Атмосферная циркуляция является одним из важнейших климатообразующих факторов. Поэтому при наличии многолетних колебаний характера общей циркуляции атмосферы неизбежно происходят изменения климата в различных регионах. В связи с этим целесообразно использовать результаты исследований многолетних крупномасштабных изменений в атмосфере для анализа климатических характеристик.
В общей циркуляции атмосферы наблюдаются устойчивые изменения, которые обнаруживаются при статистическом анализе. Эти изменения отражаются на климатических условиях в каждом географическом регионе. Изучение влияния циркуляции атмосферы на формирование речного стока в пределах территории Беларуси целесообразно выполнить с использованием классификации типов атмосферной циркуляции (по Г.Я. Вангенгейму и А.А Гирсу) и индексов Северо-атлантического колебания (по Дж. Харрелл). Макроциркуляционный метод Г.Я. Вангенгейма и А.А. Гирса описывает циркуляцию атмосферы на трех пространственных уровнях и является действующим оперативным методом, который используется более 50 лет и актуален в настоящее время. Территория Беларуси в пространственном аспекте соответствует зоне действия данного метода. В то же время для современной оценки последних данных наблюдений и для всестороннего анализа связи общей циркуляции атмосферы и условий формирования речного стока в пределах региона необходимо привлечение новейших подходов, используемых для Атлантико-Евразийского сектора. В качестве такого метода целесообразно использование индексов Северо-атлантического колебания, которые являются предиктором для изменений общего состояния атмосферы и соответсвенно могут быть использованы для прогнозных исследований в области гидрометеорологии.
На основе учета характера длинных волн Г.Я. Вангенгейм установил, что все типы элементарных синоптических процессов можно обобщить в трех типах атмосферной циркуляции: западном (W), восточном (Е) и меридиональном (С). Макропроцессы W отражают зональное состояние атмосферы, процессы Е и С отражают меридиональное состояние атмосферы. А.А. Гирс получил 9 типов макропроцессов (W з, W м1 , W м2 . Е з, Е м1 , Е м2 , С з, С м1 , С м2), которые могут рассматриваться как основные формы атмосферной циркуляции северного полушария или как разновидности форм западной, восточной и меридиональной форм.
Для макропроцессов западной формы циркуляции (W з, W м1 , W м2) характерно следующее. В тропосфере наблюдаются волны малой амплитуды, быстро смещающиеся с запада на восток. Географическая локализация основных высотных (АТ500) гребней и ложбин показана на рисунке 2.1.
Ослаблен междуширотный обмен воздухом, а интенсивность зональных составляющих циркуляции повышена. Эта особенность определяется направлением и величиной термических и барических градиентов в толще тропосферы. Градиенты в среднем направлены с юга на север.
При трех разновидностях западной формы (W з, W м1 , W м2) отмечаются отрицательные аномалии давления, отражающие наличие здесь в толще тропосферы быстро смещающихся волн малой амплитуды и связанные с ними смещения циклонов у поверхности земли с запада на восток.
Рисунок 2.1 - Синоптические условия на территории Беларуси при макропроцессах западной (W) форме циркуляции
Состояние центров действия атмосферы различно при разных формах циркуляции и их разновидностях в северном полушарии. Так, для рассматриваемых процессов западной формы при всех трех ее разновидностях в районе расположения сибирского зимнего максимума отмечается отрицательная аномалия давления, что свидетельствует об ослаблении этого центра действия.
Распределение аномалий температуры воздуха при макропроцессах западной формы W з, W м1 , W м2 следующее. Характерны положительные аномалии температуры, так как во всех трех разновидностях здесь получил развитие процесс одной и той же западной формы. Вместе с тем в каждой из разновидностей имеются и свои особенности. Так, в случае W M1 , величина аномалий наибольшая, а при W з? наименьшая.
Для макропроцессов восточной формы (Ез, Ем1, Ем2) характерно следующее. В толще тропосферы наблюдаются стационарные волны большей амплитуды. Географическая локализация основных высотных (АТ500) гребней и ложбин при разновидностях восточной формы представлена на рисунке 2.2. Траектории наземных барических образований, зависящие от направления ведущего потока на высотах, приобретают значительную меридиональную составляющую, чем они существенно отличаются от процессов западной формы.
