Факторы, влияющие на климат.

Билет.

Атмосфера.

Строение и вертикальное подразделение атмосферы.

Ат­мо­сфе­ра – верх­няя воз­душ­ная обо­лоч­ка Земли.

Ат­мо­сфе­ра со­сто­ит из смеси газов – воз­ду­ха. Он состоит из азота (78,08 %), кислорода (20,95 %), углекислого газа (0,03 %), аргона (0,93 %), и множество других газов, но их содержание ничтожно. Входящие в состав атмосферы газы выполняют различные функциональные роли. Однако основное значение этих газов определяется прежде всего тем, что они очень сильно поглощают лучистую энергию и тем самым оказывают существенное влияние на температурный режим поверхности Земли и атмосферы.

Атмосфера состоит из нескольких слоёв: тропосферы, стратосферы, мезосферы, термосферы и экзосферы.

Тро­по­сфе­ра – ниж­няя, наи­бо­лее плот­ная часть ат­мо­сфе­ры, до вы­со­ты 11-19 км, в ко­то­рой со­сре­до­то­че­но 4/5 всей массы ат­мо­сфер­но­го воз­ду­ха. Для нее ха­рак­тер­но, что тем­пе­ра­ту­ра здесь с вы­со­той па­да­ет. В тро­по­сфе­ре со­дер­жит­ся почти весь во­дя­ной пар ат­мо­сфе­ры и воз­ни­ка­ют почти все об­ла­ка. Силь­но раз­ви­та здесь и тур­бу­лент­ность, осо­бен­но вб­ли­зи зем­ной по­верх­но­сти, а также в так на­зы­ва­е­мых струй­ных те­че­ни­ях в верх­ней части тро­по­сфе­ры. Она нагревается от Земли, поэтому температура воздуха здесь с высотой падает на 6 °С на 1 километр подъёма. Процессы, происходящие в тропосфере — формирование и перемещение воздушных масс, образование циклонов и антициклонов, появление облаков и выпадение осадков, — определяют погоду и климат у земной поверхности.

Над тропосферой, до высоты 50 км, располагается стратосфера, ха­рак­те­ри­зу­ю­ща­я­ся тем, что тем­пе­ра­ту­ра в ней в сред­нем рас­тет с вы­со­той. Она характеризуется меньшей плотностью воздуха, в ней отсутствует водяной пар. В нижней части стратосферы на высотах около 25 км. расположен «озоновый экран» – слой атмосферы с повышенной концентрацией озона, который поглощает ультрафиолетовое излучение, гибельное для организмов.

Во­дя­но­го пара в стра­то­сфе­ре ни­чтож­но мало. Од­на­ко на вы­со­тах 20-25 км на­блю­да­ют­ся ино­гда очень тон­кие, так на­зы­ва­е­мые пер­ла­мут­ро­вые об­ла­ка.

В верх­ней части стра­то­сфе­ры на­хо­дит­ся озо­но­вый слой, ко­то­рый за­щи­ща­ет пла­не­ту от вред­ной сол­неч­ной ра­ди­а­ции.

Слой ат­мо­сфе­ры, ле­жа­щий выше стра­то­сфе­ры, на­зы­ва­ет­ся ме­зо­сфе­ра на высоте 50 до 80-90 км. У верх­них гра­ниц ме­зо­сфе­ры были от­ме­че­ны самые низ­кие тем­пе­ра­ту­ры. С увеличением высоты температура понижается, а плотность воздуха уменьшается. Основным энергетическим процессом является лучистый теплообмен.

Верх­няя часть ат­мо­сфе­ры, рас­по­ло­жен­ная над ме­зо­сфе­рой, ха­рак­те­ри­зу­ет­ся очень вы­со­ки­ми тем­пе­ра­ту­ра­ми и по­то­му носит на­зва­ние тер­мо­сфе­ры. Термосфера располагается на высоте 80-90 до 800 км. Плотность воздуха здесь минимальная. Температура изменяется в зависимости от активности Солнца. В связи с большим количеством заряженных частиц здесь наблюдаются полярные сияния и магнитные бури. В ней раз­ли­ча­ют­ся, од­на­ко, две части: ионо­сфе­ра, про­сти­ра­ю­ща­я­ся от ме­зо­сфе­ры до высот по­ряд­ка ты­ся­чи ки­ло­мет­ров, и ле­жа­щая над нею внеш­няя часть – эк­зо­сфе­ра. Эк­зо­сфе­ра – самый вы­со­кий слой ат­мо­сфе­ры. Ее сред­няя вы­со­та 600 км.

