодную водную поверхность океана вторгается теплый воздух, высота, на которую распрост­раняется влияние океана, не превышает 0,5 км.

    В слу­чаях вторжения холодного воздуха толщина его слоя, на которую распространяется влияние океана, зависит прежде всего от величины разности температуры вода - воздух. Если вода теплее воздуха, то развивается мощ­ная конвекция, т. е. неупорядоченные восходящие дви­жения воздуха, которые и приводят к проникновению тепла и влаги в высокие слои атмосферы.

    Наоборот, ес­ли воздух теплее воды, то конвекция не возникает и воздух изменяет свои свойства только в самых нижних слоях. Над теплым течением Гольфстрим в Атлантическом океане при вторжении очень холодного воздуха теплоотдача океана может доходить до 2000 кал/см2 в сутки и распространяется на всю тропосферу.

    Теплый воздух может потерять над холодной океанической по­верхностью 20-100 кал/см2 в сутки. Изменение свойств воздуха, попадающего на теплую или холодную океаническую поверхность, происходит довольно быстро - такие изменения можно заметить на уровне 3 или 5 км уже через сутки после начала втор­жения.

    Какие же приращения температуры воздуха мо­гут быть в результате его трансформации (изменения) над водной подстилающей поверхностью? Оказывается, в холодное полугодие атмосфера над Атлантикой в сред­нем прогревается на 6°, а иногда может прогреться и на 20° в сутки. Охладиться атмосфера может на 2-10° в сутки. Подсчитано, что на севере Атлантическо­го океана, т. е.

    там, где происходит наиболее интенсивная передача тепла от океана в атмосферу, океан отдает в 10-30 раз тепла больше, чем получает его от атмос­феры. Естественно при этом, что запасы тепла в океане восполняются притоком теплых океанических вод из тропических широт. Потоки воздуха распространяют по­лученное от океана тепло на тысячи километров. Отеп­ляющее’ влияние океанов в зимнее время приводит к тому, что разница температуры воздуха между северо-восточными частями океанов и континентов составляет на широтах 45-60° у земной поверхности 15-20°, в сред­ней тропосфере 4-5°. Хорошо изучено, например, отеп­ляющее влияние океана на климат Северной Европы.

    Северо-западная часть Тихого океана зимой находит­ся под влиянием холодного воздуха Азиатского конти­нента, так называемого зимнего муссона, распро­страняющегося на 1-2 тыс. км в глубь океана в привод­ном слое и на 3-4 тыс. км в средней тропосфере (рис. 16).

    Годовые суммы тепла, переносимого морскими течениями

    Летом над океаном холоднее, чем над материками, поэтому воздух, поступающий с Атлантического океана, охлаждает Европу, а воздух Азиатского континента утепляет Тихий океан. Однако описанная выше картина ха­рактерна для средних условий циркуляции.

    Междусуточ­ные изменения в величине и в направлении потоков теп­ла от подстилающей поверхности в атмосферу и обрат­но очень разнообразны и оказывают большое влияние на изменение самих атмосферных процессов.

    Существуют гипотезы, согласно которым особенности развития теплообмена между различными участками подстилаю­щей поверхности и атмосферой обусловливают устойчи­вый характер атмосферных процессов в течение длитель­ных промежутков времени.

