Общее землеведение

8.44 Конденсация и сублимация

Конденсация - переход пара в капельно-жидкое состояние.

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

Для конденсации необходимы следующие два условия:

- понижение температуры воздуха до точки росы;

- наличие ядер конденсации - микроскопических тел, на которых возможно оседание пара.

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

В свободной атмосфере все осадки образуются при адиабатическом охлаждении воздуха. Этот процесс определяет важнейшие свойства погоды и климата - температуру, влажность, осадки.

Адиабатическое охлаждение происходит:

во-первых, в вертикальных восходящих токах нагретого от земли воздуха; облака и осадки, образующиеся в этом случае, называются внутримассовыми;

во-вторых, при подъеме воздуха на фронтах; облачность и осадки называются фронтальными;

в-третьих, при движении воздуха вверх по склонам; облачность и осадки, возникающие при этом, называются орографическими.

Ядрами конденсации служат аэрозоли - твердые или жидкие частицы, взвешенные в воздухе. Около 30% их образуется из морской воды (с океана в атмосферу ежегодно поднимается около 10¹⁰ т солей). Второй источник ядер конденсации - поверхность материков, которая поставляет аэрозоли как естественного, так и антропогенного происхождения.

8.45 Уровень конденсации

Известно, что адиабатически воздух охлаждается на каждые 100 м высоты примерно на 0,6°С. Влажному и холодному воздуху достаточно подняться на 100-300 м, чтобы температура его достигла точки росы. Сухой и теплый воздух пустыни должен подняться на 5--6 км, чтобы охладиться до такой степени, при которой начнется конденсация немногочисленной в нем влаги.

Высота, на которой в процессе подъема воздуха происходит конденсация или сублимация влаги, называется уровнем конденсации. Положение уровня конденсации зависит от температуры и влажности воздуха, от географических условий и времени года. При фронтальном подъеме больших воздушных масс уровень конденсации всегда ниже, чем во внутримассовых конвекционных токах.

8.46 Система океан -- атмосфера -- материки

Все природные воды - океанские, атмосферные и внутриматериковые (реки, озера, ледники, подземные воды) образуют единую систему, объединенную влагооборотом. Каждое звено влагооборота необходимо изучать только как часть целостной системы.

Океан служит важнейшим начальным источником атмосферной влаги и играет решающую роль в увлажнении материков. В системе «океан-атмосфера-материки» прослеживаются следующие взаимодействия»:

1. С поверхности полярных океанов - Северного Ледовитого и Южного - испарение незначительное, летом прибрежная суша теплее воды, условия для конденсации неблагоприятны, а зимой ледовый покров вовсе не дает влаги. Суша, прилегающая к этим океанам, получает мало осадков.

2. В умеренных поясах с западным переносом воздушных масс испарившаяся на океанах влага подхватывается западными ветрами и переносится далеко в глубь материков (Евразия) или сосредоточивается на западных склонах прибрежных горных систем (Северная Америка, Чили). Особенно благоприятны условия для конденсации влаги над территориями, омываемыми теплыми течениями (Северо-Западная Европа, Северо-Западная Америка).

3. Восточные берега материков умеренных широт (Лабрадор и Камчатка) омываются холодными течениями, испарение с поверхности которых и конденсация над которыми менее интенсивны, чем на западных берегах в тех же широтах.

4. В тропических широтах западные берега материков омываются холодными Канарским и Калифорнийским течениями (в северном полушарии), Перуанским, Бенгальским и Западноавстралийским (в южном полушарии). Над ними образуется температурная инверсия, препятствующая конденсации влаги. Кроме того, пассатами она уносится от берегов в океан и к экватору, а те незначительные воздушные массы, которые все-таки проникают на континент, оказываются над нагретой поверхностью и удаляются от точки росы.

5. Восточные берега в тропических широтах омываются теплыми течениями (ветви Пассатного течения): Гвианским и Бразильским у берегов Южной Америки, Сомалийским и Мозамбикским у берегов Африки и Восточноавстралийским у берегов Австралии. С поверхности теплой воды испаряется много влаги. Падение температуры с высотой благоприятно для конденсации, и пассаты несут влагу на материк.

Сравнением западных и восточных секторов материков в умеренных и жарком тепловых поясах выявляется замечательная закономерность влагооборота в системе «океан - атмосфера - материки»: западно-восточная диссимметрия.

6. Наветренные склоны гор благодаря орографическому поднятию и адиабатическому охлаждению воздуха оказываются влажными даже в аридных областях Средней и Центральной Азии. Именно к наветренным склонам гор приурочено и максимальное количество дождей (Гавайские острова, вулкан Камерун и др.).

8.47 Туманы

Если водяной пар конденсируется в приземном слое воздуха, то образуются туманы. Охлаждение при этом происходит не в результате адиабатического процесса, а вследствие теплоизлучения или адвекции теплых или холодных воздушных масс.

Туманом называется скопление в приземном слое атмосферы мелких капель воды или кристаллов льда или тех и других вместе. При этом уменьшается прозрачность воздуха и видимость. Если она меньше 1 км, то это туман, если в пределах от 1 до 10 км - дымка. Замутнение, создаваемое скоплением в сухом воздухе твердых частиц--пыли, дым и др., называется мглой.

По физическим причинам и географическим условиям формирования туманы разделяются на туманы охлаждения и туманы испарения.

В туманах охлаждения различаются радиационные, адвективные и склоновые:

1. Радиационные туманы образуются в теплое время года вечером и ночью при тихой и ясной погоде над реками, озерами и низинами. После захода Солнца вода еще долгое время остается теплой и испаряется; пар поступает в уже охлажденный воздух и конденсируется.