При процессах восточной формы циклоны смещаются в высокие широты в районах к западу от положения оси гребней и «ныряют» к югу в районах, расположенных восточнее высотных гребней. Струйные течения огибают гребни с севера, а ложбины с юга. Поэтому наиболее активная циклоническая деятельность в северных широтах отмечается там, где располагаются высотные гребни, а в южных широтах, где располагаются высотные ложбины.
Рисунок 2.2 синоптические условия на территории Беларуси при макропроцессах восточной (Е) формы циркуляции
Именно в этих районах наблюдаются «слияния» воздушных масс с различной температурой и происходит обострение фронтов.
Распределение аномалий давления при процессах восточной формы находится в согласии с положением основных высотных гребней и ложбин, свойственных разновидностям данной формы: под восточными частями высотных гребней формируются области положительных аномалий давления, под западными? области отрицательных аномалий.
Распределение аномалий давления при макропроцессах восточной формы принципиально отличается от их распределения при западной форме. При западной форме области положительных и отрицательных аномалий располагаются зонально, при восточной? меридионально.
Сопоставление аномалий давления, свойственных восточной форме, с картой норм позволяет составить представление о состоянии центров действия атмосферы при рассматриваемой форме циркуляции.
Процессы меридиональной формы (С з, С м1 , С м2) подобно процессам формы Е характеризуют меридиональное состояние атмосферы. Поэтому основной особенностью длинных термобарических волн, свойственных этой форме, так же как и восточной форме, является их стационарность, наличие большой амплитуды, а значит и усиленного междуширотного обмена воздухом. Вместе с тем процессы меридиональной формы имеют и принципиальные отличия от процессов формы Е, так как географическое положение высотных гребней и ложбин и связанных с ними наземных полей аномалий у этих форм обратные (рисунок 2.3).
Рисунок 2.3 - синоптические условия на территории Беларуси при макропроцессах меридиональной (С) формы циркуляции
Струйное течение подобно струйному течению при макропроцессе Е огибает гребни с севера, а ложбины с юга. Однако, поскольку при меридиональной и восточной формах гребни и ложбины расположены в разных районах полушария, имеются соответствующие различия и в географическом расположении струйных течений.
В распределении аномалий температуры при макропроцессах С з, С м1 , С м2 четко проявляется меридиональность этих процессов. При этом географическое положение областей аномалий температуры находится в хорошем согласии с локализацией высотных гребней и ложбин (рисунок 2.3): под западными частями высотных гребней у земли формируются области положительных аномалий, под восточными? области отрицательных аномалий.
Морской сайт Россия нет 13 ноября 2016 Создано: 13 ноября 2016 Обновлено: 13 ноября 2016 Просмотров: 6134
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.
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.
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.
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.
Атмосфера - наиболее подвижная, динамичная часть географической оболочки. Это объясняется, во-первых, ее газообразным состоянием, во-вторых, спецификой ее теплового режима. Атмосфера нагребается преимущественно снизу, от земной поверхности, поэтому в ней часто возникают вертикальные, а следовательно, и горизонтальные движения.
Тепловые машины. В механическую энергию атмосферных движений переходит 1-2 % усваиваемой земной поверхностью солнечной энергии. Переход осуществляется в процессе работы так называемых тепловых машин. Разработка идеи о тепловых машинах географической оболочки принадлежит советскому ученому академику В. В. Шулейкину. Тепловой машиной называют систему, в которой тепловая энергия превращается в механическую. Каждая тепловая машина состоит из двух основных элементов нагревателя и холодильника, которые связываются между собой потоком вещества - теплоносителя. Благодаря разности температур теплоноситель перемещается от нагревателя к холодильнику, а вместе с ним переносится и теплота, часть теплоты при этом расходуется на движение теплоносителя.
Наиболее крупной тепловой машиной в географической оболочке является система экватор - полюсы. Ее называют тепловой машиной первого рода. С ней связаны наиболее масштабные движения в атмосфере. Различия в нагревании материков и океанов приводят к возникновению тепловых машин второго рода. С ними связывают возникновение муссонов в умеренных и субтропических широтах. Однако существуют и другие представления о природе возникновения муссонов.
В географической оболочке существует множество других тепловых контрастов: внутренний водоем - окружающая его суша, горы - равнины, ледники - поверхности без льда и т. д. В каждом таком случае можно говорить о своего рода тепловой машине, в которой происходит преобразование части тепловой энергии в механическую.
Коэффициент полезного действия тепловых машин в географической оболочке невелик. Это объясняется как небольшой разницей температур нагревателей и холодильников, так и большими потерями энергии на теплообмен с окружающей средой. Возникновение движения воздуха в атмосферных тепловых машинах рассмотрим на упрощенном примере.
