Вращение земли и географическая широта. Распределение тепла по земной поверхности Углы падения солнечных лучей

Если бы тепловой режим географической оболочки определялся только распределением солнечной радиации без переноса ее атмо- и гидросферой, то на экваторе температура воздуха была бы 39° С, а на полюсе -44° С. Уже на широте 50° начиналась бы зона вечного мороза. Действительная температура на экваторе 26°, а на северном полюсе -20° С.

Как видно из данных таблицы, до широт 30° солярные температуры выше фактических, т. е. в этой части земного шара образуется избыток солнечного тепла. В средних, а тем более в полярных широтах фактические температуры выше солярных, т. е. эти пояса Земли получают дополнительное к солнечному тепло. Оно поступает из низких широт с океанскими (водными) и тропосферными воздушными массами в процессе их планетарной циркуляции.

Сравнив разности между солярными и фактическими температурами воздуха с картами радиационного баланса Земля - атмосфера, убедимся в их сходстве. Это еще раз подтверждает роль перераспределения тепла в формировании климатов. Карта объясняет, почему южное полушарие холоднее северного: туда меньше поступает адвективного тепла из жаркого пояса.

Распределение солнечного тепла, как и его усвоение, происходит не в одной системе - атмосфере, а в системе более высокого структурного уровня - атмо- и гидросфере.

1. Расходуется солнечное тепло главным образом над океанами на испарение воды: на экваторе 3350, под тропиками 5010, в умеренных поясах 1774 МДж/м 2 (80, 120 и 40 ккал/см 2) в год. Вместе с паром оно перераспределяется как между зонами, так и внутри каждой зоны между океанами и материками.
2. Из тропических широт тепло с пассатной циркуляцией и тропическими течениями поступает в экваториальные. Тропики теряют 2510 МДж/м 2 (60 ккал/см 2) в год, а на экваторе приход тепла от конденсации равен 4190 МДж/м 2 (100 и более ккал/см 2) в год. Следовательно, хотя в экваториальном поясе суммарной радиации меньше тропической, тепла он получает больше: вся энергия, затраченная на испарение воды в тропических поясах, идет к экватору и, как увидим ниже, вызывает здесь мощные восходящие токи воздуха.
3. Северный умеренный пояс от теплых океанских течений, идущих из экваториальных широт,- Гольфстрима и Куросио получает на океанах до 837 МДж/м 2 (20 и более ккал/см 2) в год.
4. Западным переносом с океанов это тепло переносится на материки, где умеренный климат формируется не до широты 50°, а много севернее полярного круга.
5. Североатлантическое течение и атмосферная циркуляция значительно утепляют Арктику.
6. В южном полушарии тропическое тепло получают только Аргентина и Чили; в Южном океане циркулируют холодные воды Антарктического течения.

Видеоурок 2: Атмосфера строение, значение, изучение

Лекция: Атмосфера. Состав, строение, циркуляция. Распределение тепла и влаги на Земле. Погода и климат

Атмосфера

Атмосферу можно назвать всепроникающей оболочкой. Её газообразное состояние позволяет заполнить микроскопические отверстия в почве, вода растворена в воде, животные, растения и человек не могут существовать без воздуха.

Условная мощность оболочки 1500 км. Верхние её границы растворяются в космосе и четко не обозначены. Давление атмосферы на уровне моря при 0 ° С равно 760 мм. рт. ст. Газовая оболочка на 78% состоит их азота, 21% - кислород, 1% других газов (озон, гелий, водяной пар, углекислый газ). Плотность воздушной оболочки изменяется с поднятием в высоту: чем выше, тем воздух разреженнее. Вот почему у альпинистов может быть кислородное голодание. У самой поверхности земли наибольшая плотность.

Состав, строение, циркуляция

В оболочке выделяют слои:

Тропосфера , толщиной 8-20 км. Причем у полюсов толщина тропосферы меньше, чем на экваторе. В этом небольшом слое сконцентрировано около 80% всей массы воздуха. Тропосфера имеет свойство нагреваться от поверхности земли, поэтому у самой земли её температура выше. С поднятием вверх на 1 км. температура воздушной оболочки уменьшается на 6°С. В тропосфере происходит активное передвижение воздушных масс в вертикальном и горизонтальном направлении. Именно эта оболочка является «фабрикой» погоды. В ней формируются циклоны и антициклоны, дуют западные и восточные ветры. В ней сосредоточены все водяные пары, которые конденсируются и проливаются дожем или снегом. Этот слой атмосферы содержит примеси: дым, пепел, пыль, копоть, все, чем мы дышим. Пограничный со стратосферой слой называется тропопауза. Здесь снижение температуры заканчивается.