Парниковый эффект.

Механизм парникового эффекта можно описать следующим образом: поверхность Земли, нагреваясь из-за поступающего от Солнца излучения, сама становится источником длинноволнового инфракрасного (теплового) излучения. Часть этого излучения уходит в космос, а часть – отражается некоторыми газами атмосферы и нагревает приземные воздушные слои. Это явление, подобное удержанию тепла под прозрачной пленкой теплиц, получило название парниковый эффект.

Одно из главных положительных последствий парникового эффекта заключается в дополнительном «подогреве» поверхности нашей планеты, благодаря которому стало возможно появление жизни на Земле. Без парникового эффекта среднегодовое значение температуры воздуха у земной поверхности составляло бы всего -18оС.

Причиной возникновения парникового эффекта стало огромное количество водяного пара и углекислого газа, поступавших в земную атмосферу сотни миллионов лет назад из-за чрезвычайно активной вулканической деятельности.

Со временем с появлением зеленой растительности углекислый газ стал активно поглощаться из земной атмосферы, парниковый эффект стал уменьшаться, пока не установилось равновесие, которое позволяло среднегодовой температуре удерживаться на значении +15оС.

Усиление парникового эффекта способствует изменениям климата, которые заключаются в повышении температуры и изменении частоты и интенсивности осадков. Из-за глобального потепления тают ледники, повышается уровень моря, возникает угроза биологическому разнообразию, гибнут посевы, пересыхают источники пресной воды, все это в целом негативно влияет не только на качество жизни, но и на здоровье человека.

Озоновая дыра.

Всем известно, что нашу планету окутывает довольно плотный озоновый слой, располагающийся на высоте 12–50 км над поверхностью земли. Эта воздушная прослойка является надежной защитой всего живого от опасного ультрафиолета и позволяет избежать губительного воздействия солнечного излучения. С начала XX столетия озоновая прослойка начала разрушаться, в результате чего в некоторых местах стратосферы стали появляться озоновые дыры.

Озоновая дыра - участок значительного снижения уровня озона в стратосфере. В таких местах ультрафиолетовым лучам легче проникать к поверхности планеты и оказывать свое разрушительное воздействие на все живущее на ней. У людей появляются раковые заболевания кожи. Ученые подсчитали, что если концентрация озона в атмосфере упадет хотя бы на 1%, то число больных раком возрастет примерно на 7000 человек в год. От повышенного уровня излучения страдают растения и животные.

Первая большая озоновая дыра была обнаружена над Антарктидой в 1985 г оду. Ее диаметр составлял около 1000 км, причем она появлялась каждый год в августе, а к началу зимы исчезала. Тогда исследователи определили, что концентрация озона над материком снижена на 50 %.

Впоследствии еще одна крупная дыра (меньших размеров) была обнаружена над Арктикой, сейчас же ученым известны сотни подобных явлений, хотя самой огромной по-прежнему остается та, что возникает над Антарктидой.

Существует множество причин появления озоновых дыр, но важнейшая из них – загрязнение природной среды человеком. Помимо атомов хлора, молекулы озона разрушают водород, кислород, бром и другие продукты сгорания, попадающие в атмосферу из-за выбросов фабрик, заводов, дымовых газовых ТЭЦ.

Не меньшее влияние на слой озона оказывают ядерные испытания: при взрывах выделяется огромное количество энергии и образуются окислы азота, которые входят в реакцию с озоном и уничтожают его молекулы.

Возникновению озоновых дыр способствуют и реактивные самолеты, в двигателях которых также образуются окислы азота. Еще одна причина разрушения озонового слоя – минеральные удобрения, которые при внесении в землю вступают в реакцию с почвенными бактериями. В этом случае в атмосферу попадает закись азота, из которой образуются окислы.