Как известно, давление в любой точке атмосферы равно весу вышележащего столба воздуха. При равномерном нагревании земной поверхности и атмосферы изменение давления с высотой происходит одинаково во всех точках, что можно изобразить с помощью изобар (линий, соединяющих точки с одинаковым атмосферным давлением), проведенных на вертикальном разрезе атмосферы (рис. III. 6, а). Поступление дополнительного тепла в точку В приведет к расширению воздуха и к подъему изобар вверх (рис. III. 6, б). Это не вызовет изменения давления у земной поверхности, однако в атмосфере возникнет разность давления по горизонтали, причем горизонтальный барический градиент будет направлен в сторону точки А. Перенос воздуха в этом направлении на высоте приведет к увеличению массы воздуха над точкой А, а следовательно, и к увеличению давления воздуха в этой точке (т. е. на уровне земной поверхности). Теперь уже у земной поверхности возникает барический градиент, но направленный в противоположную сторону, т. е. к точке Б (рис. III. 6, в). Соответственно в этом направлении начнется перенос воздуха у земной поверхности.
Таким образом в теплых районах у земной поверхности возникают области пониженного давления, в холодных - повышенного, а на высоте - наоборот. Так образуются замкнутые вертикальные конвективные ячейки (кольца) циркуляции - элементарные тепловые машины.
Крупномасштабные вертикальные кольца циркуляции наблюдаются в низких широтах. В экваториальной зоне воздух поднимается вверх. В верхней тропосфере он направляется в сторону тропиков в виде антипассата. На широте 30-35° происходит опускание воздуха, откуда он направляется к экватору в виде пассата (см. рис. III. 8). Это вертикальное кольцо циркуляции было названо ячейкой Гадлея в честь английского ученого XVIII в., изучавшего пассатную циркуляцию. В наше время выяснилось, что пассаты и антипассаты связаны не только с процессами в вертикальных конвективных ячейках, т. е. с процессами термической природы, но и с динамическими процессами. Подробнее этот вопрос разбирается на занятиях по метеорологии и климатологии.
Основные закономерности атмосферной циркуляции. Совокупность движений атмосферного воздуха образует атмосферную циркуляцию. Основа ее возникновения - неравномерное распределение тепла в атмосфере, т. е. термический фактор. Возникающие движения преобразуются далее под влиянием отклоняющей силы вращения Земли (силы Кориолиса), трения о земную поверхность и ряда других факторов и приобретают сложную структуру.
Общее представление о закономерностях движений воздуха можно получить на основе анализа среднего многолетнего распределения атмосферного давления и преобладающих ветров у земной поверхности в январе и июле (см. Физико-географический атлас мира, с. 40-41). В распределении атмосферного давления проявляются две основные закономерности: с одной стороны, зональность, с другой - влияние материков и океанов. Зональность четко прослеживается на рис. III. 7, где приведена осредненная по широте величина атмосферного давления. Наблюдается чередование зон высокого и низкого давления. В области экватора давление ниже, чем в окаймляющих его тропических и субтропических областях. Высокое давление в этих поясах сменяется низким в умеренных и субполярных широтах. К полюсам происходит небольшое увеличение давления. Соответственно такому распределению давления формируется система ветров (см. Физико-географический атлас мира, с. 40-41). От субтропической области высокого давления в сторону экватора направлены пассаты, отклоняющиеся от градиента давления под действием силы Кориолиса и приобретающие восточную составляющую. В умеренных широтах господствующий перенос - западный, в полярных- восточный. Следует подчеркнуть, что это - осредненная картина, которая полностью совпадает с реальным распределением лишь в отдельные моменты. Изменчивость и непостоянство - характерные черты атмосферной циркуляции.
Не следует думать, что в природе существует простая причинная цепь: неоднородность в распределении тепла - распределении давления - распределении ветров. В общем виде такая последовательность возникновения цепи физических воздействий действительно наблюдается, однако реальное распределение трех названных характеристик зависит от их взаимодействия между собой и со многими другими факторами. Например, исходное распределение тепла мы связываем обычно с поступлением солнечной радиации на земную поверхность. Оно создает термическую неоднородность и тем самым обусловливает возникновение разности атмосферного давления, а следствием последней является ветер. Ветер, возникнув как результат перечисленных выше факторов, сам становится мощным фактором, воздействующим на первые два. Воздушные массы переносят тепло, влагу, минеральные соли и тем самым перераспределяют энергию на поверхности Земли. Последнее в свою очередь вызывает перераспределение атмосферного давления и системы ветров. На эти процессы влияет облачность - мощный регулятор радиационного и теплового обмена между земной поверхностью, атмосферой и космическим пространством. В результате картина настолько усложняется, что однозначно невозможно определить цепь причинно-следственных событий.
