Распределение давления на Земле

Урок 13: Атмосфера

Воздушная оболочка Земли — наиболее динамичное звено географической оболочки, структура и функцио­нирование которого зависит как от зональных (геогра­фическая широта местности), так и от азональных (рельеф, распределение суши и океана, характер земной поверхности) факторов.

Важно представлять мощность этой оболочки, ее "вер­тикальное" и "горизонтальное" строение, физико-хими­ческий состав. Необходимо разбираться в причинах и особенностях глобальной атмосферной циркуляции, знать основные качественные и количественные харак­теристики метеоэлементов (температура, атмосферное давление, влажность) и метеоявлений (облачность, осад­ки, ветер, грозы и др.), а также их тесные взаимозави­симости (температура–давление, давление–осадки, температура–влажность и т.д.).

Нужно ориентироваться в терминологии (понятия «погода» и «климат», «воздушные массы», «атмосферные фронты», «климатический пояс», «ветер» и т.н.) и клас­сификациях (типы ветров, осадков, типы климата). Сле­дует разобраться в том, какая погода формируется в разных атмосферных ситуациях (антициклон, атмосфер­ные фронты и др.) и чем различаются климатические пояса, как соотносятся между собой пояса освещенности, тепловые, барические и климатические.

Состав земной атмосферы

Атмосфера — воздушная оболочка Земли, связанная с ней силой тяжести и принимающая участие во вращении планеты.

Условно за верхнюю границу атмосферы принимают высоту 1000-2000 км над поверхностью Земли, а более высокие слои считают земной короной. Нижняя граница находится в верхней части литосферы (первые километры).

Атмосферный воздух — смесь газов. В нем во взвешенном состоянии содержатся жидкие и твердые частицы. До высоты приблизительно 100 км воздух содержит 78% азота, 21% кислорода, 0,93% аргона, а также углекислый газ, озон и другие газы. Выше 100 км преобладают более легкие газы (атомарный кислород и азот, а с высоты 600 км начинает преобладать гелий).

Каждый газ воздуха выполняет в географической оболочке определенные функции.

· Кислород — химически очень активен. Без него невозможно дыхание, горение и окисление.

· Азот — химически инертен и играет в атмосфере роль разбавителя кислорода, регулируя темп окисления. Он входит также в состав белков и нуклеиновых кислот.

Концентрация азота и кислорода в атмосфере достаточно постоянна.

· Углекислый газ используется зелеными растениями для построения органического вещества. Кроме того, углекислый газ пропускает коротковолновую солнечную радиацию и задерживает тепловое излучение земной поверхности, обусловливая парниковый эффект, согревающий Землю. Содержание углекислого газа в атмосфере непостоянно. Так оно может возрастать в связи со сжиганием большого количества угля, нефти, природного газа.

· Озон обладает способностью поглощать губительное ультрафиолетовое излучение Солнца. Максимальной концентрации озон достигает на высотах 15-20 км в полярных широтах, 20-25 км в умеренных и 25-30 км в тропических широтах. Слой повышенной концентрации озона называют озоновым экраном. Концентрация озона в атмосфере испытывает сезонные колебания.

· Наиболее важной переменной составляющей земной атмосферы является водяной пар. Наибольшей концентрации водяной пар достигает в приземном слое (около 90% водяного пара заключено в нижнем пятикилометровом слое воздуха), а с удалением от поверхности его содержание быстро падает. В приземном слое его содержание также сильно изменчиво. Так в ледяных пустынях концентрация водяного пара достигает 0,2%, а во влажных экваториальных лесах до 3-4%. Водяной пар, наряду с углекислым газом, принимает участие в создании парникового эффекта, т.к. именно он задерживает основную часть теплового излучения земной поверхности.

Взвешенные твердые частицы воздуха называются аэрозоли. Это космическая, вулканическая и минеральная пыль, дым, пыльца растений, микроорганизмы, частицы морской соли и т.д. Твердые частицы выполняют в атмосфере роль ядер конденсации и сублимации, их обилие ускоряет образование туманов и облаков. Аэрозоли уменьшают прозрачность атмосферы, ослабляя солнечную радиацию и ухудшая видимость.