Согласно другой гипотезе, процесс образования «озоновых дыр» в значительной мере естественный и не связанный исключительно с вредным воздействием человеческой цивилизации.

Факторы, влияющие на климат.

Климатом называется тип погоды, который на протяжении многих лет преобладает в данной местности. В некоторых местах на нашей планете круглый год лето, а в некоторых, наоборот, холодно и морозно. На большей части территории, характерна смена времён года. Климат определяется метеорологическими условиями- температурами, влажностью, облачностью, силой и направлением ветров. Главным критерием для обозначения климата является температура воздуха.

Наука о климате называется климатологией. В её задачи входит описание и изучение всех климатов земного шара.

Основными факторами, определяющими климат местности, являются: географическая широта (солнечная радиация), удаленность территории от морей и океанов, рельеф местности и прилежащих пространств, характер подстилающей поверхности, свойства господствующих воздушных масс и циркуляция атмосферы. Некоторое влияние на климат местности оказывает и человек, изменяя в процессе хозяйственной деятельности характер подстилающей поверхности (вырубка лесов, уничтожение кустарников, распашка земель, создание водохранилищ, строительство городов и т. д.).

От географической широты зависит у гол падения солнечных лучей и, соответственно, количество солнечной энергии, которую получает земная поверхность. Угол падения лучей уменьшается с удалением от экватора. Чем меньше угол падения, тем меньше нагревается поверхность, а от нее и воздуха, тем холоднее будет климат. На экваторе солнечные лучи в течение всего года падают полдень на земную поверхность почти отвесно (под углом 90⁰). Поэтому температура воздуха там высокая (более 20 ⁰С) и климат соответственно жаркий. С удалением от экватора лучи падают с некоторым наклоном – угол их падения становится меньше. Они меньше нагревают сушу и море. Вследствие этого меньше нагревается воздух, и климат становится холоднее - умеренным. В полярных районах солнечные лучи падают под таким малым углом, будто скользят по поверхности, а потому нагревают ее слабо. Поэтому зимой там холодные, суровые, а лето короткое и прохладное. Кроме того, льды и снег, которые распространены на больших пространствах, отражающих солнечные лучи. Климат в этих районах очень холодный. Итак, в результате распределения солнечного тепла с различными широтными зонами климат меняется от экватора к полюсам, т.е. зонально.

Климат местности зависит от удаленности от океанов и морей. На одной и той же широте, несмотря на получение равенстве солнечной энергии, местность имеет различные температуры воздуха и количество осадков, а следовательно, разный климат. Это объясняется влиянием океанов и морей. Зимой воздух над океаном теплее, чем над сушей. С удалением от океана влияние теплых морских воздушных масс слабеет, поэтому зима остывает. В глубине материка их влияние почти не ощутим. Летом же сушу теплее океан, поэтому в приморских районах лето прохладнее, чем в удаленных от океана районах.

Климат океанов, островов, западных побережий материков в умеренных широтах с прохладным летом и теплой зимой (амплитуда ко олебаний температуры воздуха невелика), большим количеством осадков, выпадающих целый год, называют морским.

 

Например, на климат Европы в умеренных широтах большое влияние оказывает Атлантический океан, из которого постоянно с западными ветрами поступают воздушные массы. С удалением от океанов вглубь континентов чаще бывает безоблачная солнечная погода. Лето становится жарким, а зима морозной (увеличивается амплитуда колебания температуры), меньше выпадает осадков (влажные воздушные массы не доходят). Такой климат называют континентальным.

Различают климаты умеренно континентальный, континентальный, резко континентальный. На побережьях морей и океанов, где господствуют ветры муссоны, которые делают лето влажным, прохладным, а зиму - cухой, сформировался муссонный климат.

На климат местности влияет высота над уровнем моря. C поднятием в горы температура воздуха снижается. Поэтому на одной и той же широте холоднее будет климат в горах, по сравнению с равнинами. Например, в Африке в экваториальных широтах, где жаркий и влажный климат, высится гора Килиманджаро, на вершине которой течение всего года лежит снег.

