Текст книги "География на пальцах"

Циркуляция атмосферы

Перепады атмосферного давления вызывают перемещение воздуха из области высокого давления в область низкого. Горизонтальное движение воздуха относительно земной поверхности называется ветром.

Направление ветра определяют по той стороне горизонта, откуда он дует. Обратите внимание – «откуда», а не «куда»! Северный ветер дует с севера на юг, а не с юга на север. Для определения направления ветра используют простой прибор, который называется флюгер. Флюгер представляет собой пластину, свободно вращающуюся на вертикальном стержне.

Повторяемость ветров разных направлений на какой-либо территории называется режимом ветра. Режим ветра графически изображают в виде так называемой розы ветров – векторной диаграммы, у которой длины лучей, расходящихся от центра в разных направлениях пропорциональны повторяемости ветров этих направлений.

Скорость ветра, чаще всего измеряемая в метрах в секунду (м/с), пропорциональна разнице атмосферного давления. Подобно атмосферному давлению ветры распределяются по поверхности Земли зонально и азонально.

Различают семь широтных ветровых поясов: один экваториальный, два тропических, два умеренных и два полярных. Для каждого пояса характерны одни и те же постоянные ветры, которые формируют глобальную систему зональных ветров.

Экваториальный пояс – штилевой, потому что здесь нет ветра. Нагретый воздух на экваторе движется только вверх. Ширина экваториального пояса составляет около 300 км.

В тропических поясах дуют пассаты – постоянные ветры, направленные из поясов высокого давления (25–35° северной и южной широты) к экватору. Под влиянием вращения Земли вокруг своей оси пассаты отклоняются от своего первоначального направления. В Северном полушарии они дуют не строго с севера на юг, а с северо-востока на юго-запад. В Южном пассаты дуют с юго-востока на северо-запад. По мере приближения к экватору, пассаты отклоняются все сильнее и в конечном итоге приобретают устойчивое восточное направление. Пассаты характеризуются большой устойчивостью направления и высокой скоростью движения воздушных масс.

В умеренных поясах господствуют западные ветры. Воздух, опустившийся к земной поверхности в районе 30 – 40-ых параллелей, частично перемещается к полюсам. Из-за вращения Земли воздушные потоки отклоняются вправо в Северном полушарии (дуют с юго-запада на северо-восток) и влево – в Южном (дуют с северо-запада на юго – восток), Постепенно ветры умеренных широт приобретают устойчивое западное направление.

Для полярных поясов характерны ветры, движущиеся от полярных поясов высокого давления в сторону умеренных поясов низкого давления. Здесь также происходит отклонение направления движения воздушных потоков в результате чего в Северном полушарии дуют северо-восточные ветры, а в Южном – юго-восточные.

На рисунке вы можете увидеть надпись «конские широты». Это не опечатка. Так называются Мирового океана между 30° и 35° северной и южной широты, для которых характерны частые штили. В эпоху парусного мореплавания (XVI–XIX века) эти штили вызывали длительные задержки судов в пути и морякам из-за недостатка пресной воды приходилось выбрасывать за борт лошадей, которых везли из Европы в Новый Свет. Отсюда и произошло такое название этих широт.

Ветры, дважды в год меняющие направление на противоположное, называют муссонами. Муссоны, как и пассаты, относятся к зональным ветрам, то есть к ветрам, дующим в широтном направлении. Муссоны возникают вследствие разницы в давлении воздуха над сушей и океаном. Зимой, когда воздух над сушей холоднее, чем над океаном, то есть – атмосферное давление над материком выше, муссоны дуют с материка на океан. В теплое время года, когда воздух над сушей нагревается сильнее, чем над океаном, муссоны дуют с океана на материк. Вследствие вращения Земли вокруг своей оси муссоны в Северном полушарии отклоняются вправо от своего первоначального направления, а в Южном – влево. Муссоны, дующие с океана на материк, приносят влажный воздух в результате чего над сушей выпадает большое количество атмосферных осадков.

