Испарение заключается в переходе воды из жидкой или твердой фазы в газообразную и в поступ­лении водяного пара в атмосферу.

Испарение – это процесс энергетический. Он зависит от количества тепловой энергии, которая может быть затрачена на данной поверхности в единицу времени, и определяется, следо­вательно, уравнением теплового баланса на земной поверхности. На океанах на испарение затрачивается до 90% энергии солнечной радиации.

Вторым метеорологическим условием, определяющим вели­чину испарения, является влагоемкость воздуха, степень его сухо­сти или влажности. Количественно она характеризуется дефицитом влажности, который в свою очередь зависит от температуры воздуха и в меньшей степени от ветра. Разумеется, испарение может происходить только при наличии воды. На суше это условие имеется далеко не везде и не всегда: аридным зонам свойствен дефицит влаги, в гумидных зонахвлагиможет не хватать в отдельные периоды. В связи с этим в метео­рологии выработано понятие об испаряемости (Ец).

Испаряемость – это максимально возможное испарение при данных метео­рологических условиях, не лимитированное запасами влаги. То же относится к термину «потенциально возможное испарение».

Испарение принадлежит к числу важнейших процессов географической оболочки. На него расходуется большая часть сол­нечноготепла. Скрытая теплота парообразования, выделяющаяся при конденсации влаги, нагревает атмосферу, и этот источник тепла для атмосферы является основным. Испарившаяся влага поступает на материки и обеспечивает их осадками.При фазовых переходах воды происходит поглощение или выделение тепла, а при цирку­ляции атмосферы оно перераспределяется. Один из видов испаре­ния-транспирация-участвует в биологических процессах и об­разовании биологической массы.

Климатическое и, особенно, биофизическое значение испаряе­мости заключается в том, что она показывает иссушающую спо­собность воздуха: чем больше можетиспариться при ограничен­ных запасах влаги в почве, тем ярче выражена засушливость. В одних местах это приводит к появлению пустынь, в других - вызывает временные засухи, в-третьих, где испаряемость ничтож­на, создаются условия переувлажнения.

В Северной Европе испарение близко к своему верхнему пре­делу - испаряемости-около 100 мм в год. В зонесухих степей Юго-Востока Европы, а также в аридных областях средиземно­морских субтропиков испаряемость достигает 1200 - 1300мм, адействительное испарение вследствие недостатка влаги составля­ет только 300 мм. Дефицит влаги - разница между осадками и испаряемостью в аридных зонах составляет примерно 600-800 мм.

Максимальная испаряемость, естественно, в пустынях, особен­но в Сахаре. В центральных ее частях она превышает4500 мм.Испарение, ограниченное ничтожным количеством осадков, не превышает 100 мм в год. Здесь на испарение расходуются не только осадки, но и подземная вода, стекающая с Атласских гор и из бассейна Центральной Африки. Разница между потенциаль­ным (4500 мм) и фактическим (около 100 мм) испарением выражает степень сухости Сахары.

Наибольшее испарение (около 1 200 мм) происходит на забо­лоченных низинах Центральной Африки-в бассейне озера Чад и Верхнего Нила. Растения, обеспеченные здесь теплом и влагой, дают наибольший на Земле прирост растительной массы. В эква­ториальной Африке испаряетсяза год слой воды в 1000мм.

Испаряемость и испарение отражают и режим осадков, и ре­жим тепла. Соотношение прихода и расхода атмосферной влаги называется атмосферным увлажнением .

Конденсация и сублимация

Водяной пар обладает только ему прису­щим свойством, резко отличающим его от других газов атмо­сферы: его количественное содержание, или влажность воздуха, зависит от температуры воздушной массы. Влажность воздуха характеризуется несколькими пока­зателями.

Абсолютная влажность - количество водяного пара в граммах, содержащегося в 1 м 3 воздуха. Абсолютная влажность повышается с ростом температуры воз­духа, поскольку чем теплее воздушная масса, тем больше она может содержать пара.

Относительная влажность - отношение в процентах фактического насыщения к максимально возможному при данной температуре. С охлаждением воздуха абсолютная влажность па­дает, поскольку уменьшается его влагоемкость. Температура, при которой воздух становится насыщенным, называется точкой росы . Дальнейшее охлаждение воздуха приводит к конденсации влаги. Относительная влажность зависит, конечно, и от абсолютной.

Испарение заключается в переходе воды из жидкой или твердой фазы в газообразную и в поступ­лении водяного пара в атмосферу.

Испаряемость – это максимально возможное испарение при данных метео­рологических условиях, не лимитированное запасами влаги. То же относится к термину «потенциально возможное испарение».

Климатическое и, особенно, биофизическое значение испаряе­мости заключается в том, что она показывает иссушающую спо­собность воздуха: чем больше можетиспариться при ограничен­ных запасах влаги в почве, тем ярче выражена засушливость. В одних местах это приводит к появлению пустынь, в других - вызывает временные засухи, в-третьих, где испаряемость ничтож­на, создаются условия переувлажнения.

Испаряемость и испарение отражают и режим осадков, и ре­жим тепла. Соотношение прихода и расхода атмосферной влаги называется атмосферным увлажнением .

Конденсация - переход пара в капельно-жидкое состояние.

Сублимация – переход влаги в твердое (снег, лед) состояние.

Для конденсации необходимы следующие два условия:

Понижение темпе­ратуры воздуха до точки росы;

Наличие ядер конденсации – микроскопических тел, на которых возможно оседание пара.

Конденсация и сублимация бывают и на поверхности Земли и местных предметов и в свободной атмосфере. В первом случае образуются роса или иней. На льду, снегу или в песках пустынь оседает слой влаги, участвующий в их водном балансе. При ад­векции теплого воздуха на охлажденную территорию на предметах (стенах, стволах и др.) оседает жидкий налет, а если температура ниже 0°, твердый.

Облака. Классификация облаков.

Конденсация и сублимация влаги в свободной атмо­сфере дает облака. На ядрах конденсации возникают первичные очень мелкие облачные капли. Обычно они сразу же замерзают и становятся ядрами дальнейшего роста капель как путем конден­сации, так и коагуляции-взаимного слияния. Это происходит при температуре на 10-15° ниже 0° С.