2. Адвективные туманы возникают в теплой воздушной массе при продвижении ее в холодные места, например с теплого моря на относительно холодную сушу. Особенно часты такие туманы в прибрежных странах, например в Западной Европе.

3. Склоновые туманы образуются на склонах гор в результате адиабатического охлаждения воздуха при подъеме.

В туманах испарения также выделяют несколько видов:

4. Морские туманы, которые бывают над полыньями (незамерзающие участками моря) в зимнее время, когда с водной поверхности пар поступает в морозный воздух.

5. Осенние туманы возникают над реками, озерами, низинами, когда на относительно теплую воду натекает холодный воздух с суши.

6. Туманы смешения образуются при горизонтальном смешении различных по температуре и влажности воздушных масс. Они часты в местах встреч теплых и холодных течений, например, у Ньюфаундленда. Такую же природу имеют гаруа - туманы на побережьях тропических пустынь), омываемых холодными течениями. Эти туманы в виде мелкой, все пронизывающей водяной пыли увлажняют песчаную почву и обеспечивают влагой растения пустынь.

7. Городские туманы могут быть вызваны любой из указанных причин, но всегда усиливаются за счет обилия ядер конденсации - продуктов горения. Кроме обычных туманов из водяных капель, в индустриальных центрах, особенно Западной Европы, стал частым смог -- удушливая смесь тумана, гари дымовых труб и выхлопных газов автомобилей.

Как и всякая особенность климата, туманы подчиняются определенным географическим закономерностям. В полярных широтах они бывают часто и держатся устойчиво. В Арктике отмечается 100 дней с туманами в год. В умеренном поясе особенно часты туманы на берегах морей: на Аляске число туманных дней достигает 24--28 в месяц, на Дальнем Востоке--около 80 в год. В материковом климате туманов значительно меньше. В тропическом поясе туманы редки, но, как уже указывалось, их много на западных берегах, омываемых холодными течениями.

Туманы - часто повторяющееся метеорологическое явление, неблагоприятное для авиации, транспорта и других видов деятельности людей. В настоящее время в метеорологии и экологии интенсивно разрабатывается методика их прогнозирования.

8.48 Облака. Классификация облаков

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

В современной метеорологии выделяют следующие типы облаков:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Каждое облако представляет собой быстро изменяющееся образование: в одних его частях капельки испаряются и облако как бы «тает», в других - образуются новые облачные массы. Они могут состоять из капель воды, кристаллов льда и быть смешанными. Поэтому и облака различают 1) водяные, 2) ледяные и 3) смешанные. Даже наиболее мощные облачные массы содержат воды относительно немного, до 5 г/м³.

В зависимости от характера вертикальных движений воздуха, высоты его подъема, времени года, объема испарения и других причин облака могут быть весьма разнообразными.

По международной классификации облачность делится на ярусы:

- нижний ярус: 2 км и ниже;

- средний ярус: от 2 до 6 км;

- верхний ярус - выше 6 км.

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

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

8.49 Образование атмосферных осадков

Атмосферными осадками называется вода во всех видах твердой и жидкой фазы, которую получает земная поверхность из атмосферы. Атмосферные осадки подразделяются на следующие две группы:

а) наземные осадки, образующиеся непосредственно на земных предметах (иней, изморозь);

б) осадки, выпадающие из облаков (дождь, снег, град, крупа, ледяной дождь).

Основную массу осадков доставляют дождь и снег. Начальные облачные капли очень малы, их диаметр колеблется от 7 до 10 мкм. В 1 см³ облака содержится несколько сотен капель воды. Капли таких малых размеров упасть на землю не могут, так как они поддерживаются теми восходящими токами, которые обеспечили образование самого облака. Вследствие взаимного слияния - коагуляции - капли растут. Если сила восходящих токов невелика (например, при спокойном скольжении по фронтальной плоскости, особенно в холодную осеннюю погоду), то даже небольшие капли преодолевают сопротивление воздуха и выпадают в виде мелких моросящих дождей. При мощных восходящих токах в жаркие летние дни, а также всегда в экваториальном поясе на земную поверхность могут упасть только крупные капли. Вот почему грозовые и экваториальные дожди состоят из больших капель, особенно в начале, когда надо пробить мощный восходящий поток теплого воздуха.

Осадки выпадают только из тех облаков, вертикальная мощность которых не менее 3 км, а водность не менее 1 г/м³. В этом случае идут только моросящие дожди. Интенсивные осадки выпадают из смешанных облаков, которые коллоидально неустойчивы и в которых на ледяных кристаллах быстро осаждается влага. Водность таких облаков достигает 4 г/м³. При высокой температуре воздуха и мощных восходящих токах на высотах в 4--6 км, где температура составляет - 10-15°С, образуются снежинки.

По интенсивности и продолжительности выделяются следующие виды осадков:

1) ливневые осадки, выпадающие из кучево-дождевых (грозовых) облаков;

2) обложные осадки, выпадающие из фронтальных слоисто-дождевых и высококучевых облаков;

3) моросящие осадки, идущие из слоистых и перисто-слоистых облаков.

8.50 Океанско-атмосферно-материковый влагооборот

Испарение на океане и на материках, перенос пара над океанами и вглубь материков воздушными течениями, выпадение осадков, потребление влаги организмами и сток с материков образуют влагообмен между компонентами географической оболочки. Его объем достоверно еще не определен.

Влагооборот - единый и один из важнейших географических процессов. Посредством влагооборота осуществляется обмен веществом (влагой и солями) и энергией (теплом) между всеми компонентами природы.

Единовременно в атмосфере находится около 13--15 тыс. км³ воды. Атмосфера - наиболее активное звено влагооборота: вода полностью сменяется каждые 9--10 дней.