    Если над аномально (свыше нормы) теплой водной поверхностью той или иной части Мирового океана в умеренных широтах Северного полушария воздух прог­ревается, то в средней тропосфере образуется область повышенного давления (барический гребень), по восточ­ной периферии которого начинается перенос холодных масс воздуха из Арктики, а по западной его части - пе­ренос теплого воздуха из тропических широт к северу. Такая ситуация может привести к сохранению у земной поверхности в определенных районах длительной анома­лии погоды - сухой и жаркой или дождливой и прох­ладной летом, морозной и сухой или теплой и снежной зимой. Весьма значительную роль в формировании атмос­ферных процессов путем регулирования поступления солнечного тепла к земной поверхности играет облач­ность. Облачный покров значительно увеличивает долю отраженной радиации и этим уменьшает нагрев земной поверхности, что, в свою очередь, влияет на характер синоптических процессов. Получается некоторое подобие обратной связи: характер циркуляции атмосферы влияет на создание облачных систем, а облачные систе­мы, в свою очередь, влияют на изменение циркуляции. Мы перечислили только главнейшие из изучаемых «зем­ных» факторов, влияющих на формирование погоды и циркуляции воздуха. Особую роль в исследовании причин изменения об­щей ЦИРКУЛЯЦИИ атмосферы играет деятельность Солнца. Здесь следует различать изменения циркуляции воздуха на Земле в связи с изменениями общего потока тепла, приходящего от Солнца на Землю в результате колебаний величины так называемой солнечной постоянной. Однако, как показывают последние исследования, в действительности она не является строго постоянной величиной. Энергия циркуляции атмосферы непрерывно попол­няется за счет энергии, посылаемой Солнцем. Поэтому, если суммарная энергия, посылаемая Солнцем, колеб­лется в значительных размерах, то это может сказаться на изменении циркуляции и погоды на Земле. Этот воп­рос еще недостаточно изучен. Что касается изменения солнечной активности, то хо­рошо известно, что на поверхности Солнца возникают различные возмущения, солнечные пятна, факелы, флокулы, протуберанцы и т. п. Эти возмущения вызывают временные изменения состава солнечной радиации, уве­личивается ультрафиолетовая составляющая и корпу­скулярное (т. е. состоящее из заряженных частиц, глав­ным образом протонов) излучение Солнца. Некоторые метеорологи считают, что изменение сол­нечной активности связано с тропосферными процессами в атмосфере Земли, т. е. с погодой.

    Последнее утверждение нуждается в дополнитель­ных исследованиях, главным образом вследствие того факта, что хорошо проявляющийся 11-летний цикл сол­нечной активности не четко выявляется в погодных ус­ловиях на Земле.

    Известно, что существуют целые школы метеорологов-прогнозистов, довольно удачно предсказы­вающих погоду в связи с изменениями солнечной актив­ности.

    Ветер и общая циркуляция атмосферы

    Ветром называется движение воздуха из районов с более высоким давлением воздух в область более низкого давления. Скорость ветра определяется величиной разности атмосферного давления.

    Влияние ветра в судовождении необходимо постоянно учитывать, т. к. он вызывает дрейф судна, штормовое волнение и т.п.
    Из-за неравномерности нагревания различных частей земного шара существует система атмосферных течений планетарного масштаба (общая циркуляция атмосферы).

    Воздушный поток состоит из отдельных вихрей, беспорядочно перемещающихся в пространстве. Поэтому скорость ветра, измеряемая в какой-либо точке,беспрерывно меняется во времени. Наибольшие колебания скорости ветра наблюдаются в приводном слое. Для того чтобы иметь возможность сопоставлять скорости ветра, за стандартную высоту была принята высота 10 метров над уровнем моря.

    Скорость ветра выражают в метрах в секунду, силу ветра – в баллах. Соотношение между ними определено шкалой Бофорта.

    Шкала Бофорта

    Колебания скорости ветра характеризуются коэффициентом порывистости,под которым понимается отношение максимальной скорости порывов ветра к его средней скорости, полученной за 5 – 10 минут.
    С возрастанием средней скорости ветра коэффициент порывистости уменьшается. При больших скоростях ветра коэффициент порывистости равен примерно 1,2 – 1,4.

    Пассаты – ветры, дующие весь год в одном направлении в зоне от экватора до 35° с. ш. и до 30° ю. ш. Устойчивы по направлению: в северном полушарии – северо-восточные, в южном – юго-восточные. Скорость – до 6 м/с.

    Муссоны – ветры умеренных широт, летом дующие с океана на материк,зимой – с материка на океан. Достигают скорости 20 м/с. Муссоны приносят на побережье зимой сухую ясную и холодную погоду, летом – пасмурную, с дождями и туманами.

    Бризы возникают вследствие неравномерного нагрева воды и суши в течение суток. В дневное время возникает ветер с моря на сушу (морской бриз). Ночью с охлажденного побережья – на море (береговой бриз). Скорость ветра 5 – 10 м/с.

