Основные закономерности круговорота воды на земле

Круговорот воды тесно связан с деятельностью солнечной радиации, которая является единственным существенным источником энергии для физических процессов, развивающихся в географической оболочке Земли [6].

Солнечные лучи нагревают поверхность Земли, большая часть которой имеет температуру выше точки замерзания воды, т.е. существуют бассейны с жидкой фазой воды. Они поглощают солнечную радиацию, расходуют ее на испарение с поверхности водоемов, а также снега, почвы и льда.

Наравне с огромными водными пространствами, в полярных областях, высокогорных районах и в холодное время года в умеренных широтах существует покров твердой фазы воды. Благодаря наличию водных пространств и ледового покрова сравнительно больших участков Земли образуется потенциал температур между нагретыми водными пространствами и твердой фазой воды, что является причиной влагопереноса.

Круговорот воды, с одной стороны, существенно зависит от природно – энергетических ресурсов, с другой - сам оказывает влияние на энергетический баланс атмосферы и земной поверхности. Под круговоротом воды понимают непрерывный замкнутый процесс перемещения воды, охватывающий гидросферу, атмосферу, литосферу и биосферу. Влагооборот складывается из процессов испарения, переноса водяного пара воздушными потоками, конденсации и сублимации его в атмосфере, выпадения осадков над океаном или сушей и последующего их стока в океан.

Влага на земле находится в постоянном движении из-за атмосферной циркуляции, которая, в свою очередь, определяется притоком к поверхности Земли солнечной радиации.

Круговорот воды начинается с испарения с океанов, морей, континентов и других поверхностей. Увлажнение различных поверхностей Земли неодинаково вследствие общей циркуляции атмосферы, вызываемой различным нагреванием океанов и континентов и различными условиями испарения и конденсации влаги. Благодаря этому одни районы постоянно избыточно увлажнены, другие засушливы. Постоянным источником влаги в атмосфере, формирующим атмосферные осадки и сток рек, является испарение с океанов, которое превышает испарение с континентов. Наибольшие величины испарения с поверхности океанов наблюдаются в обоих полушариях в зоне пассатов (в пределах 10 – 20 градусов); в среднем с океанов испаряется 2000 мм влаги.

Пассат – воздушное течение между 10-20 градусами каждого полушария и экватора, в северном полушарии ветер имеет северо–восточное направление, в южном - юго-восточное.

Муссон – крупный воздушный вихрь и режим воздушных течений над значительной частью земной поверхности с преобладающим направлением как летом, так и зимой. Причем в летний и зимний сезоны направление ветра меняется на противоположное. Муссонный климат характеризуется сухой зимой и дождливым и влажным летом.

Средние широтные величины затрат тепла на испарение на суше имеют главный максимум на экваторе, который сменяется уменьшением испарения в высотных широтах. С ростом широты испарение уменьшается, но в средних широтах замечено увеличение испарения из–за возрастания осадков по сравнению с сухой зоной более низких широт, затем испарение уменьшается в связи с недостатком тепла.

На океанах, в противоположность континентам, максимальные средние величины затрат тепла на испарение замечаются в поясах высокого давления (60⁰–70⁰ с. ш.). Затраты тепла на испарение над океаном больше, чем над сушей. Это связано с теплыми морскими течениями.

Географическую закономерность изменения испарения по географическим зонам нарушают теплые морские течения. Во внетропических широтах северного полушария испарение с Атлантического океана больше вследствие влияния теплого течения Гольфстрим. С другой стороны, испарение уменьшается над холодными течениями, например, Перуанским, Калифорнийским, расположенными вдоль берегов Южной и Северной Америки.

Теплые морские течения возникают на 10 градусе каждого полушария, выносят свои воды на 60 –70 широты. Таким образом, изменяется температура поверхности океана, увеличиваются испарение и влагоперенос.

Количество осадков возрастает в областях теплых морских течений и уменьшается в районах действия холодных. Большое влияние на режим испарения и осадков оказывает атмосферная циркуляция за счет существования барических центров: осадки испаряются в одном месте, а выпадают в другом за счет перемещения воздушных масс.

Над Мировым океаном в экваториальной зоне в полосе 10 градусов выпадает примерно 2300 мм осадков.

Наибольшее количество осадков над Мировым океаном (более 4000 мм) выпадает в Индийском океане у берегов Индонезии и Бирмы; наименьшее в тропических пассатных зонах 10 –20 градусов. Минимум осадков, примерно 50 мм выпадет в восточной части океана, прилегающей к пустыне Сахара и Аравийскому полуострову.

Кроме того, имеются две области вторичного увеличения осадков над океаном в умеренных широтах северного (40—50° с. ш.—1100 мм) и южного (50-60°—1360 мм) полушарий. В Атлантическом океане вто­ричный максимум осадков сдвинут к северу вследствие интенсивной циклонической деятельности и влияния Гольфстрима.

Пассаты и муссоны, а также распределение теплых и холодных морских течений вызывают различное количество осадков над океаном. По мере продвижения пассатов над океаном воздушные массы обогащаются влагой, поэтому максимум осадков выпадает в западных частях океана, а также на восточных побережьях материков. Благодаря влиянию муссонов, приносящих влагу с океанов, в экваториальной зоне Индии, Колумбии, Гавайских островах выпадает значительное количество осадков.

В умеренных широтах максимум осадков обязан циклонам, возникающим над океаном. В экваториальной зоне работают пассаты (они сухие, обогащаются влагой за счет прохождения над океаном) и муссоны (влажные и обильные).

Благодаря особенностям циркуляции атмосферы и распределению теплых течений, в одних частях Мирового океана имеются зоны превышения испарения над осадками, в других - осадки преобладают над испарением.

Наибольшее различие влагосодержания атмосферы наблюдается у западных и восточных побережий континентов в тропической и субтропической зонах. У западных побережий расположены обширные пустыни и полупустыни (Калахари, Атакама, Сахара), где выпадает 15 – 20 мм осадков.

Самое увлажненное место на Земле - Чарапунджи, п-ов Индостан (11700 мм), а также побережье Гавайских островов, где выпадает примерно такое же количество осадков.

Наибольшее значение в переносе влаги с океанов на сушу имеют атмосферные области повышенного испарения. Отсутствие высоких гор на побережьях Атлантики способствует глубокому проникновению влаги на континент. За счет переноса влаги с Атлантики увлажняется вся Европа, Азия и Сев. Америка.

Тихоокеанская влага в отличие от атлантической, проникает на континент неглубоко из-за высоких горных хребтов (Кордильеры, Анды). Аналогично влага с Индийского океана не может преодолеть горные хребты Южной Азии (Гималаи).

Осадки океанского происхождения поступают на сушу, где частично затрачиваются на сток рек, включая подземные воды.

Источником энергии всех процессов на Земле является солнечная энергия. Солнечная энергия нагревает водные пространства, которые являются мощным испарителем и поставщиком атмосферных осадков. Испарение во многом зависит от величины радиационного баланса земной поверхности.

Уравнение радиационного баланса:

,

где – прямая солнечная радиация; – рассеянная солнечная радиация; α – альбедо; – разность между собственным излучением поверхности и встречным излучением атмосферы .

Солнечная радиация (электромагнитная радиация Солнца) распространяется в пространстве в виде электромагнитных волн со скоростью 300000 км/с и проникает в земную атмосферу в виде прямой и рассеянной радиации.

Прямая солнечная радиация – радиация, доходящая до места наблюдения в виде пучка параллельных лучей, исходящих непосредственно от диска Солнца.

Рассеянная солнечная радиация поступает на поверхность Земли, будучи рассеянной облаками или другими помехами.

Суша нагревается неравномерно, есть незамерзающие океаны и моря, есть ледники. Величина радиационного баланса между сушей и океаном имеет максимальное значение в тропиках и составляет примерно 1/3 от радиационного баланса океана. По мере продвижения к высоким широтам разность уменьшается, а происходит это за счет увеличения альбедо - отражательной способности водной поверхности с ростом широты.

Испарение имеет максимальное значение в тропиках. По мере продвижения к высоким широтам оно уменьшается; в средних широтах (60º - 70º с. ш.) за счет выноса тепла морскими течениями - увеличивается. Максимальные осадки приурочены к выходу теплых морских течений. Морские течения во многих случаях существенно влияют на температуру поверхности океанов, что приводит к изменениям испарения и количества выпадающих осадков. В районах действия теплых течений, расположенных, главным образом, в западных областях океанов умеренных широт, из-за повышения температуры воды в холодное время года испарение значительно возрастает. В восточных областях умеренных широт, где преобладают холодные течения и температура воды понижена, испарение заметно меньше по сравнению с его средними широтными значениями.

Количество осадков обычно возрастает в областях теплых течений и уменьшается в районах холодных течений, поскольку в первом случае преобладают восходящие движения воздуха, усиливающие процесс конденсации водяного пара, а во втором случае - нисходящие движения, при которых конденсация становится невозможной.

Очень большое влияние на режим осадков и испарения на континентах и океанах оказывает атмосферная циркуляция. Испарение на океанах возрастает в районах с повышенными скоростями ветра, к которым относятся зоны пассатов, области муссонного климата (особенно у восточного побережья Азии) и районы умеренных широт, где в холодное время года резко усиливаются западные ветры.

Испарение на континентах в значительной мере зависит от количе­ства осадков, которое определяется условиями атмосферной циркуля­ции.

Дата добавления: 2015-07-02