Что относят к климатообразующим процессам
Мировой климат
О климате и погоде на планете
Климатообразующие процессы
В природе существует три основных цикла атмосферных процессов, которые влияют на формирование погоды и формируют климат. К ним относятся теплооборот, влагооборот и атмосферная циркуляция.
Суть теплооборота заключается в следующем. Поток солнечной радиации на пути от Солнца к Земле в некоторой мере отражается воздухом и тучами. Таким образом, часть энергии безвозвратно теряется, но другая часть все-таки проходит сквозь атмосферу. После этого она преобразовывается в тепло, и при изменении спектрального состава рассеивается. Падая на поверхность земли, часть радиации частично отражается, а другая часть – нагревает почву и водоемы. После этого энергия уже от земли передается в атмосферу, которая от нее и греется, при этом излучая инфракрасную радиацию. Излучающаяся в мировое пространство радиация, вместе с отраженной энергией Солнца, уравновешивают приток радиации к земле.
Помимо обмена теплотой путем взаимного излучения, между поверхностью Земли и атмосферой постоянно происходит обмен тепловой энергией за счет теплопроводности. Огромное значение здесь имеет перемешивание воздуха в вертикальном направлении. При поступлении в район земной поверхности, значительная часть тепла тратится на испарение с водоемов. Через некоторое время, при конденсации в более высоких шарах атмосферы, выделяется тепло, нагревающее воздух. Что касается горизонтального переноса тепла, то оно происходит во время воздушных течений. Таким образом, можно сделать вывод, что особенности обмена тепловой энергией на одном уровне с суточным и сезонным ходом влияют на температурный режим определенной местности.
С поверхности Земли постоянно происходи испарение влаги в атмосферу. Это и являет собой влагооборот. На испарение затрачивается очень большое количество тепловой энергии, кроме этого происходят и постоянные процессы обратного действия, а именно – конденсация, т.е. превращение водяной пары в капельки воды. При этом атмосфера также получает тепло. Следствием этого являются туманы и облака, с которых на Землю в дальнейшем выпадают осадки. Неправильный оборот влаги и тепла в атмосфере тянет за собой неравномерное распределение атмосферного давления, влияющего на воздушные течения, которые мы ощущаем как ветер. Кроме этого, на образование ветров влияет суточное вращение земного шара.
Общая циркуляция атмосферы – это целая система воздушных течений на Земле в крупнейшем масштабе, основными элементами которой являются антициклоны и циклоны, т.е. возникающие и разрушающиеся в атмосфере волны воздуха длинною в несколько тысяч километров. С этими воздушными потоками связаны изменения погоды, ведь воздушные массы при перемещении из одной области Земли в другую, переносят вместе с собой свойственные себе характеристики. Таким образом, циркуляция воздуха в атмосфере определяет преобладание определенных воздушных масс в той или иной местности и является одним из самых важных факторов в образовании климата.
Кроме перечисленных воздушных течений при циркуляции в атмосфере климатообразующее значение принадлежит также циркуляции, которая имеет намного меньший масштаб. Среди них горно-долинные ветры, морские бризы и другие, которые носят название местных циркуляций. Не следует забывать, что все катастрофические явления погоды связаны с вихрями именно малого масштаба, а именно торнадо, смерчами, тромбами, тропическими циклонами. Ветряные потоки приводят к волнению водных поверхностей, среди которых океанические течения и дрейф льдов. Также он является очень важным фактором эрозии, а также образования рельефа.
Что относят к климатообразующим процессам
Климатообразующие факторы – это физические механизмы, определяющие внешние воздействия на КС, а также основные взаимодействия между звеньями КС (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Схема климатообразующих факторов
Факторы можно разделить на две группы. Внешние климатообразующие факторы обусловливают энергетические воздействия на КС. Внутренние климатообразующие факторы характеризуют свойства самой КС. Внешние факторы можно разделить на две группы: астрономические факторы – светимость Солнца, положение орбиты Земли в Солнечной системе и характеристики орбитального движения Земли, наклон её оси к плоскости орбиты и скорость вращения вокруг оси. От этих факторов зависят распределение солнечной энергии на верхней границе атмосферы Земли, гравитационное воздействие Солнца и других планет Солнечной системы, а также Луны (гравитационное воздействие, меняясь во времени, создает приливы и отливы, колебания характеристик орбитального движения и собственного вращения Земли, что в конечном счете приводит к колебаниям энергии, поступающей от Солнца на верхнюю границу атмосферы). Определенную роль играет и внешнее магнитное поле. Вторая группа внешних факторов – это геофизические факторы. К ним относятся размер и масса Земли, собственные гравитационное и магнитное поля Земли, внутреннее тепло, определяющее геотермические источники тепла и вулканизм. К числу внутренних климатообразующих факторов относят состав и массу атмосферы, океана, особенности распределения суши и океана, рельеф суши, структуру деятельного слоя суши и океана (Климатология, 1989).
