давление теплого воздуха на земную поверхность чем холодного

Атмосферное давление. Ветер

Содержимое разработки

Взвешивание воздушного шарика пустого и накаченного воздухом и горки песка, как доказательство того, что воздух имеет вес.

Воздух имеет вес, значит он давит на все тела под ним:

это сила, с которой воздух давит на земную поверхность и все находящиеся на ней предметы.

1 м3 воздуха на уровне моря = 1 кг 300г

Нормальное атмосферное давление –

Барометр – анероид – прибор для измерения атмосферного давления.

Чем выше, тем воздух легче.

При подъёме на 10,5 метров – атмосферное давление понижается на 1 мм ртутного столба.

Атмосферное давление зависит от температуры воздуха

Тёплый воздух легче холодного,

давление тёплого воздуха на земную поверхность меньше, чем холодного

перемещение воздуха в горизонтальном направлении.

Вы уже знаете, что тёплый воздух более лёгкий, и он поднимается вверх, а более холодный воздух соседних областей перемещается на его место. Движение воздуха является причиной образования известного вам процесса – ветра.

Ветер характеризуют по следующим показателям: направление, скорость и сила.

по 12-балльной шкале.

Ураган – самый разрушительный ветер – имеет силу 12 баллов.

Скорость ветра – измеряется в м/с, км/ч

Самое ветреное место на Земле –

Направление ветра – это направление, откуда дует ветер (западные дуют с запада, восточные – с востока).

график, на котором показаны направления ветров, господствующих в данной местности.

Днём бриз дует с моря на сушу,

а ночью – с суши на море.

Муссоны – (от араб.маусим. –сезон) – ветры, меняющие своё направление два раза в год.

Фён – тёплый и сухой сильный, порывистый ветер, дующий с гор в долины.

Бора – сильный порывистый ветер, возникающий, когда холодный воздух перетекает через горный хребет и вытесняет находящийся по другую сторону тёплый и менее плотный воздух.

Зимой приносит сильное похолодание.

Ветры обычно делят на три группы:

Источник

Давление теплого воздуха на земную поверхность чем холодного

Подробное решение параграф § 22 по географии для учащихся 8 класса, авторов А. И. Алексеев, В. В. Николина, Е. К. Липкина 2016

1. Выберите верные ответы. Над территорией России преобладают: а) арктические воздушные массы; б) воздух умеренных широт; в) экваториальные воздушные массы.

2. Дайте определение атмосферного фронта. Какие бывают атмосферные фронты?

Атмосферный фронт – переходная зона в тропосфере между смежными воздушными массами с разными физическими свойствами (в первую очередь температурой). Фронты могут быть: теплыми, холодными и окклюзии (смешанный).

3. Выберите верные ответы. Тёплый атмосферный фронт приносит: а) ливни, грозы; б) затяжные дожди; в) временное потепление; г) быстрое похолодание; д) ясную погоду.

4. Что такое циклон? Что такое антициклон? Что у них общего?

5. Установите соответствие. 1. Циклон. А. Крупный атмосферный вихрь с высоким давлением в центре. 2. Антициклон. Б. Пасмурная погода. В. Малооблачная, тёплая погода летом, морозная — зимой. Г. Крупный атмосферный вихрь с низким давлением в центре.

6. Какая погода — циклональная или антициклональная — приводит к большему загрязнению воздуха? Почему?

Загрязнение атмосферного воздуха больше будет во время антициклона, т.к. в нем господствует высокое атмосферное давление, в котором воздух имеет нисходящее движение. Таким образом, выбросы из источников загрязнения будут опускаться вниз и образовывать смог, в то время как в циклоне сильный ветер и восходящие токи воздуха, будут поднимать вверх и уносить выбросы предприятий.

7. Какая погода — циклональная или антициклональная — установилась над территорией вашего населённого пункта в данный период? Почему вы так считаете?

8. Понаблюдайте, какая погода устанавливается в вашей местности при прохождении тёплых и холодных фронтов. Как часто погода меняется? С чем это связано?

Погода в регионе меняется часто, особенно в теплый период времени. Это связано с постоянным прохождением атмосферных фронтов, которые возникают из-за географического положения региона; Южный Урал находиться в зоне влияния западных атлантических циклонов, которые могут достигать Уральских гор, северных арктических воздушных масс и восточных сибирских антициклонов. При прохождении теплого фронта образуются перистые облака. Постепенно они превращаются в сплошную белую вуаль – в перисто-слоистые облака. В верхних слоях атмосферы уже движется теплый воздух. Падает давление. Чем ближе к нам линия атмосферного фронта, тем плотнее становятся облака. Солнце просвечивает тусклым пятном. Затем облака становятся ниже, Солнце скрывается совсем. Ветер усиливается и меняет свое направление по часовой стрелке (например, сначала был восточный, потом юго-восточный и даже юго-западный). Приблизительно за 300-400 км до фронта облака сгущаются. Начинается мелкий дождь или снег. Когда теплый фронт миновал, дождь или снег прекратился, тучи рассеиваются, наступает потепление – пришла более теплая воздушная масса. При прохождении холодного фронта теплый воздух отступает, а холодный рассеивается вслед за ним. Его приход всегда вызывает похолодание. Но при движении не все слои воздуха имеют одинаковую скорость. Самый нижний слой в результате трения о земную поверхность немного задерживается, а более высокие слои вытягиваются вперед. Таким образом, холодный воздух обрушивается на теплый в виде вала. Теплый воздух быстро вытесняется вверх, и создаются мощные нагромождения кучевых и кучево-дождевых облаков. Облака холодного фронта несут ливни, грозы, сопровождающиеся сильным порывистым ветром. Они могут достигать очень большой высоты, но в горизонтальном направлении простираются всего на 20-30 км. А так как холодный фронт движется обычно быстро, бурная погода продолжается недолго – от 15-20 мин до 2-3 ч. В результате взаимодействия холодного воздуха с теплой подстилающей поверхностью образуются отдельные кучевые облака с просветами. Затем наступает прояснение.