На материках различают осадки внешние (ОВ), принесенные непосредственно с океана, и осадки внутренние, или местные (ОМ), образующиеся от испарения с материка.

Водяной пар, поступивший на сушу с океана, частично расходуется на осадки внешние (ОВ), частично переносится дальше вглубь материка. Этот перенос называется атмосферным стокам (АС).

Чтобы оценить роль внешних и внутренних осадков на материках, необходимо выяснить соотношение испарения и осадков. В этом плане существенны следующие закономерности:

1. Испарение интенсивно при антициклональной циркуляции (ясное небо, сухой воздух), но в этом случае влага не поднимается, не конденсируется, а просто переносится в другие области атмосферы.

2. При циклонической погоде условия для конденсации благоприятны, но испарение незначительно из-за большой облачности и влажности воздуха. Следовательно, на тех акваториях и территориях, где испарение большое, осадков мало, а там, где осадков много, испарение невелико. Испарение и осадки, как процессы противоположные, редко совмещаются в пространстве.

8.51 Распределение осадков по земной поверхности

Распределение осадков на материках и на океанах - результат взаимодействия звеньев системы «океан - атмосфера - материк». Решающую роль в распределении осадков по земной поверхности играют:

а) солнечная радиация и тепловые свойства воздушных и водных масс;

б) циркуляция атмосферы и гидросферы;

в) широтное положение, величина и конфигурация материков.

Так как величину испарения определяют напряжение солнечной радиации и температура воздуха и воды, то количество осадков больше в жарких климатах и меньше в холодных. Действительно, почти половина всех дождей выпадает в поясе между 20° с.ш. и 20° ю.ш.

На оба полярных пояса приходится только 4% влагооборота.

В экваториальном поясе среднее годовое количество осадков приближается к 2000 мм, в полярных странах оно меньше 200 мм.

Роль динамики атмосферы в распределении осадков двоякая. Вертикальная ее составляющая - тепловая конвекция, фронтальное скольжение, орографическое поднятие - обеспечивает конденсацию пара, а нисходящие токи в антициклонах или при опускании воздуха по склонам ее исключают. Горизонтальное перемещение воздушных масс перераспределяет влагу. Теплые и холодные океанские течения оказывают влияние и на испарение влаги, и на ее перенос.

В результате сочетания перечисленных процессов и географических факторов, участвующих в формировании атмосферных осадков, распределены они по поверхности земного шара зонально-регионально.

Зональность проявляется в существовании чередующихся зон максимумов и минимумов выпадения осадков: экваториальный максимум сменяется минимумами тропических поясов обоих полушарий, за которыми идут максимумы умеренных широт и минимумы полярных стран.

Региональность состоит в том, что каждая зона в направлении с запада на восток распадается на участки - регионы с разным количеством осадков.

Экваториальная зона максимального количества осадков простирается приблизительно от 17° с.ш. до 20° ю.ш. В эту зону входят Амазония, территории северней и южней ее, Центральная Африка, область джунглей на южных склонах Гималаев, Зондский архипелаг, Новая Гвинея. Образование экваториального максимума дождей вызвано, во-первых, поступлением огромного количества парообразной влаги из тропических поясов, во-вторых, мощным подъемом воздуха, обусловленного выделением скрытой теплоты фазового перехода воды из пара в жидкость, и его адиабатическим охлаждением с высотой.

Наибольшее количество осадков выпадает на склонах гор, где поднимаются влажные воздушные массы пассатов: Кауаи на Гавайских островах - 11684 мм, Черрапунджа на склоне хребта Хассия в Гималаях - 11 633 мм, Дебунджа на склоне вулкана Камерун - 10 287 мм, Кибдо в Андах Колумбии - 8 992 км.

Тропические пояса, от 20 до 32° обоих полушарий, характеризуются господством сухого воздуха. Здесь располагаются два пояса пустынь. Сухость воздуха объясняется его адиабатическим нагреванием и иссушением в нисходящих токах антициклонов. У западных берегов, омываемых холодными течениями, температурная стратификация неблагоприятна для образования осадков: у водной поверхности воздух холоднее, чем вверху и над сушей. Влага, испарившаяся с океанов в тропических широтах, переносятся к экватору.

В пустынях осадков выпадает меньше, чем 200 мм в год. Наименьшее в мире их количество - только 0,8 мм - наблюдается в Арике в пустыне Атакама; в Вади-Хальфе в Судане - 2,5 мм, в Адене - 43.9 мм, в Мулке в Австралии - 102,9 мм.

Восточные части материков - Флорида и район Рио-де-Жанейро, Юго-Восточная Азия, Юго-Восток Африки и Восточная Австралия - орошаются дождями, приносимыми пассатами, дующими с океана. Здесь климат влажный тропический.

Начиная от 30° с.ш. и ю.ш. в субтропических и умеренных поясах количество осадков увеличивается и в средних широтах (от 40 до 60° с.ш. и ю.ш.) достигает второго максимума, хотя и значительно меньшего: в среднем 560 - 860 мм, в прибрежных горных странах может достигать 3000 и даже 5000 мм в год.

Образование максимума осадков умеренных широт обусловлено: а) западным переносом воздушных масс с океана в Евразию, Северо-Западную Америку и Южные Анды, б) циклонической деятельностью, в) подъемом воздуха на арктическом и умеренном фронтах и г) муссонной циркуляцией в Восточной Азии.

Умеренному поясу в соответствии с наибольшей площадью материков именно в этих широтах и особенностями атмосферной циркуляции свойственны наибольшие региональные различия в распределении влаги. Взаимодействие звеньев системы «океан - атмосфера - материк» таково, что и на материках и на океанах ярко выражены секторы с большим и малым количеством осадков.

В субтропических и северном умеренном поясах (в южном умеренном поясе площадь суши незначительна) выделяются три сектора: 1) западный с обильными осадками, 2) центральный с их минимумом и 3) восточный, в котором количество осадков снова увеличивается.

Западные регионы - Западная Европа, Северо-Западная Америка, западный склон Анд - первыми встречают морские воздушные массы мУВ и серии циклонов, что обусловливает выпадение обильных осадков. На западных берегах Европы - в Пиренеях, Ирландии, Норвегии выпадает около 1000 мм, а в Скандинавских горах - даже 3000 мм осадков. На склонах Кордильер у Аляски, в Андах Южного Чили проходят изогиеты (линии равного количества осадков) в 2000 и 3000 мм. Наибольшее для умеренных широт количество осадков зарегистрировано на западном склоне Кордильер в Канаде: в Гендерсон-Лейке 6655 мм.

Во внутриконтинентальных районах Евразии и Северной Америки образуются зоны и регионы недостаточного и скудного увлажнения: степные с осадками от 500 мм на западе до 300 мм на востоке; полупустынные и пустынные. Самое сухое место в Европе - Астрахань с годовой суммой осадков 162,6 мм в год. В умеренных пустынях Азии и Северной Америки осадков выпадает хотя и несколько больше, чем в тропических пустынях, но тоже крайне мало - от 200 до 100 мм (в Турткуле 82 мм в год).

За полярными кругами находятся два высокоширотных минимума осадков. Их существование объясняется слабой солнечной радиацией, низкими температурами воздуха и малым возможным влагосодержанием холодного воздуха, ничтожным испарением, а также антициклональной циркуляцией воздуха. Здесь выпадает в среднем около 200 - 250 мм в год. Региональные различия не велики: западные побережья, омываемые теплыми водами, получают осадков больше (Кола 400 мм/год), восточные меньше (устье Лены только 90 мм/год). При низких температурах и малом испарении эта разница не существенна.

земля материк океан атмосфера климат



8.52 Снежный покров

В умеренных широтах зимой, а в полярных странах во все месяцы осадки выпадают преимущественно в виде снега и образуют снежный покров. В Арктике и Антарктике снег лежит круглый год, на севере Сибири - около 8 месяцев, в средней полосе умеренного пояса - меньше полугода, а на широте 45° - около месяца. Южнее снежный покров - неустойчивый. На севере Крыма и Средней Азии он лежит в среднем около 20 дней; на этих же широтах в Западной Европе его не бывает вообще.

Снег выпадает на северных берегах Средиземного моря (в Неаполе 1, в Афинах 6 дней в году), исключительно редко в Атласе, Алжирской Сахаре, Месопотамии, в Южном Китае, на острове Кюсю. В Северной Америке снег выпадает примерно до линии Калифорния - Флорида.

В южном полушарии наиболее северными пунктами, где случается выпадение снега, являются г. Буэнос-Айрес, мыс Доброй Надежды, город Сидней, южный остров Новой Зеландии. Снежный покров в южном полушарии, за исключением Антарктиды, не образуется - в соответствующих широтах нет суши.

Снежный покров - результат и показатель климатических условий средних и высоких широт, сам оказывает огромное влияние на климат: отражая большую долю солнечных лучей, содействует выхолаживанию земной поверхности.

С другой стороны, он смягчает губительное действие очень низких температур на почву и предохраняет ее от глубокого промерзания, а сельскохозяйственные культуры - от вымерзания.

Большую роль играет снежный покров в гидрологическом режиме умеренных широт. В холодное время осадки накапливаются, а весной талые снеговые воды частично стекают, частично пополняют грунтовые воды.



8.52 Годовой режим осадков

В природе отчетливо выступают следующие типы сезонного распределения осадков:

I. Экваториальный тип. Дожди выпадают во все месяцы, но неравномерно.

Теоретически в экваториальном поясе должно быть два максимума, соответствующих зенитному положению Солнца, и два минимума во время солнцестояний. Действительно, во многих экваториальных странах наблюдается именно такой режим. Он хорошо выражен в Центральной Африке, особенно в бассейне Конго.

Местные вариации системы «океан-атмосфера - материк» обусловливают довольно сложное распределение осадков и по времени, и по территории экваториального пояса. Однако практически всюду здесь отсутствует сухой период (в смысле условий существования растений), и это позволяет говорить о равномерном увлажнении территории в течение года.

2. Субэкваториальный муссонный тип присущ саваннам. Большая часть годовых осадков выпадает летом. Дождливый летний сезон продолжительностью в несколько месяцев сменяется сухим периодом. Наиболее ярко этот тип распределения осадков выражен в Судане, где за сезон дождей выпадает 90% осадков. На втором месте стоит Индостан, в котором на лето приходится около 80% осадков, затем Северная Австралия, Мадагаскар и Юго-Восточная Африка - до 70% годовой величины осадков.

В некоторых муссонных странах дождливый сезон приходится на зиму. Это необычное явление объясняется приходом зимнего муссона с моря. Такие области распространены спорадически.

3. Осадки пустынь тропических широт не только незначительны, но и выпадают случайно. В Асуане, например, за пять лет упало всего несколько капель, в Атакаме в Икике в течение 14 лет не было ни одного дождя.

4. В средиземноморских странах отчетливо выражены зимний максимум осадков, связанный с умеренными воздушными массами, и летнее бездождие в период господства тропического воздуха.

5. Восточным окраинам Евразии в субтропических широтах свойственны муссоны. Они коренным образом изменяют в сравнении со средиземным годовой ход осадков. Летний муссон дует с моря и обеспечивает летний максимум дождей. Если субтропикам в целом свойственно сухое лето, то в Юго-Восточной Азии и Китае оно влажное. Зима в муссонных странах сухая. Однако в Китае и в это время выпадают дожди, так как сюда приходит умеренный воздух и формируется умеренный фронт. Приблизительно такая же картина наблюдается на Юго-Востоке США, но типичного муссонного хода осадков, как и муссонной циркуляции там нет.

6. Субтропики в глубине материков, расположенные между средиземноморской и китайской климатическими провинциями (например, юг Средней Азии, Иран), отличаются засушливостью и именуются сухими субтропиками. Годовой ход осадков в них напоминает средиземноморский, только это более засушливый вариант.

7. В умеренных широтах выделяется морской тип годового хода осадков. Он свойствен странам, находящимся под большим влиянием океана и западного переноса воздушных масс, Западной Европе, Северо-Западной Америке, Южному Чили. Обильные дожди выпадают ежемесячно, максимум приходится на зиму, когда суша холоднее моря. На берегах Магелланова пролива в году 325 дождливых дней, а в Ньюфаундленде 120 дней с туманами.

8. В материковых областях умеренных широт максимум осадков приходится на лето, когда на суше большое испарение и усиливаются внутриматериковые влагообороты. Увлажняющий эффект этих осадков в сравнении с осенними снижается за счет увеличения испарения. Поэтому воздух и почва летом суше, чем в другие сезоны года.

9. В пустынях умеренных широт (в отличие от тропических пустынь) осадки выпадают ежегодно, хотя и в малом количестве. Летом сухо, зимой держится снеговой покров, весной количество дождей и влажность воздуха и почвы увеличиваются. Весеннее увлажнение - характерная черта внутриматериковых пустынь, связанная с умеренным фронтом.

10. На восточных окраинах материков, особенно в Восточной Азии, годовой режим осадков обусловлен сменой муссонов; ясно выступает летний максимум и зимний минимум осадков.

11. В субполярных странах осадки выпадают в каждом месяце. Максимум приходится на лето, когда увеличивается испарение. Зимние суммы осадков невелики, снега выпадает мало.

8.53 Атмосферное увлажнение

На земной поверхности постоянно происходят два противоположно направленных процесса - орошение местности осадками и иссушение ее испарением. Оба эти процесса сливаются в единый и противоречивый процесс атмосферного увлажнения, под которым понимается соотношение количества осадков и испаряемости.

Существует более двадцати способов выражения атмосферного увлажнения. Показатели называются индексами и коэффициентами или сухости или атмосферного увлажнения. Наиболее известны следующие:

1. Гидротермический коэффициент Г.Т. Селянинова:

ГТК = 10 R / Et, где

R - месячное количество осадков,

Еt - сумма температур за то же время; она близка к показателю испаряемости.

2. Радиационный индекс сухости М.И. Будыко:



Ri = R / LE

- отношение радиационного баланса к сумме тепла, необходимого для испарения осадков за год.

В диапазоне радиационного индекса сухости от 0,35 до 1,1 располагаются гумидные зоны (тудровая зона и лесные зоны разных широт); от 1,1 до 2,2 - семигумидные зоны (лесостепная, саванновая, степная); от 2,2 до 3,4 - полупустыни; свыше 3,4 - пустыни.

3. Коэффициент увлажнения Г.Н. Высоцкого - Н.Н. Иванова:

К = R / Ep,

где R - сумма осадков (в мм) за месяц,

Ep - месячная испаряемость.

Лучше всего ее выразить в процентах (?). Например, в тундре осадков выпадает 300 мм, а испаряемость только 200 мм. Следовательно, осадки превосходят испаряемость в 1,5 раза; атмосферное увлажнение равно 150%, или К = 1,5.

Увлажнение бывает избыточным, больше 100%, или К >1,0, когда осадков выпадает больше, чем может их испариться; достаточным, при котором сумма осадков и испаряемость приблизительно равны (около 100%), или K = 1,0; недостаточным, меньше 100%, или К < 1,0, если испаряемость превосходит количество осадков; в последней градации полезно выделить ничтожное увлажнение, в котором осадки составляют ничтожную (13% и меньше, или = 0,13) долю испаряемости.

В зоне тундр, лесов умеренных широт и экваториальных лесов увлажнение избыточное (от 100 до 150%).

В лесостепи и саваннах оно нормальное - немного больше или меньше 100%, обычно от 99 до 60%.

От лесостепи в сторону пустынь умеренных широт и от саванн к тропическим пустыням увлажнение падает; оно всюду недостаточное: в степях 60%, в сухих степях от 60 до 30%, в полупустынях меньше 30% и в пустынях от 13 до 10%.

По степени влажности зоны бывают гумидными - влажными с избыточным увлажнением и аридными - сухими с недостаточным увлажнением. Степень аридности и гумидности бывает различной и выражается соотношением осадков и испаряемости.

8.55 Засухи

В зонах лесостепей и степей, где увлажнение 100% и несколько меньше, даже незначительное уменьшение осадков приводит к засухам. Между тем изменчивость месячных сумм осадков здесь колеблется около 50--70%, а местами достигает и 90%.

Засуха -- длительный, иногда до 60--70 дней, весенний или летний период без дождей или с осадками ниже нормы и с высокой температурой. В результате иссякают запасы почвенной влаги, урожай снижается или вовсе гибнет. Различают атмосферную и почвенную засухи. Первая характеризуется недостатком осадков, низкой влажностью и высокой температурой воздуха. Вторая выражается в иссушении почвы, приводящем к гибели растений. Почвенная засуха может быть короче атмосферной за счет весенних запасов влаги в почве или поступлении ее из грунта.

Засухи бывают в годы особенно интенсивной циркуляции атмосферы, когда на Большой континентальной оси Воейкова антициклоны устойчивы и обширны, опускающийся воздух нагревается и иссушается.

8.56 Погода и климат

Краткий обзор климатов Земли

Основные атмосферные процессы - нагревание и охлаждение воздуха, циркуляция атмосферы и влагооборот, а также оптические, звуковые и электрические явления в атмосфере образуют погоду.

Погодой называется ход процессов в атмосфере в данное время. Она характеризуется следующими метеорологическими элементами: солнечная радиация (продолжительность солнечного сияния), температура воздуха и поверхности почвы, влажность, давление, ветер, облачность, осадки, снежный покров, горизонтальная видимость и другие атмосферные явления (иней, изморозь, гололедица; гроза, полярное сияние, радуга, круги и венцы около Солнца и Луны.

Если метеорологические элементы характеризовать только на срок наблюдений, то погоду можно определить как состояние атмосферы в данное время. Однако первое определение погоды как хода процессов лучше, ибо в атмосфере происходят непрерывные изменения, приводящие к смене одной погоды другой. Многолетний режим погоды, называемый климатом, определенными климатическими показателями. Так как по характеру погоды один год отличается от другого, то надежными оказываются только те климатические показатели, которые выводятся за длительный (не менее 50) ряд лет.

8.57 Определение и классификация климатов

Слово климат (точнее греч. клима) буквально означает наклон солнечных лучей к плоскости горизонта. Ученый Древней Греции первыми выделили климатические пояса. По мере расширения географических знаний и метеорологических наблюдений астрономическое определение климата наполнялось собственно географическим содержанием. В научной географической литературе имеются самые различные классификации климата.

Из классификаций климатов, созданных классической климатологией, наибольшее значение имеют следующие три: В.П. Кеппена, и Л.С. Берга и Б.П. Алисова.

В основу классификации В.П. Кеппена (1900, 1938) положены средние годовые температуры, годовое количество осадков и их распределение по сезонам года. Она согласуется с ботаническими областями и в целом с ландшафтным районированием материков. В настоящее время, когда наука уделяет огромное внимание тепловому и водному балансам, классификация Кеппена должна получить новое признание и подтверждение, поскольку она основана на ресурсах тепла и влаги.

В.П. Кеппен выделяет климатические пояса и 11 типов климатов.

Влажный тропический климат. Средняя температура самого холодного месяца не ниже 18°С.

1. Жаркий и влажный климат экваториальных лесов.

2. Климат саванн.

Сухие климаты. Средняя температура самого теплого месяца выше 10°С.

3. Климат пустынь.

4. Климат степей.

Умеренно теплые и влажные климаты. Средняя температура самого холодного месяца ниже 18⁰С выше - 3°С. Это значит, что граница этого пояса со стороны экватора проходит по изотерме 18⁰С, а со стороны полюсов - 3°С самого холодного месяца.

5. Теплые климаты с сухим летом (средиземноморские).

6. Теплые климаты с сухой зимой (китайский).

7. Теплые климаты с равномерным распределением осадков в году (западноевропейский).

Умеренно холодный климат. Температура самого теплого месяца выше 10⁰С, а самого холодного ниже - 3⁰С.

8. С сухой зимой (восточносибирский).

9. Все месяцы достаточно увлажнены (восточноевропейский и канадский).

Снеговой климат. Температура самого теплого месяца ниже 10⁰С, т.е. по этой изотерме проходит граница с умеренным поясом.

10. Климат тундр. Температура теплого месяца от 0 ⁰С до 10⁰С.

11. Климат вечного мороза, или ледяной. Температура самого теплого месяца ниже 0 ⁰С.

Л.С. Берг (1925 и 1938) в основу своей классификации положил принцип географической зональности. На низинах им выделены 12 зональных типов климатов:

1) климат вечного мороза;

2) климат тундры;

3) климат тайги;

4) климат лесов умеренного пояса;

5) муссонный климат умеренных широт;

6) климат степей;

7) климат внетропических пустынь;

8) средиземноморский климат,

9) климат субтропических лесов;

10) климат тропических пустынь;

11) климат саванн;

12) климат влажных тропических лесов (экваториальных лесов).

В горах выделены климаты нагорий и плато, горных стран и отдельных гор.

8.58 Генетическая классификация климатов Б.П. Алисова

В основу генетической классификации климатов Б.П. Алисова положены географические типы воздушных масс и их циркуляция. Разделение Земли на климатические пояса связано с условиями формирования климатов, которые определяются циркуляцией воздушных масс.

В каждом полушарии выделяются четыре основных климатических пояса:

1) экваториального воздуха,

2) тропического воздуха,

3) воздуха умеренных широт,

4) арктического (антарктического) воздуха

В каждом поясе под влиянием суши и моря формируются континентальные и морские подтипы воздушных масс и климатов. Полная система Б. П. Алисова включает следующие климаты:

I. Жаркие климаты

1.1 Экваториальный климат жаркий и равномерно влажный. Он свойствен внутренней Амазонии, бассейну Конго (Заира) и побережью Гвинейского залива, полуострову Малакка, Зондским островам и острову Новая Гвинея.

К числу основных климатообразующих процессов относится радиационный баланс (остаточное тепло). На материках он колеблется от 2510 до 4190 МДж/м² (60-100 ккал/см²) в год, на океанах - от 4190 до 5010 МДж/м² (100-120 ккал/см²) в год. Это меньше, чем в тропических широтах. Почти отсутствуют сезонные колебания солнечной радиации. Гораздо больше, чем остаточная радиация, воздух нагревает скрытая теплота парообразования - до 4190-5850 МДж/м² (100-140 ккал/см²)в год. Этот источник тепла поддерживает равномерный ход температуры в течение года и суток.

Циркуляция атмосферы в экваториальном поясе состоит из двух звеньев: 1) конвергенции пассатов и 2) восходящих токов (вертикальной конвекции).

Взаимодействие воздушных масс тропических и экваториальной зон определяет характер влагооборота: пар поступает с двух огромных тропических зон и конденсируется в восходящих токах в сравнительно узкой приэкваториальной полосе. Естественно, что здесь выпадает большое, в среднем около 2000 мм, количество осадков. Влажность воздуха в экваториальном климате колеблется от 81 до 85%, а годовая сумма осадков составляет около 2414 мм (Сингапур).

1.2 Тропический климат. Типичный тропический климат жаркий и сухой, пустынный. Вариации взаимодействия системы «океан - атмосфера - материк» обусловливают резко выраженную западно-восточную диссимметрию тропической природы зоны.

Выделяются следующие вариации тропического климата:

1) типичные пустынные климаты свойственны центральным материковым регионам;

2) морская разновидность пустынного климата, свойственная западным берегам материков;

3) влажные тропические лесные и саванновые климаты, присущие восточным побережьям материков.

Солнечная радиация в пределах тропического климата весьма значительна: на материках 7530-8380 МДж/м² в год, на океанах - 6800 МДж/м² (160 ккал/см²) в год. Радиационный баланс на суше ниже, чем на океанах - 2510 МДж/м² (60 ккал/см²) в год. Это объясняется тем, что 70% и более радиационного тепла расходуется на нагревание песков пустынь и затем из-за высокого альбедо песков и безоблачного неба непроизводительно излучается за пределы Земли. Основной аккумулятор тепловой энергии - вода - здесь отсутствует. Пустыни - это то области охлаждения атмосферы и географической оболочки.

Характерна антициклональная атмосферная циркуляция. Опускающиеся воздушные массы адиабатически нагреваются и иссушаются. Высокое атмосферное давление и радиальное растекание воздуха препятствуют проникновению воздушных масс с океана в западный и центральный секторы. Система «океан - атмосфера - материк» работает не на пользу этих секторов материка. Типичные черты тропического климата - жара, большая амплитуда температуры и сухость. Большие области оконтурены изотермой июля 30°С, иногда средняя июльская температура поднимается до 36,3° (Барбара) и даже 39⁰С (в Долине Смерти). Зимой температура составляет 10-20°С. Средняя годовая амплитуда около 20°С. Гораздо больше суточная, она может достигать 40°С в воздухе и 80°С на поверхности песка. На равнинах температура иногда падает до - 5°С, а в горах Тибести до - 18°С. Осадков не только мало, но и выпадают они далеко не каждый год, часто их не бывает по нескольку лет подряд.

Климат западных окраин материков (морская разновидность пустынного климата) обусловлен холодными течениями, обратной стратификацией воздуха и пассатной циркуляцией, уносящей водяной пар от материка в океан.

В восточных регионах материков тропических поясов - на берегах Карибского моря, в восточном Индостане, в районе Рио-де-Жанейро, в Юго-Восточной Африке и Восточной Австралии -- климат влажный тропический. Сюда поступают морские воздушные массы пассатов, и осадков выпадает значительное количество. В Рио-де-Жанейро годовая сумма осадков составляет примерно 1099 мм и дожди идут в каждом месяце.

Температура воздуха выше в Рио-де-Жанейро в январе составляет 25,8°С, в июле 20,4°С.

1.3 Субэкваториальный (субэкваториальных муссонов, или саванновый) климат

Субэкваториальный климат как бы составлен из двух самостоятельных климатических режимов: экваториального в июльскую часть года в северном полушарии и тропического в противоположных сезонах. Поэтому самая характерная его черта - резкое разделение на два сезона: сезон дождей и сухой сезон. Влажность воздуха в субэкваториальном климате составляет 70 и 87%, годовая сумма осадков 1880 мм.

Продолжительность сухого периода в субэкваториальном поясе составляет от одного месяца на границе с экваториальным климатом до 11 месяцев на границе с тропическими пустынями.

II. Субтропические климаты

Субтропические климаты находятся между 25 и 40° с.ш. и ю.ш., в поясе субтропической переменной циркуляции. Для них характерна смена климатического режима по сезонам: летом господствует тропический воздух с высоким атмосферным давлением и стоит сухая погода, а зимой в эти широты распространяется умеренный воздух с низким давлением и среднеевропейской погодой.

Южная (в северном полушарии) граница субтропических широт обозначается южным пределом зимнего распространения умеренных воздушных масс или январским положением умеренного фронта. Северная граница субтропиков проходит по северному пределу тульского положения тропического воздуха, или Тропического максимума, или, наконец, по июльскому положению умеренного фронта. Субтропики, таким образом, нельзя считать полосой постепенного перехода от умеренных климатов к тропическим. Это - широты с характерной только для них сезонной сменой умеренного и тропического воздуха.

Суммарная солнечная радиация в субтропиках составляет 7510--5850 МДж/м² (180--140 ккал/см²⁾ в год, то есть близка к средней для всей Земли. Здесь нет избытка тепла, как в жарком поясе, но нет и отрицательного зимнего баланса, как в умеренном. Фактические температуры соответствуют солярным.

Циркуляция атмосферы зимой преимущественно циклопическая, часто проникают относительно холодные воздушные массы из умеренных широт.

Влагооборот характеризуется резко выраженной сезонностью: осадки выпадают зимой, лето сухое (кроме муссонных).

В субтропическом поясе северного полушария начинается наибольшее долготное простирание материков; оно вызывает долготную дифференциацию климатического пояса. Формируются три региона: западный, центральный и восточный.