    Местные ветры возникают в отдельных районах вследствие особенностей рельефа и резко отличаются от общего воздушного потока: возникают в результате неравномерного прогрева (охлаждения) подстилающей поверхности. Подробные сведения о местных ветрах даются в лоциях и гидрометеорологических описаниях.

    Бора – сильный и порывистый ветер, направленный вниз по горному склону. Приносит значительное похолодание.

    Наблюдается в местностях, где невысокий горный хребет граничит с морем, в периоды, когда над сушей увеличивается атмосферное давление и понижается температура по сравнению с давлением и температурой над морем.

    В районе Новороссийской бухты бора действует в ноябре – марте со средними скоростями ветра около 20 м/с (отдельные порывы могут быть 50 – 60 м/с). Продолжительность действия от одних до трех суток.

    Аналогичные ветры отмечаются на Новой Земле, на средиземноморском побережье Франции (мистраль) и у северных берегов Адриатического моря.

    Сирокко – горячий и влажный ветер центральной части Средиземного моря сопровождается облачностью и осадками.

    Смерчи – вихри над морем диаметром до нескольких десятков метров, состоящие из водяных брызг. Существуют до четверти суток и движутся со скоростью до 30 узлов. Скорость ветра внутри смерча может доходить до 100 м/с.

    Штормовые ветры возникают преимущественно в областях с пониженным атмосферным давлением. Особенно большой силы достигают тропические циклоны, при которых скорость ветра нередко превышает 60 м/с.

    Сильные штормы наблюдаются и в умеренных широтах. При движении воздушные теплые и холодные массы воздуха неизбежно соприкасаются друг с другом.

    Переходная зона между этими массами называется атмосферным фронтом. Прохождение фронта сопровождается резким изменением погоды.

    Атмосферный фронт может находиться в стационарном состоянии или в движении. Различают теплые, холодные фронты, а также фронты окклюзии. Основными атмосферными фронтами являются: арктические, полярные и тропические. На синоптических картах фронты изображают в виде линий (линия фронта).

    Тёплый фронт образуется при наступлении теплых воздушных масс на холодные. На картах погоды тёплый фронт отмечается сплошной линией с полукругами вдоль фронта, указывающими в сторону более холодного воздуха и направление движения.

    По мере приближения тёплого фронта начинает падать давление, уплотняются облака, выпадают обложные осадки. Зимой при прохождении фронта обычно появляются низкие слоистые облака. Температура и влажность воздуха медленно повышаются.

    При прохождении фронта температура и влажность обычно быстро возрастают, ветер усиливается. После прохождения фронта направление ветра меняется (ветер поворачивает по часовой стрелке), падение давления прекращается и начинается его слабый рост, облака рассеиваются, осадки прекращаются.

    Холодный фронт образуется при наступлении холодных воздушных масс на более теплые (рис.18.2). На картах погоды холодный фронт изображается сплошной линией с треугольниками вдоль фронта, указывающими в сторону более теплых температур и направление движения. Давление перед фронтом сильно и неравномерно падает, судно попадает в зону ливней, гроз, шквалов и сильного волнения.

    Фронт окклюзии – это фронт, образованный слиянием теплого и холодного фронтов. Представляется сплошной линией с чередующимися треугольниками и полукругами.

    Разрез теплого фронта

    Разрез холодного фронта

    Циклон – атмосферный вихрь огромного (от сотен до нескольких тысяч километров) диаметра с пониженным давлением воздуха в центре. Воздух в циклоне циркулирует против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой стрелке в южном.

    Различают два основных вида циклонов – внетропические и тропические.

    Первые образуются в умеренных или полярных широтах и имеют диаметр от тысячи километров в начале развития, и до нескольких тысяч в случае так называемого центрального циклона.

    Тропический циклон – циклон, образовавшийся в тропических широтах, это атмосферный вихрь с пониженным атмосферным давлением в центре со штормовыми скоростями ветра. Сформировавшиеся тропические циклоны движутся вместе с воздушными массами с востока на запад, при этом постепенно отклоняясь к высоким широтам.

    Для таких циклонов характерен также т. н. «глаз бури» – центральная область диаметром 20 – 30 км с относительно ясной и безветреной погодой. В мире ежегодно наблюдается около 80 тропических циклонов.