В средних и высоких широтах перенос воздуха в больших масштабах осуществляется в виде вихревых потоков - циклонов и антициклонов. Циклон - движущаяся восходящая система потоков воздуха, образующих спираль, закручивающуюся в южном полушарии по часовой стрелке, в северном - против часовой стрелки. Поэтому в северном полушарии при перемещении циклонов с запада на восток (это доминирующее направление движения циклонов в широкой полосе от 40 до 80° широты) в передней части циклона происходит перенос воздуха с юга на север, в тыловой - с севера на юг. В южном полушарии наблюдается аналогичный процесс с той лишь разницей, что в передней части наблюдается заток воздуха с севера на юг, в тыловой - с юга на север. Одновременно в циклонах осуществляются вертикальные движения - в центральной части циклона воздух поднимается вверх.
В антициклонах воздух движется по спирали от центра, где наблюдается высокое давление. Одновременно происходит опускание воздуха над центром антициклона.
В циклонах и антициклонах формируются особые погоды. На территории, занятой циклоном, наблюдается низкое давление, как правило, выпадают атмосферные осадки, происходит резкая смена направления и скорости ветра. Для антициклонов характерно высокое давление, чаще всего малооблачная устойчивая погода без осадков.
Распространение циклонов и антициклонов на земной поверхности характеризуется определенными закономерностями. В областях преимущественного распространения циклонов на климатических картах вырисовываются минимумы давления (Физико-географический атлас, с. 40-41), в областях распространения антициклонов - максимумы давления. Соответственно минимумам и максимумам распределяются атмосферные осадки (там же, с.42- 43). Увеличение осадков в циклонах связано с поднятием воздуха на атмосферных фронтах. В процессе поднятия воздух охлаждается. При определенной температуре происходит конденсация или сублимация содержащегося в воздухе водяного пара. Образовавшиеся водяные капли или кристаллы льда при достижении достаточных размеров падают на земную поверхность. В антициклонах воздух опускается, сжимается, благодаря этому нагревается и удаляется от точки насыщения.
В экваториальной зоне вследствие малых значений силы Кориолиса (sin ф составляет один из множителей в выражении, определяющем эту силу) циклоны и вообще вихревые системы не образуются. Большое количество атмосферных осадков в этой зоне связано с конвективным поднятием воздуха.
Таким образом, основные (фоновые) закономерности распределения атмосферных осадков связаны с характером циркуляционных процессов. Карта атмосферных осадков позволяет увидеть множество деталей в их распределении, связанных с влиянием рельефа и других факторов.
На рис. III. 8 дана схема общей циркуляции атмосферы с учетом основных типов движения в атмосфере (пассатов, вихревых систем, восточных ветров в полярных районах и вертикальных колец). В целом циркуляция атмосферы складывается из зональных, меридиональных и вертикальных движений. Зональные движения (вдоль параллелей) преобладают. Они на порядок интенсивнее меридиональных и на два порядка - вертикальных. Хотя меридиональные движения и слабее зональных, их значение велико. Меридиональные потоки осуществляют межширотный обмен воздуха. Именно благодаря меридиональному переносу (который имеет место и в океане) реальное распределение температуры на земной поверхности менее контрастное, чем солярное, - теоретически рассчитанное по радиационному переносу энергии (табл. III. 1).
Вертикальные движения (их главные потоки изображены на рис. III. 8 в виде колец) сильно уступают горизонтальным движениям по интенсивности. Однако они также играют исключительно важную роль, поскольку без них вообще была бы невозможна циркуляция атмосферы.
Типы атмосферной циркуляции. В отдельные периоды соотношение между зональными и меридиональными потоками в атмосфере меняется. Соответственно этому исследователи выделяют несколько типов атмосферной циркуляции, которые можно свести к двум основным - широтному (зональному) и меридиональному.
При широтном типе циркуляции контрасты между низкими и высокими широтами возрастают, а погодные условия характеризуются сравнительно слабой изменчивостью. При меридиональном типе циркуляции обмен воздушными массами между теплыми и холодными районами обусловливает резкую изменчивость погоды, а вследствие этого - и резкую изменчивость всего комплекса физико-географических процессов.
Типы атмосферной циркуляции постоянно сменяют друг друга. Однако в течение нескольких, следующих друг за другом лет (до 15) часто наблюдается преобладание (иногда весьма четко выраженное) одного типа циркуляции. Причина чередования типов не совсем ясна. Возможно, что она связана с солнечной активностью. Высказываются предположения и о существовании в атмосфере (лучше сказать в системе атмосфера - океан - земная поверхность) собственных ритмов.
В последние 15-20 лет на земном шаре отмечено учащение экстремальных явлений погоды (сильные засухи и одновременно исключительно дождливые сезоны, частые ураганы, жестокие морозы и др.). Некоторые ученые связывают их с деятельностью человека, все в более широких масштабах воздействующего на природную среду. Другие считают, что они обусловлены преобладанием в современную эпоху меридионального типа циркуляции (один из этапов колебания климата), вызывающего экстремальные процессы в атмосфере вследствие более активного обмена холодных полярных и теплых тропических масс воздуха.
В атмосфере наблюдаются также местные циркуляции - движения воздуха, связанные с формами рельефа, ледниками, взаимодействием суши и водоемов и другими факторами. Они получили название горно-долинных, склоновых и ледниковых ветров, бризов, фенов и др. Их роль в перераспределении на земной поверхности тепла, влаги и других параметров также значительна, хотя и имеет локальный характер.
Однако, несмотря на постоянные переносы воздуха, в целом ат-мосфера сохраняет состояние, близкое к равновесному. Все переносы связаны между собой и образуют гигантский атмосферный круговорот. Механическая энергия атмосферы постепенно рассеивается и превращается в теплоту, которая затем преобразуется в длинноволновое излучение и направляется в Космос или к земной поверхности. Другая часть механической энергии передается океану при трении воздушных масс о водную поверхность.
Если бы поступление солнечной энергии не возобновляло термическую неоднородность земной поверхности, атмосферная циркуляция вскоре бы прекратилась (примерно за две недели). Еще быстрее это произошло бы на невращающейся Земле при отсутствии силы Кориолиса. Однако непрерывное поступление солнечной радиации к Земле приводит к постоянному воспроизведению основных элементов циркуляции.
Доцент кафедры географии УлГПУ им. И.Н. Ульянова, доцент кафедры естествознания УИПКПРО.
Тема 2.3. Атмосфера. Состав, строение, циркуляция. Распределение тепла и влаги на Земле. Погода и климат. Изучение элементов погоды
I. Содержание и методика изучения темы 2.3
1. Циклоны и антициклоны.
2. Атмосферные фронты.
3. Методики работы с климатическими диаграммами.
4. Словарь основных терминов.
1. Циклоны и антициклоны
Циклоническая деятельность – это возникновение, развитие и перемещение в атмосфере крупномасштабных вихрей (циклонов и антициклонов). Циклоническая деятельность – важнейшая особенность общей циркуляции атмосферы. Циклон – область пониженного давления в атмосфере с минимумом в центре (рис.22).
Циклоны
представляют собой огромные вихри диаметром до нескольких тысяч км, образующиеся в умеренных и полярных широтах обоих полушарий преимущественно на полярных и арктических (антарктических) атмосферных фронтах. Циклоны характеризуется системой ветров, дующих против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой стрелке – в Южном полушарии, с отклонением к центру циклона в нижних слоях атмосферы. При циклонах преобладает пасмурная погода с сильными ветрами. Циклоны перемещаются преимущественно вдоль фронтов с Запада на Восток со скоростью 30-50 км/час. Циклоническая деятельность способствует междуширотному обмену воздуха и является важнейшим фактором общей циркуляции атмосферы.
 |
||
 |
 |
|
Рис. 22. Циклон
Антициклон
– область высокого атмосферного давления в тропосфере: с максимальным давлением в центре и уменьшением давления к периферии области (рис.23).
 |
 |
 |
 |
Рис.23. Антициклон
Обычно антициклоны достигают 3000 километров в поперечнике, и характеризуются опусканием теплого воздуха, а также понижением относительной влажности воздуха.
В летний период антициклон приносит жаркую, малооблачную погоду с редкими и непродолжительными дождями.
В зимний период стабильный характер антициклонов способствует морозной погоде и возникновению туманов (табл.6).