Строение атмосферы

 

I. По характеру изменения температуры в вертикальном направлении и другим физическим свойствам атмосферу делят на пять концентрических оболочек: тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу, которые разделены тонкими (1-2 км) переходными слоями: тропо-, страто-, мезопаузами.

Тропосфера простирается от земной поверхности до высоты 16-18 км в экваториально-тропических широтах и до 8-9 км над полюсами. В ней заключено около 80% воздуха атмосферы.

Физические свойства воздуха тропосферы и происходящие в ней процессы находятся в большой зависимости от земной поверхности. От нее воздух получает тепло, поэтому с подъемом вверх температура его понижается в среднем на 0,6^о на каждые 100 м (вертикальный температурный градиент) и достигает вблизи тропопаузы в умеренных широтах -55^о С.

Для тропосферы характерны интенсивные вертикальные и горизонтальные движения воздуха и его перемешивание. Здесь происходит образование облаков, выпадают осадки, наблюдаются оптические, световые и звуковые явления.

Стратосфера простирается от тропопаузы до 50-55 км. Здесь сосредоточено около 20% воздуха, в котором много озона. В нижней стратосфере температура более или менее постоянна, но выше 30 км она быстро растет за счет поглощения озоном ультрафиолетовой солнечной радиации и достигает вблизи стратопаузы среднегодового значения около 0о С. Водяного пара здесь очень мало. На высоте 22-25 км могут наблюдаться капельно-жидкие перламутровые облака. Здесь происходит интенсивная горизонтальная циркуляция — дуют ураганные ветры.

Мезосфера простирается от стратопаузы до высоты 80 км. В ней температура понижается до -80^о С. Здесь образуются ледяные серебристые облака.

В целом в трех нижних слоях заключено 99,5% массы атмосферы.

Термосфера — слой от мезопаузы до 800 км. Температура в нем возрастает до 1500^о С, но в разреженном воздухе она характеризует лишь кинетическую энергию движения частиц (т.е. не ощущается, в бытовом понимании температуры)

Экзосфера — внешний, крайне разреженный слой атмосферы с температурой около 2000^о С. Здесь скорость движения атомов водорода и гелия более 11,2 км/с и они частично ускользают в межпланетное пространство.

II. С точки зрения ионизации, т.е. по электрическому составу, атмосфера делится на нейтросферу (три нижних слоя) и ионосферу (два верхних слоя). В ионосфере наблюдаются полярные сияния, магнитные бури. Благодаря ей обеспечивается дальняя радиосвязь.

Солнечная радиация

Солнце является источником корпускулярного и электромагнитного излучений. Корпускулярное излучение не проникает в атмосферу ниже 90 км, тогда как электромагнитное достигает земной поверхности. Это излучение и называют солнечной радиацией.

Солнечная радиация в основном коротковолновая и состоит из:

· ультрафиолетовая радиация — 9%

· видимый свет — 47%

· инфракрасная радиация — 44%.

Радиацию, приходящую к Земле непосредственно от Солнца, называют прямой солнечной радиацией. На внешнюю границу атмосферы приходит только прямая солнечная радиация. Ее интенсивность составляет около 2 калорий/см² в мин (или 8,3 Дж/см2 в мин). Это величина принята в качестве международного стандарта и называется солнечной постоянной.

На земную поверхность солнечная радиация достигает несколько видоизмененной. Прямая солнечная радиация подвергается в атмосфере отражению, поглощению и рассеянию. В атмосфере поглощается около 23% и рассеивается 32% прямой солнечной радиации, причем 26% рассеянной радиации приходит затем к земной поверхности, а 6% уходит в Космос. В результате до земной поверхности доходит 26% прямой солнечной радиации, по сравнению с ее интенсивностью на верхней границы атмосферы. Поток прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность называется инсоляцией.

Рассеянная радиация приходит к земной поверхности не непосредственно от солнечного диска, а от всего небесного свода.

Вместе прямая и рассеянная радиации, дошедшие до земной поверхности, составляют суммарную радиацию. Она составляет около 50% от солнечной радиации, приходящей на верхнюю границу атмосферы. Количество суммарной солнечной радиации зависит от угла падения солнечных лучей на поверхность, продолжительности дня, облачности и прозрачности атмосферы.