Различают два типа муссонов: внетропические и тропические.

Внетропические муссоны хорошо выражены в Северном полушарии и слабо – в Южном. Причина в том, что для образования муссонов нужно, чтобы площадь материков была примерно равна площади океанов, что наблюдается в Северном полушарии. В Южном же полушарии площадь материков гораздо меньше площади океанов.

Формирование тропических муссонов, то есть – периодическое изменение их направления, объясняется смещением экваториального пояса низкого давления к северу или югу в зависимости от времени года[35]35
  Вспомните, что в июне Солнце стоит в зените над северным тропиком. Соответственно, все пояса атмосферного давления смещаются к северу. В январе, когда Солнце стоит в зените над южным тропиком, пояса атмосферного давления смещаются к югу.


[Закрыть].

Для того, чтобы было понятнее, давайте рассмотрим как будет вести себя юго-восточный пассат Южного полушария в июле, когда экваториальный пояс низкого давления вслед за Солнцем смещается к 15–20° северной широты.

Устремляясь к экваториальному поясу низкого давления, юго-восточный пассат Южного полушария пересечет географический экватор и окажется в Северном полушарии, отклоняющая сила вращения Земли станет действовать на него в противоположном направлении. В результате этого юго-восточный пассат Южного полушария изменит свое направление и превратится в юго-западный пассат или летний муссон Северного полушария.

Сезон дождей в Южной и Юго-Восточной Азии вызван летними муссонами, приносящими на материк влажный воздух.

В январе, когда экваториальный пояс низкого давления сместится к югу, произойдет обратный процесс. Зимой в Южной и Юго-Восточной Азии дуют северо-восточные пассаты или зимние муссоны, которые приносят сухой воздух с материка.

Обратите внимание! На тех участках, где граница между Северным и Южным полушариями проходит по океану (Атлантическому или Тихому), в течение всего года господствуют пассаты и направление ветра не меняется. А там, где в Южном полушарии находится океан (Индийский), а в Северном – материк (Евразия и Африка), формируются зимний и летний муссоны с взаимно противоположными направлениями ветра. Для сезонного изменения направления ветров воздух зимой должен двигаться от холодного материка к более теплому океану, а летом – от холодного океана к более теплому материку.

Неравномерное нагревание земной поверхности и наличие отклоняющей силы вращения Земли приводят к образованию огромных, доходящих в диаметре до нескольких тысяч километров, атмосферных вихрей – циклонов и антициклонов.

Циклоном называется восходящий (то есть – направленный вверх) атмосферный вихрь с замкнутой областью пониженного давления, в которой воздушные массы перемещаются от периферии к центру по спирали. В Северном полушарии это перемещение происходит против часовой стрелки, в Южном полушарии – по часовой. Средняя скорость движения циклона составляет 35–50 км/ч, но может доходить и до 100 км/ч.

Циклоны формируются в областях низкого атмосферного давления. Поскольку воздух в циклонах поднимается вверх, то он быстро охлаждается, а содержащийся в нем водяной пар конденсируется. Для циклона характерны высокая облачность, повышенная влажность воздуха и выпадение атмосферных осадков. Суточные перепады температур невелики вследствие «парникового эффекта» водяного пара.

Обратите внимание! Не считайте синонимичными географические (метеорологические) понятия «циклон» и «депрессия». Депрессией метеорологи называют область сравнительно низкого атмосферного давления, как подвижные, так и неподвижные. Циклон же представляет собой подвижную депрессию.

На нашей планете есть области в которых периодически регулярно возникают депрессии – Азиатская (летняя, с центром, расположенным над Афганистаном), Австралийская (летняя), Алеутская (зимняя), Исландская (зимняя). В экваториальных и субполярных широтах наблюдаются постоянные депрессии.