Для формирования климата местности имеет значение и рельеф. Он влияет на перемещения воздушных масс: способствует или препятствует их продвижению. Над крупными равнинами воздушные массы свободно распространяются на тысячи километров. Зато горы становятся препятствием на пути воздушных масс. Например, Гималаи гигантской стеной заслоняют дорогу влажным воздушным массам, что поступают из Индийского океана, и не дают продвигаться на север. Поднимаясь склонами гор, воздух охлаждается и из него выпадают осадки. Поэтому у подножия и на южных наветренных склонах климат жаркий и очень влажный (более 10 000 мм осадков в год). А дальше на север климат становится холодным и сухим (200 мм осадков в год).

Океанические течения через воздушные массы влияют на климат побережий. Климат побережий, омываются теплыми течениями, теплее и мягче, чем в внутренних районах, расположенных на тех же широтах. Побережья, омываются холодными течениями, наоборот, имеют холодный и сухой климат. Примером может служить климат Скандинавского полуострова, на который осуществляет отеплювальний влияние тепла Североатлантический течение. На полуострове растут хвойные леса. Зато большая часть острова Гренландия, лежащий примерно на тех же широтах, круглогодично покрыта льдом. Холодные течения кроме того усиливают сухость климата. Они охлаждают нижние слои воздуха и оно, как известно, становится более плотным и тяжелым, не поднимается и не создает облака и осадки. От теплых течений воздух нагревается и увлажняется. С поднятием вверх оно становится перенасыщенным, образуются облака, выпадают осадки.

Следовательно, вся земная поверхность взаимодействует с атмосферой через обмен теплом и влагой. И их количество может сильно различаться от характера земной поверхности.

Атмосферное давление.

Воздух, окружающий Землю, имеет массу, и несмотря на то, что масса атмосферы примерно в миллион раз меньше массы Земли, эта масса воздуха оказывает давление на все объекты, находящиеся на земной поверхности. Сила, с которой воздух давит на земную поверхность, называется атмосферным давлением.

На каждого из нас давит столб воздуха в 15 т. Такое давление способно раздавить все живое. Почему же мы его не ощущаем? Объясняется это тем, что давление внутри нашего организма равно атмосферному.

Таким образом, внутреннее и внешнее давление уравновешиваются.

Атмосферное давление измеряется в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.). Для его определения пользуются специальным прибором — барометром.

За нормальное атмосферное давление условно принято давление воздуха на уровне моря на широте 45 ° и при температуре 0 °С. В этом случае атмосфера давит на каждый 1 см² земной поверхности с силой 1,033 кг, а масса этого воздуха уравновешивается ртутным столбиком высотой 760 мм.

Давление воздуха на нашей планете может изменяться в широких пределах. Если давление воздуха больше 760 мм рт. ст., то оно считается повышенным, меньше - пониженным.

Так как с подъемом вверх воздух становится все более разреженным, атмосферное давление понижается.

Атмосферное давление в течение суток дважды повышается (утром и вечером) и дважды понижается (после полудня и после полуночи). Эти изменения связаны с изменением температуры и перемещением воздуха. В течение года на материках максимальное давление наблюдается зимой, когда воздух переохлажден и уплотнен, а минимальное — летом.

Распределение атмосферного давления по земной поверхности носит ярко выраженный зональный характер. Это обусловлено неравномерным нагреванием земной поверхности, а следовательно, и изменением давления.

На земном шаре выделяются три пояса с преобладанием низкого атмосферного давления (минимумы) и четыре пояса с преобладанием высокого (максимумы).

В экваториальных широтах поверхность Земли сильно прогревается. Нагретый воздух расширяется, становится легче и поэтому поднимается вверх. В результате у земной поверхности близ экватора устанавливается низкое атмосферное давление.

У полюсов под воздействием низкой температуры воздух становится более тяжелым и опускается. Поэтому у полюсов атмосферное давление, повышенное по сравнению с широтами на 60-65°.

В высоких слоях атмосферы, наоборот, над жаркими областями давление высокое (хотя и ниже, чем у поверхности Земли), а над холодными — низкое.

Общая схема распределения атмосферного давления такова (рис. 3): вдоль экватора расположен пояс низкого давления; на 30-40° широты обоих полушарий — пояса высокого давления; 60-70° широты — зоны низкого давления; в приполярных районах — области высокого давления.