Состояние глобальной климатической системы определяет характер климатообразующих процессов – атмосферной циркуляции, теплооборота и влагооборота, которые протекают в различной географической обстановке. Эти процессы взаимосвязаны между собой и формируют локальный климат в каждой точке. Климатообразующие процессы протекают в конкретных географических условиях земного шара. Географическая обстановка влияет на все процессы. В низких – высоких широтах, над сушей – морем климатообразующие процессы протекают по-разному, т.е. имеют свою географическую специфику. К основным географическим факторам климата относятся: географическая широта, высота над уровнем моря, распределение суши и воды на поверхности земного шара, орография суши, океанические течения, растительный, снежный, ледяной покров (Хромов С.П., Петросянц М.А., 2001).
Глава 3. Геокосмос
В.В. Братков, Н.И. Овдиенко
Геоэкология
Учебное пособие. — М., 2005.
Глава 3. Геокосмос
3.1. Атмосфера
3.1.3. Климатообразование
Климат каждого региона и планеты в целом складывается под воздействием целого ряда климатообразующих факторов и процессов.
Географическая широта. Положение в географических поясах определяет высоту полуденного стояния Солнца над горизонтом и в связи с этим — тепловой режим, а также господствующие типы воздушных масс.
Близость морей и океанов или удалённость от них определяет годовую и суточную амплитуды температур, годовое количество осадков и увлажнение.
Холодные или тёплые океанические течения влияют на режим температур и увлажнение: холодные течения понижают температуры, количество осадков и увлажнение, тёплые — повышают эти показатели.
Рельеф местности влияет на климат как абсолютной высотой (явление высотной поясности), так и направлением простирания горных хребтов по отношению к солнечным лучам (экспозиция склонов в сторону экватора или к полюсам) и господствующим ветрам. Это сказывается на температурном режиме и количестве выпадающих осадков.
Характер подстилающей поверхности. Лесная растительность, по сравнению с открытыми пространствами, уменьшает колебания температур и скорость ветра, повышает увлажнение. Снежный покров, по сравнению с бесснежной поверхностью, смягчает зимние морозы и повышает влажность весной.
Теплооборот — процессы и показатели, определяющие тепловой режим региона. К ним относятся: суммарная солнечная радиация, радиационный баланс; температурный режим, который характеризуется среднегодовыми температурами и сезонным изменением температур, особенностями хода изотерм, в меньшей степени — абсолютными максимумами и минимумами температур.
Циркуляция определяется размещением барических систем по сезонам и, как следствие, господствующих ветров. При этом различаются ветры общей циркуляции (пассаты, муссоны, переносы и т.п.) и местные ветры (бризы, фёны, горно-долинные и т.п.).
Влагооборот характеризует режим влаги региона, его определяют следующие показатели: годовое количество осадков и особенности их размещения, распределение осадков по сезонам и тип режима осадков, среднегодовая испаряемость и коэффициент увлажнения.
Что относят к климатообразующим процессам
Климатообразующие процессы
Существуют три основных цикла атмосферных процессов, участвующих в формировании погоды и определяющих климат. Это так называемые климатообразующие процессы – теплооборот, влагооборот и атмосферная циркуляция.
Термин «теплооборот» описывает сложные процессы получения, передачи, переноса и потери тепла в системе «земля-атмосфера». Поток солнечной радиации, идущий от Солнца к Земле, частично отражается воздухом, облаками и примесями назад в мировое пространство. Эта энергия безвозвратно теряется для Земли. Другая часть проходит сквозь атмосферу. Атмосфера частично и в сравнительно небольшой степени поглощает солнечную радиацию, преобразуя ее в теплоту, частично рассеивает ее, изменяя спектральный состав.
Прямая солнечная радиация, прошедшая сквозь атмосферу, и рассеянная радиация, падая на земную поверхность, частично от нее отражаются, но в большей части поглощаются ею и нагре-вают верхние слои почвы и водоемов. Земная поверхность сама испускает невидимую инфракрасную радиацию, которую в большей части поглощает атмосфера, и нагревается. Атмосфера в свою очередь излучает инфракрасную радиацию, большую часть которой поглощает земная поверхность. В то же время земная и атмосферная радиации непрерывно излучаются в мировое пространство и вместе с отраженной солнечной радиацией уравновешивают приток солнечной радиации к Земле.