Источник

Атмосферное давление. География

С помощью барометра было установлено, что средняя высота ртутного столба в барометре на уровне моря составляет 760 мм. Это давление стали называть нормальным атмосферным давлением. А любое другое — «ненормальное»: повышенное или пониженное.

Теперь можно поговорить о второй закономерности.

От чего ещё зависит атмосферное давление? Вспомните, почему воздушный шар поднимается вверх? Правильно, потому что он наполнен горячим воздухом (рис. 118). А если мы не будем его нагревать, что произойдёт? Воздух внутри шара остынет, и шар опустится вниз. И тут самое главное, чтобы он опускался не слишком быстро.

Тёплый воздух легче холодного. То есть вес воздуха зависит от температуры. Чем температура ниже, тем вес воздуха больше. Поэтому холодный воздух давит на земную поверхность сильнее, чем тёплый.

1. Атмосферное давление — это давление, оказываемое земной атмосферой на единицу площади.

2. Атмосферное давление зависит от высоты над уровнем моря. Чем выше мы поднимаемся, тем ниже давление.

3. Атмосферное давление зависит и от температуры воздуха. Холодный воздух тяжелее тёплого, поэтому его давление на земную поверхность — больше.

4. Атмосферное давление измеряется барометром. Нормальное атмосферное давления составляет 760 мм рт. ст.

Атмосферное давление, эванджелиста торричелли, барометр

1. Сколько приблизительно весит кубический метр воздуха? 2. Что такое атмосферное давление? 3. Чему приблизительно равно атмосферное давление? 4. Какое атмосферное давление называют нормальным? 5. Почему с высотой атмосферное давление уменьшается?

А теперь более сложные вопросы

1. Чем же всё-таки объясняются различные результаты описанных в начале параграфа опытов с линейкой и листом бумаги? 2. Как связаны температура воздуха и атмосферное давление? 3. Санкт-Петербург расположен буквально на уровне моря, а Москва — на высоте почти 300 м над уровнем моря. Где при прочих равных условиях атмосферное давление должно быть больше, а где меньше?

1. Наименьшее атмосферное давление наблюдается на:

а) берегу моря;
б) низменности;
в) холме;
г) вершине горы.

2. От чего НЕ зависит атмосферное давление:

а) от температуры воздуха;
б) от высоты над уровнем моря;
в) от времени суток;
г) зависит от всего перечисленного.

3. На метеостанциях атмосферное давление определяют с помощью:

а) барометра;
б) термометра;
в) батометра;
г) гигрометра.

Источник

Глава 5. Атмосфера Земли. Климатообразующие факторы

Атмосфера (от греч. atmos — пар) — внешняя воздушная оболочка Земли, состоящая из смеси различных газов: азота (78,08 %), кислорода (20,95 %), аргона (0,93 %) и углекислого газа (0,03 %). В состав воздуха также входят в небольшом количестве инертные газы: гелий, неон, ксенон, криптон, водород, озон и другие, которые в общей сложности составляют около 0,01 %. Кроме того, в воздухе содержатся водяные пары и некоторое количество пыли.

Солнечное излучение, солнечная радиация — единственный источник энергии для экзогенных процессов на земной поверхности и в атмосфере. Строго говоря, излучением называется процесс теплоотдачи одним и поглощения другим телом невидимых тепловых (инфракрасных) лучей. Чем выше температура тела, тем интенсивнее оно излучает. Поверхность Земли получает тепло за счет солнечного излучения, а ночью она остывает, испуская тепловые лучи в атмосферу. Солнечная радиация обычно выражается в калориях за единицу времени на единицу поверхности. Всего Земля получает от Солнца 2,4 е 1018 калорий лучистой энергии в 1 минуту.

Суммарная радиация. Кроме прямых солнечных лучей (прямой радиации), к земной поверхности приходит и часть радиации, рассеянной в атмосфере. В районах, где часто бывает облачность, годовая величина рассеянной радиации больше величины прямой радиации. Приходящую на земную поверхность радиацию, прямую и рассеянную, называют суммарной радиацией. По поверхности планеты суммарная радиация распределяется не строго зонально: в разных местах под одной и той же широтой она бывает неодинакова.

