Атмосфера – воздушная оболочка Земли, связанная с ней силой тяжести и принимающая участие в её суточном вращении и годовом движении. Состав. Атмосфера это смесь газов с находящимися в них во взвешенном состоянии жидкими и твёрдыми частицами. Её мощность ≈1000 -2000 км, масса приблизительно 5, 15*1018 кг, т. е. менее миллионной доли массы планеты. В сухом воздухе у земной поверхности содержится (по объёму): • азот – ≈78% , • кислород – ≈21%, • диоксид углерода (углекислый газ) – 0, 03% • другие газы – около 1% • озон (О 3) – в ничтожном количестве. • В нижних слоях воздуха содержится водяной пар – вода в газообразном состоянии. Его содержание меняется в значительных пределах от сотых долей процента в ледяных пустынях до 3 -4% в экваториальных лесах. Существенно меняется в воздухе и количество углекислого газа.
Каждый из газов выполняет важную роль в процессах функционирования географической оболочки. • Кислород химически активен, обеспечивает дыхание, горение, окисление. • Азот инертен и выполняет роль разбавителя кислорода, регулируя темп окисления. Оба газа имеют в основном биогенное происхождение. • Диоксид углерода (СО 2) – основной строительный материал для создания органического вещества в процессе фотосинтеза. Он своеобразный утеплитель Земли: пропускает к Земле коротковолновую солнечную радиацию, но задерживает длинноволновое тепловое излучение земной поверхности, обусловливая так называемый парниковый эффект. Учёные считают, что увеличение содержания СО 2 в последние десятилетия в результате сжигания органического топлива приводит к повышению температуры воздуха. • Озон, поглощает 97% ультрафиолетовой солнечной радиации, губительно действующей на живые организмы. Тем самым озон создаёт уникальные условия для жизни на Земле.
Особую роль играет содержащаяся в атмосфере в газообразном состоянии вода. • Водяной пар – важное звено влагооборота (при его конденсации образуются облака и осадки) и теплооборота (на испарение затрачивается тепло, при конденсации и сублимации – выделяется; кроме того водяной пар, как и СО 2 – парниковый газ, уменьшающий охлаждение земной поверхности и воздуха). Следует также учесть, что образующиеся при конденсации и сублимации облака отражают солнечную радиацию. • С наличием в атмосфере водяного пара связаны важнейшие особенности погоды и климатообразующие процессы.
• В воздухе содержатся аэрозоли – твёрдые и жидкие частички разнообразного состава (органические, минеральные), находящиеся в атмосфере во взвешенном состоянии. Они имеют как естественное, так и антропогенное происхождение. • Аэрозоли естественного происхождения – вулканическая пыль, частицы дыма от лесных и торфяных пожаров, почвенная пыль, космическая пыль из межпланетного пространства и возникающая при сгорании в атмосфере метеоров, частицы морской соли, попадающие в воздух при разбрызгивании океанической воды во время волнения, пыльца растений, особенно в период их массового цветения, споры растений, микроорганизмы и т. д.
• Аэрозоли антропогенного происхождения – дым, сажа и зола промышленных предприятий, в том числе тепловых электростанций, примеси в выхлопных газах автотранспорта, опасные радиоактивные отходы атомных электростанций и исследовательских реакторов и др. • Часть аэрозолей образуется непосредственно в воздухе в результате химических реакций. • В сумме в атмосферу выбрасывается возможным разбросом ± 1, 4 млрд. т/год. ≈2, 3 млрд. т/год с
• От количества аэрозолей в воздухе зависит прозрачность атмосферы (поглощение и рассеивание солнечной радиации), её электрическое состояние, некоторые оптические явления. При больших выбросах высоко в воздух пепла песка и при взрывных извержениях вулканов, наблюдаются существенные температурные аномалии. Так после извержения вулкана Лаки в Исландии в 1783 году во многих районах Европы и Северной Америки было туманное холодное лето и суровая зима. После извержения в 1815 году вулкана Тамбора в Индонезии наблюдалось повсеместное понижение температуры: 1816 год во многих странах называют «годом без лета» . Извержение Эль. Чичона в Мексике в 1982 г понизило температуру зимы 1982/83 годов в Северном полушарии на 0, 5°С.
• Крупные аэрозольные частицы, обладающие гигроскопическими свойствами, играют в атмосфере роль ядер конденсации, к которым присоединяются молекулы водяного пара. Таким образом, они непосредственно влияют на количество выпадающих осадков и тем самым на климат. • Удаляются аэрозоли из атмосферы, главным образом, с осадками – каплями воды и снежинками. При этом на земную поверхность могут попадать вещества, представляющие опасность: радионуклиды и те соединения, которые в результате химических реакций водяных паров с газами образуют частицы серной, соляной, азотной и других способны вызывать кислот. Выпадая с осадками они радиоактивные и кислотные оказывающие губительное действие на всё живое. дожди,
• Самыми страшными климатическими (и не только!) последствиями может обернуться выброс в атмосферу аэрозолей (в том числе и радиоактивных частиц) в результате ядерной войны, способные вызвать настоящую катастрофу. Климатическим эффектом может стать быстрое (за несколько дней), глубокое (на несколько десятков градусов) и длительное (на несколько месяцев) похолодание на Земле до отрицательных значений даже в экваториально-тропических широтах, т. е. может наступить «ядерная зима» . Таковы расчёты группы учёных под руководством академика Н. Н. Моисеева. • «При мощных вулканических извержениях (Кракатау в 1883 г, Катмай в 1912 г и др. ), когда пепел забрасывался в стратосферу и благодаря ветровым потокам окутывал весь земной шар, помутнение воздуха и аномально красные зори наблюдались в течение нескольких месяцев. • Дым лесных пожаров в Канаде воздушными потоками на высоте 8 -13 км переносится через Атлантику в Европу. • Песчаная пыль Сахары и Аравийских пустынь выпадала в Европе и даже в Центральной Америке. • Чернобыльская катастрофа (1986 г) подвергла загрязнению радиоактивными цезием, стронцием, плутонием, по данным Госкомгидромета СССР, 4 области РСФСР, 5 областей Белоруссии и 5 областей Украины. На территории России количество проживающих на загрязнённых землях составило 860 тыс. человек» . В. И. Булатов. Россия радиоактивная ЦЭРИС. Новосибирск, 1996 г
• Озон (О 3) – образуется в стратосфере под действием ультрафиолетового солнечного излучения и при электрических разрядах (например во время грозы). В атмосфере его ничтожно мало: при нормальном давлении и температуре 0 С толщина слоя озона составила бы всего 3 мм. Основная масса озона содержится в стратосфере с максимумом концентрации в слое на высоте ≈ 20 -25 км (так называемый «озоновый экран» ). Для его образования выше не хватает кислорода, а ниже – ультрафиолетовой радиации.
• Толщина слоя озона испытывает пространственные и временные колебания. Особенно они заметны в полярных широтах в течение года. Там его меньше зимой в условиях полярной ночи, больше в период полярного дня, т. к. озон легче уничтожается при низких температурах. Эти колебания значительнее над Антарктидой, где количество озона зимой резко сокращается. Это явление в обиходе называют «озоновой дырой» . Метеорологическая гипотеза возникновения «озоновой дыры» объясняет её появление спецификой динамического режима стратосферы в Антарктиде: зимой там образуется устойчивый высотный циклонический вихрь, который выносит озон вверх из антарктической стратосферы.
• В научной литературе появились сообщения и о сокращении толщины озонового слоя над рифтовыми зонами в связи с увеличением над ними потоков глубинных газов, оказывающих озоноразрушающее действие. Антарктида опоясана глубинными разломами – рифтами вокруг Антарктической литосферной плиты, что может влиять на образование «озоновой дыры» . • В последние годы замечено глобальное сокращение количества озона, что многие исследователи связывают с выбросом в атмосферу фреонов и окислов азота, которые взаимодействуют с озоном. Уменьшение толщины озонового слоя вредно для всего живого на Земле. Поэтому необходима коллективная мудрость человечества для его сохранения.
Строение атмосферы По характеру изменения температуры и другим физическим свойствам воздуха в атмосфере выделяют пять концентрических оболочек: тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу, которые разделены тонкими (1 -2 км) переходными слоями: тропо-, страто-, мезо- и термопаузами.
1. Тропосфера (греч. trороs – поворот) от земной поверхности до высоты 16 -18 км в экваториально-тропических широтах и до 8 -9 км над полюсами. Содержит почти 80% воздуха атмосферы. • Физические свойства воздуха тропосферы и происходящие в ней процессы находятся в большой зависимости от земной поверхности От неё воздух получает тепло, поэтому с подъемом вверх температура его понижается и достигает близ тропопаузы в умеренных широтах около -55°С (она неодинакова на разных широтах и в разные сезоны года). • Для тропосферы характерны интенсивные вертикальные и горизонтальные движения воздуха и его перемешивание. • В тропосфере содержится 99% водяного пара атмосферы, количество которого быстро убывает с высотой. • Здесь происходит образование облаков, выпадают осадки, наблюдаются оптические, световые и звуковые метеорологические явления.