С другой частью лучистой энергии, попавшей в атмосферу, происходит целый ряд превращений, результатом которых является нагревание земной поверхности и атмосферы.
Кроме обмена тепла путем излучения между земной поверхностью и атмосферой происходит обмен тепла за счет теплопроводности, причем особенно важную роль играет конвективное перемешивание воздуха в вертикальном направлении.
Значительная часть солнечного тепла, поступающего на земную поверхность, затрачивается на испарение воды, т.е. переходит в скрытую форму. Потом, при конденсации водяного пара в атмосфере и, как правило, в районе, удаленном от места испарения, это тепло, выделяясь, нагревает воздух.
Важнейшим процессом в теплообороте является горизонтальный перенос тепла воздушными течениями, направленными из одних мест земли в другие.
Особенности процессов теплооборота наряду с суточным и сезонным ходом определяют тем-пературный режим того или иного места. Температура воздуха, постоянно ощущаемая как тепло или холод, имеет важнейшее значение для жизни на Земле вообще, для жизни и хозяйственной деятельности людей в частности (Хромов, Петросянц, 2004).
Распределение температуры воздуха по земному шару зависит от общих условий притока солнечной радиации по широтам, от распределения суши и моря, которые по-разному поглощают радиацию и по-разному нагреваются, и, наконец, от воздушных течений, переносящих воздух из одних областей Земли в другие.
Между земной поверхностью и атмосферой происходит постоянный оборот воды, или влагооборот. С поверхности океанов и морей, а также других водоемов, с влажной почвы и растительности в атмосферу испаряется вода. На испарение затрачивается большое количество тепла из почвы и верхних слоев воды. Водяной пар – вода в газообразном состоянии – важная составная часть атмосферного воздуха.
При существующих в атмосфере условиях водяной пар может испытывать и обратное преоб-разование: он конденсируется (сгущается) и превращается в капельки воды или кристаллики льда, вследствие чего возникают облака и туманы. В процессе конденсации атмосфера получает большие количества скрытого тепла. Из облаков при определенных условиях выпадают осадки. Возвращающиеся на земную поверхность осадки в целом уравновешивают испарение.
Количество выпадающих осадков и их распределение по сезонам влияют на растительный покров и земледелие. От распределения и колебания количества осадков зависят также условия стока, режим рек, уровень озер и другие гидрологические явления. Большая или меньшая высота снежного покрова определяет промерзание почвы и режим многолетней мерзлоты.
Неравномерное распределение тепла в атмосфере приводит к неравномерному распределению атмосферного давления, от распределения давления зависит движение воздуха, т.е. воздушные течения.
Движение воздуха относительно земной поверхности ощущается нами как ветер. Следовательно, причиной появления ветров является неравномерное распределение давления. На характер движения воздуха относительно земной поверхности большое влияние оказывает суточное вращение Земли. В нижних слоях атмосферы на движение воздуха влияет также трение. Масштабы горизонтальных атмосферных движений меняются в очень широких пределах: от мельчайших вихорьков, которые можно наблюдать, например во время метели, и до волн, сравнимых с размерами материков и океанов.
Систему крупномасштабных воздушных течений на Земле называют общей циркуляцией атмосферы. Основными элементами общей циркуляции атмосферы являются циклоны и антициклоны, т.е. волны и вихри размером в несколько тысяч километров, постоянно возникающие и разрушающиеся в атмосфере.
С воздушными течениями в системе общей циркуляции атмосферы связаны основные изме-нения погоды: воздушные массы, перемещаясь из одних областей Земли в другие, приносят с собой свойственные им характеристики. Системы воздушных течений общей циркуляции атмосферы, определяющие преобладание тех или иных воздушных масс в том или ином районе, являются также важнейшим фактором климатообразования.
Ветер вызывает волнение водных поверхностей, многие океанические течения, дрейф льдов; он является важным фактором эрозии и рельефообразования.
Климат. Климатообразующие процессы и факторы
Климат — многолетний режим погоды, типичный в данном месте. В отличие от погоды он обладает устойчивостью, постоянством, хотя ежегодно бывают отклонения в температуре, количестве и режиме осадков, характерных погодах.
Главнейшим климатообразующим фактором и энергетической основой климатообразующих процессов — теплооборота и влагооборота — является приток на Землю солнечной радиации. Ее количество определяется углом падения солнечных лучей, зависящим от широты места.