В современной метеорологии выделяют следующие типы облаков:

1. Перистые облака находятся на высоте выше 6 км и состоят из ледяных кристаллов и игл: белые, тонкие облака волокнистого строения, прозрачные, без соб­ственных теней. Основные виды: нитевидные и плотные; много разновидностей. Осадков не дают.

2.Перисто-кучевые облака располагаются на высоте выше 6 км и состоят из ледяных кристаллов и игл: белые тонкие слои или гряды в виде мелких волн и хлопьев, без собственных теней. Делятся на два вида: 1) волнистые и 2) кучевообразные. Осадков не дают.

3. Перисто-слоистые облака находятся на высоте выше 6 км и состоят из ледяных кристаллов. Имеют вид белой однородной тонкой пелены, иногда слегка волни­стой; не размывают солнечного или лунного диска. Осадки земли не достигают.

4. Высококучевые облака располагаются на высоте 2-6 км и состоят из мельчайших капелек, часто переохлажденных: белые, иногда сероватые или синеватые в виде волн, куч, гряд, хлопьев, между которыми видны просветы голубого неба. Иногда могут сливаться. Виды высококучевых облаков: 1) волнистые и 2) кучевообразные. Осадки не выпадают.

5. Высокослоистые облака концентрируются на высоте 2-6 км и состоят из смеси снежинок и мельчайших капелек: серая или си­неватая однородная пелена слегка волнистая. Солнце и Луна просвечивают как сквозь матовое стекло. Обычно закрывают все небо. Летом осадки земли не достигают, зимой дают снегопад. Виды: 1) туманообразные и 2) волнистые.

6. Слоисто-кучевые облака располагаются на высоте 2-6 км и состоят из капелек однородных размеров: серые крупные гряды, волны, кучи или пластины; могут быть разделены просветами или сливаться в сплошной покров. От вы­сококучевых отличаются несколько меньшей высотой, большими размерами куч и большей плотностью. Редко выпа­дают слабые непродолжительные дожди. Обычно осадков не дают. Виды слоисто-кучевых облаков: 1) волнистые и 2) кучевообразные.

7. Слоистые облака располагаются ниже 2 км, внизу они могут сливаться с туманами: однообразный серый слой, сходный с туманом, иногда внизу разорван в клочья. Обычно закрывают все небо, могут быть также в виде разорванных масс. Виды слоистых облаков: 1) туманообразные, 2) волнистые, 3) разорваннослоистые. Могут выпадать морось или редкий снег.

8. Слоисто-дождевые облака находятся на высоте ниже 2 км, внизу могут сливаться с туманом; состоят из крупных капель внизу и мелких вверху: темно-серый об­лачный слой как бы слабо освещенный изнутри. Выпадают обложные дожди или снег, иногда с перерыва­ми. Видов нет.

9.Кучевые облака представляют собой облака вертикального развития и находятся в пределах нижнего и среднего ярусов до 2-3 км; состоят из капелек, система устойчивая, без осадков. Плотные высокие облака с белыми кучевыми и куполообразными вершинами и плоскими основаниями серого или синего цвета. Могут быть в виде отдельных облаков или больших скоплений. Осадки обычно не выпадают. Виды кучевых облаков: 1) плоские, 2) средние, 3) мощные. Много разновидностей - разорвано-кучевые, башеннообразные, орографические и др.

10. Кучево-дождевые, или грозовые облака располагаются на высоте до 2 км и состоят из капель внизу и кристаллов вверху: белые плотные облака с темным основанием, имеют вид огромных наковален, гор и др. Виды кучево-дождевых (грозовых) облаков: 1) лысые, 2) волосатые. Выпада­ют ливневые дожди, град, сопро­вождаемые грозами

Средняя годовая облачность для всей Земли оценивается в 5,4 балла, над сушей - 4,8 балла, над океанами - 5,8 балла. Самые облач­ные места - северные части Атлантического и Тихого океанов, где облачность превышает 8 баллов, самые безоблачные - пусты­ни, не более 1 - 2 баллов.

Географическое значение облаков состоит в том, чтоиз них выпадают осадки; они задерживают часть солнечной радиации и тем самым влияют на световой и тепловой режимы земной по­верхности, препятствуют тепловому излучению Земли, создавая «тепличный эффект». Наконец, облака осложняют работу авиа­ции, аэрофотографирование и др.

Атмосферные осадки

Вода в жидком или твердом состоянии, выпадающая из облаков или осаждающаяся из воздуха на поверхность земли, называется атмосферными осадками .

Осадки различают по физическому состоянию – жидкие (морось, дождь) и твердые (снег, крупа, град) и по характеру выпадения - моросящие , обложные и ливневые . Атмосферные осадки подразделяются на следующие две группы:а) наземные осадки, образующиеся непосредственноназемных предметах (иней, изморозь ); б) осадки, выпадающие из облаков (дождь, снег, град, крупа, ледяной дождь).

Характер выпадения атмосферных осадков также существенно различается.

Моросящие осадки - это осадки, выпадающие в виде мороси или ее твердых аналогов (снежные зерна, мелкий снег). Чаще всего они внутримассового происхождения.

Обложные осадки - длительные, достаточно равномерной интенсивности осадки в виде дождя, снега или мороси, выпадающие одновременно на значительной площади.

Ливневые осадки - это осадки большой интенсивности, но малой продолжительности. Они выпадают из кучево-дождевых облаков как в жидком, так и в твердом виде (ливневой дождь, ливневой снег и т.д.).

Распределение осадков на поверхности земного шара происходит очень неравномерно и носит зональный характер. Их количество уменьшается от экватора к полюсам, что обусловлено главным образом температурой воздуха и циркуляцией атмосферы. Кроме того, большую роль в распределении осадков играют также рельеф и морские течения. Теплые и влажные массы воздуха, встречаясь с горами, поднимаются по их склонам, охлаждаются и дают обильные осадки в предгорных районах. Именно на наветренных склонах гор находятся наиболее влажные области Земли.

Для измерения количества осадков служат дождемер и осадкомер.

Дождемер - это металлическое ведро цилиндрической формы с площадью поперечного сечения 500 см 2 , высотой 40 см, которое устанавливается на деревянном столбе на высоте 2 м. В ведро сверху вставлена диафрагма, не задерживающая осадки и препятствующая их испарению. Ведро закрыто специальной конусообразной защитой (защита Нифера). Собранные за 12 часов осадки сливаются в измерительный стакан с делениями.

