Погода и климат. Распределение тепла и влаги на Земле. Распределение тепла по земной поверхности Как распределяется влага на поверхности земли
Больше всего тепла поверхность Земли и атмосфера получают от Солнца, которое на протяжении всего времени существования нашей планеты почти с одинаковой интенсивностью излучает тепловую и световую энергию. Атмосфера предохраняет Землю от слишком быстрого возврата этой энергии назад в космос. Около 34% солнечной радиации теряется из-за отражения облаками, 19% поглощается атмосферой и только 47% достигает земной поверхности. Суммарный приток солнечной радиации к верхней границе атмосферы равен отдаче радиации с этой границы в космическое пространство. В результате устанавливается тепловой баланс системы «Земля атмосфера».
Поверхность суши и воздух приземного слоя быстро нагреваются днем и довольно быстро теряют тепло ночью. Если бы в верхней тропосфере отсутствовали улавливающие тепло слои, амплитуда колебаний суточных температур могла бы быть гораздо больше. Например, Луна получает от Солнца примерно столько же тепла, сколько и Земля, но, поскольку у Луны нет атмосферы, температуры ее поверхности днем повышаются примерно до 101
° C, а ночью понижаются до 153 ° C. Океаны, температура воды которых меняется гораздо медленнее, чем температура земной поверхности или воздуха, оказывают на климат сильное смягчающее воздействие. Ночью и зимой воздух над океанами остывает значительно медленнее, чем над сушей, а если океанические воздушные массы перемещаются над материками, это приводит к потеплению. И наоборот, днем и летом морской бриз охлаждает сушу.Распределение влаги на земной поверхности определяется круговоротом воды в природе. Каждую секунду в атмосферу, главным образом с поверхности океанов, испаряется огромное количество воды. Влажный океанический воздух, проносясь над материками, охлаждается. Затем влага конденсируется и возвращается на земную поверхность в форме дождя или снега. Частично она сохраняется в снежном покрове, реках и озерах, а частично возвращается в океан, где снова происходит испарение. Таким образом завершается гидрологический цикл.
Океанические течения являются мощным терморегулирующим механизмом Земли. Благодаря им в тропических океанических районах поддерживается равномерная умеренная температура и теплые воды переносятся в более холодные высокоширотные регионы.
Поскольку вода играет существенную роль в эрозионных процессах, она тем самым влияет на движения земной коры. А любое перераспределение масс, обусловленное такими движениями в условиях вращающейся вокруг своей оси Земли, способно, в свою очередь, внести вклад в изменение положения земной оси. Во время ледниковых эпох уровень моря понижается, так как вода аккумулируется в ледниках. Это, в свою очередь, приводит к разрастанию материков и увеличению климатических контрастов. Сокращение речного стока и понижение уровня Мирового океана препятствуют достижению теплыми океаническими течениями холодных регионов, что ведет к дальнейшим климатическим изменениям.
Роль воздушных течений в формировании климата
- Вспомните из курса географии 6 класса, какие условия необходимы для образования атмосферных осадков. Может ли холодный воздух содержать много влаги? Какой воздух называют насыщенным водяными парами?
- По карте атласа определите, где на Земле выпадает много осадков, где - мало.
- Что такое атмосферное давление? Как оно влияет на погоду вашей местности?
- Какое влияние на погоду вашей местности оказывает направление ветра, а также воздушные массы?
Климаты отдельных мест отличаются не только температурами, но и осадками, которые распределяются на земной поверхности очень неравномерно. Одни территории страдают от избытка влаги, другие - от недостатка. Особенно мало осадков получают территории, расположенные вдоль Северного и Южного тропиков, где высокие температуры и потребность в осадках особенно велика. Огромные территории земного шара, имеющие большое количество тепла, не используются в сельском хозяйстве из-за недостатка влаги. Чем же можно объяснить неравномерное распределение осадков? Главная причина - движение воздуха, которое зависит от поясов атмосферного давления и вращения Земли вокруг своей оси.
Распределение поясов атмосферного давления на Земле. На поверхности Земли выделяют три пояса с преобладанием низкого и четыре пояса с преобладанием высокого давления (рис. 16). Пояса атмосферного давления образуются в результате неравномерного распределения солнечного тепла на земной поверхности, а также влияния отклоняющей силы вращения Земли вокруг своей оси.
