Атмосфера - Географія - Скачать бесплатно

Циркуляція атмосфери, погода. Циклони та антициклони

1. Атмосфера та її склад. Зміни тиску і температури з висотою. Атмосфера — повітряна оболонка, яка оточує Землю. Нижня межа атмосфери — поверхня Землі. Верхню межу умовно проводять на висоті 2000-3000 км від земної поверхні.

До складу атмосфери входять азот (близько 78%), кисень (близько 21%) та інші гази (всі вони складають ледве більше 1%). На частку вуглекислого газу припадає 0,033% .

Кожний газ виконує свою функцію. Кисень забезпечує дихання і горін­ня. Азот входить до складу білків — речовин, з яких складаються всі живі організми. Вуглекислий газ — одна з основ фотосинтезу рослин. Озон — газ, що поглинає основну частину ультрафіолетового випромінювання Сонця.

По вертикалі атмосфера ділиться на шари — тропосферу, страто­сферу, мезосферу, термосферу (іоносферу) та екзосферу.

Тропосфера — найнижчий і найщільніший шар атмосфери (80% її маси). Простягається на висоту від 7-9 км (над полюсами) до 16-18 км (над екватором). У тропосфері зосереджена майже вся водяна пара, тут відбуваються найважливіші для географічної оболонки атмосферні проце­си. У тропосфері температура повітря з висотою знижується (в середньо­му на 6,5 С на 1 км). Тиск повітря на рівні моря складає 760 мм рт. ст. Цей тиск прийнято за нормальний. У нижніх шарах тропосфери тиск падає з висотою — в середньому на 10 мм рт. ст. на кожні 100 м підйому.

Стратосфера простягається від верхніх меж тропосфери до висоти 50 км. У стратосфері на висоті 21-29 км розташований озоновий шар. Вище стратосфери знаходяться верхні шари атмосфери.

Атмосфера регулює теплообмін планети з космічним простором, впли­ває на її радіаційний і водний баланси, захищає Землю від метеоритів. Повітря підтримує різні форми життя на Землі.

У зв'язку з інтенсивною господарською діяльністю людини виникла проблема охорони атмосфери від забруднення. У повітря викидається величезна кількість сполук, здатних зруйнувати озоновий екран, викли­кати парниковий ефект, смоги, кислотні дощі. Згорання палива, вирубу­вання лісів призводять до зменшення кількості кисню в атмосфері.

Шляхами розв'язання цих проблем є створення безвідхідних вироб­ництв, надійних газо- і пиловловлювачів, використання екологічно чи­стих джерел енергії, озеленіння міст, відновлення площі лісів тощо.

2. Загальна циркуляція атмосфери Землі. Вітри

Вся система повітряних течій над земною кулею називається загаль­ною циркуляцією атмосфери. Причиною руху повітря в атмосфері є різни­ця тиску над земною поверхнею, що обумовлено нерівномірністю розпо­ділу сонячної радіації і неоднорідністю підстилаючої поверхні.

На Землі діють постійні вітри, що дують завжди в одному напрямі — від поясів високого тиску до поясів низького тиску.

Низький тиск над екватором пояснюється тим, що тут сильно нагріте легке повітря постійно піднімається вгору. У верхніх шарах тропосфери воно розтікається в напрямку полюсів, охолоджується і приблизно над ЗО" пн. ш. і пд. ш. починає опускатися. Тут виникають тропічні пояси високого тиску. Формуються постійні вітри, що дують від 30° пн. ш. до екватора (північна-схід ні пасати) і від 30 пд. ш. до екватора (південно— східні пасати).

У помірних широтах дують переважно західні вітри, їх утворення пояснюється тим, що від тропічних поясів високого тиску вітри спрямо­вані не тільки до екватора, але і до полюсів, оскільки біля 65 пн. ш. і пд. ш. знаходяться пояси низького тиску. Внаслідок обертання Землі ці вітри відхиляються від свого меридіонального напрямку вправо (у Північній півкулі) і вліво (у Південній півкулі). Так утворюється потужне західне перенесення.

Над обома полюсами Землі повітря холодне і важке. Тут формуються пояси високого тиску. Звідси вітри спрямовані до 65 пн. ш. і 65° пд. ш. Під впливом обертання Землі вони перетворюються на північно-східні (у Північній півкулі) і в південно-східні (у Південній півкулі) вітри,

Загальна схема руху повітряних мас ускладнюється і мусонною цир­куляцією, найкраще вираженою на сході Євразії. На загальну циркуля­цію атмосфери найбільше впливають циклони і антициклони. Вони мо­жуть досягати в діаметрі декількох тисяч кілометрів.