Осадкомер системы Третьякова устроен так же, как и дождемер, но с той разницей, что его защита состоит из 16 отдельных пластин, а площадь поперечного сечения ведра равна 200 см 2 .

Атмосферное давление

Вес воздуха обусловливает атмосферное давление. За нормальное атмосферное давление 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. На этой зависимости построен принцип измерения давления. Оно измеряется в миллиметрах (мм) ртутного столба (или в миллибарах (мб): 1 мб = 0,75 мм ртутного столба) и в гектопаскалях (гПа), когда 1 мм = 1 гПа.

Давление атмосферы измеряется при помощи барометров . Существуют два типа барометров: ртутный и металлический (или анероид).

Ртутный - п ри изменении давления изменяется и высота ртутного столба. Эти изменения фиксируются наблюдателем по шкале, прикрепленной рядом со стеклянной трубкой барометра.

Металлический барометр, или анероид , При изменении давления стенки коробки колеблются и вдавливаются или выпячиваются. Эти колебания системой рычагов передаются стрелке, которая перемещается по шкале с делениями.

Атмосферное давление непрерывно меняется в связи с изменением температуры и перемещением воздуха. В течение суток оно повышается дважды (утром и вечером), дважды понижается (после полудня и после полуночи). В течении года на материках максимальное давление наблюдается зимой, когда воздух переохлажден и уплотнен, а минимальное - летом.

Распределение атмосферного давления по земной поверхности носит хорошо выраженный зональный характер, что обусловлено неравномерным нагреванием земной поверхности, а следовательно, и изменением давления. Изменение давления объясняется перемещением воздуха. Оно высокое там, где воздуха становится больше, низкое там, откуда воздух уходит. Нагреваясь от поверхности, воздух устремляется вверх и давление на теплую поверхность понижается. Но на высоте воздух охлаждается, уплотняется и начинает опускаться на соседние холодные участки, где давление возрастает. Таким образом, нагревание и охлаждение воздуха от поверхности Земли сопровождается его перераспределением и изменением давления.

Ветры и их происхождение

Воздух непрерывно движется: он поднимается - восходящее движение, опускается - нисходящее движение. Движение воздуха в горизонтальном направлении называется ветром . Причиной возникновения ветра является неравномерное распределение давления воздуха на поверхность Земли, которое вызвано неравномерным распределением температуры. При этом воздушный поток движется от мест с большим давлением в сторону, где давление меньше.

Ветер характеризуется скоростью, направлением и силой .

Скорость ветра измеряется в метрах в секунду (м/с), километрах в час (км/ч), баллах (по шкале Бофорта от 0 до 12, в настоящее время до 13 баллов). Скорость ветра зависит от разницы давления и прямо пропорциональна ей: чем больше разность давления (горизонтальный барический градиент), тем больше скорость ветра.

Направление ветра определяется той стороной горизонта, с которой дует ветер. Для его обозначения применяется восемь основных направлений (румбов): С, СЗ, З, ЮЗ, Ю, ЮВ, В, СВ. Направление зависит от распределения давления и от отклоняющего действия вращения Земли.

Сила ветра зависит от его скорости и показывает, какое динамическое давление оказывает воздушный поток на какую-либо поверхность. Сила ветра измеряется в килограммах на квадратный метр (кг/м2).

Ветры чрезвычайно разнообразны по происхождению, характеру и значению. Так, в умеренных широтах, где господствует западный перенос, преобладают ветры западных направлений (СЗ, З, ЮЗ). В полярных областях ветры дуют от полюсов к зонам пониженного давления умеренных широт. Самая обширная зона ветров земного шара находится в тропических широтах, где дуют пассаты.

Пассаты - постоянные ветры тропических широт. Образуются они потому, что в экваториальном поясе нагретый воздух поднимается вверх, а на его место с севера и юга приходит тропический воздух.

Бризы - местные ветры, которые днем дуют с моря на сушу, а ночью с суши на море. В связи с этим различают дневной и ночной бризы. Дневной (морской) бриз образуется в результате того, что днем суша нагревается быстрее, чем море, и над ней устанавливается более низкое давление. В это время над морем (более охлажденным) давление выше и воздух начинает перемещаться с моря на сушу. Ночной (береговой) бриз дует с суши на море, так как в это время суша охлаждается быстрее, чем море, и пониженное давление оказывается над водной поверхностью - воздух перемещается с берега на море.

Муссоны - это ветры, аналогичные бризам, но меняющие свое направление в зависимости от времени года и охватывающие огромные площади. Зимой они дуют с суши на море, летом - с моря на сушу. Зимой материк более холодный и, следовательно, давление над ним выше. Летом, наоборот, суша прогрета и давление над ней ниже. Со сменой муссонов происходит смена сухой малооблачной зимней погоды на дождливую летнюю. Внетропические муссоны - муссоны умеренных и полярных широт. Тропические муссоны - муссоны тропических широт.

Фён – это теплый, иногда горячий, сухой ветер, дующий в гор со значительной силой. Обычно он продолжается меньше суток, реже до недели. Наиболее типичный фен возникает в случае, когда воздушное течение общей циркуляции атмосферы переваливает через горный хребет. Часты фены в горах Средней Азии, в Скалистых горах и др. В каждой стране этот ветер имеет свое название. Ранней весной фен может вызвать быстрое таяние снега в горах и катастрофический разлив рек. Летние фены иногда приводят к гибели садов и виноградников.

Бора – штормовой и очень холодный ветер, дующий через низкие горные перевалы преимущественно в холодную часть года. В Новороссийске он называется норд-остом, на Апшеронском полуострове – нордом , на Байкале – сармой , в долине Роны – мистралью. Дует бора от одних суток до недели. Бора образуется при больших термодинамических контрастах по обе стороны от невысоких горных хребтов. Бора причиняет большие разрушения городам и портам.

Воздушные массы

Воздушные массы - отдельные крупные объемы воздуха, обладающие определенными общими свойствами (температурой, влажностью, прозрачностью и т.д.) и движущиеся как одно целое. Выделяют главные (зональные) типы воздушных масс, формирующихся в поясах с разным атмосферным давлением: арктические (антарктические), умеренные (полярные), тропические и экваториальные. Зональные воздушные массы подразделяются на морские и континентальные - в зависимости от характера подстилающей поверхности в районе их формирования.