Примерные границы стратосферы 11-55 км. До 25 км. Происходят незначительные изменения температуры, а выше она начинается подниматься от -56°С до 0°С на высоте 40 км. Ещё километров 15 температура не меняется, этот слой назвали стратопаузой. Стратосфера в своем составе содержит озон (О3), защитный барьер для Земли. Благодаря наличию озонового слоя на поверхность земли не проникают губительные лучи ультрафиолета. Последнее время антропогенная деятельность привела к разрушению этого слоя и образованию «озоновых дыр». Ученые утверждают, что причиной возникновения «дыр», является повышенная концентрация свободных радикалов и фреона. Под влиянием солнечных излучений происходит разрушение молекул газов, этот процесс сопровождается свечением (северное сияние).

От 50-55 км. начинается следующий слой – мезосфера , которая поднимается до80-90 км. В этом слое температура понижается, на высоте 80 км равна -90°С. В тропосфере температура опять поднимается до нескольких сот градусов. Термосфера простирается вверх до 800 км. Верхние границы экзосферы не определяются, так как газ рассеивается и частично уходит в космическое пространство.

Тепло и влага

Распределение солнечного тепла на планете зависит от широты места. Экватор и тропики получают большее количество солнечной энергии, так как угол падения солнечных лучей около 90°. Чем ближе к полюсам, угол падения лучей уменьшается, соответственно количество тепла тоже уменьшается. Солнечные лучи, проходя через воздушную оболочку, не нагревают её. Лишь попадая на землю, солнечное тепло поглощается поверхностью земли, а потом от подстилающей поверхности нагревается воздух. Тоже происходит и в океане, за исключением того, что вода нагревается медленнее, чем земля, и медленнее остывает. Поэтому близость морей и океанов оказывает влияние на формирование климата. Летом морской воздух приносит нам прохладу и осадки, зимой потепление, так как поверхность океана еще не растратила свое тепло, накопленное за лето, а земная поверхность быстро остыла. Морские воздушные массы формируются над поверхностью воды, следовательно, они насыщены водяными парами. Двигаясь над сушей, воздушные массы теряют влагу, принося осадки. Континентальные воздушные массы, формируются над поверхностью земли, как правило, они сухие. Наличие континентальных воздушных масс летом приносит жаркую погоду, зимой – ясную морозную.

Погода и климат

Погода – состояние тропосферы в данном месте за определенный промежуток времени.

Климат – многолетний режим погоды, характерный для данной местности.

Погода может меняться в течение суток. Климат – характеристика более постоянная. Каждой физико-географической области характерен определенный тип климата. Климат формируется в результате взаимодействия и взаимовлияния нескольких факторов: широта места, господствующие воздушные массы, рельеф подстилающей поверхности, наличие подводных течений, наличие или отсутствие водных объектов.

На земной поверхности существуют пояса низкого и высокого атмосферного давления. Экваториальный и умеренный пояса низкого давления, на полюсах и в тропиках давление высокое. Воздушные массы перемещаются из области высокого давления в область низкого. Но так как наша Земля вращается, эти направления отклоняются, в северном полушарии вправо, в южном – влево. Из тропического пояса на экватор дуют пассаты, из тропического пояса в умеренный дуют западные ветры, из полюсов в умеренный пояс дуют полярные восточные ветры. Но в каждом поясе участки суши чередуются с акваториями. В зависимости от того, над суше или над океаном сформировалась воздушная масса, она может принести проливные дожди или ясную солнечную поверхность. На количество влаги в воздушных массах влияет рельеф подстилающей поверхности. Над равнинными территориями насыщенные влагой воздушные массы проходят без препятствий. Но если на пути встречаются горы, тяжелый влажный воздух не может переместиться через горы, и вынужден терять часть, а то и всю влагу на склоне гор. Восточное побережье Африки имеет гористую поверхность (Драконовы горы). Воздушные массы, формирующиеся над Индийским океаном, насыщены влагой, но всю воду теряют на побережье, вглубь материка приходит жаркий сухой ветер. Вот почему большая часть южной Африки занята пустынями.