Рис. 16. Распределение поясов атмосферного давления (ВД - пояс высокого давления, НД - пояс низкого давления) и основные типы воздушных масс
Воздух перемещается не только в горизонтальном, но и в кортикальном направлении. Сильно нагретый воздух близ экватора расширяется, становится легче и поэтому поднимается, т. е. происходит восходящее движение воздуха. В связи с этим у поверхности Земли близ экватора образуется низкое давление. У полюсов из-за низких температур воздух охлаждается, становится более тяжелым и опускается, т. е. происходит нисходящее движение воздуха (рис. 17). В связи с этим у поверхности Земли близ полюсов давление высокое.
В верхней тропосфере, наоборот, над экваториальной областью, где преобладает восходящее движение воздуха, давление высокое (хотя оно и ниже, чем у поверхности Земли), а над полюсами низкое. Воздух все время движется из областей повышенного давления в области пониженного. Поэтому поднявшийся над экватором воздух растекается к полюсам. Но вследствие вращения Земли вокруг своей оси движущийся воздух постепенно отклоняется к востоку и не доходит до полюсов. Охлаждаясь, он становится тяжелее и опускается примерно у 30° с. и ю. ш. При этом он образует в обоих полушариях области высокого давления. Над тридцатыми широтами, так же как и над полюсами, преобладают нисходящие воздушные токи.
А теперь рассмотрим, какая зависимость существует между поясами давления и осадками. Так, у экватора в поясе низкого давления постоянно нагретый воздух содержит много влаги. Поднимаясь вверх, он охлаждается и становится насыщенным. Поэтому в области экватора образуется много облаков и идут обильные осадки (см. рис. 17). Немало выпадает осадков и в других областях земной поверхности, где низкое давление.
Рис. 17. Схема движения воздуха в тропосфере, раскрывающая образование поясов атмосферного давления и связанных с ними осадков
В поясах высокого давления преобладают нисходящие воздушные токи. Холодный воздух, опускаясь, содержит мало влаги. При опускании он сжимается и нагревается, благодаря чему удаляется от состояния насыщения, становится суше. Поэтому в областях повышенного давления над тропиками и у полюсов осадков выпадает мало (см. рис. 17). Распределение осадков зависит также и от географической широты. Чем меньше количество солнечного тепла, тем меньше осадков.
Постоянные ветры. Образование постоянных ветров, т. е. дующих всегда в одном направлении, зависит от поясов высокого и низкого давления. Так как в экваториальном поясе преобладает низкое давление, а близ тридцатых широт - высокое, то у поверхности Земли ветры дуют от поясов высокого давления к экватору. Такие ветры называют пассатами. Под влиянием вращения Земли вокруг оси пассаты отклоняются в Северном полушарии вправо, т. е. на запад, и дуют с северо-востока на юго-запад, а в Южном - влево и направлены с юго-востока на северо-запад (рис. 18).
В умеренных широтах преобладают западные ветры. Рассмотрим, как они образуются. От тропических поясов высокого давления ветры дуют не только к экватору, но и в сторону полюсов, так как у 65° с. и ю. ш. преобладает низкое давление. Однако вследствие вращения Земли они постепенно отклоняются к востоку (в Северном полушарии - вправо, а в Южном - влево) и создают воздушный моток с запада на восток (см. рис. 18). Перемещение поясов атмосферного давления по временам года то к северу, то к югу вызывает перемещение областей постоянных ветров.
Рис. 18. Схема воздушных течений у поверхности Земли (справа - при условии вращения Земли). Сопоставьте рисунки 17 и 18, укажите пояса давления на рисунке и объясните образование пассатов, западных ветров в умеренных широтах
Воздушные массы. Часто приходится наблюдать, как жаркая солнечная погода летом внезапно сменяется прохладной и дождливой, а зимой после оттепелей наступают сильные морозы. Чем же объясняется быстрая смена погоды? Основная причина таких изменений - перемещение масс воздуха. Если воздух продолжительное время находится над одной и той же территорией, он приобретает определенные свойства: температуру, влажность, запыленность. Большие объемы воздуха тропосферы, обладающие однородными свойствами, называются воздушной массой. В зависимости от места формирования воздушных масс выделяют четыре их типа: экваториальная воздушная масса, или экваториальный воздух - (ЭВ), тропический - (ТВ), умеренный - (УВ), арктический и антарктический - (АВ). Их свойства зависят от тех территорий, над которыми они формируются (см. рис. 16).