Отраженная земной поверхностью радиация называется отраженной, а поглощенная земной поверхностью — поглощенной радиацией. Особенно сильно отражает радиацию снег (до 90 %), слабее — песок (35 %), трава (20 %), еще слабее — чернозем (4 %).Способность поверхности отражать солнечные лучи называется альбедо (рис. 21). Поглощенная радиация нагревает почву, растительный покров, верхние слои воды. На территории нашей страны годовая суммарная радиация изменяется от 60 ккал/см 2 на севере до 160 ккал/см 2 на юге.

Амплитуда суточных колебаний зависит от ряда факторов:

1) Характера подстилающей поверхности: над океанами и морями она равна всего 1—2°, а над степями и пустынями достигает 15-20°.
2) Рельефа местности: вследствие опускания в долину холодного воздуха со склонов.
3) Облачности. С увеличением облачности суточная амплитуда уменьшается.

Так атмосфера Земли имеет толшину около 1 тысячи километров, на каждого из нас давит столб воздуха весом 15 тонн. Почему же мы не ощущаем это давление? Объясняется это тем, что давление внутри организма человека равно атмосферному. Внутреннее и внешнее давления уравновешиваются.

Постоянные ветры Земли — пассаты и западные ветры — зависят от положения поясов атмосферного давления. Так как в экваториальном поясе преобладает низкое давление, а близ 30° с. ш. и ю. ш. — высокое, то у поверхности Земли в течение всего года ветры дуют от тридцатых широт к экватору. Это пассаты. Под влиянием вращения Земли вокруг своей оси пассаты отклоняются: в Северном полушарии вправо, на запад, и дуют с северо- востока на юго-запад, а в Южном полушарии — влево и направлены с юго-востока на северо-запад (рис. 22). От поясов высокого давления (25-30° с. ш. и ю. ш.) ветры дуют не только к экватору, но и в сторону полюсов, т. к. у 65° с. ш. и ю. ш. преобладает низкое давление. Однако вследствие вращения Земли они постепенно отклоняются к востоку и создают воздушный поток, перемещающийся с запада на восток. Поэтому в умеренных широтах преобладают западные ветры.

Циклоны и антициклоны.

В тропосфере средних и высоких широт постоянно образуются области низкого и высокого атмосферного давления диаметром в несколько тысяч километров. Циклон (от греч. kyklon — кружащийся) — область низкого давления атмосферы; антициклон — область высокого давления атмосферы (рис. 23). В центре циклона самое низкое давление, в центре антициклона — самое высокое.

В каждом циклоне и антициклоне воздух движется в виде огромного вихря. В Северном полушарии это вращение воздуха в циклонах происходит против часовой стрелки, а в антициклонах — по часовой стрелке. Скорости ветра в циклонах могут быть весьма значительными. В антициклонах ветры слабее, во внутренних их частях наблюдаются даже штили (безветрие).

В атмосферном воздухе всегда находится некоторое количество водяного пара. До 86 % пара поступает в атмосферу с поверхности морей и океанов. Количество водяного пара, которое может содержаться в воздухе, зависит от температуры воздуха.

Таким образом, по происхождению различают осадки (рис. 24):

— конвективные — характерны для жаркого пояса, где интенсивен нагрев и испарение, но нередко бывают и в умеренном поясе;
— фронтальные — образуются при встрече двух воздушных масс с разными температурами и выпадают из более теплого воздуха. Характерны для умеренных и холодных поясов;
— орографические — выпадают на наветренных склонах гор. Они очень обильны, если воздух идет со стороны теплого моря и обладает высокой абсолютной и относительной влажностью.

Формирование различных типов климата происходит под влиянием многих факторов. Все их разнообразие можно свести к трем группам: 1) количество солнечного тепла, поступающего на земную поверхность (географическая широта); 2) циркуляция атмосферы; 3) характер подстилающей поверхности и рельеф.

Зависимость климата от географической широты.

Распределение солнечного света и тепла на Земле неравномерно. Больше всего тепла получают территории по обе стороны от экватора. Это экваториальный, субэкваториальный, тропический и субтропический пояса.

1. Из каких слоев состоит атмосфера планеты Земля?
2. Каков процентный состав воздуха, которым мы дышим?
3. Как называется слой атмосферы, поглощающий ультрафиолетовую часть солнечной радиации?
4. Почему с увеличением высоты температура воздуха понижается?
5. Как изменяется атмосферное давление по мере увеличения высоты?
6. Чем объясняется смещение воздушных масс зимой — к югу, а летом — к северу?
7. Опишите механизм образования постоянных ветров Земли.
8. Как называется атмосферный вихрь, в котором воздух в Северном полушарии движется против часовой стрелки?
9. В каком направлении по вертикали движется воздух в циклоне: вверх или вниз? Как распространяется дым, выходящий из труб, при циклональных условиях погоды?
10. Что такое атмосферный фронт?
11. Что входит в понятие «циркуляция атмосферы»?
12. Где зарегистрирована самая низкая температура у земной поверхности?
13. Что будет происходить со столбиком барометра, если подниматься с ним от берега моря в гору?
14. Какой воздух может содержать больше влаги: теплый или холодный?
15. Чем отличается относительная влажность от абсолютной?
16. Перечислите виды атмосферных осадков. Как образуются осадки?
17. Как называются ветры, связанные с сезонными различиями в температуре и давлении между материками и океанами?
18. Назовите климатообразующие факторы.
19. В каком из перечисленных городов наблюдаются самые холодные зимы: Москва, Белгород, Мурманск, Улан-Батор?
20. Чем объясняется обилие осадков на восточных склонах Большого Водораздельного хребта в Австралии?

