Понятие об атмосфере, погоде и климате

АТМОСФЕРА, ПОГОДА, КЛИМАТ

Атмосфера (от греческих atmos - пар и sphaira - шар) - воздушная внешняя оболочка Земли, связанная с нею силой тяжести. Состав, строение и физические процессы атмосферы служат предметом изучения метеорологии. Условно за верхнюю границу атмосферы принимается высота 3000 км. Примерно 50% всей массы воздуха находится в 5-километровом слое земной поверхности, 75%- 10-километровом и 90% - в 16-километровом. Выше 3000 км плотность атмосферы мало отличается от плотности межпланетного пространства. Чистый и сухой воздух на уровне моря представляет собой механическую смесь газов: азот — 78,09%, кислород — 20,95, аргон - 0,93, углекислый газ - 0,03% Содержание других газов (гелий, метан, водород, озон и т. д.) очень малое - менее 0,1%.

В атмосфере присутствует водяной пар, количество которого изменяется как в пространстве, так и во времени. Например, в полярных странах в приземном слое воздуха содержится всего 0,2% влаги, а в экваториальных 3%. С высотой количество водяного пара убывает. Основные влагонесущие воздушные массы циркулируют в пределах 200-500 м. Чем больше ввоздухе водяного пара, тем меньше других газов.

Большую роль в развитии наземных ландшафтов играет и "озоновый экран" (максимальная концентрация озона в пределах 20-25 км), который поглощает значительную часть ультрафиолетовой радиации, тем самым предохраняя от гибели живые организмы на земной поверхности. Содержание двуокиси углерода (С0₂) в атмосфере небольшое. Правда, количество его увеличилось за последние сто лет от 0,29 до 0,33% вследствие производственной деятельности человека. Важную роль в регулировании содержания СО₂ в атмосфере играет Мировой океан.

Кроме газов, водяного пара, в атмосфере присутствуют аэрозольные примеси (пыль, дым, микроорганизмы(при атомных взрывах появляется радиоактивная пыль, а из межпланетного пространства в атмосферу попадает космическая пыль.)), служащие ядрами конденсации, необходимыми для образования облаков и туманов. По характеру изменения температуры атмосферу подразделяют на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу. Сферы разделены переходными слоями - паузами. Самый активный слой атмосферы — тропосфера — имеет высоту до 17 км над тропиками и 8-10 км над полюсами. В пределах тропосферы происходят перемешивание воздуха, образование облаков, выпадение осадков и другие физические процессы и явления. Тропосфера находится в непрерывном взаимодействии с другими сферами географической оболочки и постоянно испытывает влияние Солнца. Значение атмосферы для формирования ландшафтов огромно. Она не только поглощает губительное для всего живого ультрафиолетовое излучение Солнца, но и создаёт благоприятные для жизни тепловые условия — климаты Земли.

Состояние атмосферы в конкретном районе земной поверхности выражаетсяпогодой и климатом. Эти понятия нельзя рассматривать раздельно,таккак климат складывается из погоды, которая формируется на фоне определённого климата.

Погода - непрерывно меняющееся состояние атмосферы в каком-либо месте за короткий промежуток времени (за сутки, неделю). Очень важно понятие погода суток — самого короткого естественного хода закономерных изменений в состоянии атмосферы, отражающихся и в развитии ландшафтов. Эти изменения прослеживаются через метеорологические элементы погоды. Систематические наблюдения за погодой позволяют различать классы и типы погод с учётом влияния их на жизнь и деятельность людей. Например, в классе безморозных погод различают восемь типов: засушливая суховейная с температурой более 20° и относительной влажностью воздуха менее 40%, умеренно засушливая и т. д.