Наибольшая суммарная радиация в тропических пустынях. А у полюсов в день солнцестояния летом при незаходящем Солнце она даже больше, чем в этот день на экваторе. Но белая поверхность снега и льда не нагревается, так как отражает до 90% солнечных лучей.

Способность поверхности отражать солнечную радиацию измеряется альбедо. Альбедо поверхности — это отношение отраженной радиации (с) к суммарной радиации (S_sum), выраженное в процентах.

A = с/S_sum

Альбедо земной поверхности зависит от ее свойств и состояния (цвета, влажности, шероховатости и т.д.) и изменяется в больших пределах:

Поверхность	Альбедо, %
Свежевыпавший снег	85 - 90
Песок	35 - 40
Чернозем	5 - 14
Листья зеленые	20 - 25
Листья желтые	33 - 38
Водная поверхность при высоте Солнца 90о
Водная поверхность при высоте Солнца 20о

 

Сложный процесс прихода лучистой энергии и расхода ее земной поверхностью выражается радиационным балансом (R). Он определяется суммой прямой солнечной радиации (S), рассеянной (D) и встречным излучением атмосферы, а расход определяется отраженной радиацией (с) и излучением земной поверхности (u):

R = S + D + E - c - u

Радиационный баланс — важнейший фактор, определяющий особенности климата в разных частях географической оболочки. От радиационного баланса зависит температура воздуха, почвы, испарение воды, таяние снега и т.д.

Если R увеличивается, то температура поверхности повышается, если R уменьшается, то температура понижается.

Температура воздуха

Атмосфера получает больше тепла от подстилающей поверхности, чем непосредственно от Солнца.

Тепло передается атмосфере посредством молекулярной теплопроводности, конвекции, выделения удельной теплоты парообразования при конденсации водяного пара в атмосфере. Поэтому температура в тропосфере
с высотой обычно понижается.

Температурный градиент

В спокойной тропосфере температура с высотой, в общем, понижается на 0,6^о на каждые 100 м. При поднятии сухого воздуха понижение его температуры достигает 1о на 100 м. Это объясняется тем, что поднимающийся воздух расширяется и на это затрачивается энергия (тепло). При поднятии влажного воздуха происходит конденсация водяного пара, сопровождающаяся выделением тепла. Поэтому температура его понижается менее чем на 1° на 100 м.

Пример задачи: Температура воздуха у шпиля МГУ составляет +5°С. Какова температура у земной поверхности?
Решение: Высота МГУ 237 м. Составим пропорцию: на 100 м температура падает на 0,6°, на 237 м температура падает на Х.
х=237•0,6/100=1,422. Следовательно, у земной поверхности температура выше, чем у шпиля на примерно на 1,4° и равна +6,4°.

Если поверхность отдает воздуху больше тепла, чем за то же время получает, она охлаждается; от нее охлаждается и воздух над ней. В этом случае температура воздуха с высотой, наоборот, повышаетс я. В результате формируется т емпературная инверсия.

Ее можно наблюдать летом в ночное время, зимой — над снежной поверхностью. Температурная инверсия обычна в полярных областях. Причиной инверсии, кроме охлаждения поверхности, может быть вытеснение теплого воздуха подтекающим под него холодным или стекание холодного воздуха на дно межгорных котловин.

Суточный и годовой ход температуры

Температура воздуха периодически изменяется в течение суток и в течение года.

В суточном ее ходе наблюдается один максимум (после полудня) и один минимум (перед восходом солнца).

От экватора к полюсам суточные амплитуды колебания температуры убывают.

Но при этом над сушей они всегда больше, чем над Океаном.

В годовом ходе температуры воздуха

· на экваторе — два максимума (после равноденствий) и два минимума (после солнцестояний).

· в тропических, умеренных и полярных широтах — по одному максимуму и по одному минимуму.

Амплитуды годовых колебаний температуры воздуха с увеличением широты возрастают. На экваторе они меньше суточных: 1—2° над океаном, до 5° — над сушей. В тропических широтах — над океаном 5°, над сушей до 15°. В умеренных широтах от 10—15° С над океаном, до 60^о и более над сушей. В полярных широтах преобладает отрицательная температура, ее годовые колебания достигают 30—40^о.