Большое влияние на формирование климата оказывает также атмосферная циркуляция 1 — закономерное перемещение воздушных масс, в процессе которого осуществляется перенос тепла (теплооборот) и влаги (влагооборот) как между широтами, так и между материками и океанами.
Важен и такой фактор, как характер подстилающей земной поверхности. Это понятие с позиции климатологии весьма емкое. Прежде всего важно учитывать сушу и воду (океан), поэтому выделяют материковые и океанические климаты. Суша и вода по-разному нагреваются и остывают: суша быстрее нагревается, но быстрее остывает, ибо прогревается всего на несколько метров; вода нагревается медленнее, но на большую глубину — до 200—300 м, поэтому остывает тоже медленнее. Это отражается на температурном режиме, суточной и годовой амплитуде температуры, влажности воздуха, осадках и других метеоэлементах. Различное влияние суши и моря на климат возрастает от экватора к умеренным широтам и несколько сглаживается в приполярных районах.
1 Циркуляцию атмосферы одни ученые считают климатообразующим процессом (С. П. Хромов), другие относят к климатообразующим факторам (Б. П. Алисов).
Для определения влияния океана на климат существует понятие континентальности климата, которое оценивается по величине годовой амплитуды температуры. На амплитуду температуры, кроме континентальности, влияет еще и широта местности, поэтому в формулы индекса континентальности вводятся коэффициенты, исключающие влияние на амплитуду широты. Индекс континентальности климата (K) вычисляется либо по формуле Л. Горчинского: K = (1,7А/sinφ) – 20,4, либо по формуле С. П. Хромова: К.= (А—5,4 sinφ/A, где А — годовая амплитуда температуры воздуха, φ — широта пункта.
Степень континентальности климата материков зависит от их размеров и изрезанно-сти береговой линии. Чем больше материк, тем значительнее континентальность климата его внутренних районов. Она выражается в большой годовой амплитуде температуры (например, в Центральной Азии). Большая изре-занность береговой линии уменьшает степень континентальности климата.
На климат материков оказывает влияние абсолютная высота местности. В горах температура с высотой уменьшается примерно на 6 °С на каждый километр (вертикальный температурный градиент равен 0,6° на 100 м) и на определенной высоте даже летом оказывается равной нулю; выше начинается царство снегов и льдов.
Важно также расположение гор по отношению к господствующим ветрам — ветровая экспозиция. Горы, особенно высокие, являются климатическими барьерами. Наветренные склоны гор получают много осадков (например, южные склоны Гималаев), подветренные склоны сухие.
У широтно вытянутых гор весьма важно учитывать ориентацию склонов гор по отношению к Солнцу, т. е. инсоляционую экспозицию. Например, северный (теневой) и юж-
ный (солнечный) склоны Кавказских гор получают из-за разного угла падения солнечных лучей неодинаковое количество тепла. Это отражается на высоте природных поясов и их спектре и положении снеговой границы, а сами горы служат рубежом между умеренным и субтропическим климатическими поясами.
Большое влияние на климат оказывают морские течения. Теплые течения переносят значительную часть тепла из низких широт в высокие, холодные — наоборот. Весьма существенное влияние оказывают течения и на климат прибрежных территорий. Побережья, омываемые теплыми течениями, теплее и влажнее, холодными течениями — холоднее и суше. Так, в умеренных широтах на западном побережье Скандинавии благодаря теплым течениям вплоть до Северного полярного круга температура воздуха даже зимой около О °С и выше, выпадает много осадков, произрастает тайга. А на этой же широте на севере полуострова Лабрадор, омываемого водами холодного течения, — суровая продолжительная зима, короткое прохладное лето, ландшафты тундры и лесотундры. В тропиках на западных
берегах материков, омываемых холодными течениями, температура воздуха +15. + 20°С, сухо; для них характерны береговые пустыни; на восточных побережьях материков, вдоль которых протекают теплые течения, температура +25. +28°С, осадков около 1000 мм, произрастают вечнозеленые тропические леса. Оценивая роль течений, важно учитывать также преобладающее направление ветров.
Велико влияние на климат снежного и ледяного покрова, так как снег и лед обладают большой отражательной способностью и выступают в роли своеобразного «холодильника» для воздуха. Весной на таяние снега затрачивается большое количество тепла. Это задерживает нагревание почвы и воздуха и наступление весны. В то же время талые снеговые воды пополняют запасы грунтовых вод, создавая резерв влаги для питания растений и увлажнения воздуха посредством испарения и транспирации.
Таким образом, солнечная радиация, циркуляция атмосферы и подстилающая поверхность — климатообразующие факторы, под совместным влиянием которых формируются различные климаты Земли.