    Вид циклона из космоса

    Пути тропических циклонов

    На Дальнем Востоке и в Юго-Восточной Азии тропические циклоны называются тайфунами (от китайского тай фын – большой ветер), а в Северной и Южной Америке – ураганами (исп. huracán по имени индейского бога ветра).
    Принято считать, что шторм переходит в ураган при скорости ветра более 120 км/час, при скорости 180 км/час ураган называют сильным ураганом.

    7. Ветер. Общая циркуляция атмосферы

    Лекция 7. Ветер. Общая циркуляция атмосферы

    Ветер – это движение воздуха относительно земной поверхности, в котором преобладает горизонтальная состаляющая. Когда рассматривается восходящее или нисходящее движение ветра, учитывается также и вертикальная составляющая. Ветер характеризуется направлением, скоростью и порывистостью.

    Причиной возникновения ветра является различие атмосферного давления в разных точках, определяемое горизонтальным барическим градиентом. Давление неодинаково прежде всего из-за разной степени нагревания и охлаждения воздуха и уменьшается с высотой.

    Для представ-ления о распределении давления на поверхности Земного шара, на географические карты наносят давление, измеренное в одно время в разных пунктах и приведенное к одинаковой высоте (например, к уровню моря). Пункты с одинаковым давлением соединяют линиями – изобарами .

    Таким образом выявляются области повышенного (антициклоны) и пониженного (циклоны) давления, направления их передвижения для прогнозирования погоды. По изобарам можно определить величину изменения давления с расстоянием.

    В метеорологии принято понятие горизонтального барического градиента – это изменение давления на 100 км по горизонтальной линии, перпендикулярной изобарам от высокого давления к низкому. Это изменение составляет обычно 1-2 гПа/100 км.

    Движение воздуха происходит в направлении градиента, но не по прямой, а сложнее, что обусловлено взаимодействием сил, отклоняющих воздух за счет вращения земли и трения. Под влиянием вращения Земли движение воздуха отклоняется от барического градиента вправо в северном полушарии, влево – в южном.

    Наибольшая величина отклонения наблюдается на полюсах, а на экваторе – близка к нулю. Сила трения умень-шает и скорость ветра, и отклонение от градиента в результате соприкосновения с поверхностью, а также – внутри воздушной массы из-за разной скоростей в слоях атмосферы. Совместное влияние этих сил отклоняет ветер от градиента над сушей на 45-55о, над морем – на 70-80о.

    С увеличением высоты увеличивается скорость ветра и его отклонение до 90о на уровне около 1 км.

    Скорость ветра измеряется обычно в м/сек, реже – в км/час и баллах. За направление принимается то, откуда дует ветер, определяемое в румбах (их 16) или угловых градусах.

    Для наблюдений за ветром используется флюгер , который устанавливается на высоте 10-12 м. Ручной анемометр используют для кратковременных наблюдений за скоростью в полевых опытах.

    Анеморумбометр позволяет дистанционно измерять направление и скорость ветра, анеморумбограф непрерывно регистрирует эти показатели.

    Суточный ход скорости ветра над океанами почти не наблюдается и хорошо выражен над сушей: в конце ночи – минимум, после полудня – максимум. Годовой ход определя-ется закономерностями общей циркуляции атмосферы и различается по районам Земного шара. Например, в Европе летом – минимальная скорость ветра, зимой – максимальная. В Восточной Сибири – наоборот.

    Направление ветра в конкретном месте меняется часто, но, если учитывать повторяемость ветров разных румбов, то можно определить, что некоторые бывают чаще. Для такого изучения направлений применяется график, называемый розой ветров. На каждой прямой всех румбов откладывают наблюдаемое число случаев ветра за нужный период и соединяют полученные значения на румбах линиями.

    Ветер способствует поддержанию постоянства газового состава атмосферы, перемешивая массы воздуха, переносит влажный морской воздух вглубь материков, обеспечивая их влагой.

    Неблагоприятное действие ветра для сельского хозяйства может проявляться в усилении испарения с поверхности почвы, вызывая засуху, возможна ветровая эрозия почв при больших скоростях ветра.

    Скорость и направление ветра необходимо учитывать при опылении полей ядохимикатами, при орошении дождевальными установками. Направление господствующих ветров надо знать при закладке лесных полос, снегозадержании.