Климат — многолетний режим атмосферы (погоды) в конкретной местности (районе, области, крае, стране), определяемый географическим положением территории и климатообразующими факторами: солнечной радиацией, характером подстилающей поверхности и связанной с ними циркуляцией атмосферы. Слово "климат" (klima - наклон) употребляли ещё в Древней Греции, имея в виду угол падения солнечных лучей на поверхность. Впоследствии его стали определять как среднее состояние атмосферы, характеризуемое средними значениями метеорологических элементов.

В действительности главная роль в формировании климата принадлежит солнечной радиации — источнику происхождения всех атмосферных процессов. Поскольку распределение солнечной энергии определяется шарообразностью планеты Земля, то этим и объясняются различия в климате, наличие тепловых поясов, зависящих от широты. Влияние неоднородной подстилающей поверхности определяет формирование различных климатов и пределах одного теплового пояса. Так, под влиянием водной поверхности суши формируются морские и континентальные климаты. Главное отличие вторых от первых — большие, возрастающие с увеличением континентальности годовая и суточная амплитуды колебаний температуры. Влажность воздуха в континентальном климате меньше, чем в морском.

Рисунок 1 - Строение атмосферы

На формирование климата влияют также высота местности, характер рельефа и растительного покрова, современное оледенение, океанические течения. Например, климатические различия в горах обусловлены абсолютной высотой и направлением горных хребтов, экспозицией склонов по отношению к солнечным лучам и господствующим ветрам, замкнутостью территории и, естественно, географическим положением данной горной системы. Влияние неоднородной ландшафтной поверхности осложняет циркуляцию атмосферы, увеличивает разнообразие климатов на земном шаре.

Существует несколько классификаций климатов, различаемых по одному или нескольким ведущим признакам, условиям происхождения. В обобщенном виде на земном шаре насчитывают семь климатических поясов:экваториальный, субэкваториальный, тропический, субтропический, умеренный, субполярный и полярный. В них выделяются соответствующие типы климата, характеризуемые своими особенностями режима погоды. Например, среди климатов умеренного пояса различают континентальный умеренный, океанический умеренный и др.

6.2 Основные характеристики погоды и климата

Характеристики состояния атмосферы, то есть погода и климат, опре­деляются путём непосредственных постоянных наблюдений на метеороло­гических станциях за солнечной радиацией, давлением, температурой, ат­мосферными осадками, влажностью воздуха и другими метеорологическими явлениями и процессами (туманами, грозами и др.). Главным источником всех климатообразующих процессов, а также формирования погоды и климата является солнечная радиация - излучение Солнца, распространяющееся в пространстве в виде электромагнитных волн со скоростью 300.000 км/с. Поскольку в течение года, суток высота Солнца не постоянна, то не постоянно и количество тепла, получаемого от него поверхностью Земли. Естественно, эти колебания больше на высоких широтах и меньше на низких. В горах с высотой местности интенсивность радиации повышается.

Следует различать прямую солнечную радиацию, которая проникает на Землю через атмосферу, не рассеиваясь, и рассеянную. Вместе они составляют суммарную радиацию. Соотношение между прямой и рассеянной радиацией меняется в значительных пределах в зависимости от облачности, высоты Солнца, запыленности атмосферы. Часть солнечной радиации отражается обратно в атмосферу. Эта величина называется альбедо. Наибольшей отражательной способностью обладает снег.

Тепловой режим подстилающей поверхности и воздуха весьма разно­образен. Максимальные температуры любой поверхности Земли (песка, воды, хвойного леса, пашни и т. д.) наблюдаются после 13 ч, а минимальные - примерно в момент восхода Солнца. Облачность же нарушает этот обычный в ясный день ход температуры в течение суток. Температура земной поверхности зависит от широты местности, характера ландшафта. Например, температура почвогрунтов под пашней зависит от их теплоёмкости и теплопроводности. Если на поверхности почвы максимальная температура наблюдается в 13 ч, то на глубине 10 см максимум её наступает около 16 ч, на глубине 20 см — около 19 ч и т.д. В течение суток наступление максимальных и минимальных температур с глубиной запаздывает примерно на 3 ч на каждые 10 см.