Арктический воздух формируется над Северным Ледовитым океаном, а зимой еще и над севером Евразии и Северной Америки. Воздух характеризуется низкой температурой, малым влагосодержанием, хорошей видимостью и устойчивостью. Его вторжения в умеренные широты вызывают значительные и резкие похолодания и обусловливают преимущественно ясную и малооблачную погоду.

Умеренный (полярный) воздух. Это воздух умеренных широт. В нем также различают два подтипа. Зимой он очень охлажден и устойчив, погода обычно ясная с крепкими морозами. Летом он сильно прогревается, в нем возникают восходящие токи, образуются облака, нередко выпадают дожди, наблюдаются грозы. Умеренный воздух проникает в полярные, а также субтропические и тропические широты.

Тропический воздух формируется в тропических и субтропических широтах, а летом - и в континентальных районах на юге умеренных широт. Различают два подтипа тропического воздуха. Формируется над тропическими акваториями (тропическими зонами океана), отличается высокой температурой и влажностью. Тропический воздух проникает в умеренные и экваториальные широты.

Экваториальный воздух формируется в экваториальной зоне из тропического воздуха, приносимого пассатами. Он характеризуется высокими температурами и большой влажностью в течении всего года. Кроме того, эти качества сохраняются и над сушей, и над морем, поэтому на морские и континентальные подтипы экваториальный воздух не подразделяется.

Воздушные массы находятся в непрерывном движении. При этом если воздушные массы движутся в более высокие широты или на более холодную поверхность, их называют теплыми , так как они приносят потепление. Воздушные массы, перемещающиеся в более низкие широты или на более теплую поверхность, называются холодными . Они приносят похолодание.

Атмосферные фронты

Атмосферным фронтом называется раздел между воздушными массами, обладающими разными физическими свойствами. Пересечение фронта с земной поверхностью называется линией фронта . На фронте все свойства воздушных масс - температура, направление и скорость ветра, влажность, облачность, осадки - резко меняются. Прохождение фронта через место наблюдения сопровождается более или менее резкими изменениями погоды.

Различают фронты, связанные с циклонами , и климатические фронты. В циклонах фронты образуются при встрече теплого и холодного воздуха, при этом вершина фронтальной системы, как правило, находится в центре циклона. Холодный воздух, встречаясь с теплым, всегда оказывается внизу. Он подтекает под теплый, стремясь вытеснить его вверх. Теплый воздух, наоборот, натекает на холодный и если теснит его, то сам при этом поднимается по плоскости раздела. В зависимости от того, какой воздух активнее, в какую сторону смещается фронт, он называется теплым или холодным.

Теплый фронт перемещается в сторону холодного воздуха и означает наступление теплого воздуха. Он медленно оттесняет холодный воздух. Как более легкий он натекает на клин холодного воздуха, полого поднимаясь вверх по поверхности раздела. При этом перед фронтом образуется обширная зона облаков, из которых выпадают обложные осадки. Постепенная смена холодного воздуха теплым приводит к понижению давления и усилению ветра. После прохождения фронта наблюдается резкое изменение погоды: повышается температура воздуха, ветер изменяет направление примерно на 90° и ослабевает, ухудшается видимость, образуются туманы, могут выпадать моросящие осадки.

Холодный фронт перемещается в сторону теплого воздуха. В этом случае холодный воздух - как более плотный и тяжелый - движется по земной поверхности в виде клина, движется быстрее, чем теплый и, как бы приподнимает впереди себя теплый воздух, энергично выталкивая его вверх. Над линией фронта и впереди его образуются большие кучево-дождевые облака, из которых выпадают ливневые дожди, возникают грозы, наблюдаются сильные ветры. После прохождения фронта осадки и облачность значительно уменьшаются, ветер изменяет направление примерно на 90° и несколько ослабевает, температура понижается, уменьшается влажность воздуха, увеличивается его прозрачность и видимость; давление растет.

Климатические фронты - фронты глобального масштаба, являющиеся разделами между главными (зональными) типами воздушных масс. Таких фронтов пять: арктический , антарктический , два умеренных (полярных) и тропический .

Арктический (антарктический) фронт отделяет арктический (антарктический) воздух от воздуха умеренных широт, два умеренных (полярных) фронта разделяют воздух умеренных широт и тропический воздух. Тропический фронт образуется там, где встречаются тропический и экваториальный воздух, отличающиеся по влажности, а не по температуре. Все фронты вместе с границами поясов смещаются летом к полюсам, а зимой к экватору. Нередко они образуют отдельные ветви, распространяющиеся на большие расстояния от климатических зон. Тропический фронт всегда находится в том полушарии, где лето.

Циклоны и антициклоны

В тропосфере постоянно возникают, развиваются и исчезают вихри разных размеров - от небольших, до гигантских по площади циклонов и антициклонов.

Циклон - это область с пониженным давлением в центре. Поэтому воздух в циклоне перемещается по спирали от периферии (из областей высокого давления) к центру (в область низкого давления) и затем поднимается вверх, образуя восходящие потоки. В циклоне воздух движется по криволинейному пути и направлен против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой стрелке - в Южном. С циклонами связаны обширные области облаков и осадков, значительные изменения температуры, сильные ветры. Однако известны и циклоны, которые существуют в течение всего года в постоянных областях пониженного давления: Исландский циклон (минимум), расположенный в Северной Атлантике в районе о. Исландия, и Алеутский циклон (минимум) в районе Алеутских островов на севере Тихого океана.

Кроме умеренных широт циклоны наблюдаются в тропическом поясе. Тропические циклоны возникают только над морем, между 10-15° с. и ю.ш. При переходе на сушу они быстро затухают. Это, как правило, небольшие циклоны, их диаметр около 250 км но с очень низким давлением в центре. На земном шаре в среднем за год отмечается более 70 случаев тропических циклонов. Они наиболее известны в районе Антильских островов, у юго-восточного побережья Азии, в Аравийском море, Бенгальском заливе, восточнее о. Мадагаскар. В различных районах они имеют местные названия (циклон - в Индийском океане; ураган - в Северной и Центральной Америке; тайфун - в Восточной Азии). Циклоны особенно характерны для территории Европы, где они перемещаются с Атлантики на восток и существуют до 5-7 суток, т.е. пока не выровняется атмоклонах

Антициклон - это область с повышенным давлением в центре. Благодаря этому движение воздуха в антициклоне направлено от центра (из области более высокого давления) к периферии (в области более низкого давления). В центре антициклона воздух опускается, образуя нисходящие потоки, и растекается во все стороны, т.е. от центра к периферии. При этом он также вращается, но направление вращения противоположно циклоническому - оно происходит по часовой стрелке в Северном полушарии и против часовой стрелки - в Южном. Антициклоны в умеренных широтах чаще всего следуют за циклонами, нередко они принимают малоподвижное (стационарное) состояние и также существуют до тех пор, пока давление не выровняется (6-9 суток). В связи с нисходящими движениями в антициклоне воздух не насыщается влагой, облакообразование не происходит и преобладает малооблачная и сухая погода со слабыми ветрами и штилями. Кроме умеренных широт антициклоны в самой большей степени распространены в субтропических широтах - в поясах высокого давления. Здесь это постоянные, существующие в течение всего года атмосферные вихри (области высокого давления): Северо-Атлантический (Азорский) антициклон (максимум) а районе Азорских островов и Южно-Атлантический антициклон; Северо-Тихоокеанский (Канарский) антициклон в районе Канарских островов в Тихом океане и Южно-Тихоокеанский ; Индийский антициклон (максимум) в Индийском океане. Как видим, все они расположены над океанами. Единственный мощный антициклон над сушей возникает зимой в Азии с центром над Монголией - Азиатский (Сибирский) антициклон. Размеры циклонов и антициклонов сопоставимы: диаметр их может достигать 3-4 тыс. км, а высота - максимум 18-20 км, т.е. они представляют собой плоские вихри с сильно наклонной осью вращения. Перемещаются они обычно с запада на восток со скоростью 20-40 км/ч (кроме стационарных).

Погода

Состояние атмосферы в данной местности в определенный отрезок времени называется погодой . Погода характеризуется элементами и явлениями. Элементы погоды: температура воздуха, влажность, давление. К явлениям относятся: ветер, облака, атмосферные осадки. Иногда явления погоды носят необычайный, даже катастрофический характер, например, ураганы, грозы, ливни, засухи.

Погода изменчива. Главные причины - изменение количества солнечного тепла, получаемого в течение суток и в течение года, перемещение воздушных масс, атмосферных фронтов, циклонов и антициклонов. Более четко и устойчиво изменение погоды в течении суток выражено в экваториальных широтах. Утром - ясная, солнечная погода, а после полудня выпадают ливневые осадки. Вечером и ночью опять ясно и тихо. В умеренных широтах закономерные изменения погоды в течение суток, обусловленные поступлением солнечного тепла, часто нарушаются сменой воздушных масс, прохождением атмосферных вихрей и фронтов.

Наблюдения за погодой . Существует Всемирная служба погоды (ВСП), объединяющая Национальные службы погоды. Она имеет три мировых центра: Москва, Вашингтон и Мельбурн. На территории государства систематические наблюдения за погодой в системе службы погоды проводятся метеорологическими станциями. Метеорологическая станция представляет собой площадку, на которой в определенном порядке расположены различные установки и приборы, имеются

помещения для сотрудников. Метеорологические станции проводят наблюдения за погодой восемь раз в сутки в 00, 03, 06 . . . . . .21 ч по всем приборам и по единой для всех станций мира программе. Результаты наблюдений зашифровываются с помощью особого международного синоптического кода и передаются в центральные органы службы погоды. Вместе с тем все результаты наблюдений погоды сохраняются на самой станции и в данной области. Изучение их специалистами позволяет не только полно и точно характеризовать погоду в пункте наблюдения, но и предупредить население об опасных явлениях - наводнениях, ураганах и т.д.

По результатам наблюдений в гидрометцентрах через каждые 3 или 6 часов составляются синоптические карты. Синоптическая карта - географическая карта, на которой цифрами и символами нанесены результаты метеорологических наблюдений на сети станций в определенное время. Анализ ситуации текущих карт позволяет составить прогноз погоды. Прогноз погоды - составление научно обоснованных предположений о будущем состоянии погоды. Он позволяет также определить возможность возникновения какого-либо опасного природного явления. Прогнозы погоды могут быть краткосрочными (12-24 ч) и долгосрочными (на декаду, месяц, сезон).

Погода играет важную роль в жизни человека. В хозяйственной деятельности она выступает реальной составляющей производственного цикла воздушного, водного, железнодорожного и автомобильного транспорта. С погодой и прогнозом погоды не могут не считаться работники речного и морского флотов, портов, аэродромов. Отдых человека, эффективное и интересное использование свободного времени, наконец, состояние его здоровья напрямую зависят от погоды, а прогноз погоды помогает заблаговременно принять целесообразные меры, более эффективно использовать свободное время. Погода предопределяет расходование энергетических ресурсов, характер и ассортимент выпуска товаров народного потребления и многое другое.

Климат

Климат - многолетний режим погоды, характерный для какой-либо местности, который с небольшими колебаниями удерживается на протяжении веков. Он проявляется в закономерной смене всех наблюдаемых в данной местности погод. Как и погода, климат зависит от количества солнечной радиации (от широты), от перемещения воздушных масс, атмосферных фронтов, циклонов и антициклонов (от циркуляции атмосферы), от свойств и форм земной поверхности. Основные показатели климата: температура воздуха (средняя годовая, января и июля), преобладающее направление ветров , годовое количество и режим осадков . Географические карты, на которых нанесены показатели климата, называют климатическими .

Климатообразующие факторы . Выделяют три главных климатообразующих фактора и факторы, влияющие на климат. Главные факторы - это факторы, определяющие климат в любой точке земного шара. К ним относятся: солнечная радиация, циркуляция атмосферы и рельеф местности .

Солнечная радиация - фактор, определяющий поступление солнечной энергии на те или иные участки земной поверхности.

Циркуляция атмосферы - фактор, предопределяющий движение воздушных масс как по вертикали, так и по земной поверхности.

Рельеф - фактор, качественно изменяющий влияние двух первых климатообразующих факторов.