Правильный суточный и годовой ход температуры воздуха, обусловленный изменениями высоты Солнца над горизонтом и продолжительностью дня, осложняется непериодическими изменениями, вызываемыми перемещениями масс воздуха, имеющих разную температуру. Общая закономерность распределения температуры в нижнем слое тропосферы — ее понижение в направлении от экватора к полюсам.

Если бы средняя годовая температура воздуха зависела только от широты, ее распределение в северном и южном полушариях было бы одинаковым.

Широта	0о	30о	40о	60о	90о
Средняя годовая температура, оС				-11	-35

 

В действительности, на распределение средней годовой температуры воздуха существенно влияют различия в характере подстилающей поверхности и перенос тепла из низких широт в высокие.

Широта	0о	30о	40о	60о	90о
Средняя годовая температура, оС	Северное полушарие		21,1	14,1	0,5	-19,3
Средняя годовая температура, оС	Южное полушарие		19,4	13,1	0,4	-33

 

Вследствие переноса тепла, на экваторе температура воздуха ниже, а на полюсах выше, чем была бы без этого процесса. Южное полушарие холоднее северного, главным образом, из-за покрытой льдом и снегом суши у Южного полюса. Средняя температура воздуха в нижнем двухметровом слое для всей Земли + 14^о С, что соответствует средней годовой температуре воздуха на 40 °с. ш.

Распределение температуры воздуха у земной поверхности показывают посредством изотерм — линий, соединяющих места с одинаковой температурой. О сложном ее распределении можно судить по картам средних январских, июльских и годовых изотерм (см. карты школьных атласов). Изотермы не совпадают с параллелями. Они изгибаются, переходя с материка на океан, и наоборот. Так, в январе в северном полушарии над материками изотермы отклоняются к югу, а в июле — к северу. Объясняется это тем, что суша зимой охлаждается, а летом нагревается сильнее, чем вода.

В южном полушарии в умеренных широтах суши очень мало и ход изотерм близок к параллелям. В январе самая высокая температура воздуха в Австралии, на юге Африки, на юге Южной Америки. Самая низкая температура в этом месяце — на северо-востоке Азии (в Оймяконе — 71^о С) и в Антарктиде. Абсолютный максимум температуры воздуха зарегистрирован в Мексике +58 ^о С, в Африке +57,8^о С. Абсолютный минимум —89,2 ^о С отмечен на станции Восток (Антарктида).

Используя карты изотерм, выделяют тепловые пояса. Их границы не совпадают с тропиками и полярными кругами и зависят не только от высоты Солнца и продолжительности дня, но и от характера поверхности, от переноса тепла воздушными и океанскими течениями.

Жаркий пояс. Расположен в экваториальных широтах между среднегодовыми изотермами +20° С. Границы ее совпадают с границами распространения кораллов в океане.

Умеренные пояса. Примыкают к жаркому поясу с севера и юга. Они ограничены со стороны высоких широт изотермами самого теплого месяца (июля в Северном полушарии и января в Южном) +10° С. Это граница распространения лесов.

Холодные пояса. Ограничены изотермами самого теплого месяца +10° С и 0° С. Последняя является границей распространения тундры.

Пояса мороза. Средняя температура самого теплого месяца здесь ниже 0° С.

Выделяют также термический экватор — линию максимальной среднегодовой изотермы. Располагается приблизительно по 10° С.Ш. (Из-за неравномерного распределения суши в северном и южном полушарии)

Атмосферное давление

Атмосферное давление — вес столба воздуха от верхнего предела до данного высотного уровня.

Началом измерения давления послужил опыт Евангелисты Торричелли. Взяв запаянную с одного конца метровую трубку, он заполнил ее ртутью. Потом перевернул ее и открытым концом опустил в чашечку с ртутью. При этом немного ртути вылилось из трубки, но большая часть ее осталась примерно на уровне 76 см. Торричелли объяснил данное явление тем, что выливанию ртути препятствует давление воздуха. Это давление уравновешивается массой ртути, оставшейся в трубке.