    Местные ветры.

    Местными ветрами называют ветры, характерные только для определенных географических районов. Они имеют особое значение по своему влиянию на погодные условия, происхождение их различно.

    Бризы – ветры у береговой линии морей и больших озер, которые имеют резкую суточную смену направления . Днем морской бриз дует на берег с моря, а ночью – береговой бриз дует с суши на море (рис.2).

    Они ярко выражены при ясной погоде в теплое время года, когда общий перенос воздуха слабый. В других случаях, например при прохождении цикло-нов, бризы могут маскироваться более сильными течениями.

    Движение ветра при бризах наблюдается в нескольких сотнях метров (до 1- 2 км), со средней скоростью 3 – 5 м/сек, а в тропиках – и более, проникая на десятки километров вглубь суши или моря.

    Развитие бризов связано с суточным ходом температуры поверхности суши. Днем суша нагревается сильнее, чем поверхность воды, давление над ней становится ниже и формируется перенос воздуха с моря на сушу. Ночью суша охлаждается быстрее и сильнее, воздух переносится с суши на море.

    Дневной бриз понижает температуру и увеличивает относительную влажность, что особенно резко выражено в тропиках. Например, в Западной Африке при движении морского воздуха на сушу температура может снизиться на 10оС и более, а относительная влажность – повышается на 40%.

    Бризы наблюдаются также на побережьях больших озер: Ладожского, Онежского, Байкал, Севан и др., а также – на больших реках. Однако в этих районах бризы меньше по своему горизонтальному и вертикальному развитию.

    Горно-долинные ветры наблюдаются в горных системах главным образом летом и схожи с бризами по своей суточной периодичности. Днем они дуют вверх по долине и по склонам гор в результате нагревания солнцем, а ночью, при охлаждении, воздух стекает вниз по склонам. Ночное движение воздуха может вызвать заморозки, что особенно опасно весной в период цветения садов.

    Фён – теплый и сухой ветер, дующий с гор в долины. При этом значительно повышается температура воздуха и падает его влажность, иногда очень быстро. Они наблюдаются в Альпах, на Западном Кавказе, на Южном берегу Крыма, в горах Средней Азии, Якутии, на восточных склонах Скалистых гор и в других горных системах.

    Фён образуется при пересечении хребта воздушным течением. Так как с подветренной стороны создается разрежение, воздух засасывается вниз в виде нисходящего ветра. Опускающийся воздух нагревается по сухоадиабатическому закону: на 1оС на каждые 100 м спуска.

    Например, если на высоте 3000 м воздух имел температуру -8о и относительную влажность 100%, то, спустившись в долину, он нагреется до 22о, а влажность снизится до 17%. Если воздух поднимается по наветренному склону, то происходит кондесация водяного пара и образуются облака, выпадают осадки, а спускающийся воздух будет еще более сухим.

    Продолжительность фенов – от нескольких часов до нескольких суток. Фен может вызвать интенсивное таяние снегов и наводнения, иссушает почвы, растительность вплоть до их гибели.

    Бора – это сильный, холодный, порывистый ветер, который дует с низких горных хребтов в сторону более теплого моря .

    Наиболее известна бора в Новороссийской бухте Черного моря и на Адриатическом побережье в районе г.Триеста. Сходны с борой по происхождению и проявлению норд в районе г.

    Баку, мистраль на Средиземноморском побережье Франции, нортсер в Мексиканском заливе.

    Бора возникает при прохождении холодных масс воздуха через прибрежный хребет. Воздух стекает вниз под силой тяжести, развивая скорость более 20 м/сек, при этом сильно понижается температура, иногда больше чем на 25оС. Бора затухает в нескольких километрах от берега, но иногда может захватывать значительную часть моря.

    В Новороссийске бора наблюдается около 45 дней в году, чаще с ноября по март, с продолжительностью до 3 суток, редко – до недели.

    Общая циркуляция атмосферы

    Общая циркуляция атмосферы – это сложная система крупных воздушных течений, которые переносят очень большие массы воздуха над Земным шаром .

    В атмосфере у земной поверхности в полярных и тропических широтах наблюдается восточный перенос, в умеренных широтах – западный.