На Землі існує і місцева циркуляція. Вона охоплює невеликі тери­торії. Серед місцевих вітрів найбільше відомі бризи, що виникають на узбережжі морів. Денний бриз віє з моря на суходол, нічний — навпаки.

3. Циклони. Антициклони. Атмосферні фронти.

Зміни погоди, викликані їх дією

Циклони й антициклони є замкнутими областями відповідно низь­кого і високого тиску — своєрідними атмосферними вихорами висхід­ного і низхідного потоків повітря.

Циклон — великомасштабний атмосферний вихор зі зниженим тис­ком у центрі і висхідними потоками повітря. У Північній півкулі цик­лон має загальне обертання проти годинникової стрілки. Циклон помірних широт досягає в діаметрі 1000-3000 км. З циклоном пов'язані великі області хмар і опадів. Взимку з приходом циклону наступає потепління, влітку — зниження температури повітря.

Антициклон — область підвищеного атмосферного тиску з макси­мальним тиском у центрі і низхідними потоками повітря. Розтікаючись біля поверхні землі, повітря надає антициклону в Північній півкулі обер­тання за годинниковою стрілкою. Антициклони досягають у діаметрі тисяч кілометрів. Для антициклону характерні ясні погоди, відсутність хмарності й опадів. У центрі антициклону — штиль. Взимку з анти­циклоном у помірних широтах пов'язане різке зниження температури (унаслідок нічного вихолоджування земної поверхні). Влітку, навпаки, з антициклоном пов'язане підвищення температур (завдяки надходжен­ню прямої сонячної радіації протягом довгого дня).

Атмосферний фронт — перехідна зона між двома повітряними ма­сами з різними фізичними властивостями. Атмосферний фронт називаєть­ся теплим, якщо тепле повітря наступає на холодне, витісняючи його. З теплим фронтом звичайно пов'язане потепління, висхідне ковзання теп­лого повітря по відступаючому холодному, утворення шарувато-дощо­вих хмар з обложними опадами.

Холодний атмосферний фронт виникає у випадку, якщо холодне по­вітря витискує тепле. З холодним фронтом звичайно пов'язане похоло­дання, посилення вітру, збільшення прозорості повітря. Внаслідок підйому теплого повітря по клину холодного виникають купчасто-дощові хмари й опади — влітку зливового характеру, із грозами, градом.

Формування клімату і погоди. Клімат України і Європи

1. Погода. Характеристика її складових

Погода — це стан нижнього шару атмосфери в даний час і в даному місці. Поняття «погода» містить шість показників її стану (або метеоелементів): температуру і вологість повітря, хмарність, опади, атмосферний тиск і вітер.

Температура повітря характеризує тепловий стан атмосфери і ви­мірюється в градусах Цельсія (°С) і Кельвіна (К). Температура повітря залежить від кута падіння сонячних променів. На температуру вплива­ють прозорість атмосфери, хмарність, напрямок вітру, опади тощо. За даними спостережень розраховують середньодобову, середньомісячну, середньорічну температури. Різницю між максимальною і мінімальною температурою називають амплітудою температур. Річні амплітуди тем­ператур збільшуються від екватора до полюсів. На одній і тій самій ши­роті амплітуда температур також може змінюватися. Наприклад, вона збільшується від узбережжя вглиб материка і є одним із показників континентальності клімату.

Вологість повітря — вміст водяної пари в повітрі. Залежить від тем­ператури: чим вища температура повітря, тим більшу кількість вологи воно може містити. Абсолютна вологість — це кількість водяної пари (у г) в одиниці об'єму повітря (в 1 м3). Відносна вологість — відношен­ня фактичного вмісту водяної пари в повітрі до можливого при даній температурі, виражене у відсотках.

Хмарність — ступінь покриття небосхилу хмарами — скупченнями крапельок води? що зависли в атмосфері, або кристаликів льоду. Розріз­няють купчасті, шаруваті, перисті хмари, а також десятки їх різно­видів — високошаруваті, купчасто-дощові, шарувато-купчасті та ін. Хмарність визначають у балах — від 0 (при ясному небі) до 10 балів (при суцільній хмарності).

Атмосферні опади — вода в рідкому і твердому станах, що випадає з хмар або з повітря на земну поверхню. До рідких опадів належать дощ, роса, мряка, до твердих — сніг, град, іній, приморозь, снігова крупа. Кількість опадів вимірюється в міліметрах за одиницю часу (місяць, рік).