Давление, оказываемое атмосферой на каждый см² поверхности на уровне океана равно 1033,3 г. Оно уравновешивается давлением столбика ртути высотой 760 мм, сечением 1см², на уровне океана у широты 45° при температуре 0°. Его принято считать за нормальное атмосферное давление.

Максимальное атмосферное давление 815,85 мм.рт.ст. зарегистрировано зимой в Туруханске.
Минимальное давление (641,3 мм рт.ст — в урагане Ненси у Японских островов.

Переведем мм рт.ст. в единицы СИ по формуле, справедливой для жидкостей и газов (p = r • g • h)
p = 13600 кг/м² (плотность ртути)•9,8м/с²•0,76 м (высота ртутного столба)= 101325 Па

В системе СИ давление измеряется в паскалях (Па): 1 Па = 1 Н/м². Для удобства используются гектопаскали: гПа (•10²)

Часто также используются другие внесистемные единицы: нормальная атмосфера (атм) и миллибары (мб):

760 мм рт.ст = 1 атм = 1013,25 гПа = 1013,25 мб.

Величина изменения давления на единицу расстояния называется барическим градиентом. Вертикальный барический градиент (понижение давления с высотой) составляет 1 мм рт.ст. на каждые 10,5 метров (до высоты примерно 2 км), выше давление понижается медленнее.

Пример задачи: Давление воздуха у шпиля МГУ составляет 720 мм.рт.ст. Каково давление у земной поверхности?
Решение: Высота МГУ 237 м. Составим пропорцию: на 10,5 м давление падает на 1 мм рт.ст, на 237 м давление падает на Х.
х=237•1/10,5=22,57. Следовательно, у земной поверхности давление выше, чем у шпиля на примерно 22,6 мм рт.ст. и равно 742,6 мм рт.ст.

Давление изменяется в результате перемещений воздуха и измеряется ртутными барометрами и барометрами-анероидами.

Распределение давления на Земле

Неравномерное прогревание Земли над экватором и полюсами приводит к возникновению поясов давления:

 

Воздух над экватором сильно нагревается и поднимается вверх, у земной поверхности образуется область пониженного давления. Поднявшийся воздух растекается к северу и к югу, а около 30° опускается, создавая в тропических широтах у поверхности Земли область повышенного давления. У полюсов воздух холодный и тяжелый, возникает повышенное давление в приземном слое. В умеренных широтах, давление понижено, по сравнению с полярными и тропическими.

Области давления смещаются по сезонам вслед за зенитом Солнца.

Так как земная поверхность неоднородна: суша и океан распределены неравномерно, сплошность поясов давления нарушается. Пояса пониженного давления сохраняются в течение года только у экватора и в умеренных широтах южного полушария (Антарктический пояс низкого давления). В умеренных широтах северного полушария зимой давление над материками сильно повышается (т.к. суша сильно охлаждена) и пояс низкого давления разрывается. Низкое давление сохраняется в виде замкнутых областей низкого давления над океанами — Исландского и Алеутского минимумов. Над материками образуются замкнутые области высокого давления (зимние максимумы: Азиатский или Сибирский и Северо-Американский). Летом в умеренных широтах северного полушария пояс пониженного давления восстанавливается. Над Азией формируется крупная область пониженного давления с центром в тропических широтах: — Азиатский минимум, над Северной Америкой — Мексиканский. Над океанами существуют субтропические максимумы (т.к. материки нагреты сильнее, и давление над ними ниже): Северо-Атлантический (Азорский), Северо-Тихоокеанский (Гавайский), Южно-Атлантический, Южно-Тихоокеанский, Южно-Индийский.

Влажность

Понятие "влажность воздуха" характеризует содержание водяного пара в атмосфере.

Абсолютная влажность (а) — реальное количество водяного пара в единице объема воздуха а = [г/м³]

Влажность насыщения (максимальное влагосодержание; насыщающая упругость водяного пара) (Е) — максимальное количество водяного пара, которое может содержаться в воздухе при данной температуре Е = [г/м³]

 

В учебниках и справочниках, как правило, приводится упрощенная таблица зависимости влажности насыщения от температуры воздуха:

температура, ° С	- 20	- 10
влажность насыщения, г/м3		2.5

 

Относительная влажность (r) — процентное отношение количества водяного пара, содержащегося в воздухе, к максимально возможному при данной температуре: r = а/Е•100%

Точка росы (t°) — температура, при которой находящийся в воздухе водяной пар насытит его и начнется конденсация. Чем выше температура, тем больше водяного пара он может содержать, и тем выше точка росы. При подъеме вверх и охлаждении воздух быстрее достигает точки росы, относительная влажность становится 100%: образуются облака.