Температура поверхности Земли отражает прогрев воздуха в какой-либо конкретной области нашей планеты.

Как правило, для ее измерения используют специальные приборы - термометры, расположенные в небольших будках. Температура воздуха измеряется минимум на высоте 2 метров от земли.

Средняя температура поверхности Земли

Под средней температурой поверхности Земли подразумевают количество градусов не в каком-либо конкретном месте, а усредненную цифру со всех точек нашего Земного шара. Например, если в Москве температура воздуха составляет 30 градусов, а в Санкт-Петербурге 20, то средняя температура в области этих двух городов будет составлять 25 градусов.

(Снимок со спутника температуры поверхности Земли в месяце январе со шкалой значений по Кельвину )

При расчете средней температуры Земли берут показания не с конкретного региона, а со всех областей Земного шара. На данный момент средняя температура Земли составляет +12 градусов по Цельсию.

Минимум и максимум

Самая низкая температура была зафиксирована в 2010 году в Антарктиде. Рекорд составил -93 градуса по Цельсию. Самой жаркой точкой на планете является пустыня Деште-Лут, расположившаяся в Иране, где рекордная температура составила + 70 градусов.

(Средняя температура за июль )

Антарктида исконно считается самым холодным местом на Земле. За право именоваться самым теплым материком постоянно соревнуются Африка и Северная Америка. Однако все остальные материки расположились тоже не так далеко, отставая от лидеров всего на несколько градусов.

Распределение тепла и света на Земле

Основную часть тепла наша планета получает благодаря звезде по имени Солнце. Несмотря на довольно внушительное расстояние, разделяющее нас, доходящего количества излучения более чем достаточно для жителей Земли.

(Средняя температура за январь распределенная по поверхности Земли )

Как известно, Земля постоянно вращается вокруг Солнца, которое освещает лишь одну часть нашей планеты. Отсюда и происходит неравномерное распределение тепла по планете. Земля имеет эллипсоидную форму, вследствие чего лучи Солнца падают на разные участки Земли под разными углами. От этого и происходит дисбаланс по распределению тепла на планете.

Еще одним немаловажным фактором, влияющим на распределение тепла, является наклон земной оси, по которой планета и делает полный оборот вокруг Солнца. Этот наклон равен 66, 5 градусам, поэтому наша планета постоянно обращена северной частью в сторону Полярной звезды.

Именно благодаря этому наклону мы имеем сезонные и временные изменения, а именно количество света и тепла днем или ночью то растет, то убывает, а лето сменяется осенью.

Которая является для 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 количества тепла получают эти территории. Один и тот же по мощности пучок солнечного излучения обогревает гораздо меньшую площадь, так как он падает отвесно. Кроме того, лучи, падающие под меньшим углом, чем на экваторе,пронизывая , 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 , так как уменьшается угол падения солнечного луча.

На степень нагрева земной поверхности влияет также и то, что земная ось наклонена к плоскости орбиты, по которой Земля совершает полный оборот вокруг Солнца, под углом 66,5° и все время направлена северным концом в сторону Полярной звезды.

Представим себе, что Земля, двигаясь вокруг Солнца, имеет земную ось, перпендикулярную плоскости орбиты вращения. Тогда бы поверхность на разных широтах получала бы неизменное в течение года количество тепла, угол падения солнечного луча был все время постоянным, всегда день был бы равен ночи, не происходило бы смены времен года. На экваторе эти условия мало отличались бы от нынешних. Существенное влияние на нагрев земной поверхности, а значит, и на весь наклон земной оси имеет именно в умеренных широтах.

В течение года, то есть за время полного оборота Земли вокруг Солнца, особо примечательны четыре дня: 21 марта, 23 сентября, 22 июня, 22 декабря.