Антициклон – нисходящий атмосферный вихрь с замкнутой областью повышенного давления, в которой воздушные массы перемещаются по спирали от центра к периферии (в Северном полушарии – по ходу часовой стрелки, в Южном – против). Подвижность антициклонов ниже, чем у циклонов. Скорость движения антициклонов составляет 30–40 км/ч. Антициклоны способны подолгу задерживаться на одном месте. На материках «стояние» антициклонов выражено сильнее, чем на океанах. Поскольку воздух опускается вниз, становясь более теплым и сухим, для антициклона характерна ясная погода без осадков с большими суточными перепадами температур.

Главными областями формирования антициклонов являются субтропические и приполярные широты. В России антициклоны господствуют как зимой, так и летом на юге Русской равнины. Устойчивые антициклоны характерны зимой для Восточной Сибири и Северного Казахстана. На нашей планете существует несколько регионов, для которых характерно многомесячное или годовое господство антициклонов – Азорский, Антарктический, Арктический и Азиатский (Сибирский) максимумы атмосферного давления. Антициклоны способствуют возникновению круговых океанических течений, которые в Северном полушарии двигаются по ходу часовой стрелки, а в Южном – против.

Тропические циклоны выделяют в отдельную группу, потому что они имеют индивидуальные особенности. Во-первых, тропические циклоны формируются исключительно над океанами между 10° и 20° северной и южной широты. Во-вторых, для тропических циклонов характерна очень высокая скорость ветра, могущая не только достигать скорости звука[36]36
  Скорость звука в сухом воздухе при 20 °C равна 343 м/с.


[Закрыть], но и превышать ее.

На Дальнем Востоке и в Юго-Восточной Азии тропические циклоны называются тайфунами, а в Северной и Южной Америке – ураганами. При скорости ветра, превышающей 15–20 м/с говорят о буре или шторме. Ураганом или тайфуном ветер называется при скорости более 30 м/c (117 км/ч).

Тропические циклоны могут вызвать большие волны на поверхности моря, сильнейшие ливни, штормовые приливы и смерчи – мощные атмосферные вихри, возникающие в грозовом облаке и опускающиеся к земной поверхности в виде рукава (хобота). Диаметр смерча может колебаться от десятков метров до 2–3 километров. Над сушей тропические циклоны быстро исчезают. Ввиду этого они представляют опасность только для прибрежных районов и островов.

Местный ветер побережья, меняющий свое направление дважды в сутки, называется бризом. Дневной бриз дует со стороны водоема на сушу, а ночной – с суши на водоем. Бризы возникают из-за того, что суша днем нагревается больше, чем вода, отчего атмосферное давление над ней понижается, а ночью сильнее остывает, что приводит к повышению над ней атмосферного давления.

Борой называют порывистый сильный холодный ветер морских побережий, дующий осенью или зимой с холодного материка в сторону более теплого моря. Для возникновения боры необходимо наличие невысокой преграды (горного хребта), вытянутой вдоль побережья.

Скапливаясь перед преградой, холодный воздух формирует область высокого атмосферного давления. Поднявшись до перевала, он с огромной скоростью устремляется к теплому морю.

Бора может вызывать значительные разрушения в прибрежной полосе и сильное волнение на море. Вот как описал бору писатель Алексей Куприн в своем очерке «Листригоны»: «Бора – иначе норд-ост – это яростный таинственный ветер, который рождается где-то в плешивых, облезших горах около Новороссийска, сваливается в круглую бухту и разводит страшное волнение по всему Черному морю. Сила его так велика, что он опрокидывает с рельсов груженые товарные вагоны, валит телеграфные столбы, разрушает только что сложенные кирпичные стены, бросает на землю людей, идущих в одиночку… Ветер этот страшен своей неожиданностью: его невозможно предугадать – это самый капризный ветер на самом капризном из морей»

Сильный, порывистый, теплый и сухой местный ветер, дующий с гор в долину, называют фёном. Фён теплый потому что во время спуска с высокогорий воздух успевает нагреться (примерно на 1 °C за каждые 100 м высоты).

Водяной пар в атмосфере. Атмосферные осадки

Вследствие испарения воды с поверхности океанов и прочих водоемов в тропосфере всегда присутствует водяной пар. Испарение зависит от температуры воздуха, наличия и скорости ветра, характера рельефа, растительного покрова и цвета почвы (темная почва интенсивнее поглощает солнечное излучение, сильнее нагревается и интенсивнее испаряет воду). Ветер имеет очень важное значение для испарения, поскольку он постоянно заменяет насыщенный водяными парами воздух на менее насыщенный.

Обратите внимание! Не путайте такие понятия, как «испарение» и «испаряемость»! Испарение – это процесс фазового перехода вещества из жидкого состояния в парообразное или газообразное, происходящий на поверхности вещества. Испаряемость – это величина потенциального испарения при данных условиях в единицу времени, то есть количество воды, которое могло бы испариться с данной территории за единицу времени. Испаряемость и испарение могут не коррелировать друг с другом. Так, например, в пустыне испаряемость большая, а испарение выражено незначительно, поскольку испарять практически нечего.

Показатель содержания воды (водяных паров) в воздухе называют влажностью воздуха.

Влажность воздуха зависит от места (над материками воздух сухой, а над океанами – влажный) и от температуры воздуха. Чем выше температура, тем сильнее расширяется воздух и тем больше воды он может содержать в виде пара. При определенной температуре воздух может принимать водяные пары до известного предела, то есть – до насыщения. При охлаждении ненасыщенный воздух будет постепенно приближаться к точке насыщения. Температура, при которой данный ненасыщенный воздух переходит к насыщению, называется точкой росы. Если насыщенный воздух будет охлаждаться дальше, то в нем начнется сгущение избыточных водяных паров. Вода начнет конденсироваться, образуются облака, а затем выпадают осадки.

Различают абсолютную, максимальную и относительную влажность воздуха.

Абсолютной влажностью называется фактическое содержание водяного пара в единице объема воздуха в данный момент. Абсолютная влажность измеряется в граммах на кубический метр (г/м³).

Максимальной влажностью называется предельно возможное содержание пара в воздухе при данной температуре. Если абсолютная влажность равна максимальной, то воздух считается насыщенным водяным паром.

Относительная влажность представляет собой отношение абсолютной влажности к максимальной, выраженное в долях или в процентах. Относительная влажность показывает, насколько воздух близок к насыщению водяным паром. Относительная влажность может возрастать как вследствие повышения испарения, так и вследствие понижения температуры воздуха.

Относительная влажность воздуха является одной из характеристик погоды.

Влажность воздуха измеряют при помощи прибора, который называется гигрометром.

Концентрируясь в атмосфере, водяной пар образует облака – скопления взвешенных в атмосфере продуктов конденсации водяного пара (капель воды или мельчайших кристаллов льда). Облака делятся на перистые, слоистые, кучевые, слоисто-дождевые и кучево-дождевые.

Перистые облака формируются на большой высоте – в стратосфере. Они состоят из кристаллов льда и осадков из них не выпадает. Слоистые облака, однообразные и бледные, формируются в тропосфере на высоте от 100 до 400 м (иногда могут наблюдаться и на высоте в 30 м). Осадков эти облака практически не приносят, лишь иногда из них могут выпадать снежные зерна или морось – медленный мелкий дождь. Кучевые облака Кучевые облака плотные, ярко-белые, имеющие выраженное вертикальное развитие, осадков не приносят. Слоисто-дождевые облака, закрывающие весь небосвод, приносят длительные осадки. Кучево-дождевые облака, имеющие свинцово-черную окраску, приносят грозы и ливни.

Грозой называют атмосферное явление, при котором внутри облаков или между облаками и земной поверхностью возникают электрические разряды – молнии, сопровождаемые быстро распространяющиеся в воздухе звуковой волной (громом).

Облачность измеряют по 10-балльной шкале, 1 балл которой соответствует 10 % площади небосвода. Среднегодовая облачность всей Земли составляет 4,9 балла. Минимальная среднегодовая облачность (примерно 0,2 балла) наблюдается во внутренних областях Антарктиды и в тропических пустынях, а максимальная (более 9 баллов) – над Белым морем и над северной частью Атлантического океана.

Причиной выпадения атмосферных осадков является охлаждение воздуха до точки росы. Воздух охлаждается при подъеме вверх или вследствие контакта с более холодными массами воздуха.

Измерение количества осадков происходит с помощью дождемера (ведра-осадкомера) – металлической емкости цилиндрической формы высотой 40 см и площадью сечения 500 см². Метеорологи оперируют понятиями суточного, месячного и годового количества осадков для определенной территории. Количество атмосферных осадков измеряют в миллиметрах, по толщине возникшего на поверхности слоя воды.

Количество осадков зависит от следующих факторов:

– от температуры воздуха, которая влияет на испарение и количество влаги, поглощаемой воздухом (влагоемкость);

– от характера циркуляции воздушных масс – если воздух перемещается с моря на сушу, осадков выпадает больше;

– от высоты территории над уровнем океана, обуславливающей температуру воздуха, и от направления горных хребтов. Становясь препятствием для движущихся воздушных масс, горы вынуждают их подниматься вверх, что сопровождается охлаждением, конденсацией водяного пара и образованием осадков;

– от наличия и характера морских течений. Воздух, нагревшийся и насытившийся влагой над теплыми течениями, легко образует осадки при перемещении в более холодные районы. Холодные течения производят обратное действие – охладившийся над ними воздух имеет малую влагоемкость, вдобавок испарение холодной воды небольшое. Поэтому воздух, приходящий от холодного течения, осадков не приносит.

По агрегатному состоянию атмосферные осадки делят на жидкие и твердые.

К жидким атмосферным осадкам относятся роса, морось и дождь. Морось отличается от дождя малым размером капель, диаметр которых не превышает 0,5 мм, и очень низкой скоростью их падения. Кажется, что капли не падают вниз, а висят в воздухе.

К твердым атмосферным осадкам относятся иней, изморозь, снег, крупа, гололед и град.

Инеем называется тонкий слой кристаллического водного льда, нарастающего на поверхности земли и наземных предметах при отрицательной температуре почвы, малооблачном небе и слабом ветре.

Изморозь образуется на поверхностях из оседающих водяных паров в туманную морозную погоду. Она бывает кристаллической, состоящей из частиц льда, и зернистой (снеговидной). От изморози следует отличать гололед – слой плотного стекловидного льда, образующийся на поверхностях в результате намерзания частиц осадков (переохлажденных капель мороси, или дождя, ледяной крупы).

Крупа отличается от снега своей структурой. Снег представляет собой твердые осадки в виде снежных кристаллов (снежинок) или хлопьев, а крупа – в виде ледяных или снежных зерен.

Градом называют твердые ливневые осадки, выпадающие в теплое время года (при температуре воздуха выше +10 °C) в виде кусков льда различной формы и размеров. Для образования града необходимы интенсивные восходящие воздушные потоки со скоростью свыше 10 м/с. Такие потоки заносят водяной пар на большие высоты (5 км), где из переохлажденных водяных капель образуются льдинки-градины. Интенсивные восходящие потоки в течение длительного времени удерживают градины от выпадения на землю, давая им возможность расти за счет присоединения переохлажденных капель. Относительно крупные градины не успевают растаять при падении и выпадают в виде льда.

Атмосферное явление, при котором происходит скопление воды в воздухе с образованием мельчайших продуктов конденсации водяного пара – капелек воды (при температуре воздуха выше —10 °C) или кристалликов льда (при температуре воздуха ниже —15 °C)[37]37
  При температурах от -10 °C до -15 °C туман представляет собой смесь капелек воды и кристалликов льда.


[Закрыть] называется туманом.

По интенсивности атмосферные осадки подразделяют на ливневые и моросящие.

Выпадение атмосферных осадков происходит неравномерно. Количество выпадающих осадков изменяется зонально, то есть от экватора к полюсам. Больше осадков выпадает там, где преобладают восходящие токи воздуха (то есть в областях с низким атмосферным давлением) – в экваториальном и умеренных поясах. В тропических и полярных поясах, где преобладают нисходящие потоки, осадков выпадает сравнительно мало.

Выделяют семь широтных поясов атмосферных осадков – один экваториальный, два тропических, два умеренных и два полярных.

Экваториальный пояс, расположенный примерно между 20-ми параллелями является поясом максимального количества атмосферных осадков. Здесь их выпадает около 3000 мм/год, примерно половина от объема всех осадков на нашей планете.

Тропические пояса расположены в обоих полушариях между 20-ми и 40-ми параллелями. Осадков здесь выпадает до 250 мм/ год.

В умеренных поясах, расположенных между 40-ми и 70-ми параллелями, выпадает осадков около 500 мм/год.

В полярных поясах, лежащих внутри полярных кругов, выпадает осадков до 250 мм/год.

Количество впадающих осадков изменяется и азонально – при движении от побережий вглубь материков (в тропических и умеренных поясах). Около 80 % годового количества осадков выпадает над океанами, главными поставщиками воды в атмосферу. Осадки на материки приносят воздушные массы с океана. По мере продвижения над сушей, океанический воздух охлаждается все сильнее и отдает все больше влаги. Поэтому на побережьях выпадает гораздо больше осадков, чем в центре материков.

Количество атмосферных осадков существенно зависит от рельефа. На наветренных склонах высоких гор выпадает больше осадков, чем на подветренных. Так, например, на южных (наветренных) склонах Гималаев осадков выпадает около 14 000 мм/год. Летние муссоны приносят сюда влагу с Индийского океана. А на северных (подветренных) склонах Гималаев осадки могут не выпадать не годами.

Самой сухой территорией нашей планеты считается юг Ливийской пустыни (северо-восточной части пустыни Сахары), где осадки выпадают не каждый год, а среднегодовое их количество составляет 3–5 мм. Самая влажная местность планеты находится в районе индийского города Черапунджи (на высоте 1313 м над уровнем океана). За год здесь в срднем выпадает 12 000 – 14 000 мм осадков, а в отдельные годы их количество может доходить до 24 000 мм.

Также наблюдаются сезонные изменения количества выпадающих осадков. Если возле экватора в течение года количество осадков изменяется незначительно, то в субэкваторальных широтах выделяют сухой сезон продолжительностью до 8 месяцев, связанный с поступлением тропических воздушных масс, и длящийся до 4 месяцев дождевой сезон, связанный с поступлением экваториальных воздушных масс. При движении от экватора к тропикам продолжительность сухого сезона возрастает, а дождевого – уменьшается. В субтропических широтах преобладают зимние осадки, которые приносят воздушные массы из умеренных широт. В умеренных широтах осадки выпадают круглогодично, но во внутренних частях материков большее количество осадков выпадает в теплое время года. То же самое наблюдается и в полярных широтах.

Характерное для данной местности (наблюдаемое в течение длительного времени) распределение количества выпадающих осадков по месяцам или сезонам, называют режимом выпадения осадков.

Увлажнение – это важный климатический показатель, характеризующий обеспеченность территории влагой. Нельзя напрямую связывать увлажнение с количеством выпадающих атмосферных осадков, потому что выпавшая на поверхность влага при разных температурах будет распределяться по-разному – часть испарится, а часть впитается в почву и будет усвоена растениями.

Коэффициент увлажнения рассчитывают по формуле:

К = О: И

где О – годовая сумма осадков, а И – испаряемость.

Различают избыточное, достаточное и недостаточное увлажнение.

Избыточным называют увлажнение, при котором К > 1. При избыточном увлажнении на поверхности растут леса и могут образовываться болота.

Достаточным называют увлажнение, при котором К = 1. Достаточное увлажнение наблюдается в лесостепях, степях и саваннах.

Недостаточным называют увлажнение, при котором К < 1. Нехватка влаги свойственна для жарких полупустынь и пустынь.

Естественным индикатором увлажнения служит растительность, которая тем пышнее, чем выше увлажнение.