    Движение воздушных масс осложняется в результате вращения Земли, а также рельефом и воздействием областей высокого и низкого давления. Отклонение ветров от господствующих направлений составляет до 70о.

    В процессе нагревания и охлаждения огромных масс воздуха над Земным шаром образуются области высокого и низкого давления, определяющие направление планетарных воздушных течений. По многолетним средним величинам давления на уровне моря выявлены следующие закономерности.

    По обе стороны от экватора располагается зона низкого давления (в январе – между 15о северной широты и 25о южной широты, в июле – от 35о с.ш. до 5о ю.ш.). Эта зона, называемая экваториальной депрессией , распространяется больше на то полушарие, где в данном месяце лето.

    В направлении к северу и югу от нее давление растет и максимальных значений достигает в субтропических зонах повышенного давления (в январе – на 30 – 32о северной и южной широты, в июле – на 33-37о с.ш. и 26-30о ю.ш.). От субтропиков к умеренным зонам давление падает, особенно существенно – в южном полушарии.

    Минимум давления находится в двух субполярных зонах низкого давления (75-65о с.ш. и 60-65о ю.ш.). Дальше по направлению к полюсам давление вновь растет.

    В соответствии с изменениями давления располагается и меридиональный барический градиент. Он направлен от субтропиков с одной стороны – к экватору, с другой – к субполярным широтам, от полюсов субполярным широтам. С этим согласуется и зональное направление ветров.

    Над Атлантическим, Тихим и Индийским океанами очень часто дуют северо-восточные и юго-восточные ветры – пассаты . Западные ветры в южном полушарии, на широтах 40-60о, огибают весь океан.

    В северном полушарии в умеренных широтах западные ветры постоянно выражены только над океанами, а над материками направления сложнее, хотя западные также преобладают.

    Восточные ветры полярных широт отчетливо наблюдаются только по окраинам Антарктиды.

    На юге, востоке и севере Азии происходит резкое изменение направления ветров от января к июлю – это районы муссонов . Причины возникновения муссонов аналогичны причинам образования бризов. Летом материк Азии сильно нагревается и над ним распространяется область низкого давления, куда устремляются воздушные массы с океана.

    Образующийся летний муссон обуславливает выпадение больших количеств осадков, часто ливневого характера. Зимой над Азией устанавливается высокое давление из-за более интенсивного охлаждения суши, по сравнению с океаном и холодный воздух движется на океан, формируя зимний муссон с ясной сухой погодой. Муссоны проникают более чем на 1000 км в слое над сушей до 3-5 км.

    Воздушные массы и их классификация.

    Воздушная масса – это очень большое количество воздуха, которое занимает площадь в миллионы квадратных кило-метров.

    В процессе общей циркуляции атмосферы воздух расчленяется на отдельные воздушные массы, которые остаются длительное время над обширной территорией, приобретают определенные свойства и обусловливают различ-ные типы погоды.

    Перемещаясь в другие области Земли, эти массы приносят с собой свой режим погоды. Преобладание в конкретном районе воздушных масс определенного типа (типов) создает характерный климатический режим района.

    Основные различия воздушных масс: температура, влажность, характер облачности, запыленность. Например, летом над океанами воздух влажнее, холоднее, чище, чем над сушей на той же широте.

    Чем дольше воздух находится над одной территорией, тем сильнее он подвергается изменениям, поэтому воздушные массы классифицируются по географическим зонам, где они сформировались.

    Выделяют основные типы: 1) арктические (антарктические ), которые перемещаются с полюсов, из зон высокого давления; 2) умеренных широт “полярные” – в север-ном и южном полушариях; 3) тропические – перемещаются из субтропиков и тропиков в умеренные широты; 4) экваториальные – формируются над экватором. В каждом типе выделяют морской и континентальный подтипы, различа-ющиеся прежде всего по температуре и влажности в пределах типа. Воздух, находясь в постоянном движении, переходит из района формирования в соседние и постепенно меняет свойства под влиянием подстилающей поверхности, постепенно переходя в массу другого типа. Этот процесс называется трансформацией.

    Холодными воздушными массами называют такие, которые перемещаются на более теплую поверхность. Они вызывают похолодание в районах, куда приходят.