Таблица 6
Сравнительная характеристика циклона и антициклона
|
Решение Максимально рядом по ходу движения холодного фронта находится город Петропавловск-Камчатский. Ответ: 4.
Рис.2 9 . Карта погоды Задание 3. Какой из перечисленных городов, показанных на карте (рис.29), находится в зоне действия антициклона? 1) Тюмень 2) Салехард 3) Новосибирск 4) Чита Решение 1. Антициклон – в центре высокое давление. 2. Только город Чита находится в зоне действия антициклона. Города Тюмень, Салехард, Новосибирск находятся в зоне действия циклона. Задание 4. Карта погоды составлена на 21 января (рис.29). В каком из показанных на карте городов на следующий день вероятно существенное понижение температуры воздуха? 1) Тюмень 2) Новосибирск 3) Красноярск 4) Иркутск Решение Максимально рядом по ходу движения холодного фронта находится город Тюмень. Ответ: 1.
Рис. 30 . Карта погоды Задание 5. Какой из перечисленных городов, показанных на карте (рис.30), находится в зоне действия циклона? 1) Иркутск 2) Петропавловск-Камчатский 3) Улан-Удэ 4) Чита Решение 1. Циклон – в центре низкое давление. 2. Только город Петропавловск-Камчатский находится в зоне действия циклона. Города Иркутск, Улан-Удэ, Чита находятся в зоне действия антициклона. Задание 6. Карта погоды составлена на 21 августа (рис.30). В каком из перечисленных городов, показанных на карте, на следующий день наиболее вероятно существенное похолодание? 1) Дудинка 2) Иркутск 3) Чита 4) Южно-Сахалинск Решение Максимально рядом по ходу движения холодного фронта находится город Южно-Сахалинск. Ответ: 4.
Рис.3 1 . Климатограмма и карта 1) A 2) B 3) C 4) D Решение 1. Точка А – в умеренном поясе, точка В – в субтропическом, точка С – в умеренном, точка D – в субтропическом поясе. 2. Самая высокая температура в июле и равна 24° С, самая низкая температура в январе –3° С. Таким образом, пункт располагается в северном полушарии. 3. Осадки выпадают не равномерно, большая часть в осенние месяцы. Таким образом, пункт должен располагаться в субтропическом поясе северного полушария. Это пункт В. Задание 8. Определите, какой буквой на карте обозначен пункт, климатограмма которого показана на рисунке 32.
Рис.3 2 . Климатограмма и карта 1) A 2) B 3) C 4) D Решение 1. Точка А – в субтропическом поясе, точка В – в умеренном, точка С – в умеренном, точка D – в субтропическом поясе. 2. Самая высокая температура в декабре, январе и равна 22° С, самая низкая температура в июле 10° С. Таким образом, пункт располагается в южном полушарии. 3. Осадки выпадают не равномерно, большая часть с марта по май месяцы. Таким образом, пункт должен располагаться в субтропическом поясе южного полушария. Это пункт D. Задание 9. Собранные ими данные представлены в следующей таблице 10. Таблица 10
1) Иван: Чем ближе к Атлантике, тем теплее в июле. 3) Сергей: Чем выше расположен пункт, тем чаще в нем выпадают атмосферные осадки. Решение С выводом Ивана нельзя согласиться, т.к. в самой восточной точке +21,9 °С, а в западной точке +18,3 °С. Вывод Саши также не верный, т.к. в точке А амплитуда равна 28 °С, в точке Б – 32,6 °С, в точке В – 33,8 °С, в точке Г – 36,7 °С, следовательно амплитуда увеличивается. Вывод Сергея: таблица нам не показывает динамику выпадения атмосферных осадков. Вывод Петра верный, т.к. в самом юго-восточном пункте Г температура января –14,8 °С, при движении на северо-запад температура января повышается, так в пункте В –13,2 °С, в пункте Б еще теплее –12,8 °С, в самом северо-западном пункте А температура еще выше –9,7 °С. Задание 10. Школьники из нескольких населенных пунктов России обменялись данными, полученными на местных метеостанциях 7 января 2011 г. . Собранные ими данные представлены в таблице 11. Таблица 11
Учащиеся проанализировали собранные данные с целью выявления зависимости между особенностями климата и географическим положением пункта. У всех учащихся выводы получились разные. Кто из учащихся сделал верный вывод на основе представленных данных? 1) Маша: Температура воздуха понижается с увеличением высоты местности. 2) Даша: Температура воздуха в России понижается при движении с востока на запад. 3) Саша: Зимой продолжительность дня уменьшается при движении с юга на север. 4) Миша: Зимой продолжительность дня увеличивается при движении с востока за запад. Решение С выводом Маши нельзя согласиться, самая низкая местность в г. Адлер, где средняя температура воздуха +9 °С. Г. Абакан – высота местности 245 м, а средняя температура воздуха равна –33 °С. Всех выше расположен населенный пункт Агинское, а средняя температура воздуха составляет лишь –16 °С. Вывод Даши неверный. Вывод Александра верный, т.к. продолжительность дня уменьшается при движении с юга на север , а за северным полярным кругом явление полярная ночь. Ответ: 3.