Конденсация водяного пара в воздухе у поверхности земли называется ТУМАН (если видимость составляет менее 1 км) или ДЫМКА (при видимости более 1 км)

Для измерения влажности применяют гигрометр.

Пример задач: В комнате размером 10 м х 5 м х 2 м вечером температура была 20°С, а относительная влажность составляла 75%. На ночь забыли закрыть окно, и к утру температура понизилась до 5°С. Сколько граммов росы выпадет в комнате?

Решение: 1) При 20°С влажность насыщения составляет: Е_20° = 17,32 г/м³ (находим по таблице или графику, они всегда приводятся в том или ином виде в условии задач).
2) Находим реальное количество водяного пара в единице объема (абсолютную влажность), используя формулу r = а/Е•100%: а=r•Е/100% = 75% • 17,32 г/м³ / 100% = 12,99 г/м³

3) При 5°С в воздухе может содержаться: Е_5° = 6,81 г/м³ (находим по графику), следовательно в виде росы выпадет:
а–Е_5°=12,99 г/м³ – 6,81 г/м³ = 6,18 г/м³.

4) Размеры комнаты 100 м³, значит всего в комнате выпадет 6,18 г/м³• 100 м³ = 618 г росы.

Испарение — поступление в атмосферу водяного пара за единицу времени; зависит от температуры, ветра, рельефа, растительности и т.п. v = [мм/год]

Испоряемость — максимально возможное испарение, не ограниченное количеством влаги. Минимальная испаряемость в полярных районах (80 мм/год), максимальная — в тропических пустынях (более 3000 мм/год). V = [мм/год]

Осадки

Осадки — атмосферная вода в жидком или твердом состоянии, выпавшая на поверхность земли.

Классификация осадков

по агрегатному состоянию:

· твердые

· жидкие

· смешанные

по характеру выпадения:

· ливневые

· обложные

· моросящие

по происхождению:

· конвективные (при интенсивном нагревании поверхности и испарении; характерны для жаркого пояса, но летом бывают и в умеренном поясе);

· фронтальные (на границах воздушных масс с разными свойствами; выпадают из более теплого воздуха);

· орографические (на наветренных склонах гор);

· суточного хода температуры (при понижении температуры до точки росы)

Осадки (р) измеряются слоем воды (в мм), который образуется, если выпавшая вода не стекает и не испаряется за единицу времени, при помощи прибора осадкомера.

дождь — капли воды, выпадающие из облаков (из слоисто-дождевых — обложной дождь; из кучево-дождевых — ливневый). Диаметр капель от 0,5 до 6-7 мм.
морось — мельчайшие капли воды (менее 0,5 мм), выпадающие из слоистых облаков или тумана.
град — слоистые частицы льда (градины) неправильной формы, выпадающие из кучево-дождевых облаков при грозе и ливне в теплое время года; образуются при быстрой конвекции в очень жаркую погоду; максимальный зарегистрированный размер градины — 12 кг (Гималаи).
снег — микроскопические кристаллики льда шестигранной формы (снежинки).
крупа — твердые осадки; выпадают весной или осенью при температуре около 0° и выше из кучево-дождевых облаков в виде матово-белых снегоподобных ядер от 1 до 5 мм (или частичек льда).
изморось — рыхлые снегообразные кристаллы льда, нарастающие на предметах при намерзании капель переохлажденного тумана.
иней — ледяные кристаллы, образующиеся в холодные. ясные ночи на поверхности земли и предметах с отрицательными температурами, более низкими, чем у воздуха.