    Сами они при движении прогреваются от земной поверхности, поэтому внутри масс возникают большие вертикальные градиенты температуры и развивается конвекция с образованием кучевых и кучево-дождевых облаков и выпадением ливневых осадков.

    Воздушные массы, движущиеся на более холодную поверхность, называются теплыми массами. Они приносят потепление, но сами охлаждаются снизу. Конвекция в них не развивается и преобладают слоистые облака.

    Соседние воздушные массы разделены между собой переходными зонами, которые сильно наклонены к поверхности Земли. Эти зоны называют фронтами.

    Наряду с географической широтой важным климатообразующим фактором является циркуляция атмосферы, т. е. перемещение воздушных масс.

    Воздушные массы - значительные объёмы воздуха тропосферы, который обладает определёнными свойствами (температура, влагосодержание), зависящими от особенностей района его формирования и движущиеся как единое целое.

    Протяжённость воздушной массы может составлять тысячи километров, а вверх она может простираться до верхней границы тропосферы.

    Воздушные массы по скорости перемещения разделяют на две группы: движущиеся и местные. Движущиеся воздушные массы в зависимости от температуры подстилающей поверхности делятся на теплые и холодные. Теплая воздушная масса - движущаяся на холодную подстилающую поверхность, холодная масса - движущаяся на более теплую поверхность. Местные воздушные массы - это воздушные массы, которые длительное время не меняют своё географическое положение. Они могут быть устойчивыми и неустойчивыми в зависимости от сезона, а также сухими и влажными.

    Выделяют четыре основных типа воздушных масс: экваториальные, тропические, умеренные, арктические (антарктические). Кроме того, каждый из типов подразделяется на подтипы: морские и континентальные, различающиеся меж собой по влажности. Например, морская арктическая масса формируется над северными морями - Баренцевым и Белым морем, характеризуется, как и континентальная воздушная масса, но с немного повышенной влажностью (см. рис. 1).

    Рис. 1. Район формирования арктических воздушных масс

    Климат России формирует в той или иной степени все воздушные массы, за исключением экваториальной.

    Рассмотрим свойства различных масс циркулирующих на территории нашей страны. Арктическая воздушная масса формируется преимущественно над Арктикой в полярных широтах, характеризуется низкими температурами зимой и летом. Ей присуща низкая абсолютная влажность и высокая относительная. Эта воздушная масса господствует круглый год в арктическом поясе, а зимой перемещается в субарктику. Умеренная воздушная масса формируется в умеренных широтах, где в зависимости от времени года изменяется температура: летом относительно высокая, зимой относительно низкая. По сезонам года от места формирования зависит и влажность. Эта воздушная масса господствует в умеренном поясе. Отчасти, на территории России преобладают тропические воздушные массы. Они формируются в тропических широтах и имеют высокую температуру. Абсолютная влажность зависит от места формирования, а относительная влажность обычно низкая (см. рис. 2).

    Рис. 2. Характеристика воздушных масс

    Прохождение различных воздушных масс на территории России обуславливает разницу в погодах. Например, все «волны холода» на территории нашей страны приходящие с севера, - это арктические воздушные массы, а на юг европейской части приходят тропические воздушные массы малой Азии или, иногда, с севера Африки (именно они приносят жаркую, сухую погоду).

    Рассмотрим, как воздушные массы циркулируют по территории нашей страны.

    Циркуляция атмосферы - это система движений масс воздуха. Различают общую циркуляцию атмосферы в масштабе всего земного шара и местную циркуляцию атмосферы над отдельными территориями и акваториями.

    Процесс циркуляции воздушных масс обеспечивает территорию влагой, а также влияет на температуру. Воздушные массы перемещаются под действием центров атмосферного давления, а центры меняются в зависимости от времени года. Именно поэтому изменяются направления господствующих ветров, которые приносят на территорию нашей страны воздушные массы. Например, Европейская Россия и западные районы Сибири находятся под воздействием постоянных западных ветров. С ними поступают морские умеренные воздушные массы умеренных широт. Они формируются над Атлантикой (см. рис. 3).