Задания 1, 2 выполняются с использование приведенной ниже карты погоды (рис. 33).
Рис.3 3 . Карта погоды Задание 1. Какой из перечисленных городов, показанных на карте (рис.33), находится в зоне действия антициклона? 1) Анадырь 2) Магадан 3) Петропавловск-Камчатский 4) Улан-Удэ Задание 2. Карта погоды составлена на 21 августа (рис.33). В каком из показанных на карте городов на следующий день вероятно существенное похолодание? 1) Владивосток 2) Иркутск 3) Южно-Сахалинск 4) Улан-Удэ
Рис.3 4 . Карта погоды Задание 3. Какой из перечисленных городов, показанных на карте (рис.34), находится в зоне действия антициклона? 1) Калининград 2) Санкт-Петербург 3) Воронеж 4) Тюмень Задание 4. Карта погоды составлена на 1 января (рис.34). В каком из показанных на карте городов на следующий день вероятно существенное понижение температуры воздуха? 1) Архангельск 2) Петрозаводск 3) Калининград 4) Омск
Рис.3 5 . Карта погоды Задание 5. Какой из перечисленных городов, показанных на карте (рис.35), находится в зоне действия циклона? 1) Екатеринбург 2) Санкт-Петербург 3) Оренбург 4) Тюмень Задание 6. Карта погоды составлена на 1 января (рис.35). В каком из показанных на карте городов на следующий день вероятно существенное повышение температуры воздуха? 1) Санкт-Петербург 2) Петрозаводск 3) Калининград 4) Омск
Рис.36. Климатограмма и карта 1) A 2) B 3) C 4) D Задание 8. Определите, какой буквой на карте обозначен пункт, климатограмма которого показана на рисунке 37. 
Рис.37. Климатограмма и карта 1) A 2) B 3) C 4) D Задание 9. Школьники из нескольких населенных пунктов России обменялись данными о средних температурах воздуха в июле и январе, полученными на местных метеостанциях в результате многолетних наблюдений. Собранные ими данные представлены в следующей таблице 12. Таблица 12
Учащиеся проанализировали собранные данные с целью выявления зависимости между особенностями климата и географическим положением пункта. У всех учащихся выводы получились разные. Кто из учащихся сделал верный вывод на основе представленных данных? 2) Сергей: «Чем западнее, тем жарче в июле.» 4) Алексей: «Чем выше расположен пункт, тем чаще в нем выпадают атмосферные осадки.» Задание 10. Школьники из нескольких населенных пунктов России обменялись данными о средних температурах воздуха в июле и январе, полученными на местных метеостанциях в результате многолетних наблюдений. Собранные ими данные представлены в следующей таблице 13. Таблица 13
Учащиеся проанализировали собранные данные с целью выявления зависимости между особенностями климата и географическим положением пункта. У всех учащихся выводы получились разные. Кто из учащихся сделал верный вывод на основе представленных данных? 1) Маша: Чем выше расположен пункт, тем больше в нем выпадает атмосферных осадков. 2) Даша: чем выше расположен пункт , тем холоднее в январе. 3) Иван: количество осадков увеличивается при движении с востока на запад. 4) Сергей: Температура воздуха в январе понижается при движении с юга на север. V. Ответы на задания самостоятельной работы по теме 2.2. Задание 1. 4. Задание 2. 3. Задание 3. 4. Задание 4. 3. Задание 5. 2. Задание 6. 2. Задание 7. 3. Задание 8. 2. Задание 9. 1.