Источник

Атмосфера. Состав, строение, циркуляция. Распределение тепла и влаги на Земле. Погода и климат

Атмосфера — воздушная оболочка, окружающая земной шар, связанная с ним силой тяжести и принимающая участие в его суточном и годовом вращении.

Атмосферный воздух состоит из механической смеси газов, водяного пара и примесей. Состав воздуха до высоты 100 км — 78,09% азота, 20,95% кислорода, 0,93% аргона, 0,03% углекислого газа, и всего лишь 0,01% приходится на долю всех остальных газов: водорода, гелия, водяного пара, озона. Газы, составляющие воздух, все время перемешиваются. Процентное соотношение количества газов довольно постоянно. Однако содержание углекислого газа изменяется. Сжигание нефти, газа, угля, уменьшение количества лесов приводит к увеличению содержания углекислого газа в атмосфере. Это вносит свой вклад в повышение температуры воздуха на Земле, т. к. углекислый газ пропускает солнечную энергию к Земле, а тепловое излучение Земли задерживает. Таким образом, углекислый газ является своеобразным «утеплителем» Земли.

Озона в атмосфере мало. На высоте 25 — 35 км наблюдается концентрация этого газа, так называемый озоновый экран (слой озона). Озоновый экран выполняет важнейшую функцию защиты — задерживает ультрафиолетовое излучение Солнца, губительное для всего живого на Земле.

Атмосферная вода находится в воздухе в виде водяного пара или взвешенных продуктов конденсации (капель, ледяных кристаллов).

Атмосферные примеси (аэрозоли) — жидкие и твёрдые частички, находящиеся преимущественно в нижних слоях атмосферы: пыль, вулканический пепел, сажа, кристаллики льда и морской соли и т. п. Количество атмосферных примесей в воздухе увеличивается во время сильных лесных пожаров, пыльных бурь, извержений вулканов. Подстилающая поверхность также влияет на количество и качество находящихся в воздухе атмосферных примесей. Так, над пустынями много пыли, над городами много мелких твёрдых частиц, сажи.

Наличие примесей в воздухе связано с содержанием в нём водяного пара, т. к. пыль, кристаллики льда и другие частички служат ядрами, вокруг которых конденсируется водяной пар. Как и углекислый газ, водяной пар атмосферы служит «утеплителем» Земли: он задерживает излучение с земной поверхности.

Масса атмосферы составляет одну миллионную долю массы земного шара.

Строение атмосферы. Атмосфера имеет слоистое строение. Слои атмосферы выделяются на основе изменения температуры воздуха с высотой и по другим физическим свойствам (таблица 1).

Таблица 1. Строение атмосферы

Сфера атмосферы

Высота нижней и верхней границ

Изменение температуры в зависимости от высоты

Выше 800 км (условно считают, что атмосфера простирается до высоты 3000 км)

Тропосфера — нижняя оболочка атмосферы, содержащая 80% воздуха и почти весь водяной пар. Толщина тропосферы неодинакова. У тропических широт — 16-18 км, в умеренных широтах — 10-12 км, а в полярных — 8-10 км. Везде в тропосфере температура воздуха понижается на 0,6 °С на каждые 100 м подъема (или 6 °С на 1 км). Для тропосферы характерны вертикальные (конвекция) и горизонтальные (ветер) перемещения воздуха. В тропосфере формируются все типы воздушных масс, возникают циклоны и антициклоны, образуются облака, осадки, туманы. Погода формируется в основном в тропосфере. Поэтому изучение тропосферы имеет особое значение. Нижний слой тропосферы, который называется приземным слоем, отличается большой запыленностью и содержанием летучих микроорганизмов.

Стратосфера — слой атмосферы между тропосферой и мезосферой. Газовый состав воздуха сходен с тропосферой, однако содержит гораздо меньше водяного пара и больше озона. На высоте от 25 до 35 км наблюдается наибольшая концентрация этого газа (озоновый экран). До высоты 25 км температура мало изменяется с высотой, а выше начинает расти. Температура изменяется в зависимости от широты и времени года. В стратосфере наблюдаются перламутровые облака, для неё характерны большие скорости ветра и струйные течения воздуха.

Для верхних слоев атмосферы характерны полярные сияния и магнитные бури. Экзосфера — внешняя сфера, из которой легкие атмосферные газы (например, водород, гелий) могут истекать в космическое пространство. Резкой верхней границы атмосфера не имеет и постепенно переходит в космическое пространство.

Наличие атмосферы имеет большое значение для Земли. Она препятствует чрезмерному нагреванию земной поверхности днем и охлаждению ночью; защищает Землю от ультрафиолетового излучения Солнца. В плотных слоях атмосферы сгорает значительная часть метеоритов.