    Рис. 3. Движение морских умеренных воздушных масс

    Когда ослабевает западный перенос, с северными ветрами приходит арктическая воздушная масса. Она приносит резкое похолодание, раннее осенние и поздние весенние заморозки (см. рис. 4).

    Рис. 4. Движение Арктической воздушной массы

    Континентальный тропический воздух на территорию азиатской части нашей страны приходит из Средней Азии или из Северного Китая, а в европейскую часть страны приходит с полуострова Малая Азия или даже с Северной Африки, но чаще такой воздух формируется на территории Северной Азии, Казахстана, Прикаспийской низменности. Эти территории лежат в умеренном климатическом поясе. Однако воздух над ними летом очень сильно прогревается и приобретает свойства тропической воздушной массы. Континентальная умеренная воздушная масса круглый год преобладает в западных районах Сибири, поэтому зима здесь ясная и морозная, а лето достаточно тёплое. Даже над Северным Ледовитым океаном в Гренландии бывают зимы теплее.

    Из-за сильного охлаждения над азиатской частью нашей страны в Восточной Сибири формируется область сильного охлаждения (область высокого давления - ). Его центр располагается в районах Забайкалья, республике Тыва и Северной Монголии. Очень холодный континентальный воздух растекается от него в разные стороны. Он распространяет свое влияние на огромные территории. Одно его направление - это северо-восток вплоть до Чукотского побережья, второе - на запад через Северный Казахстан и юг Русской (Восточно-Европейской) равнины примерно до 50ºс.ш. Устанавливается ясная и морозная погода с небольшим количеством снега. Летом из-за прогревания азиатский максимум (Сибирский антициклон) исчезает и устанавливается пониженное давление (см. рис. 5).

    Рис. 5. Сибирский антициклон

    Сезонное чередование областей высокого и низкого давления формирует на Дальнем Востоке муссонную циркуляцию атмосферы. Важно представлять себе, что, проходя по определённым территориям, воздушные массы могут изменяться в зависимости от свойства подстилающей поверхности. Этот процесс называется трансформацией воздушных масс . Например, арктическая воздушная масса, будучи сухой и холодной, проходя по территории Восточно-Европейской (Русской) равнине нагревается и в районе Прикаспийской низменности становится очень сухой и жаркой, что является причиной суховеев.

    Азиатский максимум , или, как его называют, сибирский антициклон - это область повышенного давления, которая формируется над Центральной Азией и Восточной Сибирью. Проявляется зимой и образуется в результате выхолаживания территории в условиях огромных размеров и котловинного рельефа. В центральной части максимума над Монголией и Южной Сибирью давление в январе иногда достигает 800 мм рт. ст. Это самое высокое зафиксированное на земле давление. Зимой сюда простирается великий Сибирский антициклон, особенно устойчивый с ноября по март. Зима здесь такая безветренная, что при малой снежности ветви деревьев подолгу белеют от «нестряхиваемого» снега. Морозы уже с октября достигают -20… -30ºС, а в январе же нередко доходит до -60ºC. Средняя температура за месяц опускается до -43º, особенно холодно в низинах, где застаивается холодный тяжёлый воздух. При безветрии сильные морозы переносятся не так тяжело, но при -50º уже трудно дышится, наблюдаются низовые туманы. Такие морозы затрудняют посадку самолётов.

    Список литературы

    1. География России. Природа. Население. 1 ч. 8 класс / В.П. Дронов, И.И. Баринова, В.Я Ром, А.А. Лобжанидзе.
    2. В.Б. Пятунин, Е.А. Таможняя. География России. Природа. Население. 8 класс.
    3. Атлас. География России. Население и хозяйство. - М.: Дрофа, 2012.
    4. В.П.Дронов, Л.Е Савельева. УМК (учебно-методический комплект) «СФЕРЫ». Учебник «Россия: природа, население, хозяйство. 8 класс». Атлас.
    1. Климатообразующие факторы и циркуляция атмосферы ().
    2. Свойства воздушных масс, формирующих климат России ().
    3. Западный перенос воздушных масс ().
    4. Воздушные массы ().
    5. Циркуляция атмосферы ().

    Домашнее задание

    1. Какой перенос воздушных масс господствует в нашей стране?
    2. Какими свойствами обладают воздушные массы, и от чего это зависит?