Кроме главных, существуют факторы, оказывающие существенное влияние на климат в определенных (зачастую обширных) районах. В частности, распределение суши и моря и удаленность территории от морей и океанов. Суша и море нагреваются и охлаждаются по-разному. Морские воздушные массы существенно отличаются от континентальных, но при продвижении в глубь материков они изменяют свои свойства. Поэтому на одной и той же широте наблюдаются значительные различия в температурном режиме и распределении осадков.

Морской , или океанический , климат - это климат океана, островов и западных или восточных приморских частей материков. Он формируется при большой повторяемости морских воздушных масс и характеризуется малыми годовой (≈10°С над океанами) и суточной (1-2°С) амплитуда температур воздуха и большим количеством осадков.

Континентальный - климат материка, с небольшим количеством осадков, высокими летними и низкими зимними температурами воздуха, большими годовыми и суточными амплитудами.

Большое влияние на климат оказывают морские течения . Они переносят тепло (или холод) из одних широт в другие, нагревая или охлаждая располагающиеся над ними воздушные массы. Воздушные массы, приобретая новые свойства под влиянием течений, приходят на материк уже измененными и обусловливают на побережье иную, не свойственную данным широтам погоду. Поэтому климат побережий, омываемых теплыми течениями, обычно теплее и мягче, чем на материках. Холодные течения, кроме того, усиливают сухость климата, они охлаждают нижние слои воздуха в прибрежной части, что препятствует образованию облаков и выпадению осадков.

Климат, как и все метеорологические величины, зонален . Выделяют 7 основных и 6 переходных климатических поясов. К основным относятся: экваториальный, два субэкваториальных (в северном и южном полушариях), два тропических, два умеренных и два полярных. Названия переходных поясов тесно увязаны с названиями основных климатических поясов и характеризуют их расположение на Земле: по два субэкваториальных, субтропических и субполярных (субарктический и субантарктический). В основу выделения климатических поясов положены тепловые пояса и господствующие типы воздушных масс и их перемещение. В основных поясах в течение года господствует один тип воздушной массы, а в переходных типы воздушных масс зимой и летом меняются в связи со сменой времен года и смещением зон атмосферного давления.

Циклоны и антициклоны

Нижние слои атмосферы исключительно подвижны. В них по­стоянно перемещаются отдельные массы воздуха. Форма движе­ния их чаще вихревая: от небольших вихрей, наблюдающихся Перед грозой, до огромных, захватывающих пространства в сот-11п тысяч, а иногда и миллионы квадратных километров. Эти рнхри называются циклонами и антициклонами.

Под циклоном понимают огромный вихрь в нижнем слое ат-

исферы, имеющий в центре пониженное атмосферное давление.

вихре происходит постоянное изменение направления ветра:

северном полушарии - против часовой стрелки, в южном - но

«совой. -

Такие вихри образуются в местах встречи теплой и холодной пес воздуха, на так называемых климатологических фронтах. ля умеренного пояса - на арктическом фронте и фронте уме рнпых широт; для тропического - на тропическом фронте. Циклоны внетропических широт. Изучение циклопоц по.шолп выявить ряд их особенностей.

1. Циклон представляет собой огромный воздушный вихрь с небольшой осью наклона (1-2°), занимающий пространство вы­сотой 8-9 км при поперечнике от 1 до 3 тыс. км. Небольшой на­клон оси вихря отличает циклон от мелких вихрей, имеющих больший угол наклона и формирующихся в результате неравно­мерного нагревания поверхности Земли.

2. Вихрь образуется в результате встречи двух воздушных масс с разными температурами и воздействия отклоняющей силы: вращения Земли на направление их при движении.

3. В вихре происходят поднятие и растекание воздуха в сто­роны, поэтому в центре вихря образуется область пониженного атмосферного давления.

4. Поднятию и растеканию воздуха с циклона способствуют струйные течения", которые выносят воздух далеко за пределы наземного циклона.

5. Восходящие потоки воздуха в циклоне обеспечивают обра­зование облаков и выпадение осадков.

6. В циклоне хорошо выражены два фронта: теплый и холод­ный, при прохождении которых наблюдается резкая смена по­годы. Обычно циклоны приносят ненастную погоду: зимой - сне­гопады и метели, летом - дожди и грозы.

Возникновение и развитие циклонов. Теорий, объясняющих образование циклонов, много. Познакомимся с волновой теорией, как самой распространенной. Теплый и холодный воздух, име различную плотность, движутся в противоположных направле ниях вдоль поверхности Земли и образуют волны на поверхност раздела.

При волновом искривлении фронтальной поверхности и лини фронта воздушные потоки с обеих сторон фронта соответственп искривляются. Отклонение потоков от их первоначального па правления приводит к уплотнению и разрежению воздуха вблн зи различных участков фронта. Там, где теплый воздух вторгает ся в холодный (гребень волны), наблюдается понижение давло ния, что приводит к образованию циклонических центров. В тс частях волн, где холодный воздух отклоняется в сторону теплин (основание волны), наблюдаются уплотнение воздуха и повьпы 1 ние давления, в результате чего в промежутках между цикли нами образуются отроги вырокого давления, а иногда даже сами стоятельные антициклоны. Понижению давления на гребнях bo.hi способствуют вторжения теплого воздуха в область холодном воздуха, и, наоборот, повышению давления в основании в<ип способствуют холодные вторжения в "область теплой воздушно массы.

Испарение и испаряемость. Географическое распределение испарения и испаряемости (анализ карт испарения и испаряемости)

ИСПАРЕНИЕ (русск.) -- переход вещества из жидкого или твердого состояния в газообразное -- в пар. В природе водяной пар поступает в атмосферу с поверхности воды, почвы, растительности, льда, снега. Испарение зависит от температуры и влажности воздуха, от испаряющей поверхности и скорости ветра.

ИСПАРЯЕМОСТЬ -- максимально возможное испарение при данных метеорологических условиях с достаточно увлажненной подстилающей поверхности, то есть в условиях неограниченного запаса влаги. Испаряемость выражается в миллиметрах слоя испарившейся воды и сильно отличается от фактического испарения, особенно в пустыне, где испарение близко к нулю, а испаряемость -- 2000 мм в год и более.

На испарение затрачивается тепло, в результате чего температура испаряющей поверхности понижается. Это имеет большое значение для растений, особенно в экваториально-тропических широтах, где испарение уменьшает их перегрев. Южное океаническое полушарие холоднее северного отчасти по этой же причине.