На рисунке 19 показаны области формирования воздушных масс, когда Солнце находится в полдень в зените над экватором, т. е. в дни равноденствия. В связи с перемещением зенитального положения Солнца перемещаются к северу или к югу и пояса атмосферного давления, и воздушные массы.
Рис. 19. Схема перемещения воздушных масс по сезонам и образование климатических поясов
Перемещаясь, воздушные массы долго сохраняют свои свойства и поэтому определяют погоду тех мест, куда они приходят.
Роль воздушных течений в формировании климата. Воздушные массы, находясь все время в движении, переносят тепло (холод) и влагу (сухость) из одних широт в другие, с океанов на материки и с материков в океаны. Благодаря движению воздушных масс тепло и влага на поверхности Земли перераспределяются. Если бы не было воздушных течений, то на экваторе было бы значительно жарче, а у полюсов намного холоднее, чем есть в действительности. Таким образом, климат зависит не только от высоты Солнца над горизонтом, но и от движения воздушных масс - от воздушных течений.
- Почему близ экватора выпадает много осадков, а в тропических областях - мало? Какая существует зависимость между поясами атмосферного давления и количеством осадков?
- Назовите постоянные ветры над земной поверхностью и объясните их образование.
- Что такое воздушная масса?
- Какова роль воздушных течений в распределении тепла и влаги на поверхности Земли?
Осадки на нашей планете распределены крайне неравномерно. В одних районах дожди льют каждый день и влаги на поверхность Земли поступает столько, что реки остаются полноводными весь год, а тропические леса поднимаются ярусами, закрывая солнечный свет. Но можно найти на планете и такие места, где несколько лет подряд с неба не падает ни капли дождя, высохшие русла временных водных потоков растрескиваются под лучами палящего Солнца, а скудные растения лишь благодаря длинным корням могут добраться до глубоких слоев подземных вод. В чём причина такой несправедливости? Распределение осадков на земном шаре зависит от того, сколько облаков, содержащих влагу, образуется над данной территорией или сколько их может принести ветер. Очень важна температура воздуха, потому что интенсивное испарение влаги происходит именно при высокой температуре. Влага испаряется, поднимается вверх и на определённой высоте образуются облака.
Температура воздуха убывает от экватора к полюсам, следовательно, и количество выпадающих осадков максимально в экваториальных широтах и уменьшается к полюсам. Однако на суше распределение осадков зависит от целого ряда дополнительных факторов.
Над прибрежными территориями выпадает много осадков, а по мере удаления от океанов их количество уменьшается. Больше осадков на ветреных склонах горных хребтов и значительно меньше на подветренных. Например, на атлантическом побережье Норвегии в Бергене выпадает 1730 мм осадков в год, а в Осло (за хребтом) только 560 мм. Невысокие горы тоже оказывают воздействие на распределение осадков - на западном склоне Урала, в Уфе, выпадает в среднем 600 мм осадков, а на восточном склоне, в Челябинске, - 370 мм.
На распределение осадков влияют и течения Мирового океана. Над районами, вблизи которых проходят тёплые течения, количество осадков увеличивается, так как от тёплых водных масс воздух нагревается, он поднимается вверх и образуются облака с достаточной водностью. Над территориями, рядом с которыми проходят холодные течения, воздух охлаждается, опускается вниз, облака не образуются, и осадков выпадает значительно меньше.
Наибольшее количество осадков выпадает в бассейне Амазонки, у берега Гвинейского залива и в Индонезии. В некоторых районах Индонезии их максимальные значения достигают 7000 мм в год. В Индии в предгорьях Гималаев на высоте около 1300 м над уровнем моря находится самое дождливое место на Земле - Черапунджи (25,3° с.ш. и 91,8° в.д.), здесь выпадает в среднем более 11 000 мм осадков в год. Такое обилие влаги приносит в эти места влажный летний юго-западный муссон, который поднимается по крутым склонам гор, охлаждается и проливается мощным дождём.
Атмосферное давление - давление атмосферного воздуха на находящиеся в нем предметы и земную поверхность. Нормальным атмосферным давлением является показатель в 760 мм рт. ст. (101325 Па). При повышении высоты на каждый километр давление падает на 100 мм.
Состав атмосферы:
Атмосфера Земли - воздушная оболочка Земли, состоящая в основном из газов и различных примесей (пыль, капли воды, кристаллы льда, морские соли, продукты горения), количество которых непостоянно. Основным газами являются азот (78%), кислород (21%) и аргон (0,93%). Концентрация газов, составляющих атмосферу, практически постоянна, за исключением углекислого газа СО2 (0,03%).
Также в атмосфере содержатся SO2, СН4, NH3, СО, углеводороды, НС1, HF, пары Hg, I2, а также NO и многие другие газы в незначительных количествах. В тропосфере постоянно находится большое количество взвешенных твердых и жидких частиц (аэрозоль).
Климат и погода
Погода и климат взаимосвязаны, но стоит определить разницу между ними.
Погода - это состояние атмосферы над определенной местностью в определенный момент времени. В одном и том же городе погода может меняться каждые несколько часов: утром появляется туман, к обеду начинается гроза, а уже к вечеру небо очищается от облаков.
Климат - многолетний, повторяющийся режим погоды, характерный для определенной местности. Климат влияет на рельеф местности, водоемы, растительный и животный мир.
Основные элементы погоды - атмосферные осадки (дождь, снег, туман), ветер, температура и влажность воздуха, облачность.
Атмосферные осадки - это вода в жидкой или твердой форме, выпадающая на поверхность земли.
Они измеряются с помощью прибора, который называется дождемер. Это металлический цилиндр, площадь сечения которого - 500 см2. Осадки измеряются в миллиметрах - это глубина слоя воды, который появился в дождемере после выпадения осадков.
Температура воздуха определяется с помощью термометра - прибора, состоящего из температурной шкалы и цилиндра, частично заполненного определенным веществом (обычно спиртом или ртутью). Действие термометра основано на расширении вещества при нагревании и сжатии - при охлаждении. Одной из разновидностей термометра является всем известный градусник, в котором цилиндр заполнен ртутью. Термометр, измеряющий температуру воздуха, должен находиться в тени, чтобы солнечные лучи его не нагревали.
Измерение температуры проводится на метеорологических станциях несколько раз в день, после чего выводят среднесуточную, среднемесячную или среднегодовую температуры.
Среднесуточная температура представляет собой среднее арифметическое температур, замеряемых через равные промежутки времени в течение суток. Среднемесячная температура - среднее арифметическое всех среднесуточных температур в течение месяца, а среднегодовая - среднее арифметическое всех среднесуточных температур в течение года. В одной местности средние температуры каждого месяца и года остаются приблизительно постоянными, так как любые сильные температурные колебания нивелируются при усреднении. В настоящее время существует тенденция к постепенному повышению средних температур, данное явление называется глобальным потеплением. Повышение средней температуры на несколько десятых градуса незаметно для человека, но оказывает значительное влияние на климат, так как вместе с температурой меняется и давление, влажность воздуха, меняются и ветры.
Влажность воздуха показывает, насколько он насыщен водными парами. Измеряют абсолютную и относительную влажность. Абсолютная влажность - это количество водяных паров, находящихся в 1 кубическом метре воздуха, измеряется в граммах. Когда говорят о погоде, чаще используют относительную влажность воздуха, которая показывает процентное отношение количества водяных паров в воздухе к тому количеству, которое находится в воздухе при насыщении. Насыщение - это определенный предел, до которого водяные пары находятся в воздухе, не конденсируясь. Относительная влажность не может быть более 100%.
Предел насыщения разный в разных районах земного шара. Поэтому для сравнения влажности в разных местностях лучше использовать абсолютный показатель влажности, а для характеристики погоды в определенной местности - относительный показатель.