Атмосферний тиск — сила, з якою повітря давить на земну поверх­ню. Одиницями виміру атмосферного тиску є міліметри ртутного сто­впчика (мм рт, ст.), мілібари (мб), а в системі СІ — паскалі (Па) і гектопаскалі (гПа). Нормальний тиск — середня величина тиску на рівні моря: Рнорм. - 760 мм рт. ст. = 1013 мб = 1013 гПа.

Вітер — горизонтальний рух повітря з області високого тиску до області нижчого. Вітер характеризується швидкістю (м/с, км/год) і на­прямком (визначається за стороною горизонту, звідки дує). На Землі розрізняють постійні вітри (північно-східні і південно-східні пасати, західні вітри помірних широт), сезонні вітри мусони), місцеві вітри (бризи, бора та ін.).

2. Клімат України, його особливості і чинники,

які його визначають

Клімат України помірно континентальний, на Південному березі Кри­му — субтропічний середземноморський. В Українських Карпатах і Кримських горах спостерігаються зниження температур повітря по вер­тикалі знизу вгору, збільшена кількість опадів порівняно з сусідніми рівнинними територіями. Для країни в цілому характерне збільшення континентальності клімату із заходу на схід.

Середньорічна кількість, годин сонячного сяяння зростає в Україні з північного заходу на південний схід і південь з 1700 до 2400. Мінімальна тривалість — у Поліссі (1700-1800 год на рік), максимальна — на південних схилах Кримських гір (понад 2400 год). Сумарна сонячна радіація становить на півночі країни 3500-4000, в південних районах — 4600-5200 МДж/м2 на рік.

Циркуляція атмосфери зумовлює перенесення повітряних мас, їх трансформацію і взаємодію. На територію України приходять морські повітряні маси — арктичні (з півночі), помірні (з регіонів помірних широт Атлантики) і рідко — тропічні (з південних районів Атлантики). Конти­нентальні помірні і тропічні повітряні маси приходять із внутрішніх районів Євразії відповідних широт. Для клімату України характерна часта зміна погод, що пов'язано з надходженням циклонів (в середньому за рік їх 45) і антициклонів (36). Антициклони менше рухливі, ніж циклони, тому в Україні переважають дні з антициклональними (ясними, соняч­ними) погодами — у середньому на рік їх 230-235 (проти 135-130 днів із циклональними погодами).

Підстилаюча поверхня впливає на всі кліматичні показники. На­приклад, гірські хребти Карпат і Криму захищають відповідно Закарпат­тя і Чорноморське узбережжя від холодних арктичних повітряних мас.

Середньосічневі температури на північному сході країни від -7 до -8 С, а на Південному березі Криму (Ялта) +4 °С. Середньолипневі тем­ператури на заході України +18 °С, а на півдні — від +22 °С до +23 °С і. вище.

Опади розподіляються нерівномірно, їх річна кількість зменшується з заходу і північного заходу (550-650 мм/рік) на південь і південний схід (до 300-350 мм/рік). Максимум опадів припадає на Кримські гори (понад 1000 мм/рік) і Українські Карпати (понад 1500 мм/рік).

В цілому кліматичні умови України сприятливі для різних галузей господарства.

3. Клімат Європи.

Перевага західного перенесення повітряних мас

Європа розташована у чотирьох кліматичних поясах.

Для арктичного поясі (архіпелаг Шпіцберген і ряд інших островів Північного Льодовитого океану) характерний арктичний тип клімату з переважанням протягом року мінусових температур. Тут випадає мала кількість опадів (не більше 250 мм/рік).

У субарктичному поясі лежать південне узбережжя Баренцова моря, північ Скандинавського півострова й острів Ісландія. Клімат субарктич­ний. Зима довга і холодна (до -ЗО °С), літо порівняно тепле (до +10, +15 °С), але дуже коротке/Опадів небагато — до 300 мм/рік.

Велика частина Європи лежить у помірному поясі з морським, по­мірно континентальним і континентальним типами клімату.

Для помірного морського клімату характерне переважання вологого повітря Атлантики. На островах Ірландія, Великобританія, а також на березі Атлантичного океану зима дощова, тепла (середні температури від +1 до +6 °С), Влітку температури невисокі — від +10 до +18 °С, часто йдуть дощі. За рік випадає 1000 мм опадів.

Клімат більшої частини Європи помірно континентальний, з більши­ми, ніж на узбережжі, амплітудами температур (зима холодна, літо теп­ле) і з меншою кількістю опадів (від 500 до 700 мм/рік).

На крайньому південному сході Європи сформувався континенталь­ний тип клімату з дуже спекотним літом і достатньо холодною для цих широт зимою. Опадів випадає до 250 мм/рік.