На суточный и годовой ход температуры воздуха в приземном слое влияют широта местности, характер подстилающей поверхности и её физические свойства. Например, наибольшая суточная амплитуда температуры наблюдается в субтропических широтах, а наименьшая — в полярных. Годовой ход температуры воздуха зависит в первую очередь от широты. От экватора к полюсам годовая амплитуда колебаний температуры воздуха увеличивается. Например, если над экватором годовая амплитуда над сушей составляет всего 10° (над океаном 1°), то в умеренном поясе над океаном — 10°, в центре материка до 60° — в Якутии.

Атмосфера оказывает давление на каждый квадратный метр земной поверхности, лежащей на уровне океана, - 10 333 кг. Такое давление, которое уравновешивается столбиком ртути высотой 760 мм, и принято считать нормальным. В системе СИ единица измерения давления — Паскаль (Па); 1 мм ртутного столба = 133,32 Па; нормальное давление — 101 325 Па. С высотой давление убывает закономерно. Так, на высоте 5 км оно в 2 раза меньше, чем на уровне океана, на высоте 10 км - в 4 раза, на высоте 15 км — в 8 раз. На земной поверхности наблюдается очень сложное распределение давления, определяемое с помощью изобар (линий, соединяющих точки с одинаковым давлением). Система замкнутых изобар с пониженным давлением в центре называется циклоном, а с повышенным давлением в центре — антициклоном.

Основная причина изменения давления — перемещение воздуха, его отток из одного места и приток в другое. Это перемещение связано с различным характером подстилающей поверхности, её различным нагревом. Неравномерный нагрев вызывает движение воздуха — его циркуляцию: подъём над нагретым участком и отток на некоторой его высоте в стороны, опускание над соседними, менее нагретыми участками. В итоге образуются теплые и холодные воздушные массы, относительно однородные по температуре и влажности и распространяющиеся на несколько тысяч километров в горизонтальном направлении и на несколько километров по высоте. Циркуляция этих воздушных масс, выражаемая циклонами и антициклонами, и определяет характер погоды и климата на земной поверхности. Например, циклоны со своей циклонической системой ветров от центра пониженного давления к периферии обусловливают неустойчивый характер погоды с осадками, сильными ветрами. Скорость движения циклона в среднем 30 км/ч, а размеры в поперечнике достигают 3.000 км.

В антициклонах преобладают нисходящие движения воздуха и в связи с ними малооблачная и сухая погода. Циклоны и антициклоны осуществляют обмен воздуха из высоких широт в низкие и наоборот, обусловливая тем самым определенный характер погоды.

Важная характеристика погоды и климата — атмосферные осадки, выпадающие в виде дождя, снега, града, крупы, мороси. Количество их из­меряется толщиной слоя воды в мм, а характер зависит от условий образования. Например, обложные осадки выпадают равномерно и долго в виде дождя из слоисто-дождевых облаков: ливневые — из кучево-слоистых облаков в виде дождя, снега, града, моросящие — из слоистых и слоисто-кучевых облаков. Различают два типа суточного хода осадков: континентальный, который имеет два максимума — утром и после полудня, и морской с максимумом ночью. Годовой ход осадков зависит от широты, относительной влажности воздуха, характера воздушных масс, рельефа и т. д. Наибольшее их количество выпадает в экваториальных широтах - до 2000 мм и год, на наветренных склонах гор (например, в Гималаях в местечке Черапунджи) - до 12.000мм в год. Меньше их выпадает в пустынях - 100 мм и менее в год. Для океана в целом баланс воды отрицателен — испарение превышает осадки; на суше — наоборот. Общий баланс выравнивается за счет стока в океан "излишков" воды.

Для оценки атмосферной увлажненности территории мало знать только годовую сумму осадков. Пользуются коэффициентом увлажнения, который представляет собой отношение суммы осадков Р к испаряемости Еза тот же период: К = (Р/Е) 100%. Обычно увлажненность выражается в процентах. Например, в полупустынной зоне К меньше 30%, в степях больше 30, но меньше 60%; больше 100% коэффициент увлажнения в экваториальных областях.

6.3. Климат и ландшафт

Климат влияет на формирование внешнего облика ландшафта в зави­симости от принадлежности его к той или иной климатической области. Кроме того, он непосредственно влияет прямо или косвенно на ландшафтный ресурс, многие геоморфологические, геохимические, биофизические и другие процессы, происходящие внутри ландшафта и определяющие его динамику. Причем воздействие климата на ландшафт проявляется в трёх направлениях: глобальном, зональном и провинциальном.

Возникновение и развитие ландшафтной сферы находятся в прямой зависимости от процессов влаго- и теплообмена между океаном и сушей, которые определяют макроклимат континентов и планеты в целом. Климатические факторы обусловливают и систему природных (ландшафтных) зон на земной поверхности. В пределах природной зоны (лесной, степной, пустынной и др.) особенно отчетливо проявляется взаимодействие между атмосферой и подстилающей поверхностью, её ландшафтом. Степень участия того или иного компонента ландшафта в формировании зонального климата (мезоклимата) зависит от типа ландшафта. В литературе часто можно встретить выражения: степной, таёжный, пустынный и другие климаты, характеризующиеся чертами, обусловленными зональными особенностями ландшафтов. Например, степной климат - сухой, с тёплым или жарким летом и ограниченным количеством атмосферных осадков — не более 450 мм в год. В формировании степных равнинных ландшафтов ведущая роль принадлежит географическому положению территории, её равнинному характеру рельефа и климату. В горных странах рельеф через климат также оказывает решающее влияние на формирование структуры ландшафтов.

Внутри конкретного участка ландшафта формируется микроклимат. Его трактуют как режим погоды небольшой территории ландшафта - фации, для которой характерна однородная подстилающая поверхность. Микроклимат, в зависимости от размеров фаций, охватывает ареал от нескольких десятков квадратных метров до нескольких квадратных километров, а по высоте его распределение редко превышает 2 м. Местные особенности микроклимата возникают под влиянием неровностей рельефа, характера растительного покрова. Известно, что сплошной травяной покров задерживает солнечную радиацию, но вместе с тем и задерживает тепловое излучение поверхности. Поэтому температура поверхности почвы под травяным покровом понижена, а амплитуды её колебания сглажены. Или, например, влажность воздуха в лесу выше, чем в открытом поле, так как лес испаряет меньше, чем сплошной травяной покров с той же площади. Повышенная влажность в лесном ландшафте — следствие замедленного обмена. Человек оказывает огромное воздействие на макро-, мезо- и микроклимат. Если первоначальное воздействие его на климат было сравнительно небольшим и отражалось лишь на приземном слое тропосферы (ограничивалось изменениями микроклимата), то в настоящее время вырубка лесов, строительство гигантских предприятий, сжигание ископаемого топлива, распашка огромных площадей приводят к изменению баланса солнечной радиации и химического состава атмосферы.

Наибольшее влияние на климат оказывают следующие современные изменения в ландшафтах: рост городских и урбанизированных территорий, сооружение искусственных водоёмов, создание антропогенных сель­скохозяйственных ландшафтов, загрязнение океанов и морей. Загрязнение океана нарушает тепло-, влаго- и газообмен между атмосферой, океанами и материками. Достаточно сказать, что океан производит половину всего вырабатываемого на Земле кислорода. Причем все эти изменения часто имеют последствия, которые трудно предвидеть, так как настолько сложна система прямых и обратных связей в атмосфере.

Контрольные вопросы: 1. Понятие об атмосфере, погоде и климате. 2. Основные характеристики погоды и климата. 3. Климат и ландшафт.

ЛЕКЦИЯ 7

Дата добавления: 2014-10-17