Взаимодействуя со всеми оболочками Земли, атмосфера участвует в перераспределении влаги и тепла на планете. Она является условием существования органической жизни.

Солнечная радиация и температура воздуха. Воздух нагревается и охлаждается от земной поверхности, которая, в свою очередь, нагревается Солнцем. Вся совокупность солнечного излучения называется солнечной радиацией. Основная часть солнечной радиации рассеивается в Мировом пространстве, на Землю поступает лишь одна двухмиллиардная часть солнечной радиации. Радиация бывает прямой и рассеянной. Солнечная радиация, которая доходит до поверхности Земли в виде прямых солнечных лучей, исходящих от солнечного диска в ясный день, называется прямой радиацией. Солнечная радиация, претерпевшая рассеяние в атмосфере и поступающая к поверхности Земли от всего небесного свода, называется рассеянной радиацией. Рассеянная солнечная радиация играет существенную роль в энергетическом балансе Земли, являясь в пасмурную погоду, особенно в высоких широтах, единственным источником энергии в приземных слоях атмосферы. Совокупность прямой и рассеянной радиации, поступающей на горизонтальную поверхность, называют суммарной радиацией.

Количество радиации зависит от продолжительности освещения поверхности солнечными лучами и угла их падения. Чем меньше угол падения солнечных лучей, тем меньше солнечной радиации получает поверхность и, следовательно, меньше нагревается воздух над ней.

Таким образом, количество солнечной радиации уменьшается при движении от экватора к полюсам, т. к. при этом уменьшается угол падения солнечных лучей и продолжительность освещения территории в зимнее время.

На количество солнечной радиации влияет также облачность и прозрачность атмосферы.

Наибольшая суммарная радиация существует в тропических пустынях. У полюсов в день солнцестояний (у Северного — 22 июня, у Южного — 22 декабря) при незаходящем Солнце суммарная солнечная радиация больше, чем на экваторе. Но из-за того, что белая поверхность снега и льда отражает до 90% солнечных лучей, количество тепла незначительное, и поверхность земли не нагревается.

Суммарная солнечная радиация, поступающая к поверхности Земли, частично отражается ею. Радиация, отраженная от поверхности земли, воды или облаков, на которую она падает, называется отраженной. Но всё же большая часть радиации поглощается земной поверхностью и превращается в тепло.

Поскольку воздух нагревается от поверхности земли, то его температура зависит не только от факторов, перечисленных выше, но и от высоты над уровнем океана: чем выше расположена местность, тем температура ниже (понижается на 6 °С с каждым километром в тропосфере).

Влияет на температуру и распределение суши и воды, которые нагреваются неодинаково. Суша быстро нагревается и быстро остывает, вода нагревается медленно, но дольше сохраняет тепло. Таким образом, воздух над сушей днем теплее, чем над водой, а ночью холоднее. Это влияние сказывается не только в суточных, но и в сезонных особенностях изменения температуры воздуха. Так, на прибрежных территориях при других одинаковых условиях лето прохладнее, а зима теплее.

Температура воздуха — широко употребляемая и хорошо изученная характеристика погоды. Температуру воздуха измеряют 3-8 раз в сутки, определяя среднесуточную; по среднесуточным определяют среднемесячную, по среднемесячным — среднегодовую. На картах распределение температур изображают изотермами. Обычно используются показатели температур июля, января и годовые.

Атмосферное давление. Воздух, как и любое тело, имеет массу: 1 л воздуха на уровне моря имеет массу около 1,3 г. На каждый квадратный сантиметр земной поверхности атмосфера давит силой 1 кг. Это среднее давление воздуха над уровнем океана у широты 45° при температуре 0 °С отвечает весу ртутного столбика высотой 760 мм и сечением 1 см 2 (или 1013 мб.). Это давление принимают за нормальное давление. Атмосферное давление — сила, с которой атмосфера давит на все находящиеся в ней предметы и на земную поверхность. Давление определяется в каждой точке атмосферы массой вышележащего столба воздуха с основанием, равным единице. С увеличением высоты атмосферное давление уменьшается, т. к. чем выше расположена точка, тем меньше над ней высота воздушного столба. С поднятием вверх воздух разрежается и его давление уменьшается. В высоких горах давление значительно меньше, чем на уровне моря. Эту закономерность используют при определении абсолютной высоты местности по величине давления.

Барическая ступень — расстояние по вертикали, на котором атмосферное давление уменьшается на 1 мм рт. ст. В нижних слоях тропосферы до высоты 1 км давление уменьшается на 1 мм рт. ст. на каждые 10 м высоты. Чем выше, тем давление понижается медленнее.

В горизонтальном направлении у земной поверхности давление изменяется неравномерно, в зависимости от времени.

Барический градиент — показатель, характеризующий изменение атмосферного давления над земной поверхностью на единицу расстояния и по горизонтали.