В результате того, что в умеренных широтах Северного полушария зимой атмосферное давление над материками сильно повышается, пояс низкого давления прерывается. Он сохраняется только над океанами в виде замкнутых областей пониженного давления — Исландского и Алеутского минимумов. Над материками, наоборот, образуются зимние максимумы: Азиатский и Северо-Американский.

Летом в умеренных широтах Северного полушария пояс пониженного атмосферного давления восстанавливается. Огромная область пониженного атмосферного давления с центром в тропических широтах — Азиатский минимум — формируется над Азией.

В тропических широтах материки всегда нагреты сильнее, чем океаны, и давление над ними ниже. Таким образом, над океанами в течение всего года существуют максимумы: Северо-Атлантический (Азорский), Северо-Тихоокеанский, Южно-Атлантический, Южно-Тихоокеанский и Южно-Индийский.

Линии, которые на климатической карте соединяют пункты с одинаковым атмосферным давлением, называются изобарами (от греч. isos — равный и baros — тяжесть, вес).

Чем ближе изобары друг к другу, тем быстрее изменяется атмосферное давлении на расстоянии. Величина изменения атмосферного давления на единицу расстояния (100 км) называется барическим градиентом.

На образование поясов атмосферного давления у земной поверхности влияют неравномерное распределение солнечного тепла и вращение Земли. В зависимости от времени года оба полушария Земли нагреваются Солнцем по-разному. Это обусловливает некоторое перемещение поясов атмосферного давления: летом — к северу, зимой — к югу.

 

Циркуляция атмосферы.

Воздушные массы в атмосфере отличаются друг от друга по свойствам, поэтому они неизбежно начинают перемещаться в горизонтальном и вертикальном направлении. Причиной их перемещения является неравномерный нагрев Земли и, как следствие, разность атмосферного давления. Она действует как сила, вызывающая движение воздуха. Все разнообразные движения воздуха в атмосфере нашей планеты получили название общей циркуляции атмосферы. Если бы ее не было, то на экваторе среднегодовая температура была бы на 13° выше, а на широтах 70-80° — на 23° ниже, чем в настоящее время.

Общая циркуляция атмосферы — важнейший климатообразующый фактор, от которого зависит погода каждого региона. Воздушные массы в своем движении отклоняются. Причиной этого является вращение Земли вокруг собственной оси.

Циркуляция атмосферы — важный фактор формирования климата. Она выражена перемещением различных типов воздушных масс.

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.

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. 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.

Вся система воздушных течений в атмосфере называется общей циркуляцией атмосферы.

 

Климатические пояса.

Широтной полосой земной поверхности, которая отличается от других полос интенсивностью нагревания Солнца и циркуляцией атмосферы, принято называть климатический пояс.

Всего на планете Земля существует 7 видов климатических поясов. Но и у этих типов есть своя классификация, они делятся на две разновидности климатических поясов: основные и переходные. Основные пояса также еще называют постоянными.

Основным или постоянным видом климатического пояса считают тот пояс, в котором преобладает одна воздушная масса на протяжении года. А для переходных характерна смена воздушных масс – зимой приходит более холодная, а летом – более жаркая.

Постоянными климатическими поясами принято считать экваториальный, умеренный, арктический и тропический пояс. А среди переменных выделяют субэкваториальный пояс, субтропический и субарктический.

Экваториальный пояс

Этот вид постоянного пояса находится в области экватора. На протяжении года находится под влиянием одной воздушной массы, которая тоже называет экваториальной.

Основные характеристики пояса: жара (температура от 20°С), большое количество осадков – до 7000 мм в год, повышенная влажность. Природной зоной этого пояса являются влажные леса, в которых обитает множество ядовитых животных и растений.

К экваториальному поясу относят Амазонскую низменность, которая находится в Южной Америке, Большие Зондские острова и экваториальную Африку.

Субэкваториальный пояс

Этот вид пояса расположен между тропическим и экваториальным. Это означает, что на протяжении года на его территории сменяются две воздушные массы этих поясов.

Субэкваториальный пояс характерен для севера Южной Америки, полуострова Индостана, Северной Австралии и Юго-Восточной Азии.