Для определения увлажнения пользуются коэффициентом увлажнения (увлажняемости) — К_у:

К_у = р: V

где р — сумма осадков, V — испаряемость (взятые за один промежуток времени)

Самое дождливое место на Земле — остров Кауаи (Гавайские о-ва): 335 дней с дождем в году.
Наибольшая средняя годовая сумма осадков: Гавайские острова — 11980 мм.
Максимальная зарегистрированная годовая сумма осадков более 24500 мм в Черапунджи (Индия) при среднегодовом 11400 мм. (В 1994 году выпало рекордное за все время наблюдений количество осадков — 24 555 мм, а с 1 августа 1860 г. по 31 июля 1861 г. их выпало 26 461 мм)

Самые сухие места на Земле — пустыня Атакама, Ливийская пустыня.

Облака

Облака — скопления взвешенных в атмосфере капель воды или кристаллов льда. Облака образуются при конденсации водяного пара на высоте: воздух, поднимаясь, охлаждается до точки росы. Эта граница называется уровнем конденсации и является нижней границей облака.

Классификация облаков

по высоте:

• облака верхнего яруса – на высоте выше 6000 м
• облака среднего яруса — на высоте от 2000 до 6000 м
• облака нижнего яруса — на высоте ниже 2000 м
• облака вертикального развития — основание их находится на уровне нижнего яруса, а вершины могут достигать положения облаков верхнего яруса. Образуются летом при восходящих (конвективных) токах воздуха и могут достигать мощности в 4-5 км.

 

по внешнему виду:

· перистые(cirrus) (образуются в верхнем ярусе, белого цвета состоят из кристалликов льда, полупрозрачные, напоминают, перья, лучи, нити).

· кучевые (cumulus) (образуются в нижнем ярусе и могут достигать большой высоты, превращаясь в кучево-дождевые (cumulonimbus); имеют вид "барашков", кучевых нагромождений и куполов белого цвета с синеватым оттенком).

· слоистые(stratus) (среднего и нижнего ярусов: имеют вид слоев, полос, сплюснутых глыб сероватой окраски. Низкослоистые облака, как правило, дают снег или дождь и называются слоисто-дождевыми (nimbostratus)).

Кроме трех основных форм облаков возникает много комбинированных: слоисто-кучевые (stratocumulus), высоко слоистые (altostratus), высококучевые (altocumulus), перисто-слоистые (cirrocumulus) и пр.

Облачность — степень покрытия неба облаками. Определяется по 10-баллной шкале (0 — чистое небо, 10 — сплошная облачность) или в процентах.

Абсолютный максимум облачности зарегистрирован в Исландском минимуме (9 баллов),
абсолютный минимум — над Антарктидой и тропическими пустынями (0,2 балла).

Решите задачи

Внимательно читайте вопросы и присылайте РАЗВЕРНУТЫЕ решения!

1. Высота телебашни в Торонто составляет 555,3 м. Атмосферное давление ша вершине шпиля составляет 710 мм.рт. ст., температура воздуха +1°С. Определите: а) температуру; б) давление в барах и паскалях у подножья здания.
2. Воздух поднимается с побережья а) на г.Косцюшко, б) на г.Роман-Кош. В каком случае (а или б) и на сколько сильнее понизятся 1) температура, 2) атмосферное давление?
3. Воздушная масса у подножья хребта на уровне моря имела температуру +10°. При подъеме воздуха на высоте 2500 м пошел снег. Определите а) температуру воздуха на этой высоте. б) Как будет меняться значение относительной влажности при дальнейшем подъеме воздуха (увеличится, уменьшится, не изменится)?
4. Горнолыжник, стартовав на высоте 2650 м при атмосферном давлении 500 мм.рт.ст., спускается с постоянной скоростью 72 км/час по склону крутизной 30° и финиширует через 2 мин. 50 сек. Ответьте: 1) Сколько горизонталей пересек путь горнолыжника на карте с высотой сечения рельефа 200 м; 2) Каково атмосферное давление на финише?
5. Каково давление воды (в мм ртутного столба) на дне самой глубокой впадины озера Байкал?
6. Размеры аудитории 20 х 10 х 5 м. Температура воздуха +20⁰С. Относительная влажность 75%. Ввиду поломки системы отопления температура к 2 часам ночи упала до +10⁰С, а к 7 часам утра - до 0⁰С. Сколько граммов росы (инея) выпадет к утру в аудитории?
7. 3 м³ насыщенного воздуха при температуре 20°С содержат 51 г воды. Сколько граммов воды содержат при той же температуре 2 м³ воздуха с относительной влажностью в 50%?
8. Воздух, нагретый от земной поверхности, поднимается вверх. Нижняя граница облаков располагается на высоте 2 км. Определите относительную влажность воздуха в приземном слое (в %), если его температура в приземном слое 23°С.
9. Группа юных краеведов проводила метеоизмерения у подножья горы. Относительная влажность оказалась 50%. Другая группа юннатов на вершине, окутанной туманом, измеряла температуру воздуха, ее значение оказалось 0°С. Определите высоту горы.
10. В питании бессточного озера принимают участи только атмосферные осадки и подземные воды. Площадь озера составляет 40 км², средняя глубина озера 4 м. Испаряемость в регионе — 500 мм/год. Коэффициент увлажнения — 0,8. Какой объем подземных вод (в м³) должен ежегодно поступать в озеро, чтобы оно в течение ряда лет не меняло своего уровня?