2. Стратосфера (лат. stratus — слоистый) – от тропопаузы до 50 -55 км. Здесь сосредоточено около 20% воздуха, в котором много озона и ничтожно мало водяного пара. • В нижней стратосфере температура более или менее постоянна, но выше 30 км она быстро растет за счет поглощения озоном ультрафиолетовой солнечной радиации и достигает близ стратопаузы среднегодового значения около 0 С с отклонением ± 20°С в зависимости от широты и времени года. • Возрастание температуры с высотой приводит к большой устойчивости стратосферы. Здесь наблюдаются небольшие вертикальные перемещения типа подъема и оседания, захватывающие большие пространства, и происходит интенсивная горизонтальная циркуляция. • На высоте 22— 25 перламутровые облака. км наблюдаются капельно-жидкие
Строение атмосферы Из учебника для 6 -го класса «География. Землеведение» В. П. Дронов, Л. Е. Савельева Изд. «Дрофа» М. 2005
3. Мезосфера (греч. теsоs — средний) – от стратопаузы до 80 км. В ней температура понижается до -80°С. . . -85°С. Здесь образуются тонкие ледяные серебристые облака. В целом в трех нижних слоях заключено 99, 5% всей массы атмосферы. 4. Термосфера (греч. therте – тепло) – слой от мезопаузы до 800 км. Температура в нем возрастает до 1500°С, но в разреженном воздухе она характеризует лишь кинетическую энергию движения частиц и не ощущается. Поэтому летающие здесь искусственные спутники от воздуха не нагреваются и не сгорают. Однако в нижней термосфере сгорают метеоры. 5. Экзосфера (греч. ехо — снаружи) — внешний (800— 2000 км) крайне разреженный слой атмосферы с температурой около 2000°С. Здесь скорость движения атомов водорода и гелия более 11, 2 км/с. Они частично ускользают в межпланетное пространство, образуя кометообразный хвост, направленный в сторону, противоположную Солнцу, за что этот слой называют рассеяния. сферой
Роль атмосферы в природе • Атмосфера, с одной стороны, – посредник между Землёй и Космосом, с другой – тесно взаимодействует с гидросферой, литосферой, биосферой. • Между атмосферой и земной поверхностью (сушей и океаном) происходит непрерывный обмен теплом, влагой, газами, т. е. это своеобразная термодинамическая система.
• Атмосфера защищает живые организмы на Земле от пагубного воздействия ультрафиолетовой радиации, от корпускулярных потоков солнечной плазмы, от космических лучей разного происхождения, служит бронёй для защиты от железокаменных метеорных потоков. • Атмосфера создаёт благоприятные тепловые условия для жизни на земной поверхности, предохраняя её от губительного зноя и леденящего холода. Без атмосферы не было бы ни осадков, ни ветров, ни звуков. В океане не было бы ни волнения воды, ни течений
• Атмосфера оказывает значительное влияние на литосферу, развитие которой всегда совершалось под мощным воздействием физического и химического выветривания. Колебания температур, ветер, осадки, кислород и другие газы существенно видоизменяют и переотлагают горные породы, являясь экзогенным (внешним) фактором формирования рельефа • Первозданная воздушная оболочка Земли – результат выделения газов из земных недр при вулканических извержениях. С появлением океанов и биосферы она стала формироваться за счёт газообмена с водой, растениями, животными и продуктами их жизнедеятельности после сложных химических реакций. Воздух современного состава, будучи сам в значительной степени продуктом жизнедеятельности организмов, нужен всему живому.
• Атмосфера играет важную роль в жизни и хозяйственной деятельности человека, но испытывает серьёзное антропогенное воздействие, особенно в последние десятилетия. • Оно чаще всего отрицательное: поступление в атмосферу вредных выбросов (газов и пыли), разрушение озонового слоя, уничтожение лесов, поставляющих в атмосферу кислород, нефтяная плёнка на поверхности океана, затрудняющая газообмен между воздухом и водой, изменения на поверхности суши (распашка земель, мелиорации, войны и пр. ). Одно из ощутимых проявлений этого – всеобщее потепление климата (в ХХ веке на 0, 6 С) из-за увеличения в воздухе количества парникового газа – диоксида углерода вследствие сжигания органического топлива. Глобальная проблема и сохранение озонового слоя, разрушителями которого являются фреоны. Поэтому в последние годы активно проводятся международные совещания на высоком уровне и принимаются решения по сокращению выбросов вредных газов и примесей в атмосферу ради сохранения жизни на Земле.
«Атмосферные процессы не знают государственных границ. Поэтому после Второй мировой войны, в 1947 году была создана Всемирная метеорологическая организация – специализированное межправительственное учреждение ООН. Её цель – содействие международному сотрудничеству в развитии метеорологических наблюдений и исследований и координация деятельности национальных метеорологических и гидрологических служб. Высший орган – Всемирный метеорологический конгресс, созываемый каждые четыре года. Местопребывание руководящих органов – Женева (Швейцария)» . • С. П. Хромов, М. А. Петросянц. Метеорология и климатология. Изд. МГУ, 2001 г.
Солнечная радиация в атмосфере • Солнце – источник корпускулярного и электромагнитного излучения. Корпускулярное излучение не проникает в атмосферу ниже 90 км над Землёй, а электромагнитное (солнечная радиация) достигает земной поверхности. • Солнечная радиация составляет всего одну двухмиллиардную долю от всей энергии Солнца и достигает Земли за 8, 3 минут. • Прямой солнечной радиацией называется излучение, которое приходит непосредственно от диска Солнца. Оно в основном коротковолновое, состоит из невидимых ультрафиолетовых (9%) и инфракрасных (44%) лучей и видимой световой части спектра (47%).
• В атмосфере происходит ослабление излучения Оно отражается от атмосферы, особенно от облаков, поглощается озоном и другими газами (за счёт этого нагревается воздух верхних слоёв атмосферы) и рассеивается. • Рассеяние – это отклонение световых лучей во все стороны от их первоначального направления молекулами воздуха, пылью, кристаллами льда, каплями воды и пр. Интенсивнее рассеиваются ультрафиолетовые лучи, а из видимых – фиолетовые и синие. Этим объясняется голубой цвет неба в ясную погоду, который с высотой темнеет и переходит в фиолетовый. Рассеянная радиация обуславливает освещение атмосферы днём в пасмурную погоду.
• После отражения и рассеяния в атмосфере на долю прямой радиации остаётся ≈ 24%, рассеянной – ≈ 26%, что в целом и составляет ≈ 50% от всей радиации, приходящей от Солнца на верхнюю границу атмосферы. • Количество солнечной радиации, поступающей на любую поверхность, определяется количеством лучистой энергии в единицу времени на единицу площади. • На верхней границе атмосферы при среднем расстоянии от Земли до Солнца на 1 см 2 при перпендикулярном падении солнечных лучей поступает ≈ 8, 3 Дж в минуту (1, 95 кал/см 2 или 136 м. Вт/см 2). Это солнечная постоянная (S 0).
• Влияние на эту величину оказывают только два космических обстоятельства: ü излучательная способность Солнца, подверженная некоторым колебаниям; ü расстояние Земли от Солнца (оно меньше 3 января, когда Земля находится в перигелии, чем 5 июля, когда она оказывается в афелии). • Эти колебания незначительны и отклоняются от средних значений лишь на ± 3, 3%. Считается, что и в течение длительного геологического времени эта величина практически тоже остаётся неизменной, поэтому она и называется постоянной. Её значение (S 0=8, 3 Дж/см 2 мин) стандарта. принято в качестве международного
В настоящее время значения солнечной постоянной установлены для пяти планет: Меркурий – 935 м. Вт/см 2; Венера – 265 м. Вт/см 2; Земля – 136 м. Вт/см 2; Марс – 60 м. Вт/см 2; Юпитер – 5 м. Вт/см 2. Для планет, расположенных на большом расстоянии от Солнца, она очень мала. По П. Д. Астапенко. Вопросы о погоде. Л. , Гидрометеоиздат 1986.
• Прямая и рассеянная солнечная радиация, поступающая на земную поверхность, называется суммарной. Она распределяется на Земле зонально, уменьшаясь от экваториально-тропических широт к полюсам в соответствии с уменьшением угла падения солнечных лучей на сферическую поверхность планеты. На материках радиация больше (меньше облачность – меньше отражение), чем на океанах. В целом в Северном (материковом) полушарии суммарная радиация больше, чем в Южном (океаническом).