Воздушные массы — это подвижные части тропосферы, отличающиеся друг от друга температурой и влажностью. Воздушные массы бывают морскими и континентальными. Морские воздушные массы формируются над Мировым океаном. Они более влажные по сравнению с континентальными, образующимися над сушей. В различных климатических поясах Земли формируются свои воздушные массы: экваториальные, тропические, умеренные, арктические и антарктические. Перемещаясь, воздушные массы долго сохраняют свои свойства и поэтому определяют погоду тех мест, куда они приходят. Арктические воздушные массы формируются над Северным Ледовитым океаном (зимой — и над севером материков Евразия и Северная Америка). Они отличаются низкой температурой, невысокой влажностью и повышенной прозрачностью воздуха. Вторжения арктических воздушных масс в умеренные широты вызывают резкое похолодание. При этом устанавливается преимущественно ясная и малооблачная погода. При продвижении в глубь материка на юг арктические воздушные массы трансформируются в сухой континентальный воздух умеренных широт. Континентальные арктические воздушные массы формируются над ледяной Арктикой (в центральной и восточной ее частях) и над северным побережьем материков (зимой). Их особенностями являются очень низкие температуры воздуха и низкое содержание влаги. Вторжение континентальных арктических воздушных масс на материк приводит к сильному похолоданию при ясной погоде. Морские арктические воздушные массы формируются в более теплых условиях: над свободной от льда акваторией с более высокой температурой воздуха и большим влагосодержанием — это европейская Арктика. Вторжения таких воздушных масс на материк зимой даже вызывают потепление. Аналогом арктического воздуха Северного полушария в Южном полушарии являются антарктические воздушные массы. Их влияние распространяется в большей степени на прилегающие морские поверхности и редко на южную окраину материка Южная Америка. Умеренный (полярный) воздух — это воздух умеренных широт. Умеренные воздушные массы проникают в полярные, а также субтропические и тропические широты. Континентальные умеренные воздушные массы зимой обычно приносят ясную погоду с крепкими морозами, а летом — достаточно теплую, но облачную, нередко дождливую, с грозами. Морские умеренные воздушные массы на материки переносятся западными ветрами. Их отличают высокая влажность и умеренные температуры. Зимой морские умеренные воздушные массы приносят пасмурную погоду, обильные осадки и оттепели, а летом — большую облачность, дожди и понижение температуры. Тропические воздушные массы формируются в тропических и субтропических широтах, а летом — и в континентальных районах на юге умеренных широт. Тропический воздух проникает в умеренные и экваториальные широты. Высокая температура — общая черта тропического воздуха. Континентальные тропические воздушные массы отличаются сухостью и запыленностью, а морские тропические воздушные массы — высокой влажностью. Экваториальный воздух, возникающий в области Экваториальной депрессии, очень теплый и влажный. Летом в Северном полушарии экваториальный воздух, смещаясь на север, вовлекается в циркуляционную систему тропических муссонов. Экваториальные воздушные массы формируются в экваториальной зоне. Их отличают высокие температуры и влажность в течение всего года, причем это касается воздушных масс, формирующихся как над сушей, гак и над океаном. Поэтому на морские и континентальные подтипы экваториальный воздух не подразделяется. Вся система воздушных течений в атмосфере называется общей циркуляцией атмосферы. Атмосферный фронтВоздушные массы постоянно движутся, изменяют свои свойства (трансформируются), но между ними остаются довольно резкие границы — переходные зоны шириной в несколько десятков километров. Эти пограничные зоны называются атмосферными фронтами и характеризуются неустойчивым состоянием температуры, влажности воздуха, . Пересечение такого фронта с земной поверхностью называется линией атмосферного фронта. При прохождении атмосферного фронта через какую-либо местность над ней меняются воздушные массы и, как следствие, погода. Для умеренных широт характерны фронтальные осадки. В зоне атмосферных фронтов возникают обширные облачные образования протяженностью в тысячи километров и выпадают осадки. Как они возникают? Атмосферный фронт можно рассматривать как границу двух воздушных масс, которая наклонена к земной поверхности под очень малым углом. Холодный воздух находится рядом с теплым и над ним в виде пологого клина. При этом теплый воздух поднимается вверх по клину холодного воздуха и охлаждается, приближаясь к состоянию насыщения. Возникают облака, из которых выпадают осадки. Если фронт перемещается в сторону отступающего холодного воздуха, наступает потепление; такой фронт называется теплым. Холодный фронт, наоборот, надвигается на территорию, занятую теплым воздухом (рис. 1).
Рис. 1. Типы атмосферных фронтов: а — теплый фронт; б — холодный фронт | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