Облачность обычно оценивается с помощью следующих выражений: облачно - все небо покрыто облаками, переменная облачность - есть большое количество отдельных облаков, ясно - количество облаков незначительно либо они отсутствуют.
Атмосферное давление - очень важная характеристика погоды. Атмосферный воздух имеет свой вес, и на каждую точку земной поверхности, на каждый предмет и живое существо, находящееся на ней, давит столб воздуха. Атмосферное давление принято измерять в миллиметрах ртутного столба. Чтобы такое измерение стало понятным, поясним, что оно означает. На каждый квадратный сантиметр поверхности воздух давит с той же силой, что и столбик ртути высотой 760 мм. Таким образом, давление воздуха сопоставляют с давлением столбика ртути. Цифра, меньшая, чем 760 означает пониженное давление.
Колебания температуры
В любой местности температура непостоянна. Ночью из-за недостатка солнечной энергии температура снижается. В связи с этим принято выделять среднюю дневную и ночную температуры. Также температура колеблется в течение года Зимой среднесуточная температура ниже, постепенно возрастает весной и постепенно снижается осенью, летом - самая высокая среднесуточная температура.
Распределение света, тепла и влаги по земной поверхности Земли
По поверхности шарообразной Земли солнечное тепло и свет распределяются неравномерно. Это объясняется тем, что угол падения лучей на разных широтах разный.
Земная ось наклонена к плоскости орбиты под углом. Своим северным концом она направлена в сторону Полярной звезды. Солнце всегда освещает половину Земли. При этом более освещается то Северное полушарие (и день там длится дольше, чем в другом полушарии), то, наоборот, Южное. Дважды в год оба полушария бывают освещены одинаково (тогда и продолжительность дня в обоих полушариях одинакова).
Солнце является основным источником тепла и света на Земле. Этот огромный газовый шар с температурой на поверхности около 6000° С излучает большое количество энергии, которую называют солнечной радиацией. Она нагревает нашу Землю, приводит в движение воздух, образует круговорот воды, создает условия для жизни растений и животных.
Проходя через атмосферу, часть солнечной радиации поглощается, часть рассеивается и отражается. Поэтому поток солнечной радиации, приходя к поверхности Земли, постепенно ослабевает.
Солнечная радиация поступает на поверхность Земли прямой и рассеянной. Прямая радиация представляет поток параллельных лучей, идущих непосредственно от диска Солнца. Рассеянная радиация поступает со всего небосвода. Считается, что поступление тепла от Солнца на 1 га Земли равнозначно сжиганию почти 143 тыс. т угля.
Солнечные лучи, проходя через атмосферу, мало ее нагревают. Нагревание атмосферы происходит от поверхности Земли, которая, поглощая солнечную энергию, превращает ее в тепловую. Частицы воздуха, соприкасаясь с нагретой поверхностью, получают тепло и уносят его в атмосферу. Так нагреваются нижние слои атмосферы. Очевидно, чем больше получает поверхность Земли солнечной радиации, тем сильнее она нагревается, тем сильнее нагревается от нее воздух.
Многочисленные наблюдения за температурой воздуха показали, что самая высокая температура наблюдалась в г. Триполи (Африка) (+58°С), самая низкая - на станции Восток в Антарктиде (-87,4° С).
Поступление солнечного тепла и распределение температуры воздуха зависит от широты места. Тропическая область получает больше тепла от Солнца, чем умеренные и полярные широты. Больше всего тепла получают экваториальные области Солнце - звезда Солнечной системы, которая является для планеты Земля источником громадного количества тепла и ослепительного света. Несмотря на то, что Солнце находится от нас на значительном расстоянии и до нас доходит лишь небольшая часть его излучения, этого вполне достаточно для развития жизни на Земле. Наша планета вращается вокруг Солнца по орбите. Если с космического корабля наблюдать Землю в течение года, то можно заметить, что Солнце всегда освещает только какую-либо одну половину Земли, следовательно, там будет день, а на противоположной половине в это время будет ночь. Земная поверхность получает тепло только днем.