Тропики и полярные круги разделяют поверхность Земли на пояса, которые различаются между собой солнечной освещенностью и количеством тепла, получаемого от Солнца. Выделяют 5 поясов освещенности: северный и южный полярные, которые получают мало света и тепла, пояс с жарким климатом и северный и южный пояса, которые получают света и тепла больше, чем полярные, но меньше, чем тропические.

Итак, в заключение можно сделать общий вывод: неравномерный нагрев и освещение земной поверхности связаны с шарообразностью нашей Земли и с наклоном земной оси до 66,5° к орбите вращения вокруг Солнца.

По поверхности шарообразной Земли солнечное тепло и свет распределяются неравномерно. Это объясняется тем, что угол падения лучей на разных широтах разный.

Вы уже знаете, что 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 Северная полушарие (и день там длится дольше, чем в другом полушарии), то, наоборот, Южная. Дважды в год оба полушария бывают освещены одинаково (тогда и продолжительность дня в обоих полушариях одинакова).

Когда Земля обращена к Солнцу Северным полюсом, тогда оно больше освещает и нагревает Северное полушарие. Дни становятся длиннее ночи. Наступает теплое время года - лето. На полюсе и в приполярной части Солнце светит круглосуточно и не заходит за горизонт (Ночь не наступает). Это явление называется полярный день. На полюсе он длится 180 суток (полгода), но чем дальше на юг, тем его продолжительность уменьшается до суток на параллели 66,5 0 пн. ш. Эту параллель называют Северным полярным кругом. Южнее этой линии Солнце опускается за горизонт и смена дня и ночи происходит в привычном для нас порядке - ежесуточно. 22 июня - Солнечная лучи будут падать отвесно (под наибольшим углом - 90 0) На параллель 23,5 пн. ш. Этот день будет самым длинным, а ночь короткой в году. Эту параллель называют Северными тропиком, А день 22 июня - летним солнцестоянием.

В настоящее время Южный полюс отвлеченный от Солнца и оно меньше освещает и нагревает Южное полушарие. Там зима. На полюс и приполярной часть течение суток солнечные лучи совсем не попадают. Солнце не появляется из-за горизонта и день не наступает. Это явление называется полярная ночь. На самом полюсе она длится 180 дней, а чем дальше на север, тем становится короче до одних суток на параллели 66,5 0 ю. ш. Эту параллель называют Южным полярным кругом. Севернее от нее Солнце появляется на горизонте и смена дня и ночи происходит каждые сутки. 22 июня День будет кратчайшим в году. Для Южной полушарии он будет зимним солнцестоянием.

Через три месяца, 23 сентября, Земля займет такое положение относительно Солнца, когда солнечные лучи одинаково освещать как Северную, так и Южное полушарие. Отвесно солнечные лучи падают на экваторе. На всей Земле, кроме полюсов, день равен ночи (по 12 ч). Этот день называют днем осеннего равноденствия.

Еще через три месяца, 22 декабря к Солнцу вернется Южная полушарие. Там наступит лето. Этот день будет самым длинным, а ночь - самой короткой. В приполярной области наступит полярный день. Лучи Солнца отвесно падать на параллель 23,5 0 ю. ш. Зато, в Северном полушарии будет зима. Этот день будет самым коротким, а ночь длинной. Параллель 23,5 0 ю. ш. называют Южным тропиком, а день 22 декабря - зимним солнцестоянием.

Еще через три месяца, 21 марта, опять обе полушария будут освещены одинаково, день будет равен ночи. Лучи солнца отвесно падать на экваторе. Этот день называют весенним равноденствием.

В Украине наибольшая высота Солнца в полдень – 61–69 0 (22 июня), наименьшая - 14-22 0 (22 декабря).

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.

Температуру воздуха измеряют термометрами (ртутными и спиртовыми). Спиртовые термометры применяют, когда температура воздуха бывает ниже - 38° С. На метеорологических станциях термометры помещают в особой будке, построенной из отдельных, расположенных под определенным углом пластинок (жалюзи), между которыми свободно циркулирует воздух. Прямые солнечные лучи не попадают на термометры, таким образом, температуру воздуха измеряют в тени. Сама будка находится на высоте 2 м от земной поверхности.

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 количества 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 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 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 (за хребтом - прим. от сайт), 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.

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 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.

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.