Суточный и годовой ход испарения тесно связан с температурой воздуха. Величины испаряемости в полярных широтах около 60-80 мм с максимальными значением 100-120 мм обусловлены низкими температурами воздуха и, как следствие, близкими значениями E1 (фактической упругости водяного пара) и е (максимальной упругости).

В полярных областях, при низких температурах испаряющей поверхности, как упругость насыщения Еs так и фактическая упругость е малы и близки друг к другу. Поэтому разность (Es - е) мала, и вместе с ней мала испаряемость. На Шпицбергене она только 80 мм в год, в Англии около 400 мм, в Средней Европе около 450 мм. На Европейской территории России испаряемость растет с северо-запада на юго-восток вместе с ростом дефицита влажности. В Ленинграде она 320 мм в год, в Москве 420 мм, в Луганске 740 мм. В Средней Азии с ее высокими летними температурами и большим дефицитом влажности испаряемость значительно выше: 1340 мм в Ташкенте и 1800 мм в Нукусе.

В тропиках испаряемость сравнительно невелика на побережьях и резко возрастает внутри материков, особенно в пустынях. Так, на Атлантическом побережье Сахары годовая испаряемость 600--700 мм, а на расстоянии 500 км от берега -- 3000 мм. В наиболее засушливых районах Аравии и пустынь по Колорадо она выше 3000 мм. Только в Южной Америке нет областей с годовой испаряемостью более 2500 мм.

У экватора, где дефицит влажности мал, испаряемость относительно низка: 700--1000 мм. В береговых пустынях Перу, Чили и Южной Африки годовая испаряемость также не более 600--800 мм.

Географическое распределение фактического испарения в широтами следующий:

На широте 0-10 ° испарения на суше составляет 112 см, океане - 110 см.

На широте 20-30 ° испарения на суше составляет 37 см, океане - 130 см.

На широте 40-50 ° испарения на суше составляет 37 см, океане - 70 см.

На широте 60-90 ° испарения на суше составляет 8 см, океане - 15 см.

Влагооборот

Начальным источником атмосферной влаги служит Мировой океан, с поверхности которого вода испаряется. Часть ее конденсируется в облаках и выпадает в виде в виде осадков тут же на океане, завершая малый влагооборот. Другая часть испарившейся влаги в виде водяного пара переносится на сушу, где так же конденсируется в облаках и выпадает в виде жидких или твердых осадков, просачивается в грунт, стекает в реках в океан и расходуется растениями и животными. Это звено влагооборота не замкнуто, поскольку большую часть водяного пара растения в процессе фотосинтеза разлагают на водород и кислород, а меньшую связывают, безвозвратно исключая ее из водообмена. Количественно влагооборот характеризуется водным балансом .

Водный баланс - ϶ᴛᴏ алгебраическая сумма всœех форм прихода и рас­хода влаги в атмосфере, на избранной территории или на море, на материке или океане и на земной поверхности в целом.

Осадки (Р), выпавшие на территорию, частично испаряются (Е) в атмосферу, частично стекают (R): в океан

P = E + R,

то есть осадки равны испарению плюс сток.Это и есть водный ба­ланс. Приведенное уравнение было предложено А. И. Воейковым в 1884 ᴦ.

В 1932 ᴦ. Г. Н. Высоцкий предложил уравнение, в котором испарение и сток разделœены на их составные части. Суммарное испарение Е состоит из непосредственного испарения Е н и транспирации Т:

Е = Ен + Т.

Полный сток R был расчленен на поверхностный S и подзем­ный U:

К = S + U.

В водном балансе территории принимает участие также запас или не­достаток подземных вод в прошлые годы ±W.

Сегодня формула водного баланса имеет вид:

P = Eн + T + S + U ±W

Полное уравнение водного баланса ограниченной территории включает (кроме уже перечисленных составляющих) конденсацию влаги на поверхности, поверхностный приток, подземный приток, изменение запасов воды в снежном покрове, то же в болотах, водо­забор, переброску в другие системы и возвращение воды из хозяй­ственных нужд. При помощи немногих компонентов оно отражает многообразную взаимосвязь между водой, воздухом атмосферы, почвой и растительностью.

Испарение заключается в переходе воды из жидкой или твердой фазы в газообразную и в поступ­лении водяного пара в атмосферу.

Испарение - процесс прежде всœего энергетический. Он зависит от количества тепловой энергии, которая может быть затрачена на данной поверхности в единицу времени, и определяется, следо­вательно, уравнением теплового баланса на земной поверхности. На океанах на испарение затрачивается до 90% энергии солнечной радиации.

Вторым метеорологическим условием, определяющим вели­чину испарения, является влагоемкость воздуха, степень его сухо­сти или влажности. Количественно она характеризуется дефицитом влажности, который в свою очередь зависит от температуры воздуха и в меньшей степени от ветра. Разумеется, испарение может происходить только при наличии воды. На суше это условие имеется далеко не везде и не всœегда: аридным зонам свойствен дефицит влаги, в гумидных зонахвлагиможет не хватать в отдельные периоды. В связи с этим в метео­рологии выработано понятие об испаряемости (Ец).

Испаряемость - ϶ᴛᴏ максимально возможное испарение при данных метео­рологических условиях, не лимитированное запасами влаги. То же относится к термину «потенциально возможное испарение».

Испарение принадлежит к числу важнейших процессов географической оболочки. На него расходуется большая часть сол­нечноготепла. Скрытая теплота парообразования, выделяющаяся при конденсации влаги, нагревает атмосферу, и данный источник тепла для атмосферы является основным. Испарившаяся влага поступает на материки и обеспечивает их осадками.При фазовых переходах воды происходит поглощение или выделœение тепла, а при цирку­ляции атмосферы оно перераспределяется. Один из видов испаре­ния-транспирация-принимает участие в биологических процессах и об­разовании биологической массы.

Климатическое и, особенно, биофизическое значение испаряе­мости состоит по сути в том, что она показывает иссушающую спо­собность воздуха: чем больше можетиспариться при ограничен­ных запасах влаги в почве, тем ярче выражена засушливость. В одних местах это приводит к появлению пустынь, в других - вызывает временные засухи, в-третьих, где испаряемость ничтож­на, создаются условия переувлажнения.

В Северной Европе испарение близко к своему верхнему пре­делу - испаряемости-около 100 мм в год. В зонесухих степей Юго-Востока Европы, а также в аридных областях средиземно­морских субтропиков испаряемость достигает 1200 - 1300мм, адействительное испарение вследствие недостатка влаги составля­ет только 300 мм. Дефицит влаги - разница между осадками и испаряемостью в аридных зонах составляет примерно 600-800 мм.

Максимальная испаряемость, естественно, в пустынях, особен­но в Сахаре. В центральных ее частях она превышает4500 мм.Испарение, ограниченное ничтожным количеством осадков, не превышает 100 мм в год. Здесь на испарение расходуются не только осадки, но и подземная вода, стекающая с Атласских гор и из бассейна Центральной Африки. Разница между потенциаль­ным (4500 мм) и фактическим (около 100 мм) испарением выражает степень сухости Сахары.

Наибольшее испарение (около 1 200 мм) происходит на забо­лоченных низинах Центральной Африки-в бассейне озера Чад и Верхнего Нила. Растения, обеспеченные здесь теплом и влагой, дают наибольший на Земле прирост растительной массы. В эква­ториальной Африке испаряетсяза год слой воды в 1000мм.

Испаряемость и испарение отражают и режим осадков, и ре­жим тепла. Соотношение прихода и расхода атмосферной влаги принято называть атмосферным увлажнением .

Водяной пар поступает в атмосферу посредством испарения с подстилающей поверхности и транспирации растениями. Испарение зависит от дефицита влажности и скорости ветра. На испарение тратится много тепла, так на испарение 1 г воды требуется 600 кал.

Испарение с океана на всех широтах значительно больше, чем испарение с суши. Испарение в океане может достигать величины 3000 мм в год, тогда как на суше максимум 1000 мм.

Различия в распределении испарения по широтам определяются радиационным балансом и увлажнением территории. В общем, в направлении от экватора к полюсам в соответствии с понижением температуры испарение уменьшается.

В случае отсутствия достаточного количества влаги на испаряющей поверхности испарение не может быть большим даже при высокой температуре и большом дефиците влажности. Возможное испарение, называемое испаряемость, в этом случае велико.

Над водной поверхностью испарение и испаряемость равны по величине, над сушей испарение может быть значительно меньше испаряемости. Испаряемость характеризует величину возможного испарения с суши при достаточном увлажнении.

Средние месячные значения затраты тепла на испарение (и турбулентного теплообмена с атмосферой) на океанах рассчитаны по материалам многолетних судовых наблюдений на акваториях Атлантического, Индийского и Тихого океанов.

Рассматривая особенности распределения средней затраты тепла на испарение на суше за год, можно отметить, что диапазон изменения ее значений составляет около 110 Вт/м2. В районах достаточного увлажнения средняя годовая затрата тепла на испа­рение возрастает вместе с увеличением радиационного баланса от высоких широт к экватору, изменяясь от значений, меньших 10 Вт/м2 на северных побережьях континентов, до значений более 80 Вт/м2 во влажных экваториальных лесах Южной Америки, Африки и Малайского архипелага. В районах недостаточного увлажнения величина затраты тепла на испарение определяется засушливостью климата, уменьшаясь с увеличением засушливости. Наименьшие значения средней годовой затраты тепла на испаре­ние отмечаются в тропических пустынях, где они составляют всего несколько Вт/м2.

Годовой ход затраты тепла на испарение также определяется ресурсами тепловой энергии и воды. Во внетропических широтах с условиями достаточного увлажнения наибольшие значения затраты тепла на испарение в соответствии с годовым ходом радиа­ционного баланса имеют место летом, достигая 80-100 Вт/м2. Зимой затрата тепла на испарение мала. В районах недостаточ­ного увлажнения максимум затраты тепла на испарение также обычно наблюдается во время теплого периода, однако время достижения максимума существенно зависит от режима увлажнения.

В тропических широтах с влажным климатом затрата тепла на испарение велика в течение всего года и составляет около 80 Вт/м2. В районах с сезонами пониженных осадков отмечается некоторое уменьшение затраты тепла на испарение, однако амп­литуда ее годового хода сравнительно невелика. В областях с хо­рошо выраженным сухим периодом наибольшие значения затраты тепла на испарение отмечаются в конце влажного периода, наи­меньшие - в конце сухого.

В целом для суши земного шара (включая Антарктиду) сред­няя за год затрата тепла на испарение составляет 38 Вт/м2.

Распределение средних годовых значений затраты тепла на ис­парение на океанах в общем сходно с распределением радиацион­ного баланса. Изменение средней затраты тепла на испарение довольно велико: от значений, больших 160 Вт/м2 в тропических широтах, до значений около 40 Вт/м2 у границы льдов. В экваториальных широтах средняя затрата тепла на испарение несколько понижена по сравнению с более высокими широтами (меньше 130 Вт/м2), что является следствием увеличения облачности и влажности.

Помимо радиационного тепла, расходуемого на испарение с океанов, в ряде районов на испарение затрачивается также тепло, переносимое течениями. Поэтому зональный характер рас­пределения затраты тепла на испарение нарушается заметными отклонениями в районах действия теплых и холодных течений.

Средние годовые величины затраты тепла на испарение с оке­анов зависят в основном от величин для осенне-зимнего периода. Распределение затраты тепла на испарение в зимние месяцы ана­логично годовому распределению. В это время усиливается влия­ние теплых течений, в связи с чем отчетливо проявляются особен­ности отдельных океанов: затрата тепла на испарение с поверх­ности Северной Атлантики в средних широтах вдвое больше, чем в тех же широтах Тихого океана. Самые низкие значения затраты тепла на испарение отмечаются в средних широтах южного полушария в Атлантическом и Индийском океанах. В эти районы со сравнительно невысокими температурами воды из низких широт поступают более теплые воздушные массы, что уменьшает затраты тепла на испарение.

При переходе к лету влияние теплых течений на величину за­траты тепла на испарение ослабевает из-за уменьшения энерге­тических ресурсов течений. Поскольку в летние месяцы происходит снижение средних скоростей ветра и ослабление контраста темпе­ратуры вода-воздух, расход тепла на испарение заметно падает. Вместе с этим уменьшается различие в значениях затраты тепла на испарение с поверхности отдельных океанов.