(Используйте график там, где это необходимо)

Ветер

Ветер — горизонтальное перемещение воздуха из области повышенного давления в область пониженного давления.

Ветер характеризуется скоростью, направлением.

Скорость ветра измеряется в м/с (км/ч), в баллах (шкала Бофорта от 0 до 12 баллов) и в узлах (по Международному коду).
Средняя скорость ветра у поверхности Земли — 5-10 м/с, максимально зарегистрированная — станция Мирный (Антарктида).

ураган — ветер разрушительной силы и продолжительности.

шквал — резкое кратковременной увеличение скорости ветра, сопровождающееся изменением его направления, осадками и пр.

штиль — безветрие, слабый ветер (не более 0,5 м/с).

Направление ветра определяется той стороной, ОТКУДА он дует. Для определения направления ветра стороны горизонта делят на румбы (север, юго-восток и т.п.). Для определения направления ветра используется флюгер; скорость ветра измеряется анемометром.

Основные типы ветров

Общей циркуляции атмосферы (вызваны поясностью давления в нижней тропосфере):

• пассаты — северо-восточные ветры в северном полушарии и юго-восточные ветры в южном полушарии; возникают от того, что от тропических поясов повышенного давления в каждом полушарии воздух направляется к экваториальной области пониженного давления, отклоняясь силой Кориолиса в северном полушарии вправо от направления движения, в южном — влево.
• тропический муссон (муссон-пассат) — ветер в тропических широтах (северная часть Индийского океана, Гвинейский залив), меняющий свое направление на противоположное в течение года; что связано со смещением поясов давления в течение года вслед за зенитом Солнца: по сути это пассаты, переходящие в другое полушарие, меняющие направление в соответствии с отклонением силой Кориолиса.
• западный перенос — ветры преимущественно западного направления; возникают от того, что от тропических поясов повышенного давления в каждом полушарии воздух направляется к умеренным областям пониженного давления, отклоняясь силой Кориолиса.

Региональные (вызваны неравномерным распределением суши):

• муссон — ветер в умеренных и субтропических широтах, меняющий свое направление на противоположное в течение года: зимой, при охлаждении материка, дует с суши на море; летом, при нагревании материка, — с моря на сушу.
• стоковые ветры — движение воздуха под действием силы тяжести с возвышенностей в понижения, в т.ч. с поверхностей ледниковых покровов (Гренландии, Антарктиды); характерны также для периферии антициклонов.

Местные (возникают в зависимости от разных местных условий: рельефа, растительности, водоемов):

· бриз— ветер небольшой скорости, меняющий направление два раза в сутки: - днем с водоема в сторону более нагретой суши; - ночью — с более охлажденной суши в сторону водоема; хорошо выражен летом в антициклональную погоду.

 

· горно-долинные ветры — связаны с неравномерным прогреванием нижних и верхних частей горных долин в течение суток; дует днем вверх по долине, ночью — вниз по долине.

· фён — сухой и теплый ветер, спускающийся с гор в долины; при переваливании через гребень хребта и опускании по подветренному склону температура воздуха возрастает, а влажность уменьшается; наблюдается во всех горных системах.

123Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: