Распределение температур на Земле

Если бы земная поверхность была однородная, распределение тепла по поверхности определялось бы только поступлением солнечной радиации и температура воздуха постепенно бы убывала от экватора к полюсам, изотермы (на карте – линии с одинаковой температурой) проходили бы по параллелям. Температуры, зависящие только от поступления солнечной радиации, называются солярными. Реальные температуры существенно отличаются от солярных. Среднегодовая температура воздуха на Земле в целом равна +14^оС. Самым холодным месяцем в северном полушарии является январь, он же самый теплый в южном полушарии. В южном полушарии январские изотермы имеют в этот месяц самые высокие температуры. В Австралии был зарегистрирован абсолютный максимум южного полушария (+51^оС). В северном полушарии изотермы января над Евразией принимают субмеридианное направление, т.к. зимой сказывается теплое влияние Атлантики. Наиболее низкие температуры января в северном полушарии, в Гренландии (до –65^оС) и Северо-Восточной Сибири (до –71^оС), при среднемесячных –35^о –45^оС.

Июль – наиболее теплый месяц в северном полушарии и самый холодный в южном. В июле на Земном шаре изотермы идут в субширотном направлении. Самые высокие температуры на материках, в северной Африке (+58^оС) и Северной Америке (+57^оС). (Абсолютный максимум планеты). Самые низкие температуры в июле отмечались в Антарктиде (-89^оС), (Абсолютный минимум на Земле).

В целом, северное полушарие теплее южного, т.к. в южном полушарии значительное количество тепла расходуется на испарение + ледяной панцирь Антарктиды.

Термический экватор смещен к северу (приблизительно 10^ос.ш.).

На Земном шаре выделяют 7 тепловых поясов. Границами тепловых поясов являются изотермы. Жаркий пояс расположен между годовыми изотермами +20^о северного и южного полушарий. Он совпадает с ареалом дикорастущих пальм и кораллов. Два умеренных пояса ограничены изотермами +20^о среднегодовой и +10^о самого теплого месяца года; изотерма самого теплого месяца года +10^о совпадает с границей леса. Два холодных пояса находятся между изотермами +10^о и 0^о самого теплого месяца; изотерма 0^о является северной границей тундры. Два пояса мороза находятся к полюсам от изотермы 0^о, это царство снегов и льдов.

Тепловые (температурные) пояса являются основой для выделения климатических поясов.

Вода в атмосфере

В атмосферном воздухе всегда присутствуют водяные пары. Вода попадает в атмосферу в основном в результате испарения с поверхности нашей планеты (океаны, моря, озера, реки, почва, листья растений и т.д.). В атмосфере влага конденсируется, переносится воздушными течениями и выпадает снова на земную поверхность. Так постоянно совершается круговорот воды на планете.

Влажность воздуха – это содержание водяного пара в нем. Влажность воздуха характеризуется следующими гигрометрическими характеристиками:

Абсолютная влажность воздуха «а» – это количество водяного пара, содержащееся в единице объема воздуха (измеряется в г/м³). Абсолютная влажность близка к упругости водяного пара.

Упругость водяного пара (парциальное давление) «е» – давление, которое имел бы водяной пар, находящийся в газовой смеси (воздухе), если бы он один занимал объем, равный объему смеси при той же температуре (мм или мб).

Максимальная влажность воздуха «Е» – это наибольшее количество водяного пара, которое может содержаться в единице объема при данной температуре (мм, мб). Максимальную влажность можно еще определить как давление насыщенного водяного пара или «max.e».

Чем выше температура воздуха, тем больше может он содержать водяных паров. При низкой температуре воздух может содержать очень малое количество водяных паров, поэтому понижение температуры вызывает конденсацию.

Относительная влажность воздуха «f» – отношение абсолютной влажности воздуха к максимальной, выраженное в процентах.

а е

f = --- или, т.к. а » е, то f = ---,

Е Е

т.е. относительная влажность – это отношение парциального давления к давлению насыщенного пара. Например, f = 60%, это значит, что воздух на 60% насыщен водяным паром и до полного насыщения нужно еще 40%.

Точка росы «t_d» – это температура, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе при данном атмосферном давлении, становится насыщенным. Иными словами, это температура, при которой относительная влажность достигает 100%, при этом е = Е (измеряется в ^оС).

Дефицит насыщения «d» – разность между давлением насыщенного водяного пара и его парциальным давлением: d = Е – е (мм, мбар).