Наша Земля нагревается неравномерно. Неравномерный нагрев Земли объясняется ее шарообразной формой, поэтому угол падения солнечного луча в разных районах различен, а значит, различные участки Земли получают различное количество тепла. На экваторе солнечные лучи падают отвесно, и они сильно нагревают Землю. Чем дальше от экватора, тем угол падения луча становится меньше, а следовательно, и меньшее количество тепла получают эти территории. Один и тот же по мощности пучок солнечного излучения обогревает у экватора гораздо меньшую площадь, так как он падает отвесно. Кроме того, лучи, падающие под меньшим углом, чем на экваторе, - пронизывая атмосферу, проходят в ней больший путь, вследствие чего часть солнечных лучей рассеивается в тропосфере и не доходит до земной поверхности. Все это свидетельствует о том, что при удалении от экватора к северу или к югу уменьшается температура воздуха, так как уменьшается угол падения солнечного луча.
Распределение осадков на земном шаре зависит от того, сколько облаков, содержащих влагу, образуется над данной территорией или сколько их может принести ветер. Очень важна температура воздуха, потому что интенсивное испарение влаги происходит именно при высокой температуре. Влага испаряется, поднимается вверх и на определенной высоте образуются облака.
Температура воздуха убывает от экватора к полюсам, следовательно, и количество выпадающих осадков максимально в экваториальных широтах и уменьшается к полюсам. Однако на суше распределение осадков зависит от целого ряда дополнительных факторов.
Над прибрежными территориями выпадает много осадков, а по мере удаления от океанов их количество уменьшается. Больше осадков на наветренных склонах горных хребтов и значительно меньше на подветренных. Например, на атлантическом побережье Норвегии в Бергене выпадает 1730 мм осадков в год, а в Осло только 560 мм. Невысокие горы тоже оказывают воздействие на распределение осадков - на западном склоне Урала, в Уфе, выпадает в среднем 600 мм осадков, а на восточном склоне, в Челябинске, - 370 мм.
Наибольшее количество осадков выпадает в бассейне Амазонки, у берега Гвинейского залива и в Индонезии. В некоторых районах Индонезии их максимальные значения достигают 7000 мм в год. В Индии в предгорьях Гималаев на высоте около 1300 м над уровнем моря находится самое дождливое место на Земле - Черапунджи (25,3° с.ш. и 91,8° в.д., здесь выпадает в среднем более 11 000 мм осадков в год. Такое обилие влаги приносит в эти места влажный летний юго-западный муссон, который поднимается по крутым склонам гор, охлаждается и проливается мощным дождем.
Океаны, температура воды которых меняется гораздо медленнее, чем температура земной поверхности или воздуха, оказывают на климат сильное смягчающее воздействие. Ночью и зимой воздух над океанами остывает значительно медленнее, чем над сушей, а если океанические воздушные массы перемещаются над материками, это приводит к потеплению. И наоборот, днем и летом морской бриз охлаждает сушу.
Распределение влаги на земной поверхности определяется круговоротом воды в природе. Каждую секунду в атмосферу, главным образом с поверхности океанов, испаряется огромное количество воды. Влажный океанический воздух, проносясь над материками, охлаждается. Затем влага конденсируется и возвращается на земную поверхность в форме дождя или снега. Частично она сохраняется в снежном покрове, реках и озерах, а частично возвращается в океан, где снова происходит испарение. Таким образом завершается гидрологический цикл.
На распределение осадков влияют и течения Мирового океана. Над районами, вблизи которых проходят теплые течения, количество осадков увеличивается, так как от теплых водных масс воздух нагревается, он поднимается вверх и образуются облака с достаточной водностью. Над территориями, рядом с которыми проходят холодные течения, воздух охлаждается, опускается вниз, облака не образуются, и осадков выпадает значительно меньше.
Поскольку вода играет существенную роль в эрозионных процессах, она тем самым влияет на движения земной коры. А любое перераспределение масс, обусловленное такими движениями в условиях вращающейся вокруг своей оси Земли, способно, в свою очередь, внести вклад в изменение положения земной оси. Во время ледниковых эпох уровень моря понижается, так как вода аккумулируется в ледниках. Это, в свою очередь, приводит к разрастанию материков и увеличению климатических контрастов. Сокращение речного стока и понижение уровня Мирового океана препятствуют достижению теплыми океаническими течениями холодных регионов, что ведет к дальнейшим климатическим изменениям.