Південна частина Європи розташована в субтропічному поясі. Для цього регіону характерний субтропічний середземноморський тип кліма­ту. Влітку повітря сухе, тропічне, із температурами липня в середньому від +23 до +25 °С. Опадів майже не буває. Взимку встановлюється об­ласть зниженого тиску з переважанням західних вітрів, що несуть воло­гу з Атлантики. Зима тепла — від +7 до +10 °С у січні, дощова. У серед­ньому за рік випадає приблизно 400-500 мм опадів.

В цілому для більшої частини Європи характерна атмосферна цирку­ляція з західним перенесенням повітряних мас. Повітряні маси пере­міщуються від Азорського максимуму на північ — в область зниженого тиску. Внаслідок обертання Землі вони поступово відхиляються вправо, і виникає постійно діюче потужне західне перенесення помірних воло­гих повітряних мас з Атлантичного океану на територію Європи.

Кліматичні умови

Кліматичні умови грають важливу роль в житті людей. На формування клімату впливають кліматообразуючи чинники: кількість сонячної радіації, рух повітряних мас, характер підстилаючої поверхні. Вплив кожного чинника неоднаковий за різного часу року і в різних районах території України.

Сонячна радіація - головний чинник кліматообразування.

Сонячна радіація - це сонячне випромінювання. Рівень сонячної радіації вимірюється на 1 м2земної поверхні в одиницю часу (МДж/м2). Її розподіл залежить від широти місцевості, якій обумовлений ріг падіння сонячного проміння, і тривалості дня, що у свою чергу впливає на тривалість і інтенсивність сонячного сяйва, показники сумарної сонячної радіації і середню температуру повітря за рік.

20% сонячної радіації, що поступає на Землю, відображається атмосферою. Інша її частина досягає земної поверхні - це пряма сонячна радіація. Частина радіації поглинається і розсівається краплями води, криги, частинками пилу, хмарами. Така радіація називається розсіяною. Пряма і розсіяна складають сумарну. Частина радіації відображається від поверхні Землі - це відображена радіація. На півночі України 4/5 сонячній радіації йде на випаровування води, а 1/5 - безпосередньо на нагрівання повітря. На півдні країни витрати сонячного тепла розподіляються рівномірно на випаровування і нагрівання повітря. Інша частина, яка нагріває поверхню, - поглинена радіація. Одним з важливих показників сонячної радіації є радіаційний баланс. Це різниця між сумарною радіацією і відображеною. В Україні радіаційний баланс позитивний.

Рухи повітряних мас. Повітряна маса - великий об'єм повітря в тропосфері, що володіє характерними властивостями (температурою, вогкістю, прозорістю). Утворення різних типів повітряних мас відбувається в результаті нерівномірного нагрівання земної поверхні. Вся система руху повітря називається атмосферною циркуляцією. На формування клімату України роблять вплив помірні, арктичні і тропічні повітряні маси. Пануючими повітряними масами в Україні є помірні континентальні повітряні маси, вони і формують на значній території країни помірно континентальний тип клімату. Лише на Південному березі Криму сформований субтропічні тип клімату. Між повітряними масами розташовуються перехідні області шириною в декілька десятків кілометрів. Ці області називаються атмосферними фронтами. Атмосферні фронти знаходяться в постійному русі. При цьому відбувається зміна погоди, зміна повітряних мас. Фронти діляться на теплі і холодні.

Теплий фронт утворюється, коли тепле повітря наступає на холодний і відтісняє його. Холодний фронт утворюється, коли холодне повітря переміщається у бік теплого і відтісняє його.

Теплий фронт приносить потеплення, осідання. Холодний фронт приносить похолодання і прояснення. З атмосферними фронтами пов'язаний розвиток циклонів і антициклонів.

В Україні влітку і взимку переважає широтний (захід - схід) рух повітря, а навесні і восени - меридіональне (північ - південь) рух повітря.

Підстилаюча земна поверхня впливає на розподіл сонячної радіації, рух повітряних мас. Рівнинний рельєф більшої частини України обумовлює збільшення показників сонячної радіації і середньої температури з півночі на південь; не перешкоджає проникненню повітряних мас з різних сторін. Карпатські і Кримські гори перешкоджають проникненню холодних повітряних мас. В горах збільшується кількість опадів і знижується температура повітря.

На клімат України великий вплив надають повітряні маси з північної частини Атлантичного океану, у меншій мірі - збоку Північного Льодовитого океану. На мікроклімат території роблять вплив річкова сіть, грунтово-рослинний покрив, забудова і т. д.

Основні кліматичні показники

Україна майже вся розташована в межах помірно континентального пояса. Тільки для Південного берега Криму характерний субтропічні середземноморський клімат. Клімат, що сформувався, в Україні є результатом взаємодії трьох кліматообразуючих чинників. Основними показниками клімату є: температура повітря, атмосферний тиск, атмосферні осідання, напрям і сила вітру.

Температура повітря. Середні температури повітря в межах України збільшуються від +6ºС на півночі до +13ºС на півдні. Абсолютний максимум температур в Україні (+41ºС) зареєстрований в Одеській області, а мінімум (-42ºС) в р. Луганську. Найнижчі температури в Україні спостерігаються в січні-лютому і змінюються з півночі на південь і з північного заходу на південний схід. Середні січневі температури на сході України і в горах складають -7º.. .-8ºС. В Криму (рівнинна частина) січневі температури 0ºС, а на Південному березі Криму +3º.. .+4ºС. Середні температури липня в північній частині складають +17º...+19ºС, а на півдні України +22º ...+23ºС. Коли до України приходить жарке повітря з південного заходу, температура підвищується до +34º.. .+36ºС. В Криму літня температура підіймається до+40º...+41ºС.

Атмосферні осідання. Їхня кількість зменшується із заходу на південь, від 600 - 700 мм до 300 мм. Щонайбільша кількість опадів випадає в горах: в Карпатах 1600 мм і більш, в Кримських горах до 1200 мм. Для рівнинної частини країни і Карпат характерний літній максимум опадів, для Кримських гір – зимний максимум. Важливим показником, що характеризує умови збільшення рослинності, є коефіцієнт зволоження. Він визначається як відношення кількості опадів за рік до випаровуваності - кількості вологи, яка може випаруватися. Чим більше територія одержує опадів, тим більше випаровувань. Якщо коефіцієнт зволоження більше 1, то територія вважається надмірно зволоженою. В Україні надмірне зволоження характерний для Карпат, західної і північної частин. На крайньому півдні коефіцієнт зволоження 0,3 (недостатнє).

Вітровий режим

Протягом року змінюється вітровий режим. Зміни відбуваються у напрямі і швидкості вітру. Ці зміни залежать від центрів атмосферного тиску. Через Україну проходить смуга високого тиску. На північ від цієї смуги переважають вітри західного напряму, на південь - східного. Середня швидкість вітру в Україні складає 4 м/сек.

Сезонні особливості клімату України

В Україні виділяють чотири кліматичні сезони.

Зима - кліматичний сезон з середньодобовою температурою повітря нижче 0ºС. Зима триває від 140 днів на північному сході до 60 днів на півдні і південному заході. Зима помірно м'яка на заході;

на півдні - м'яка; на сході і північному сході - прохолодна.

Весна - сезон з середньодобовою температурою від 0º до +15ºС. Продовжуються 100 днів в Карпатах, до 50 днів на сході. Для весни характерна нестійка погода.

Літо - сезон з середньою температурою повітря більш +15ºС. Продовжується від 140 днів на побережжі морів - до 95-100 днів на півночі і заході України, де воно прохолодніше. На початок року на рівнинній частині України і в Карпатах доводиться максимум річних опадів, друга половина року жарка і суха.

Осінь - сезон з середньою температурою повітря від +15º до 0ºС. Погода, як і навесні, нестійка. Осінь продовжується від 65 днів на сході до 100 днів в Карпатах і на Південному березі Криму.

Кліматичні ресурси - це оцінка елементів клімату для різних галузей господарства.

Найважливішою є оцінка агрокліматичних ресурсів. Показником цих ресурсів є тривалість вегетаційного періоду. Його тривалість збільшується від 190 днів на північному сході до 290 днів на Південному березі Криму. Кліматом визначається тривалість опалювального сезону. Енергетичні ресурси клімату використовуються на сонячній електростанції, а енергія вітру - на вітрових електростанціях (Крим). В районах, де клімат робить благосприятливий вплив на здоров'ї людей, створюються зони відпочинку і санаторно-курортні райони (Південний берег Криму, Карпати, Закарпаття).

В цілому клімат України сприятливий для розвитку сільського господарства, життя і відпочинку населення.

Оцінка кліматичних особливостей території і прогнозування погоди дуже важлива для життя людей. Прогнозуванням займається Національна гідрометеорологічна служба. В неї входять метеорологічні станції, бюро погоди, які проводять спостереження за станом погоди, складають синоптичні карти, на підставі яких складається прогноз погоди на певний період.