Западным регионам субтропической зоны свойствен средиземноморский климат - Атлас, Южная Европа, Передняя Азия, районы Сан-Франциско, Сантьяго, Кейптауна и Юго-Западной Австралии, Южный берег Крыма, Черноморское побережье в районе города Туапсе (Россия).

Для внутриматериковых областей - восточная Турция, Иран, юг Средней Азии, Гоби, юг среднего Запада США, степи Аргентины - характерен климат сухих субтропиков. От средиземноморского он отличается нарастанием аридности и континентальности.

На восточных окраинах материков -- в среднем Китае и на Юго-Востоке США - субтропики влажные. Близок к ним климат Ла-Платы. Во все месяцы выпадают дожди: зимой за счет циклонической циркуляции воздуха на умеренном фронте (в условиях муссона с суши), летом из воздуха морского муссона.

III. Умеренные климаты

Южная граница умеренного климатического пояса проходит по летнему пределу тропического максимума, приблизительно около 40° с.ш. и ю.ш. Северная граница совпадает с зимним положением Арктического фронта, примерно с южной границей тундры, около полярных кругов.

В умеренный пояс входят, Европа, кроме средиземноморских полуостровов, Азия к северу от линии Кара-Богаз-Гол - середина острова Хонсю и до тундровой зоны, Северная Америка от параллели устья Миссури до широты середины Гудзонова залива. В южном полушарии в умеренном климате находятся только юг Южной Америки и Южный остров Новой Зеландии.

Ограничимся характеристикой северного умеренного пояса.

Радиационный баланс в умеренном поясе снижается до 1257 и 837 МДж/м² (30 и 20 ккал/см²) в год. Очень существенна сезонная разница радиационного режима: летом баланс около 251 МДж/м² (6 ккал/см²) в месяц, немногим меньше тропического, а зимой он отрицательный, около 41,9 МДж/м² (1 ккал/см2) в месяц. Зимой умеренный пояс не обходится своим радиационным теплом; большую роль играет адвекция тепла из тропических широт. Тепло переносится атмосферой и гидросферой. Основная масса его поступает на океан и периферийные территории, центральные области выхолаживаются.

В циркуляции атмосферы главное - западный перенос воздушных масс, циклоническая и антициклоническая деятельность и вторжение в средние широты как арктического, так и тропического воздуха. Все три воздушные массы -- умеренные, арктические и тропические - бывают и континентальными и морскими.

С падением радиационного тепла в умеренном поясе уменьшаются испарение и общий объем влагооборота. На большей площади умеренного пояса выпадает 500-400 мм осадков, территориальное их распределение характеризуется последовательным уменьшением вглубь суши. Во внутренних районах, составляющих большую часть пояса, выпадает снег и образуется устойчивый, сохраняющийся до полугода снежный покров.

В северном умеренном поясе выделяются следующие климаты:

1. Морской, или западноевропейский, или широколиственных лесов, или, наконец, климат дуба. Он характерен для Западной Европы, прибрежной полосы Северо-Западной Америки от Аляски до Сан-Франциско и для юга Чили.

2. Материковый, или климат тайги. Формируется в Евразии от Швеции до Енисея, в Америке - в лесных континентальных штатах Канады и США.

3. За Енисеем, в Восточной Сибири образуется единственная на Земле провинция резко континентального умеренного климата. Адвекция тепла и влаги с океана здесь наименьшая в силу огромных размеров Евразии. Материк зимой выхолаживается, образуется отрицательная температурная аномалия до - 22°С и создается мощный термический антициклон. Стоит безоблачная ясная малоснежная зима с морозами до - 64°С. Огромная область оконтурена изотермами января в - 30, - 36 и даже - 40°С. Осадков меньше 200 мм; снежный покров тонкий, грунт глубоко промерзает, вечная мерзлота имеет мощность от 70 до 800 м.

4. Аридный умеренный климат формируется внутри северных материков в Евразии к югу, а в Америке к западу от лесной зоны. Климат здесь постепенно меняется в сторону засушливости, леса сменяются степями, полупустынями и пустынями.

5. Муссонный климат умеренных широт, или дальневосточных лесов, типично выражен на восточной периферии Азии.

IV. Холодные климаты

Холодным, или субарктическим (субантарктическим), или тундровым, называется климат переменной циркуляции, при которой летом господствует умеренный воздух, а зимой арктический. Холодный климат распадается на две разновидности: материковый и морской. I

1. Субарктический материковый тундровый климат присущ большим площадям полярных окраин Евразии и Северной Америки. Южная граница этого пояса проходит по 68° с.ш., то есть по изотерме 10°С, а с климатом ледовой зоны - по изотерме 0⁰С самого теплого месяца. Ландшафтные границы субарктического пояса совпадают с пределами тундры. Остаточная солнечная радиация в тундровой зоне в годовом выводе положительная, от 209 до 419 МДж/м² (от 5 до 10 ккал/см²) в год. Но это только за счет двух-трех летних месяцев; большую часть года баланс отрицательный. Циркуляция атмосферы кроме уже известных перемещений арктического и умеренного воздуха заключается еще и в муссонной тенденции: зимой господствуют ветры с суши, летом преобладают ветры северных направлений. Это снижает температуру. Тепловой режим поддерживается адвекцией тепла атмосферой и гидросферой, особенно в западных районах. Лето короткое и прохладное, безморозный период меньше 90 дней, зима продолжительная и холодная: температура января от - 6° на Мурманском берегу до - 40⁰C в устье Лены. Осадков немного: от 300 мм на западе до 100 мм в Восточной Сибири. Но испарение еще меньше. Атмосферное увлажнение избыточное. Грунт охвачен вечной мерзлотой.

...