Величина давления, кроме высоты местности над уровнем моря, зависит от температуры воздуха. Давление тёплого воздуха меньше, чем холодного, т. к. вследствие нагревания он расширяется, а при охлаждении — сжимается. С изменением температуры воздуха изменяется его давление. Поскольку изменение температуры воздуха на земном шаре зонально, зональность характерна и для распределения атмосферного давления на земной поверхности. Вдоль экватора протягивается пояс пониженного давления, на 30-40° широтах к северу и югу — пояса повышенного давления, на 60-70° широтах давление снова пониженное, а в полярных широтах — области повышенного давления. Распределение поясов повышенного и пониженного давления связано с особенностями нагревания и движения воздуха у поверхности Земли. В экваториальных широтах воздух в течение всего года хорошо нагревается, поднимается вверх и растекается в сторону тропических широт. Подходя к 30-40° широтам, воздух охлаждается и опускается вниз, создавая пояс повышенного давления. В полярных широтах холодный воздух создает области повышенного давления. Холодный воздух постоянно опускается вниз, а на его место приходит воздух из умеренных широт. Отток воздуха в полярные широты — причина того, что в умеренных широтах создается пояс пониженного давления.

Пояса давления существуют постоянно. Они лишь несколько смещаются к северу или югу в зависимости от времени года («вслед за Солнцем»). Исключение составляет пояс пониженного давления Северного полушария. Он существует только летом. Причем над Азией формируется огромная область пониженного давления с центром в тропических широтах — Азиатский минимум. Его формирование объясняется тем, что над огромным массивом суши воздух сильно прогревается. Зимой же суша, которая занимает значительные площади в этих широтах, сильно выхолаживается, давление над ней увеличивается, и над материками формируются области повышенного давления — Азиатский (Сибирский) и Северо-Американский (Канадский) зимние максимумы атмосферного давления. Таким образом, зимой пояс пониженного давления в умеренных широтах Северного полушария «разрывается». Он сохраняется только над океанами в виде замкнутых областей пониженного давления — Алеутского и Исландского минимумов.

Влияние распределения суши и воды на закономерности изменения атмосферного давления выражается также в том, что в течение всего года барические максимумы существуют только над океанами: Азорский (Северо-Атлантический), Северо-Тихоокеанский, Южно-Атлантический, Южно-Тихоокеанский, Южно-Индийский.

Атмосферное давление непрерывно изменяется. Главная причина изменения давления — изменение температуры воздуха.

Давление атмосферы измеряется при помощи барометров. Барометр-анероид состоит из герметически замкнутой тонкостенной коробки, внутри которой воздух разрежен. При изменении давления стенки коробки вдавливаются или выпячиваются. Эти изменения передаются на стрелку, которая перемещается по шкале, градуированной в миллибарах или миллиметрах.

На картах распределение давления по Земле показывают изобарами. Чаще всего на картах указывают распределение изобар января и июля.

Распределение областей и поясов атмосферного давления существенно влияет на воздушные течения, погоду и климат.

Ветер — горизонтальное движение воздуха относительно земной поверхности. Он возникает в результате неравномерного распределения атмосферного давления и его движение направлено от областей с более высоким давлением к областям, где давление ниже. Вследствие непрерывного изменения давления во времени и пространстве скорость и направление ветра постоянно меняются. Направление ветра определяется той частью горизонта, откуда он дует (северный ветер дует с севера на юг). Скорость ветра измеряется в метрах в секунду. С высотой направление и сила ветра изменяются из-за убывания силы трения, а также в связи с изменением барических градиентов.

Итак, причина возникновения ветра — разница в давлении между различными территориями, а причина разности давления — разница в нагревании. На ветры действует отклоняющая сила вращения Земли.

Ветры разнообразны по происхождению, характеру, значению. Основными ветрами являются бризы, муссоны, пассаты.

Бриз — местный ветер (морских побережий, больших озер, водохранилищ и рек), который меняет своё направление дважды в сутки: днём он дует со стороны водоёма на сушу, а ночью — с суши на водоем. Бризы возникают оттого, что днем суша нагревается больше, чем вода, отчего более нагретый и легкий воздух над сушей поднимается вверх и на его место поступает более холодный воздух со стороны водоема. Ночью же над водоемом воздух теплее (т. к. медленнее остывает), поэтому он поднимается вверх, а на его место передвигаются массы воздуха с суши — более тяжелые, прохладные (рис. 12). Другими видами местных ветров являются фен, бора и др.

Пассаты — постоянные ветры в тропических областях Северного и Южного полушарий, дующие из поясов высокого давления (25-35° с. и ю. ш.) к экватору (в пояс пониженного давления). Под влиянием вращения Земли вокруг своей оси пассаты отклоняются от своего первоначального направления. В Северном полушарии они дуют с северо-востока на юго-запад, в Южном — с юго-востока на северо-запад. Пассаты характеризуются большой устойчивостью направления и скорости движения. Пассаты оказывают большое влияние на климат территорий, находящихся под их воздействием. Особенно это выражается в распределении осадков.

Муссоны — ветры, которые в зависимости от сезонов года меняют направление на противоположное или близкое к нему. В холодное время года дуют с материка на океан, а в тёплое — с океана на материк.

Муссоны образуются вследствие разницы в давлении воздуха, возникающей от неравномерного нагревания суши и моря. Зимой воздух над сушей холоднее, над океаном — теплее. Следовательно, давление выше над материком, ниже — над океаном. Поэтому зимой воздух перемещается с материка (области более высокого давления) на океан (над которым давление ниже). В тёплое время года — наоборот: муссоны дуют с океана на материк. Поэтому в областях распространения муссонов осадки выпадают, как правило, летом. Вследствие вращения Земли вокруг своей оси муссоны отклоняются в Северном полушарии вправо, а в Южном — влево от своего первоначального направления.

Муссоны являются важной составной частью общей циркуляции атмосферы. Различают внетропические и тропические (экваториальные) муссоны. В России внетропические муссоны действуют на территории Дальневосточного побережья. Тропические муссоны проявляются сильнее, они наиболее характерны для Южной и Юго-Восточной Азии, где в отдельные годы в течение влажного сезона выпадает несколько тысяч миллиметров осадков. Их формирование объясняется тем, что экваториальный пояс низкого давления несколько смещается к северу или югу в зависимости от времени года («вслед за Солнцем»). В июле он располагается на 15 — 20° с. ш. Поэтому юго-восточный пассат Южного полушария, устремляясь к этому поясу пониженного давления, пересекает экватор. Под воздействием отклоняющей силы вращения Земли (вокруг своей оси) в Северном полушарии он изменяет своё направление и становится юго-западным. Это и есть летний экваториальный муссон, который выносит морские воздушные массы экваториального воздуха до широты 20-28°. Встречая на своем пути горы Гималаи, влажный воздух оставляет на их южных склонах значительное количество осадков. На станции Черапунджа в Северной Индии средняя годовая сумма осадков превышает 10 000 мм в год, а в отдельные годы и больше.

От поясов высокого давления ветры дуют и в направлении к полюсам, но, отклоняясь на восток, они меняют своё направление на западное. Поэтому в умеренных широтах преобладают западные ветры, хотя они и не настолько постоянны, как пассаты.

Преобладающими ветрами полярных областей являются северо-восточные ветры в Северном полушарии и юго-восточные в Южном.

Циклоны и антициклоны. Вследствие неравномерного нагревания земной поверхности и отклоняющей силы вращения Земли образуются огромные (до нескольких тысяч километров в диаметре) атмосферные вихри — циклоны и антициклоны (рис. 13).

Рис. 13. Схема движения воздуха

Циклон — восходящий вихрь в атмосфере с замкнутой областью пониженного давления, в которой ветры дуют от периферии к центру (в Северном полушарии против часовой стрелки, в Южном — по часовой). Средняя скорость движения циклона 35 — 50 км/ч, а иногда до 100 км/ч. В циклоне воздух поднимается вверх, что влияет на погоду. С возникновением циклона погода достаточно резко изменяется: усиливаются ветры, быстро конденсируются водяные пары, порождая мощную облачность, выпадают осадки.

Антициклон — нисходящий атмосферный вихрь с замкнутой областью повышенного давления, в которой ветры дуют от центра к периферии (в Северном полушарии — по ходу часовой стрелки, в Южном — против). В антициклоне воздух опускается вниз, становясь более сухим при прогревании, т. к. заключенные в нём пары удаляются от насыщения. Это, как правило, исключает образование облаков в центральной части антициклона. Поэтому при антициклоне погода ясная, солнечная, без осадков. Зимой — морозная, летом — жаркая.

Водяной пар в атмосфере. В атмосфере всегда имеется некоторое количество влаги в виде водяного пара, испарившегося с поверхности океанов, озер, рек, почвы и т. д. Испарение зависит от температуры воздуха, ветра (даже слабый ветер увеличивает испарение раза в три, т. к. все время уносит насыщенный водяными парами воздух и приносит новые порции сухого), характера рельефа, растительного покрова, цвета почвы.

Различают испаряемость — количество воды, которое могло бы испариться при данных условиях в единицу времени, и испарение — действительно испарившееся количество воды.

В пустыне испаряемость велика, а испарение незначительно.

Насыщение воздуха. При каждой конкретной температуре воздух может принимать водяные пары до известного предела (до насыщения).

Чем выше температура, тем большее максимальное количество воды может содержать воздух. Если охлаждать ненасыщенный воздух, он постепенно будет приближаться к точке насыщения. Температура, при которой данный ненасыщенный воздух переходит к насыщению, называется точкой росы. Если насыщенный воздух охлаждать дальше, то в нём начнется сгущение избыточных водяных паров. Влага начнет конденсироваться, образуются облака, затем выпадают осадки.

Следовательно, для характеристики погоды необходимо знать относительную влажность воздуха — процентное соотношение количества водяных паров, содержащихся в воздухе, к тому количеству, которое он может содержать при насыщении. Абсолютная влажность — количество водяного пара в граммах, находящегося в данный момент в 1 м 3 воздуха.

Атмосферные осадки и их образование. Атмосферные осадки — вода в жидком или твёрдом состоянии, выпадающая с облаков. Облаками называются скопления взвешенных в атмосфере продуктов конденсации водяного пара — капелек воды или кристалликов льда. В зависимости от сочетания температуры и степени увлажнения образуются капельки или кристаллики разной формы и величины. Мелкие капельки плавают в воздухе, более крупные начинают падать в виде мороси (измороси) или мелкого дождя. При низких температурах образуются снежинки.