Абсолютная и относительная влажность воздуха меняются в течение суток и в течение года. Суточный и годовой ход относительной влажности воздуха оказывается обратным ходу температуры. Максимум относительной влажности воздуха наступает перед восходом Солнца, а минимум – в 15-16 часов. В течение года максимальная относительная влажность приходится на самый холодный месяц, минимальная – на самый теплый. Исключение составляют области с муссонным климатом.

Суточный и годовой ход абсолютной влажности примерно соответствует ходу температуры. Летом и днем абсолютная влажность наибольшая, зимой и ночью – наименьшая.

Содержание влаги в воздухе по направлению от экватора к полюсам в общем убывает. Максимальная абсолютная влажность зафиксирована над Красным морем и над Бенгальским заливом, минимальная – над Антарктидой. Наибольшая среднегодовая величина относительной влажности (90%) в устье р. Амазонки, наименьшая (28%) – в долине р.Нила.

Испарение и испаряемость. Процесс испарения состоит в том, что молекулы воды, обладающие наибольшими скоростями, отрываются от водной или другой испаряющей поверхности. Это так называемое физическое испарение. Водяной пар поступает в атмосферу еще и посредством транспирации. Испарение зависит от температуры и от скорости ветра. Чем выше температура и чем больше скорость ветра, тем быстрее идет испарение. При насыщении воздуха водяным паром процесс испарения прекращается. Процесс испарения требует затрат тепла, при этом температура испаряющей поверхности понижается.

Испарение с океана больше, чем испарение с суши. Испарение на Земле в общем уменьшается от экватора к полюсам в соответствии с понижением температуры.

Испарение следует отличать от испаряемости. Испаряемость – это максимально возможное испарение в данной местности при данных условиях. Испаряемость характеризует максимальное испарение, которое наблюдалось бы в данной местности независимо от фактического запаса влаги (т.е. с водной поверхности).

Конденсация и сублимация водяного пара. Конденсация – это переход водяного пара в жидкое состояние. Сублимация – переход водяного пара в твердое состояние, минуя жидкое состояние.

Конденсация и сублимация могут происходить в воздухе, на ядрах конденсации; на земной поверхности, растительном покрове, различных предметах.

Конденсация водяного пара на предметах начинается всегда, когда температура какой либо поверхности достигает точки росы. Конденсация водяного пара в атмосфере начинается при понижении температуры воздуха до точки росы и при наличии в воздухе ядер конденсации.

Воздух, соприкасающийся с холодной почвой и наземными предметами, может охлаждаться до точки росы. В зависимости от условий охлаждения образуются: роса, иней, изморозь, гололед. Роса – жидкий осадок в виде капелек воды, образующийся обычно ночью (может быть и вечером) в результате излучения тепла, когда земная поверхность охлаждается ниже точки росы. Иней – твердый белый осадок, образующийся при условиях, аналогичных условиям образования росы, но при температуре ниже 0^оС. Образование инея идет путем сублимации. Наиболее благоприятные условия для образования росы и инея – ясные ночи и слабый ветер. В умеренных широтах роса дает за ночь 0,1-0,3 мм, а за год от 10 до 50 мм влаги. В береговых тропических пустынях типа Атакама, Намиб роса является фактически единственным источником увлажнения (т.к. обычные осадки там почти не выпадают).

Изморозь – белый рыхлый осадок, образующийся путем сублимации из тумана и непосредственно из воздуха при температуре значительно ниже 0^оС. В метеорологии различают изморозь зернистую и кристаллическую. Гололед – слой прозрачного или мутного льда, образующийся на предметах. Образование этого льда связано с выпадением переохлажденного дождя или мороси или соприкосновением тумана с поверхностью, имеющей температуру ниже 0^оС. Обычно гололед образуется при температуре от 0^о до –5^оС. Существует еще понятие гололедица (ожеледь), которое подразумевает лед, образующийся после оттепелей на земной поверхности или на вертикальной поверхности (стены, стволы).

Туман и дымка. Туман и дымка образуются при конденсации (или сублимации) водяного пара в приземном слое тропосферы. Туманом называют совокупность взвешенных в воздухе капель воды или кристаллов льда, ухудшающих дальность видимости до значений менее 1 км. При видимости от 1 до 10 км туман называют дымкой. У дымки капельки воды меньше, чем у тумана. Туман обычно образуется при f = 100%, но может быть и при f < 100%, если в воздухе есть ядра конденсации (частицы сажи, дыма и т.п.) или при сильном морозе (ледовые кристаллы).

Выделяют несколько типов туманов:

1. Радиационные туманы – при радиационном охлаждении поверхности и нижнего слоя воздуха. Радиационным туманам благоприятствует ясная, со слабым ветром погода и большая относительная влажность. Летом радиационные туманы образуются вечером, ночью и под утро, над низкими и сырыми местами; мощность их до 2 м. Зимой они могут быть в любое время суток, достигают высоты в несколько сот метров и могут сохраняться по нескольку дней.

2. Адвективные туманы – при перемещении теплого воздуха на холодную поверхность. Эти туманы охватывают большие площади и распространяются на значительную высоту. Образуются они в любое время суток и при любом ветре.

3. Туманы склонов – при движении воздуха по склону холма или горы. При интенсивном подъеме образуется уже не туман, а кучевые облака.

4. Туманы испарения – над водной поверхностью, когда ее температура выше, чем температура воздуха над ней. Наблюдаются осенью и зимой над незамерзающими водоемами.

5. Туманы смешения – при смешении двух масс воздуха с различной температурой и большой относительной влажностью. Чаще бывают на берегах больших водоемов – морей, озер.

6. Туманы, вызванные деятельностью человека – при скоплении промышленных отходов в воздухе. Они образуются при наличии ядер конденсации, даже при f=75%; бывают чаще зимой, но могут быть и летом. Разновидностью таких туманов является смог – сильное загрязнение воздуха, густой туман с примесью дыма, газовых отходов и аэрозолей. Смог наблюдается при слабом ветре или штиле.

Облака. Облаком называется видимое скопление водяного пара на некоторой высоте. В отличие от тумана облака образуются при конденсации (или сублимации) водяного пара на некоторой высоте в тропосфере. От тумана облака отличаются еще физическим строением и разнообразием форм.

Важной характеристикой облака является его водность. Водностью называют количество воды, содержащейся в 1 м³ облака.

Возникновение облаков связано, главным образом, с адиабатическим охлаждением поднимающегося воздуха. Поднимаясь и при этом постепенно охлаждаясь, воздух достигает уровня конденсации, т.е. границы, на которой температура воздуха становится равной точке росы. Таким образом, нижняя граница облаков практически совпадает с уровнем конденсации, а верхняя граница – с уровнем конвекции – границей распространения восходящих токов воздуха.

В зависимости от синоптических условий образования все облака разделяются на три класса.

1. Кучевообразные – сильно развитые по вертикали облака, но имеющие сравнительно небольшую горизонтальную протяженность. Образуются они в результате интенсивных восходящих конвективных движений воздуха (внутримассовые облака). Вследствие конвективных движений в атмосфере образуются кучевые (С_u) и кучево-дождевые (С_в) облака. Конкретная форма и размеры этих облаков зависят от интенсивности конвекции, которая в конечном итоге определяется степенью неустойчивости атмосферы. Чем интенсивнее протекает процесс конвекции, тем вероятнее переход кучевых облаков в кучево-дождевые.

Кучевообразные облака (С_u, и С_в) в средних широтах наблюдаются только в теплый период года, а в низких – в течение всего года. Как правило, кучевые облака появляются к полудню, а к вечеру исчезают. Их высота зависит от времени суток: в первой половине дня они ниже, чем после полудня. Над морями кучевые и кучево-дождевые облака могут образовываться как днем, так и ночью при вторжении холодного воздуха на сравнительно теплую поверхность воды.

2. Волнистообразные – слой облаков, имеющих большую горизонтальную протяженность и вид «барашков», валов или гряд. Образуются они в результате волновых движений в атмосфере, которые чаще всего связаны с границами температурных инверсий. Воздух, поднимающийся в гребнях волн, адиабатически охлаждается, и в нем может начаться конденсация водяного пара. Между гребнями волн воздух опускается и имеющийся в нем пар удаляется от состояния насыщения. Таким образом, в гребнях волн образуются облака, а между ними – просветы голубого неба.

В зависимости от высоты образуются перисто-кучевые (С_с), высоко-кучевые (А_с) и слоисто-кучевые (Sс) облака.

3. Слоистообразные – слой облаков в виде сплошной пелены, горизонтальная протяженность которых в сотни раз превосходит их вертикальные размеры. Образуются они в результате медленных, плавных восходящих движений воздуха, в частности, над фронтальными поверхностями (но могут быть и внутримассовыми). Это перистые (С_i), перисто-слоистые (С_s), высоко-слоистые (А_s), слоистые (S_t), слоисто-дождевые (N_s), разорвано-дождевые (F_n).

При встрече теплых и холодных воздушных масс в зоне их контакта развиваются фронтальные облака (облака восходящего скольжения). Если теплый воздух медленно натекает (поднимается) на клин холодного, то возникает характерная облачная система, простирающаяся вдоль фронта на тысячи километров и на сотни километров в ширину: С_i – С_s – A_s – N_s - F_n

Если теплый воздух выталкивается вверх подтекающим под него холодным воздухом, то образуется иная облачная система, развивающаяся по схеме: С_в – N_s – A_s – C_s – C_u.

Волнистообразные и слоистообразные облака могут наблюдаться в любое время года. Но особенно преобладающими обраками в средних широтах в холодное время года являются слоистообразные облака.

По составу облака делят на 3 группы: водяные (жидкокапельные), ледяные (кристаллические) и смешенные (из смеси переохлажденных капель воды и ледяных кристаллов).

По высоте облака делят на 4 семейства:

А: облака верхнего яруса, высота от 6 до 12 ( в тропиках до 18км);

Б: облака среднего яруса, высота от 2 до 6 км;

В: облака нижнего яруса, от 0 до 2 км;

Г: облака вертикального развития (их основание находится на высоте нижнего яруса, а вершины - на высоте среднего или верхнего ярусов).

Различают несколько форм облаков по внешнему виду: перистые /С_i/, перисто-кучевые /С_с/, перисто-слоистые /С_s/ - это облака верхнего яруса; высоко-кучевые /А_с/, высоко-слоистые /А_s/ - облака среднего яруса; слоисто-кучевые /S_c/, слоистые /S_t/, слоисто-дождевые /N_s/, разорванно-дождевые /F_n/ - облака нижнего яруса; кучевые /С_и/, кучево-дождевые /С_в/ - облака вертикального развития.

Облачность измеряют в баллах. Облачность – это степень покрытия неба облаками. 0 баллов – небо безоблачно (ясно). 10 баллов – сплошная облачность (пасмурно), 5 баллов – небо на ½ покрыто облаками и т.д.

В целом на Земле меньше облаков над сушей, чем над океаном. Среднегодовая облачность Земли составляет 5,4 балла; для суши – 4,9 балла, для океана – 5,8 балла.

Абсолютный максимум облачности наблюдается над северной Атлантикой и севером Тихого океана (в среднем за год около 9 баллов), абсолютный минимум облачности наблюдается над тропическими пустынями (0,2 балла) и над Антарктидой (0,1 балла). Самыми солнечными местами являются тропические широты на материках, где более 90% дней в году безоблачные.

Кроме обычных (тропосферных) облаков, существуют еще перламутровые (стратосферные) и серебристые (мезосферные) облака. Наблюдаются эти облака в сумерках, перед восходом и после захода Солнца, причем наиболее благоприятные условия видимости перламутровых и серебристых облаков летом на широтах 50^о-60^о.

Процесс облакообразования (особенно кучевых и кучево-дождевых облаков) связан с их электризацией и скоплением в них свободных зарядов. Особенно интенсивно электризация проявляется в мощных С_в вертикального развития с низкой температурой (ниже –25^оС) в верхней части облака. Между облаками и между облаком и землей происходят электрические разряды – молнии, сопровождаемые громом. Это явление называют грозой. Молнии различают по внешнему виду: линейные, плоские, шаровые и четочные молнии.

Чаще всего наблюдаются линейные молнии, их длина от 100 м в горных районах до 20-30 км на равнинах. Длительность около 0,2 сек. Возникновение грома обусловлено тем, что при электрическом заряде в канале молнии (диаметр его несколько сантиметров) происходит быстрый и очень сильный нагрев воздуха до 25-30 тысяч^о С. Воздух мгновенно расширяется и происходит процесс, аналогичный взрыву, сопровождаемый звуковыми волнами – громом.

Общее число гроз, происходящих на планете каждый день, составляет почти 1800, а за сутки на Земле бывает до 40 тысяч грозовых разрядов (в год – до 16 миллионов). Наибольшее количество гроз в экваториальных широтах: около половины всех дней в году бывает с грозой. Самыми грозовыми местами на Земле являются о. Ява (до 320 дней в году) и Центральная Африка (до 250 дней в году). В умеренных широтах 30-40 дней в году бывают с грозами, преимущественно в теплое время года. Над морем (океаном) гроз бывает меньше, но здесь они могут быть в любое время года, даже зимой.

Облака играют важную роль в географической оболочке. Они переносят влагу, дают осадки. Облачный покров отражает и рассеивает солнечную радиацию и в то же время задерживает тепловое излучение земной поверхности. Без облаков колебания температуры воздуха приобрели бы очень резкий характер.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: