Учение об атмосфере

В более низких широтах, между 30 и 50° с. ш., обнаруживается цепь полярных фронтов, отделяющих области преобладания полярного воздуха (воздуха умеренных широт) от областей преобладания тропического воздуха. Полярные фронты проходят: над Атлантическим океаном по южной периферии исландской депрессии; над Средиземным морем; в Азии примерно вдоль северной границы Тибетского нагорья; над Тихим океаном (два фронта); над югом США. Среднее положение полярных фронтов указывает на южную границу преобладания полярного воздуха и на северную границу преобладания тропического воздуха. В отдельных случаях полярные фронты не будут, конечно, совпадать со средним положением. Разрывы между отдельными арктическими и полярными фронтами на картах указывают на районы, где воздух чаще всего проникает в более высокие или в более низкие широты, причем фронты размываются.

Аналогично в южном полушарии обнаруживаются антарктические фронты, окружающие материк Антарктиды (на карте их нет), и четыре полярных фронта под 40--50° ю. ш. над океанами.

Концы полярных фронтов, проникающих далеко в глубь тропиков, называются пассатными фронтами. Они разделяют в тропиках уже не полярный воздух от тропического, а разные массы тропического воздуха -- более свежие и более старые, относящиеся к разным субтропическим антициклонам.

Внутри тропиков обнаруживаются тропические фронты, которые на климатологических картах сливаются или почти сливаются в один общий фронт. Он проходит в январе больше над южным полушарием, чем над северным, особенно далеко отходя к югу вместе с ответвлениями экваториальной депрессии над нагретыми материками южного полушария. Вместо термина тропический фронт применяют еще термин внутритропическая зона конвергенции, хотя эти понятия и не вполне идентичны.

В июле арктические и антарктические фронты занимают положения, близкие к январским. По-видимому, антарктические фронты в июле (зимой) проходят несколько дальше от материка Антарктиды, чем летом, а арктические в июле (летом) смещаются в более высокие широты. Полярные фронты в северном полушарии несколько смещены к северу в сравнении с январем, особенно над нагретыми материками; их среднее положение теперь около 50-й параллели. Полярные фронты над южным полушарием несколько смещены к экватору и проходят под 30--40° ю. ш. Наконец, тропические фронты в июле смещены в северное полушарие, особенно далеко на север над Индией (до гребня Гималаев) и над низовьями р. Янцзы. Они также объединяются на средней карте в один общий фронт. Таким образом, от января к июлю все климатологические фронты более или менее смещаются к северу, а от июля к январю -- к югу.

Тема: Классификация климатов. Классификация климата по Кеппену В. и Бергу Л.С.

На поверхности земного шара наблюдается большое разнообразие климатов. Существуют различные классификации, приводящие климаты земного шара в определенную систему. Это имеет большое значение, так как с климатом связана жизнедеятельность животных и растительных организмов, характер почвенного покрова, а также хозяйственная деятельность человека.

Существует ряд классификаций климата -Кеппена В., Будыко М.И., Берга Л.С., Алисова Б.П.

Кеппен в основу своей классификации положил средние температуры определенных месяцев (самого теплого и самого холодного месяца), среднюю годовую температуру и осадки (средние месячные и годовые количества) и выделяет 5 основных типов климата: тропический, влажный, сухой, умеренно теплый и снеговой. Их подразделяют ещё на 12 климатов: а в последних был выделен ряд подтипов. Основные типы климата характеризуются следующими свойствами:

Тропический и влажный климат:ср.темп. самого холодного месяца не ниже 180 С, осадков выпадает много, данный тип делится на след-ие климаты: жаркий и влажный климат тропических лесов, климат саванн с сухой зимой и климат тропических муссонов(климат Индии);

Сухой кл-т: ср. темп-ра самого теплого месяца выше 100 С подразделяется на кл-т пустынь и степей;

Умеренно-теплый климат: ср. темп-ра самого хол-го месяца от -3 до 18 С.Этот тип делится на теплый климат с сухим летом (берега Средиземноморья, теплый климат с сухой зимой(Южный Китай ) и влажный умеренный кл-т (Франция, Англия и др.);

Умеренно-холодный кл-т: ср. тем-ра самого теплого месяца выше 10 С, а самого холодного ниже -3С.Этот тип делится на климат с сухой зимой (Восточная Сибирь) и умеренно-холодный климат с влажной зимой (большая часть Восточной Европы);

Снеговой климат: ср. тем-ра самого теплого месяца ниже 10С подразд-ся на климат Тундры. В июле выше 0С и на климат вечного мороза -в июле ниже 0С (Гренладия, Антарктида).

Данная классификация Кеппена имеет тесную связь с ботанико-географическими районами. Типы климата приурочены к определенным ландшафтным зонам (тропический лес, Саванна, пустыня и т.д.). Кроме того, классификация Кеппена дает четкие количественные характеристики различных типов климата. Эти качества классификации сделали ее весьма распространенной, особенно среди геоботаников.

Большое распространение имеет классификация климатов, предложенная Л.С. Бергом. Она построена на географическом принципе. В классификации Берга учтены ландшафтные зоны тундры, тайги, лиственных лесов и т.д. Климатические зоны, выделяемые Бергом, находятся в соответствии с этими ландшафтными зонами.

Берг выделяет на низинах следующие климаты:

Вечного мороза, тундры, тайги, лиственных лесов умеренной зоны, муссонный климат умеренных широт, степей, средиземноморский, субтропических лесов, субтропических пустынь, саванн, влажного тропического леса. Данная классификация проста и удобна, климатические условия соответствуют почвенному покрову и растительности, что между климатом, рельефом, почвенным покровом и растительностью существует тесная связь и взаимодействие.

Характеристика климатических зон земного шара по Бергу:

Климат вечного мороза характерен для Арктики, Гренландии, земля Франца Иосифа, северной части Новой земли, на Северной Земле и в Антарктике. Климат здесь очень суровый. Средняя температура самого холодного месяца в Арктике - 40С. Летом устанавливается длинный полярный день, ледяной покров и снег отражает часть поступающей радиации, поэтому температура сильно понижена. Наиболее теплой является Атлантико-Европейская часть Арктики. В январе на Шпицбергене -13,50 С, на острове Медвежий -6,50 С. Самый холодный месяц Арктики - март. В июле температура от 2-60.

Климат Азиатской части Арктики характеризуется значительной континентальностью, в январе ниже -30 0С, в июле на побережье 2-80 С.

Самые суровые климатические условия в Гренладии, 80% поверхности покрыто льдом, мощность ледника 3400м., таяние такого ледника вызвало бы повышение уровня мирового океана на 7м. В июле температура -130, в январе -49С, бывают морозы ниже -640С.

Климат Антарктиды более холодный, чем Арктики. Зима холодная и продолжительная, самыми холодными являются июль и август. Средние тем-ры их изменяются от -150 до -25С на побережьях, до -700 С и ниже во внутренних районах. Самая минимальная температура отмеченная на метеостанции -900 С. Самыми теплыми месяцами являются декабрь и январь, на побережье -5С, во внутренних районах -280 С. Осадков на побережье 4600 мл.в год, во внутренних частях мало-75 мм м год, исключительно в твердом виде.

Климат Тундры: Эта зона занимает крайнюю северную часть северной Америки и Евразии, изотерма самого теплого месяца 10-12С, из-за низких тем-тур леса не произрастают, большое распространение в лесотундре имеет многолетняя мерзлота. Эта зона входит в зону арктического воздуха, где преобладают воздушные массы в течение всего года. Средняя температура января -5 до -350, в июле не выше 12С. Годовая сумма осадков не менее 200 мм. Зима продолжительная, холодная, лето короткое и прохладное. В лесотундре в июле 10-14С, в январе до -400 С. Осадков 200-400 мм.

Климат тайги: охватывает Аляску, Канаду, Лабрадор, Южная граница тайги Северной Америки идет вдоль параллели 50С с.ш. В Евразии охватывает скандинавский п-ов, Финляндию, по линии Ленинград, Горький, Свердловск, западную Сибирь, кроме южных её районов, восточную Сибирь, кроме среднего Амура и Уссурийского края, Камчатку и Сахалинск, кроме южной его части. В южном полушарии этот тип климата на равнинах этот тип не встречается. Климат тайги характеризуется большой континентальностью, в Евразии увеличивается с запада на восток, зимы суровые, ср. температура в январе от -28 до -500 С, в Верхоянске в январе -50С, абсолютный минимум -700 С. Лето в тайге сравнительно теплое, в июле 10-12С, в южной части зоны 18-20С, осадков 300-600мм в год. Из-за умеренной тем-ры значительной влажности воздуха достаточного количества осадков здесь произрастают таежные леса. Вегетационный период длиннее, чем в тундре. Тайга-это густой хвойный лес, из ели, кедра сосны, также имеются примеси лиственных пород - березы, осины, тополя. Много тополя в Канаде.

Климат лиственных лесов умеренной зоны распространен в Северной Америке южнее 50С и восточнее меридиана 100С в.д. В южном полушарии климат лиственных лесов встречается в южной Америке в нижнем течении реки Сараны и по течении реки Уругвай, на юго-восточном побережье Австралии, Новой Зеландии.

В зону лиственных лесов Берг включает и лесостепь, т.е. переходную. Зону, между лесной областью и степью. Климат здесь благоприятный для растений, тем-ра в июле не выше 20С, осадков 500-600мм в год, в горных районах до 1000мм.

Для западной Европы характерны буковые леса, для восточной - дубравы.

Климат степей, характеризуетсяся засушливым климатом, осадков не более 450 мм в год, лето жаркое и сухое, испарение значительно, степи делятся на 2 категории: степи умеренных широт, с прохладной или холодной зимой, степи субтропических и тропических широт - теплой зимой. К первой категории входят южная полоса европейской территории ССР (Азово-Черноморские степи, степи среднего Поволжья, Предкавказья, северного Казахстана, Забайкалья, Монголии, Западных штатов Северной Америки.

Преобладает континентальный воздух умеренных широт трансформирующийся в континентальный тропический воздух. В июле 22-24С, осадков 200-450 мм, снежный покров в среднем 20-30см.

Средиземноморский климат, охватывает средиземноморье, побережье Калифорнии (Сан-Франциско), на побережье Чили, на южном побережье Австралии и Африки, на южном берегу Крыма, Черноморском побережье Кавказа (от Новороссийска до Туапсе). Произрастает особая растительность-кипарис, лавр, магнолия и др. Климат теплый с достаточным кол-вом осадков, зима мягкая, без устойчивого снежного покрова, лето жаркое. Осадков от 300-1000мм и более. В январе выше 0С, в июле 22-28С.

Муссонный климат умеренных широт: относятся среднее течение реки Амур, уссурийский край, Сахалин, северная половина Японии, северная часть Кореи, Северный и Северо-восточный Китай. Южные и юго-восточные ветры приносят влагу с океана, поэтому летом выпадает больше осадков. Зимой муссон представляет северный и северо-западный поток континентального воздуха. Этот воздух очень холодный, приходит из Сибири, где образуется область высокого давления, в январе до -20С, в июле 20-25С. Осадков 600-1000мм и выше в год.

Климат субтропических лесов - входят побережье Мексиканского залива, юго-восточные штаты, Боливия, Парагвай, Юго-восточная часть Бразилии, на плоскогорьях Африки, на юго-восточном побережье Черного моря, юг Каспийского моря, северной части Индии, в южном Китае, в южной половине Японии, в южной части Кореи и на Северо-восточном берегу Австралии. Зима теплая, не ниже 20 С, лето жаркое, влажное, осадков более 1000мм, поэтому растительность представлена и с лесами из широколиственных пород, с примесью, вечно зеленых растений-много лиан.

В климат внетропических пустынь входят Перско-Кумская и Астраханская полупустыни, Гоби в Азии, пустыни северной Америки в средней течении реки Колорадо, полупустыня в восточной Патагонии. Климат сухой, сильная испаряемость, осадков менее 250 мм в год. Лето жаркое, сухое, с малой облачностью, но зимы в пустынях прохладные или холодные. В январе -12С, в июле от 25-300 С. Летом макс.темп. выше 45С. Из растительности - полынь, солянка, саксаул. Из культурных растений при искусственном орошении - хлопчатник, рис, виноград, пшеница, урюк, кунжут, бахчевые и др.

Климат субтропических пустынь, входят пустыни Сахара, Намиб, пустыни Аравии, Атакама. В среднем течении р.Колорадо и в Калифорнии, пустыня центральной части Австралии. Лето жаркое, +32 +380 С, в долине смерти более 400 С, в январе не ниже 300 С. Осадков мало, 250мм в год. За несколько лет не бывает ни одного дождя, в Сахаре растительность появляется после сильных ливней, в оазисах Сахары произрастает финиковая пальма.

Климат Саванн. Саванна - тропическая лесостепь, деревья образуют лесостой. Охватывает тропические части Африки и южной Америки, на побережье центр-ой Америки, западной части Мадагаскара, в Индостане от 200 С северной широты, на о. Шри-Ланка, центральная часть Бирмы, на полуострове Индокитай, северной части Австралии - на Гавайских островах. Здесь сезонная смена воздушных масс. Летом преобладает влажный воздух, приходящий с экватора, зимой, континентальный, тропический воздух, приносимый осадками, поэтому лето влажное, зима засушливая. В июле 25-300 С, в январе не ниже 15-180 С. Из деревьев отличается баобаб, с очень толстым стволом, из культурных растений - кофе, бананы, сахарный тростник, хлопчатник, рис.

Климат влажного тропического леса встречается в экваториальной Африке, южной Америке (по течению Амазонки), местами в Центральной Америке, на больших Альпийских островах, восточном побережье Мадагаскара, юго-западном побережье Индии, западная часть Индо-Китая, Малакка, Больших Зондских и Филиппинских остовах, в Новой Гвинее. Постоянная высокая температура и обильные осадки. Средняя температура в январе выше 180 С, в июле 26-320 С. Дневные температуры превышают +500 С. Растительность представлена вечнозелеными лесами, перевитые лианами, произрастают пальмы - кокосовые, саговая, бананы, ананасы, дерево какао, хлебное дерево, каучук, кофейное, финное дерево.

Генетическая классификация климатических зон по Алисову Б.П.

Характеристика климатических зон.

Большое внимание уделяется циркуляционному фактору климата: горизонтальный перенос воздушных масс, теплых и холодных, их перерождение или трансформация, под действием подстилающей поверхности и наконец, фронтальная деятельность.

Алисов, в зависимости от сезонного распределения основных типов воздушных масс и от положения главных выделяет 4 основные климатические зоны и 3 переходные зоны.

Основные - экваториальная, тропическая, умеренных широт и арктическая, они характеризуются господством одной воздушной массой. Переходными зонами является зона тропических муссонов, субтропическая и субарктическая (субантарктическая), они отличаются сменой воздушных масс по сезонам. Летом сюда приходит воздух из более низких широт, зимой из более высоких. Границами климатических поясов по Алисову являются крайние (летнее и зимнее) положения климатических главных атмосферных фронтов.

В экваториальной зоне преобладает экваториальный воздух, который создается путем трансформации, притекающего сюда тропического воздуха, приносимого пассатами. Трансформация заключается в увлажнении (70%). Преобладают пониженное давление, слабые неустойчивые ветры, благоприятствующие конвекции.

Субэкваториальные пояса (тропических или экваториальных муссонов) - летом преобладает экваториальный воздух, зимой - тропический.

Зона тропических муссонов с засушливой погодой зимой и влажной летом 1000-1500мм. В тропической зоне выделяют типы климатов: континентальный тропический, морской тропический, климат восточной периферии субтропических антициклонов и климат западной периферии этих антициклонов.

Субтропическая зона - лежит между тропической и умеренной зонами. Летом преобладает тропический воздух, зимой - воздух умеренных широт, зима прохладная, лето жаркое. Здесь выделяют 4 типа субтропического климата: континентальный, морской, западных берегов (средиземноморский) и восточных берегов (муссонный).

Зона умеренного климата - преобладает воздух умеренных широт, часто вторгаются арктический и тропический воздушные массы. Здесь различают следующие типы климата: континентальный, морской, западных и восточных побережий континента.

Субарктическая (субантарктическая зона). Область смены воздуха. Летом преобладает воздух умеренных широт, зимой арктический воздух. Здесь выделяют 2 типа климата: континентальный (только в северном полушарии) и морской.

Арктическая и антарктическая зона. Место формирования арктического (антарктического) воздуха. В течение года низкие температуры, ниже 00 С, Климат Арктики относят к морскому типу, климат Антарктики отн-ся к континентальному типу.

Сравнивая классификации Алисова и Берга, видно, что между ними имеется большая связь. Классификация Алисова распространяется на сушу и океаны, а Берга - в основном относится к суше. Классификация Алисова не только дает систему климатов, но и показывает их возникновение, формирование.

Классификации климатов позволяют составлять карты распространенности того или иного климата для любой территории и для всей Земли. Климатическими называются также карты распространения различных метеоэлементов, вычисленных по многолетним данным, характеризующих климат (температуры, давления, ветра и т.д.).

Колебания и изменения климата Земли.

На всем геологическом протяжении климат неоднократно изменялся. Климат - продукт определенной исторической стадии в существовании нашей планеты и подвержен колебаниям и развитию. Это можем наблюдать по результатам метеонаблюдений за какой-нибудь промежуток времени.

О климате геологического прошлого мы узнаем:

По характеру горных пород, отложенных в данную геологическую эпоху. Нахождение валунов, исштрихованных скал, морен свидетельствуют о деятельности ледников. Ископаемые лессы, гипсы и соли свидетельствуют о сухом климате, кремнистые и кремнисто-глинистые - о холодном климате, каменные угли-о влажном, ленточные глины - о смене времен года. Если обломочная горная порода содержит неразложившиеся зерна полевых шпатов, это признак, что формировалась, либо в сухом климате, либо при морозном выветривании, когда породы не изменяются химически, а только физически разрыхляются.

По ископаемым почвам. В Приамурье сейчас умеренно-влажный климат, почвы подзолистые и болотные. Но местами под подзолами залегают ископаемая красная почва типа латеритов.

По формам рельефа. Например, троги (корытообразные долины) создаются работой ледников и нахождение их там, где сейчас ледников нет, это говорит о том, что ледники были в прошлом.

По ископаемым животным и растениям. На севере Арала найдены растительные остатки - секвойя, орех, дуб, граб, бук и другие. Стало быть здесь на месте пустыни была лесная область. В Гренландии есть 17 видов растительности, а среди остатков третичной гренландской растительности обнаружены представители более 200 видов деревьев и кустарников. В третичной флоре хвойных было 28 видов, в том числе болотный кипарис, секвойи, сосны и пихты, из лиственных пород были тогда лавры, магнолии, дуб, вяз, клен и другие, которых теперь, конечно, вовсе нет.

Многочисленными исследователями установлено, что в 20 столетии нашей эры происходят ярко выраженные колебания климата. Их главнейшая особенность- повышение температуры. Потепление началось еще в конце 19 века, но особенно ярко проявилось с конца второго десятилетия 20 века.

Первоначальное потепление замечено в Арктике, здесь оно оказалось наиболее интенсивным. Книпович Н.М. обратил внимание на то, что с1919года начала повышаться температура в Баренцевом море. За период 1919-1928гг температура верхнего слоя была на 20 выше, чем за период 1912-1918г. В четвертом десятилетии в Баренцевом море и в других секторах Арктики появилось много видов теплолюбивых рыб, которые раннее сюда не заходили.

Потепление сказалось не только на температуре воды и на уменьшении мощности льдов, одновременно оно отмечено с 20-х годов повышением температуры воздуха почти на всех метеостанциях полярной области. На Новой Земле средняя годовая температура за период с 1920 по 1935 г оказалось выше почти на 20, чем за 1876-1912гг. Повышение температуры наблюдалось на Шпицбергене, на побережье Гренландии, Аляске. Рубинштейн Е.С. на основе материала многолетних наблюдений доказал, что повышение температуры в хх веке охватило не только Арктику, но и все северное полушарие. Но наиболее ярко оно выражено на Крайнем Севере СССР и в основном отражено в повышении температуры в ноябре-январе. Поэтому Хромов С.П. это колебание климата рассматривает как потепление климата Земли хх века. Потепление было интенсивным в атлантическом секторе и распространялось к югу и востоку с некоторой инерцией (5-10лет). Поэтому южнее 40-38 грс.ш. потепление еще продолжается. Проявление современного потепления происходило по-разному. Например, в Вене с 1965года уменьшилось число дней с морозом. На Восточном Кавказе ледники отступили на 47% (Цомая В.Ш., Кисин И.К.), отступали ледники на Аляске, в Перуанских Андах, Килиманджаро. Среднее уменьшение мощности ледника, например, в Восточных Альпах с 1920 по 1950гг равно 61см. Изменяются сроки вскрытия замерзания рек и озер, изменены температуры водных масс. Каминский А.А. первым высказал мысль, что уровень Каспия зависит от притока Волги, которая поставляет 81% от общего притока воды. Значит, уровень моря и потепление климата объясняются колебаниями их циркуляционного режима.

Перед многими исследователями встал вопрос, подчиняются эти колебания периодичности или ритмичности, и если, да, то каково оно. Первым из исследователей периодичности в колебаниях климата был Брикнер Э.А. Он собрал и обработал обширный материал метеонаблюдений за период с 1700 по 1880годы. Он также использовал сведения о наводнениях, о датах замерзания и вскрытия рек, об отступании ледников в горах, о колебаниях уровня бессточных озер, сведения о Каспии и др. На основе этого он сделал вывод о наличии 35-летнего цикла в режиме температуры, давления и осадков. Длительность брикнеровского 35-летнего цикла является лишь средней. Она изменяется в отдельных случаях в среднем от 20 до 50 лет.

Шнитников А.В. подтвердил периоды Брикнера. Он исследовал уровни многих озер Западной Сибири и Северного Казахстана за период с конца 17 до середины 20 века, которые испытывали циклические колебания в соответствии с колебаниями климата. Средняя продолжительность полных циклов этих колебаний равна 30-35 годам, а длительность меняется от 20 до 45-47 лет, почти в точности соответствует рассеянию циклов Брикнера. Большим толчком к поискам периодичности в колебаниях климата было открытие закономерных изменений в солнечной активности (образование на Солнце пятен, факелов, протуберанцев), солнечная активность подвержена циклическим колебаниям, имеющим среднюю продолжительность около 11 лет. До сравнительно недавнего времени 11-летний цикл был основан циклом солнечной активности. Однако, в 1954 году советским ученым гелиофизиком Эйгенсом был обнаружен, 5-6 летний цикл, а раннее и 80-90 летний цикл солнечной активности.

Многие явления на Солнце свидетельствуют, что деятельность его носит пульсирующий и ритмический характер. Лучше изучены в этом отношении солнечные пятна - мощные вихревые (циклонические) образования, число и площадь которых на поверхности фотосферы достигает максимума в среднем каждые 11 лет. Пятна возникают за счет некоторой добавочной энергии, поступающей из солнечных недр к фотосфере. Часть этой энергии поглощается процессами формирования пятен, другая часть свободно излучается в пространство и носит название активной радиации Солнца. Во время вспышек солнечной активности, совпадающих с периодами наибольшего развития площади пятен, особенно усиливается излучение Солнцем коротких волн (ультрафиолетовых), длинных волн метрового диапазона (радиоволн), а также корпускулярная эмиссия Солнца, то есть излучение им потоков заряженных частиц (кальция, водорода и др.). Активная радиация Солнца, достигнув нашей планеты, поглощается земной атмосферой и производит в ее внешних слоях ряд физических изменений, которые затем передаются и в тропосферу. Роль ультрафиолета велика, она стимулирует образование озона, что влечет повышение тепличного эффекта (так как О3 задерживает не только ультрафиолетовые лучи, но и длинноволновое излучение Земли), и стало быть, повышение температуры земной поверхности.

Другая причина изменения климата может лежать в изменении состава атмосферы, главным образом содержания в нем СО2, Н2О и пыли. Увеличение этих компонентов может вызвать потепление климата, уменьшение - похолодание климата, только в известных пределах увеличения и уменьшения, так как СО2, Н2О и пыль задерживая длинноволновое излучение Земли, в то же время перехватывают и часть солнечной радиации. Все же основным фактором изменения климата в геологическом прошлом следует считать изменения земной поверхности - перераспределение суши и моря, изменение рельефа и морских течений. Суша и море отличаются по своему альбедо, и по своей теплоемкости, стало быть, перемена в соотношении океанических и материковых пространств отразится на климате, придавая черты континентальности, либо черты океаничности. Следует добавить, что над равнинами лежит равномерно плотная атмосфера, предохраняющая Землю от остывания, тогда как с высоких гор, поднимающихся в разреженную и бедную водой и пылью атмосферу, утечка земного тепла происходит гораздо легче. Горообразование приводит к добавочной потере тепла с земной поверхности; если выровнять нынешний рельеф - это повысило бы температуру воздуха на 0,70.

Изменения климата. Климат не может не изменяться, так как не могут оставаться неизменным во времени факторы его формирования. О том, каким был климат Земли в ее далеком прошлом, можно судить только по косвенным данным, полученным при изучении ископаемых остатков организмов, следов гидрологических процессов, литогенеза и тд. Эти данные нельзя считать достоверными, но чем больше их, тем вероятнее правильность выводов. При изучении климата в прошлом, надо знать и современный климат, применять новые методы изучения косвенных признаков.

Есть основания, что в течение миллиарда лет климат на Земле отличался от современного значительно меньшими контрастами температуры между низкими и широкими широтами. Причем в тропических широтах температуре была близка к современной, а в умеренных и высоких широтах значительно превышала современную. Климатическая зональность не была выражена так четко, как теперь. Но на общем фоне теплого климата не раз происходили сравнительно кратковременные (на сотни тысяч, миллионы лет) похолодания, во время которых могли развиваться оледенения в высоких широтах. Последний четвертичный период, начавшийся 600-700 тысяч лет назад, относится как раз к таким холодным периодам. За это время оледенение не раз разрасталось и сокращалось, ледниковые эпохи сменялись межледниковыми. Последнее оледенение закончилось около 10 тысяч лет назад. В высоких широтах оледенение сократилось, но не исчезло. Современный климат холоднее нормального климата Земли. На основании этого делается предположение о том, что современная эпоха-часть ледниковой.

Об изменении климата в историческое время лучше судить по данным инструментальных метеонаблюдений, которые ведутся немногим более 200 лет, а массовые при помощи приборов и того меньше-всего 100 лет. Поэтому важны археологические, фольклорные, литературные материалы, летописи. Не вызывают сомнения колебания климата с периодом в среднем 11 лет, выявляются периоды в 80-90 лет, сверхвековые.

На основе анализа об изменениях увлажненности материков северного полушария, Шнитников А.В., пришел к выводу об изменениях климата периодичностью в 1800 лет. Каждый период делится на 2 фазы-менее продолжительную фазу прохладно-влажного климата (300-500 лет) и более продолжительную фазу теплого и сухого климата (свыше 1000 лет). Между ними были переходные периоды продолжительностью 100-300 лет.

В 20 веке в течение трех первых десятилетий наблюдалось потепление климата. Оно заметнее было в высоких и умеренных широтах северного полушария (в северной Европе температура трех зимних месяцев повысилась на 2,80). Это отразилось на многих явлениях природы, на хозяйственной деятельности людей. Раньше вскрылись ото льда реки (Западной Двины-на 17 дней, Невы-на 3 недели), отступили ледники Альп, Памира, Килиманджаро, Аляски, Антарктиды и тд. Например, ледник Федченко на Памире отступил с 1933 по 1957г на 280-300м, шельфовый ледник Росса (Антарктида) за 30 лет сократился на 300м. На всех континентах северного полушария отмечено некоторое расширение засушливых районов. В начале 40-х годов потепление сменилось продолжающимся и сейчас похолоданием, но пока не свело на нет результат предшествующего потепления.

Причины изменений климата надо искать, прежде всего, в изменениях климатообразующих факторов-солнечной радиации и характере подстилающей поверхности, хотя нельзя исключать космических воздействий, особенно когда говорим о геологическом времени. Например, возможно, что Земля испытывает какие-то космические влияния, меняющиеся в течение галактического года (период более 200млн лет), и должен изменяться климат. Влиянием на Землю Луны и Солнца при особом их взаиморасположении (на одной прямой и в одной плоскости), возникающем раз в 1800-1900 лет, объясняют усиление приливообразующих сил, способных вызвать интенсивный меридиональный перенос воздуха.

Изменения количества тепла, получаемого поверхностью Земли под влиянием перечисленных причин, проявляются на разных широтах неодинаково. Эти изменения сказываются в высоких широтах в большой степени, чем в низких. Например, при увеличении наклона оси в эклиптике на 10 годовая величина солнечной радиации на 800 широте возрастет на 4,02%, а на 00 широте уменьшится всего на 0,35%.

Колебания солнечной активности также отражаются на климате. При усилении активности Солнца увеличивается ультрафиолетовое излучение. Молекулы кислорода в высоких слоях атмосферы, получая ультрафиолетовое излучение, расщепляются, образуются молекулы озона, поглощающие тепловое излучение Земли. Это приводит к повышению температуры у земной поверхности. Ультрафиолетовое излучение способствует образованию в верхних слоях тропосферы ядер конденсации-гигроскопических молекул азотного ангидрита. Конденсация водяного пара сопровождается выделением тепла; водяной пар задерживает тепловое излучение Земли. Так, коротковолновая радиация Солнца переводит потенциальную энергию атмосферы в кинетическую. С этим связано усиление циркуляции атмосферы, причем усиливается меридиональный перенос, что должно приводить к некоторому понижению температуры в низких широтах и повышению в высоких.

Количество солнечной радиации, приходящей к земной поверхности, зависит от состояния атмосферы. Очень велико значение вулканической пыли после взрывных извержений, а затем медленно оседающей в течение нескольких лет. Доказано, что мелкая пыль в атмосфере слабо задерживает длинноволновое излучение Земли, но сильно рассеивает солнечные лучи, в результате чего возрастает альбедо Земли и уменьшается количество радиации, доходящей до поверхности. При изменении солнечной радиации на 1% ср температура у земной поверхности, при постоянном альбедо, изменяется на 1,2-1,50. Рассеивание радиации в пыльной атмосфере тем больше, чем больше длина пути солнечного луча; поэтому потери солнечной радиации в высоких широтах больше, чем в низких, а зимой больше, чем летом. Если изменится содержание вулканической пыли в воздухе, то будет похолодание климата на общем нормальном фоне. А значит и оледенение.

На климат также влияет содержание в атмосфере углекислого газа, который увеличивается с деятельностью человека. На климат влияет и характер подстилающей поверхности. Например, льды на материках, являются продуктом климата, с другой стороны влияет на климат. В областях, куда проникает ледяной покров. Происходит значительное снижение температуры. Это в свою очередь способствует росту ледников. Ледяной покров охлаждён климат.

Изменения характера подстилающей поверхности могут быть разного масштаба, и степень их влияния на климат неодинакова. Большое влияние на климат должны оказывать изменение площади суши и океана, изменения площади расположения материков. Например, увеличение площади суши в высоких широтах должно вызвать понижение температуры воздуха на Земле, и наоборот. Возникающие на суше в умеренных и высоких широтах антициклоны усиливают выхолаживание воздуха.

Влияние изменений рельефа тоже велико, так как над горами атмосфера разрежена, бедна водяными парами и пылью, потери тепла там велики. Чем больше гор на Земле и чем они выше, тем ниже температура воздуха. Полное выравнивание современного рельефа привело бы к повышению температуры воздуха но 0,70. В эпохи горообразования температура воздуха должна понижаться. Потому что с высотой температура убывает.

Микроклимат.

До сих пор рассматривался климат больших пространств, т.е. называемый макроклимат. Существует понятие (мезоклимат), или (местный климат), - климат менее значительно пространства: леса, поля, долины, города:

Понятие (микроклимат) имеет два значения: климат небольшого пространства, например двора, склона возвышенности, оврагов и т. д., Оба значения не противоречат друг другу, потому что, состояние приземного слоя тропосферы изменяется заметно даже на очень небольших расстояниях.

Изучение микроклимата имеет огромное значение, так как в этом слое атмосферы живут и трудятся люди. Результаты взаимодействия атмосферы подстилающей поверхностью, прежде всего и больше всего оказывают именно в нижнем слое тропосферы. Режим метеорологических элементов в этом слое всегда имеет некоторые особенности, быстро сменяющихся от места к месту.

Изменения количественных значений метеорологических элементов в разных частях приземного слоя воздуха под влиянием неоднородного характера поверхности не вызывают изменений режима погоды, или данной местности в целом. Но они обусловливают возникновение местных особенностей климата, проявляющихся на незначительном пространстве.

Состояние поверхности, определяющее микроклиматические условия, сказывается в первую очередь в при земном слое толщиной в несколько десятков метров. Теплообмен между воздухом и почвой здесь особенно активен. Днем приземные слои воздуха нагревается сильнее, чем вышележащие, а ночью сильнее охлаждаются, Поэтому суточное колебания температуры очень велики. Температура с высотой в этом слое днем понижается, ночью часто наблюдается инверсия. Движение воздуха у поверхности замедленно. Это способствует накоплению в нем водяных паров. Особенно с устанавливаются в пределах этого слоя. Н ти нижнего слоя атмосферы хорошо выражены в ясную, безветренную погоду, а пасмурную погоду и при ветре они сглаживаются.

При обычных условиях погоды перемешивание воздуха происходит уже на высоте 1,5- 2 м над поверхностью. По этому при наблюдению над температурой и влажностью а при земном слое воздуха приборы устанавливаются в пределах этого слоя. На формирования микроклимата оказывают влияние неровности рельефа с колебаниями высот от нескольких сантиметров до нескольких десятков метров (микро - и мезорельеф). Об этом влиянии можно судить не приведенным ниже схематическим рисункам 79 и 80. На рисунке 79 показано распределение тепла вокруг холма при симметричном относительно юга поступлении тепла на его склоны (влияние экспозиции склонов). На рисунке 80 видов воздействие холма на движение воздуха и на распределение осадков при ветре западного направления. Воздух обтекает препятствия, поэтому на наветренной стороне и по бокам холма скорость ветра увеличивается. На подветренной стороне ветре стихает, но здесь могут возникать завихрения воздуха. На наветренном склоне ветер замедляет падение капель, и они уносятся на подветренную сторону холма, где и выпадают. Таким образом, если наветренные склоны гор получают больше осадков, чем подветренные, то для микроформы рельефа картина обратная. Распределение ветра у препятствия сказывается и на распределение снежного покрова. Снежный покров сносится с наветренных склонов и откладывается в местах ослабления ветра.

Местные особенности климата возникают под влиянием растительного покрова. Растительность очень усложняет условия теплообмена и обмена влагой в приземном слое. Травяной покров задерживают солнечную радиацию. Так, например, покров из тимофеевки высотой около 50 см пропускает к поверхности не более 20% радиации, а на ржаном поле до поверхности доходит менее 10%. Но вместе с тем растительность задерживает тепловое излучение поверхности под травяным покровом понижена, а амплитуды ее колебаний сглажены.

Испарение с общей площади листьев растений, покрывающих участков поверхности испарение со свободной водной поверхности, равной этому участку по площади. Большое испарение и слабый обмен объясняют повышенную влажность воздуха среди растений.

Влияние леса на микроклимат сходно с влиянием травяного покрова, но превосходить его масштабами. Густой лес пропускает к поверхности всего 2-7% падающей на его радиации. Продолжительность солнечного сияния в лесу снежена до 5-7 часов в день. При этом меняется спектральный состав радиации. Лес холоднее поля летом и немного теплее зимой. Зимой лиственный лес оказывает меньшее влияние на суточные амплитуды колебаний температуры, чем хвойные, влияние второго на тепловой режим весь год примерно одинаково. Влажность воздуха в лесу выше чем, в открытом поле. Ветровой поток, встречая на пути лес, обтекает его сверху, причем скорость ветра под лесом усиливается (следствие сближение линии токов ). В кронах деревьев ветер стихает, и в лесу под кронами он очень слабый. В тихую, ясную погоду можно наблюдать местный ветер, дующий днем внизу от леса к полю, наверху- со стороны поля к кронам деревьев : ночью циркуляция противоположная.

Особый климат (мезоклимат) возникает в городах. Причины этого: обилие дыма и пыли над городами, особенно подстилающей поверхности ( асфальт, железные крыши), резкие неровности ее ( строения), добавочное тепло, выделяемое при сжигании топлива и в процессе жизнедеятельности большого количества людей.

Температура воздуха в городе выше чем в него, что заметно до высоты нескольких сотен метров. Влажность воздуха обычно понижена вследствие повышения температуры и уменьшения испарения влаги с поверхности. Скорость ветра, как правило, меньше, чем за городом, причем на распределение скоростей и на направление ветра сильно влияет планировка городов. Различия в температуре между городом и его окрестностями могут привести к возникновении ветра, дующего в сторону города. На улицах возникают циркуляция воздуха, обусловленная неодинаковым нагреванием теневой и солнечной стороны. Условия возникновения тумана и облаков над городом более благоприятны (восходящие токи, обилие ядер конденсации), чем в окрестностях, и осадки выпадают чаще.

Влияние деятельности людей на климат.

Заметные изменения в состоянии атмосферы могут быть вызваны деятельностью человеческого общества. До недавнего времени его влияние было сравнительно небольшими и отражалось лишь на нижнем слое тропосферы, т.е. ограничивалось микроклиматом, реже - мезоклиматом (например, орошение засушливых районов, вырубка леса, строительство).

В настоящее время климат преобразующее значение в планетарном масштабе приобретает энергии. Установлено, что количество используемой энергии в среднем за год для всей суши равно 0, 02 ккал/м2 ккал/см 2в год. Освобождается давным-давно (законсервированная) энергия Солнца (каменный уголь, нефть, торф и пр.), используются новые виды энергии, например энергия атома. И вся используемая энергия в итоге превращается в поступающее в атмосферу дополнительно к солнечному, тепло.

При современных масштабах производства количество используемой энергии должно удваиваться через каждое 17 лет. То значит, что через 200 лет общее количество вырабатываемой ежегодно энергии может достичь величины радиационного баланса суши, а если темпы использования энергии возрастут (что вполне вероятно), это произойдет менее чем 100 лет. Возможно, такого не случится, но производство дополнительного тепла около 1 ккал/см2в год для суши почти обязательно будет иметь место. Этого количества тепла, составляющего лишь долю процента поступающей от Солнца радиации, достаточно для того, чтобы, например, сократились (шапки) полярных льдов. Хорошо ли это? Климат Арктики значительно потеплеет, меньше потеплеет климат умеренных широт, произойдет перераспределение осадков. Талые воды ледников вызовут подъем уровня Океана. Изменения окажутся значительными, все их трудно даже предвидеть. Безусловно, они не все желательны и благоприятны для человечества. Требуются серьезные исследования возможных планетарных изменений климата, связанных с деятельностью людей, с целью их оценки и своевременного предотвращение нежелательных результатов. Не в меньшей степени важны исследования вопросов преобразования климата с целью его улучшения. Обе проблемы очень тесно связаны.

Атмосфера - компонент географической оболочки, Климат - результат взаимодействия атмосферы с подстилающей поверхностью, включая твердую земную поверхность, воды Океана и суши, растительный покров, животный ми,т.е. все компоненты географической оболочки. Без глубокого знания климата нельзя понять процессы, совершающихся в географической оболочке.

Причины глобального потепления наконец-то объяснены

В глобальном потеплении виноваты не только выбросы парниковых газов, но и повышенная энергия Солнца. Как сообщила в воскресенье британская газета 'Санди Телеграф', к такому выводу пришла группа швейцарских и германских ученых. 'Причины глобального потепления наконец-то объяснены. Земля разогревается, поскольку солнце сейчас светит ярче, чем когда-либо за последние 1000 лет. Именно увеличившееся излучение Солнца ответственно за происходящие глобальные изменения климата', - отмечает издание. Возглавлял исследование доктор Сами Соланки из института Макса Планка по изучению Солнечной системы в Геттингене (Германия). По его словам, 'Солнце - это изменяющаяся субстанция. Сейчас оно ярче, чем несколько столетий назад и это увеличение яркости началось сравнительно недавно - в последние 100-150 лет'. Доктор Соланки утверждает, что за изменения в температурном режиме у поверхности Земли ответственны и увеличение энергии Солнца, и рост уровня выброса парниковых газов. Однако, по его мнению, сложно достоверно точно определить, какой фактор является превалирующим.

По Неклюковой Н. изменения климата могут быть вызваны многими причинами, среди которых, прежде всего надо учесть изменение положения Земли относительно Солнца и положения солнечной системы в Галактике, изменения солнечной активности и состава солнечной радиации и изменения земной поверхности.

Колебания Земли могут вызывать приливообразующие силы. Раз в 1800-1900 лет Солнце, Земля и Луна находятся не только на одной прямой, но и в одной плоскости, приливообразующие силы в это время особенно усиливаются, что должно вызывать интенсивный меридиональный перенос воздуха, сопровождающийся увлажнением климата. Если это так, то за промежуток времени в 1800-1900 более влажная и более сухая эпохи должны сменить друг друга. Предполагают, что обращение солнечной системы является причиной изменений климата с периодом в 200млн. лет.

По гипотезе Симпсона, при увеличении солнечной активности земная поверхность нагревается в низких широтах сильнее, чем в высоких. В связи с этим возрастает температурный градиент, усиливается циркуляция атмосферы, увеличивается испарение, интенсивность облакообразования и количество осадков. Большая облачность увеличивает альбедо Земли и в то же время предохраняет земную поверхность от потери тепла. В низких широтах колебания температуры сглаживаются, климат становится более океанским, дождливым. В высоких широтах средняя годовая температура повышается, облачность увеличивается, возрастает количество осадков, особенно в виде снега. Снег не успевает стаивать в течение облачного прохладного лета.

Все эти условия способствуют накоплению снега, росту ледников и возникновению ледникового периода. При дальнейшем увеличении интенсивности солнечной радиации и росте температуры снег и лед начинают таять. Ледниковый период сменяется межледниковьем. Затем все процессы идут в обратном порядке; уменьшение солнечной интенсивности, понижение температуры, накопление снега. Постепенное уменьшение количества осадков приведет к исчезновению ледникового периода холодной и сухой межледниковой эпохой.

По гипотезе Предтеченского П.П.-усиление солнечной активности приведет к усилению циркуляции атмосферы, особенно меридиональная, экваториально-тропическая и полярная зона расширятся.

Метеорологические приборы

Метеорологические приборы предназначены как для непосредственных срочных измерений (термометр или барометр для измерения температуры или давления), так и для непрерывной регистрации тех же элементов во времени, как правило, в виде графика или кривой (термограф, барограф). Ниже характеризуются только приборы для срочных измерений, но почти все они существуют также и в виде самописцев. По сути, это те же измерительные приборы, но имеющие перо, рисующее линию на движущейся бумажной ленте.

Термометры. Жидкостные стеклянные термометры. В метеорологических термометрах чаще всего используется способность жидкости, заключенной в стеклянную колбочку, к расширению и сжатию. Обычно стеклянная капиллярная трубочка заканчивается шаровидным расширением, которое служит резервуаром для жидкости. Чувствительность такого термометра находится в обратной зависимости от площади поперечного сечения капилляра и в прямой - от объема резервуара и от разности коэффициентов расширения данной жидкости и стекла. Поэтому чувствительные метеорологические термометры имеют большие резервуары и тонкие трубки, а используемые в них жидкости с увеличением температуры расширяются значительно быстрее, чем стекло.

Выбор жидкости для термометра зависит в основном от диапазона измеряемых температур. Ртуть используется для измерения температур выше -39° С - точки ее замерзания. Для более низких температур применяются жидкие органические соединения, например этиловый спирт.

Точность проверенного стандартного метеорологического стеклянного термометра ± 0,05° С. Главная причина погрешности ртутного термометра связана с постепенными необратимыми изменениями упругих свойств стекла. Они приводят к уменьшению объема стекла и повышению точки отсчета. Кроме того, ошибки могут возникать в результате неправильного считывания показаний или из-за размещения термометра в месте, где температура не соответствует истинной температуре воздуха в окрестностях метеостанции.

Погрешности спиртовых и ртутных термометров сходны. Дополнительные ошибки могут возникать из-за сил сцепления между спиртом и стеклянными стенками трубки, поэтому при быстром понижении температуры часть жидкости удерживается на стенках. Кроме того, спирт на свету уменьшает свой объем.

Минимальный термометр предназначен для определения самой низкой температуры за данные сутки. Для этих целей обычно используется стеклянный спиртовой термометр. В спирт погружается стеклянный штифт-указатель с утолщениями на концах. Термометр работает в горизонтальном положении. При понижении температуры столбик спирта отступает, увлекая за собой штифт, а при повышении - спирт его обтекает, не сдвигая с места, и поэтому штифт фиксирует минимальную температуру. Возвращают термометр в рабочее состояние, опрокидывая резервуаром вверх, чтобы штифт вновь пришел в соприкосновение со спиртом.

Максимальный термометр используется для определения самой высокой температуры за данные сутки. Обычно это стеклянный ртутный термометр, похожий на медицинский. В стеклянной трубке вблизи резервуара имеется сужение. Ртуть выдавливается через это сужение во время повышения температуры, а при понижении сужение препятствует ее оттоку в резервуар. Такой термометр вновь подготавливают к работе на специальной вращающейся установке.

Биметаллический термометр состоит из двух тонких лент металла, например медной и железной, которые при нагревании расширяются в разной степени. Их плоские поверхности плотно прилегают одна к другой. Такая биметаллическая лента скручена в спираль, один конец которой жестко закреплен. При нагревании или охлаждении спирали два металла расширяются или сжимаются по-разному, а спираль либо раскручивается, либо туже скручивается. По указателю, прикрепленному к свободному концу спирали, судят о величине этих изменений. Примерами биметаллических термометров являются комнатные термометры с круглым циферблатом.

Электрические термометры. К таким термометрам относится устройство с полупроводниковым термоэлементом - терморезистор, или термистор. Термоэлемент характеризуется большим отрицательным коэффициентом сопротивления (т.е. его сопротивление быстро уменьшается с повышением температуры). Преимуществами терморезистора являются высокая чувствительность и быстрота реакции на изменение температуры. Калибровка терморезистора со временем меняется. Терморезисторы применяются на метеорологических спутниках, шарах-зондах и в большей части комнатных цифровых термометров.

Барометры. Ртутный барометр - это стеклянная трубка длиной ок. 90 см, заполненная ртутью, запаянная с одного конца и опрокинутая в чашку со ртутью. Под действием силы тяжести часть ртути выливается из трубки в чашку, а из-за давления воздуха на поверхность чашки ртуть поднимается по трубке. Когда между этими двумя противодействующими силами устанавливается равновесие, высота ртути в трубке над поверхностью жидкости в резервуаре соответствует атмосферному давлению. Если давление воздуха возрастает, уровень ртути в трубке поднимается. Средняя высота ртутного столба в барометре на уровне моря составляет ок. 760 мм.

Барометр-анероид состоит из запаянной коробки, из которой частично откачан воздух. Одна ее поверхность представляет собой эластичную мембрану. Если атмосферное давление увеличивается, мембрана прогибается внутрь, если уменьшается - выгибается наружу. Прикрепленный к ней указатель фиксирует эти изменения. Барометры-анероиды компактны и сравнительно недороги и используются как в помещении, так и на стандартных метеорологических радиозондах. См. также БАРОМЕТР.