• Часть суммарной радиации отражается от поверхности Земли. Отношение отражённой радиации к суммарной называется альбедо и выражается в процентах или в долях единицы. Величина альбедо характеризует отражательную способность поверхности и зависит главным образом от её цвета: у белого снега – 80 -90%, у тёмного чернозёма – 5 -10%. • Оставшаяся радиация поглощается верхним слоем почвы и воды (поглощённая радиация), что приводит к его нагреванию и последующему длинноволновому тепловому излучению. Часть тепла уходит через атмосферу в Космос (эффективное излучение), оставшаяся радиация называется радиационным балансом. Это около 30% от той, что пришла на верхнюю границу атмосферы.
Схема радиационного и теплового баланса земной поверхности (по К. Я. Кондратьеву) Формула радиационного баланса: B = Q*(1–A) – Rэф где В – радиационный баланс, Q – суммарная радиация, А – альбедо, Rэф – эффективное излучение (разница между излучением Земли и
Расход солнечной радиации, поступающей на поверхность Земли Из учебника для 6 -го класса «География. Землеведение» В. П. Дронов, Л. Е. Савельева Изд. «Дрофа» М. 2005
• Годовая сумма радиационного баланса на земной поверхности почти всюду положительна, за исключением ледяных плато Антарктиды и Гренландии, а величины её закономерно уменьшаются от экватора к полюсам в соответствии с главным фактором – суммарной радиацией. Но на всех широтах на океанах радиационный баланс больше, чем на суше из-за большей влажности воздуха (водяной пар – парниковый газ, поэтому меньше эффективное излучение). • Разница величин радиационного баланса между экватором и полюсами значительнее, чем разность величин суммарной радиации, так как приходится учитывать и расходную часть баланса.
Годовой радиационный баланс поверхности Земли http: //geoatlasmira. ru/
Радиационный баланс Во внетропических широтах летом баланс положительный: • больше высота Солнца, • продолжительнее световой день, • меньше альбедо поверхности), июль зимой баланс отрицательный: • поверхность отдаёт больше тепла, чем получает. Следствие – отрицательные температуры воздуха, особенно над сушей. январь
Температура воздуха Радиационный баланс июль январь
• Радиационный баланс ещё называют остаточной радиацией, так как это и есть оставшееся тепло, идущее на нагревание поверхности. • Радиационный баланс полностью расходуется на испарение (физическое и физиологическое), на таяние снега, в меньшей степени – на нагревание воздуха. Поэтому несмотря на положительный ежегодный радиационный баланс, перегрева нашей планеты не происходит.
• Земная поверхность, которая непосредственно нагревается солнечными лучами и отдаёт тепло нижележащим слоям и воздуху, называется деятельной поверхностью. • Её температура зависит главным образом от величины суммарной солнечной радиации, определяемой географической широтой места и временем года. Однако земная поверхность нагревается по-разному: физические особенности поверхности и тепловые свойства грунтов и водоёмов оказывают существенное влияние на отражение и поглощение солнечных лучей.
На нагревание почвогрунтов влияют: ü цвет, определяющий величину альбедо; ü влажность, от которой зависит затрата тепла на испарение; ü свойства почвы в частности способность удерживать влагу; ü экспозиция и крутизна склонов, изменяющие угол падения солнечных лучей; ü степень оголённости склона (склон, покрытый растительностью нагревается по-иному, чем лишённый её) и другие свойства.
Нагревание и охлаждение водоёмов протекает иначе, чем почвогрунтов: вода медленнее нагревается и медленно остывает. Это зависит от ряда причин: ü теплоёмкость* воды в 2 -3 раза больше теплоёмкости почвогрунтов; ü вода – подвижная среда и из-за перемешивания она прогревается до глубины 200 -300 м, на что затрачивается больше времени и энергии; ü над водой много тепла тратится на испарение. • Максимальная суточная температура воды наблюдается в 15 -16 часов, минимальная – спустя 2 -3 часа после восхода Солнца. • В годовом ходе максимум и минимум температур над водой запаздывают на месяц по сравнению с сушей, а амплитуда температур (как годовая, так и суточная) меньше, чем над сушей. * теплоёмкость – количество теплоты поглощаемое телом при нагревании на 1°С.
• На фактическое распределение температур воздуха в разные сезоны года большое влияние оказывает подстилающая поверхность: морские течения, перераспределяющие тепло в океане, ветры, высота места над уровнем моря, экспозиция горных склонов, снежный покров и т. д. • Районы, где температуры выше или ниже средних для данной широты называются термическими аномалиями. Например, в январе на широте Северного полярного круга над Норвежским морем температуры на 20 С выше (положительная аномалия), а над Оймяконским нагорьем – на 24 С ниже (отрицательная аномалия), чем среднеширотная на этой параллели. Летом над сушей обычны положительные температурные аномалии (над Сахарой, над Долиной Смерти на юго-западе США, над Мексиканским нагорьем – более +8 С), а над холодными океаническими течениями (Канарским, Калифорнийским и др. ) – отрицательные (до -6 С) на тех же широтах. • Почему возникают эти аномалии? • На высоких горах и равнинах наблюдаются отрицательные аномалии, так как там больше эффективное излучение (воздух прозрачный и разреженный) и действует циркуляция верхних слоёв тропосферы – холодный воздух движется над всей земной поверхностью.
• Воздух нагревается от земной поверхности благодаря молекулярной теплопроводности. В тропосфере в передаче тепла кроме теплопроводности принимают участие турбулентное перемешивание и конвекция, которые способствуют более быстрой передаче тепла из одних слоёв в другие. • В неподвижном воздухе температура с высотой уменьшается, так каждый его слой находится дальше от основного источника нагревания – земной поверхности.
• Изменение температуры на каждые сто метров высоты называется вертикальным температурным градиентом. В нижней тропосфере он равен в среднем 0, 6 С. Однако его значения весьма изменчивы в зависимости от степени нагрева поверхности, а значит от времени суток, сезона, состояния погоды, плотности воздуха, уменьшающейся с высотой, и пр. • Расстояние, на которое воздух должен подняться, чтобы его температура понизилась на 1 С (или другую единицу измерения температуры) называется температурной ступенью. • Уменьшение температуры воздуха с высотой – главная причина высотной поясности в горах (закономерной смены всех компонентов природы и природных комплексов от подножий до вершин).
• При вертикальном перемещении воздуха изменение его температуры происходит без теплообмена с окружающей средой, т. е. адиабатически. Это изменение связано с уменьшением с высотой атмосферного давления и поэтому плотности воздуха. • При поднятии воздух попадает в слои с меньшей плотностью и расширяется, на что затрачивается внутренняя энергия, и температура поднимающегося воздуха уменьшается (понижается). При опускании воздух сжимается (становится более плотным в нижележащих слоях, так как давление увеличивается), энергия высвобождается – температура растёт. • Таким образом, поднимающийся воздух адиабатически охлаждается, опускающийся – адиабатически нагревается.
• Имеет значение и степень насыщенности воздуха водяным паром. Температура ненасыщенного воздуха при поднятии падает на 1 С на каждые 100 м. Это сухоадиабатический градиент. • Выше уровня конденсации начинается переход воды из газообразного состояния в жидкое, выделяется теплота парообразования и воздух нагревается в среднем на 0, 5 С на 100 м, так что общее понижение температуры происходит на каждые 100 м не на 1 С, а всего на 0, 5 С увеличивается, воздух (влажноадиабатический градиент). • При опускании воздуха давление сжимается, температура повышается по сухоадиабатическому градиенту, т. е. на 1 С на 100 м.
• Восходящее движение воздуха возникает при тепловой конвекции, при поднятии по склонам, при движении тёплого воздуха по фронтальной поверхности, при сходимости потоков в циклонах. Адиабатическое охлаждение воздуха при этом – главная причина образования облаков. • Нисходящее движение воздуха при опускании по склонам, при расходимости потоков в антициклонах сопровождается его нагреванием, иссушением, ведёт к резкому уменьшению количества осадков (в том числе является одной из причин существования пустынь, а также безоблачной погоды в антициклонах). • Таким образом, восходящие и нисходящие движения воздуха вызывают изменения его свойств и поэтому играют важную роль в развитии различных процессов в тропосфере и в формировании климата.
• Повышение температуры с высотой называется температурной инверсией (лат. inversio – переворачивание или обратный ход), а слой воздуха, в котором температура с высотой повышается, – инверсионным. • Инверсии могут возникать на разной высоте и по различным причинам. • Приземные инверсии: ü радиационная инверсия возникает, если летней ночью в ясную погоду нижний слой воздуха охлаждается от быстро остывающей земной поверхности, а вышележащие ещё сохраняют дневное тепло; ü орографическая инверсия образуется, если плотный холодный воздух скатывается вниз по склонам котловин и застаивается в понижениях рельефа, а более теплый воздух оказывается выше; ü адвективная инверсия наблюдается, когда тёплый воздух приходит на холодную поверхность и охлаждается снизу (например при вторжении зимой тёплого воздуха с Атлантики на покрытую снегом Восточно-Европейскую равнину). • С приземными инверсиями связано образование туманов.
• Инверсии свободной атмосферы. Среди них важны фронтальные и антициклональные (инверсии сжатия). ТВ Тёплый воздух Инверсионный слой ХВ Холодная поверхность • Фронтальные инверсии образуются во фронтальных зонах при натекании тёплого воздуха на холодный или при подтекании холодного под тёплый. Они часто связаны с прохождением циклонов и обычны в умеренных широтах в течение всего года. • Фронтальная и адвективная инверсии близки по происхождению и различаются масштабами процесса. Адвективная – захватывает меньшие территории, инверсионный слой в ней располагается непосредственно над земной поверхностью.
• Инверсии сжатия (оседания) образуются в областях высокого давления (антициклонах), где происходит опускание и адиабатическое нагревание воздуха. На высоте 1 -2 км опускающийся воздух становится теплее нижележащих слоёв. Если ещё снизу идёт восходящий конвективный адиабатически охлаждающийся поток воздуха, возникает мощный слой инверсии, в котором температура с высотой резко повышается (разница температур на нижней и верхней его границе может достигать 10 С). Такие инверсии препятствуют развитию восходящей конвекции воздуха, достижению им уровня конденсации и образованию дождевых облаков и осадков, даже над океанами (в областях высокого давления тропических и субтропических широт). t°=10°C Слой инверсии t°=20°C t°=10°C t°=20°C
• Наличие инверсионного слоя – основная причина многих природных явлений, таких как например: ü ясной погоды при антициклонах; ü высокие летние и низкие зимние температуры и отсутствие осадков при антициклонах; ü засушливость климата в котловинах рельефа; ü высокая степень континентальности климата внутренних областей материков в умеренном поясе; ü сухое лето в областях средиземноморского климата; ü большие площади пустынь в тропических широтах; ü существование береговых пустынь на западных берегах материков в тропическом поясе; ü повышенную солёность вод центральной части океанов в тропических широтах.
• Важная характеристика температурного режима – амплитуда температур (разница между самыми высокими и самыми низкими температурами). • Над океанами летние температуры снижены (вода медленно нагревается, поверхностные воды перемешиваются с более холодными глубоких слоёв). • Зимние температуры наоборот повышены (вода медленно отдаёт тепло). • То же относится к разнице дневных и ночных температур. • В результате морские климаты характеризуются небольшими годовыми и суточными и температурными амплитудами.
• Поверхность суши быстро прогревается летом и сильно охлаждается зимой. • Над сушей происходит быстрое нагревание поверхности днём и быстрая отдача тепла ночью. • В результате для климатов континентов характерны большие суточные и годовые температурные амплитуды. • В умеренных и высоких широтах в климатах континентов по сравнению с морскими большая годовая амплитуда температур создаётся главным образом за счёт низких зимних температур, связанных с выхолаживанием поверхности. • В тропических широтах, наоборот, большая годовая амплитуда температур над сушей зависит от очень высоких летних температур. Это следствие не только большой солнечной инсоляции, но и малых затрат тепла на испарение из-за сухости почвогрунтов.
• • Посмотрите на физическую карту – в верховьях р. Индигирки лежит Оймяконское нагорье. Оно окружено горными хребтами (с востока хр. Черского, с запада – Верхоянским хр. ). Зимой холодный плотный воздух стекает вниз в котловины, увеличивая плотность и способствуя установлению здесь устойчивой области высокого давления и низких температур. Таким образом, у поверхности застаивается тяжёлый воздух, вытесняя наверх менее холодный и более лёгкий. Это приводит к инверсии – аномальному распределению температур по вертикали. Вот почему температуры января здесь ниже, чем на Северном полюсе. В районе посёлка Оймякон, расположенного в одной из котловин нагорья, отмечена самая низкая для Северного полушария температура -71 С. по Г. П. Пивоваровой «По страницам занимательной географии» , М. Просвещение 1989 г. с изменениями «Если на карте Сибири закрасить области с пасмурным морским климатом в серый цвет, а области с вечно ясным небом – в голубой, то окажется, что вся Внутренняя Якутия засветится как большой голубой глаз среди серого тумана. Словно облакам неоткуда и взяться… …Зимой сюда простирается великий сибирский антициклон, особенно устойчивый с ноября по март. Зима такая безветренная, что и при малой снежности ветви деревьев подолгу белеют от нестряхиваемого снега. Морозы уже с октября достигают минус 20 -30°С, в январе же нередко доходят и до минус 60°С, и даже средняя температура за месяц опускается до минус 43°С! Особенно холодно в низинах, где застаивается самый тяжёлый морозный воздух. При безветрии и сильные морозы переносятся не тяжело, но при минус 50°С уже трудно дышится. Низовые туманы в такие морозы затрудняют посадку самолетов. Краткость лета возмещают длинные солнечные дни и большая прозрачность воздуха. Внутренняя Якутия по приходу лучистой энергии летом соревнуется даже с Ташкентом – ведь тут нет пыльной вуали пустынь» . Ю. К. Ефремов. Природа моей страны. М. : Мысль, 1985
• Заморозки – ночные и утренние понижения температуры почвы и приземного слоя воздуха ниже 0 С при среднесуточных положительных температурах. • Радиационные заморозки возникают при ясной безветренной погоде в результате ночного излучения почвы и выхолаживания приземных слоёв воздуха. Чаще бывают в низинах, куда дополнительно стекает тяжёлый холодный воздух со склонов. • Адвективные заморозки вызываются приходом холодного воздуха (с отрицательной температурой). Они захватывают большие площади и мало зависят от местных условий. • В умеренных широтах в конце весны часты вторжения арктического воздуха, холодного но с положительной температурой, близкой к 0 С. Ночью при ясной погоде в прозрачном воздухе происходит дополнительное выхолаживание почвы и воздуха и возникают заморозки, захватывающие большие площади.
• В умеренных широтах заморозки, как правило, характерны для переходных сезонов года, в субтропических – случаются зимой, а в субполярных обычны летом. • Наиболее вредны заморозки для огородных культур и цветущих садов в конце весны. При заморозках на почве образуется иней, который губителен для молодых растений, особенно если это явление происходит несколько ночей подряд. • Меры борьбы с заморозками направлены на повышение температуры почвы и воздуха разными способами. Разводят костры, которые повышают температуру воздуха, а их дым уменьшает эффективное излучение Применяют полив, при котором повышается влажность воздуха, уменьшается его прозрачность, а за счёт конденсации водяного пара выделяется скрытая теплота парообразования. Огородные грядки покрывают плёнкой и т. д. Очень важно предсказать наступление заморозков, чтобы вовремя принять меры для защиты от них.
«Майский мороз Все обещало ночью сильный мороз. В первом часу при луне я вышел в дубовую рощу, где много маленьких птиц и первых цветов. Так и зову этот уголок страной маленьких птиц и лиловых цветов, Вскоре на западе стала заниматься заря, и свет пошел на восток, как будто заря утренняя внизу, невидимо за чертой горизонта, взяла вечернюю и потянула к себе. Я шел очень скоро и так согревался, что не заметил даже, как сильный мороз схватил траву и первые цветы. Когда же прошел заутренний час и мороз вступил во всю силу, я взял один лиловый цветок и хотел отогреть его теплой рукой, но цветок был твердый и переломился в руке» . «Первый зазимок Ночь тихая, лунная, прихватил мороз, и на первом рассвете выпал зазимок. По голым деревьям бегали белки. Вдали как будто токовал тетерев; я уже хотел было его скрадывать, как вдруг разобрал: не тетерев это токовал, а по ветру с далекого шоссе так доносился ко мне тележный кат. День пестрый, то ярко солнце осветит, то снег летит. В десятом часу утра на болотах еще оставался тонкий слой льда, на пнях самые белые скатерти и на белом красные листики осины лежат, как кровавые блюдца. Поднялся гаршнеп в болоте и скрылся в метели. Гуси пасутся. В полумраке стою неподвижно лицом к вечерней заре. Были слышны крики, пролетающих гусей, мелькнула стайка чирков и еще каких-то больших уток. Каждый раз явление птиц так волновало меня, что я бросал свою мысль и потом с трудом опять находил ее. Эта мысль была о том, что вот как отлично это придумано – устроить нам жизнь каждому из нас так, чтобы не очень долго жилось и нельзя никак успеть все захватить самому, все без остатка, отчего каждому из нас и представляется мир бесконечным в своем разнообразии» . М. Пришвин. Весна света. Молодая гвардия. М. : 1955
Скачать презентацию Атмосфера воздушная оболочка Земли связанная с ней
Атмосфера состав, строение, нагревание 11.ppt