Схема образования осадков такова: воздух охлаждается (чаще при подъеме вверх), приближается к насыщению, водяные пары конденсируются, образуются осадки.

Количество осадков на территории зависит от:

Выпадение осадков неравномерно. Оно подчиняется закону зональности, т. е. изменяется от экватора к полюсам. В тропических и умеренных широтах количество осадков значительно изменяется при движении от побережий в глубь материков, что зависит от многих факторов (циркуляции атмосферы, наличия океанических течений, рельефа и т. п.).

Выпадение атмосферных осадков на большей территории земного шара происходит неравномерно в течение года. Возле экватора в течение года количество осадков изменяется незначительно, в субэкваторальных широтах выделяют сухой сезон (до 8 месяцев), связанный с действием тропических воздушных масс, и дождевой (до 4 месяцев) сезон, связанный с приходом экваториальных воздушных масс. При движении от экватора к тропикам продолжительность сухого сезона возрастает, а дождевого — уменьшается. В субтропических широтах преобладают зимние осадки (их приносят умеренные воздушные массы). В умеренных широтах осадки выпадают в течение всего года, но во внутренних частях материков большее количество осадков выпадает в тёплое время года. В полярных широтах также преобладают летние осадки.

Погода — физическое состояние нижнего слоя атмосферы в определённой местности в данный момент или за определенный отрезок времени.

Характеристики погоды — температура и влажность воздуха, атмосферное давление, облачность и осадки, ветер. Погода — чрезвычайно изменчивый элемент природных условий, подчиняющийся суточным и годовым ритмам. Суточный ритм обусловлен нагреванием земной поверхности солнечными лучами днем и ночным охлаждением. Годовой ритм определяется изменением угла падения солнечных лучей в течение года.

Погода имеет большое значение в хозяйственной деятельности человека. Изучение погоды ведется на метеорологических станциях с помощью разнообразных приборов. По сведениям, полученным на метеостанциях, составляют синоптические карты. Синоптическая карта — карта погоды, на которую наносят условными знаками фронты атмосферы и данные о погоде на определенный момент (давление воздуха, температура, направление и скорость ветра, облачность, положение тёплых и холодных фронтов, циклонов и антициклонов, характер осадков). Синоптические карты составляют несколько раз в сутки, сравнение их позволяет определить пути перемещения циклонов, антициклонов, атмосферных фронтов.

Атмосферный фронт — зона раздела различных по свойствам воздушных масс в тропосфере. Возникает при сближении и встрече масс холодного и тёплого воздуха. Его ширина достигает нескольких десятков километров при высоте в сотни метров и протяжении иногда в тысячи километров при небольшом уклоне к поверхности Земли. Атмосферный фронт, проходя по определённой территории, резко изменяет погоду. Среди атмосферных фронтов различают тёплый и холодный фронты (рис. 14)

Тёплый фронт образуется при активном движении тёплого воздуха в сторону холодного. Тогда тёплый воздух натекает на отступающий клин холодного и поднимается по плоскости раздела. При подъёме он охлаждается. Это приводит к конденсации водяного пара, возникновению перистых и слоисто-дождевых облаков и выпадению осадков. С приходом тёплого фронта атмосферное давление понижается, с ним, как правило, связано потепление и выпадение обложных, моросящих осадков.

Холодный фронт образуется при перемещении холодного воздуха в сторону тёплого. Холодный воздух, как более тяжелый, подтекает под тёплый и подталкивает его вверх. При этом возникают слоисто-кучевые дождевые облака, из которых выпадают осадки в виде ливней со шквалами и грозами. С прохождением холодного фронта связано похолодание, усиление ветра и увеличение прозрачности воздуха. Большое значение имеют прогнозы погоды. Прогнозы погоды делают на разное время. Обычно погоду предсказывают на 24 — 48 ч. Составление долгосрочных прогнозов погоды связано с большими трудностями.

Климат — характерный для данной местности многолетний режим погоды. Климат влияет на формирование почвы, растительности, животного мира; определяет режим рек, озер, болот, оказывает влияние на жизнь морей и океанов, формирование рельефа.

Распределение климата на Земле зонально. На земном шаре выделяют несколько климатических поясов.

Климатические пояса — широтные полосы земной поверхности, которые обладают однородным режимом температур воздуха, обусловленным «нормами» прихода солнечной радиации и формированием однотипных воздушных масс с особенностями их сезонной циркуляции (таблица 2). Воздушные массы — большие объёмы воздуха тропосферы, обладающие более или менее одинаковыми свойствами (температура, влажность, запыленность и т. п.). Свойства воздушных масс определяются территорией или акваторией, над которой они формируются.

Характеристики зональных воздушных масс:

экваториальные — тёплые и влажные;

тропические — тёплые, сухие;

умеренные — менее тёплые, более влажные, чем тропические, характерны сезонные различия;

арктические и антарктические — холодные и сухие.

Таблица 2. Климатические пояса и действующие в них воздушные массы

Климатический пояс

Действующие зональные воздушные массы

Источник