ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.09.2020
Просмотров: 4670
Скачиваний: 7
Рис. 47. Типы годового хода осадков на примере северного полушария
Экваториальный тип – обильные осадки выпадают довольно равномерно весь год, сухих месяцев
нет, отмечаются два небольших максимума – в апреле и октябре, после дней равноденствий, и два
небольших минимума в июле и январе, после дней солнцестояний.
Муссонный тип – максимум осадков летом, минимум – зимой. Он свойствен субэкваториальным
широтам, где годовой ход осадков за счет сухости зимы выражен очень резко, а также восточным
побережьям материков в субтропических и умеренных широтах. Однако годовая амплитуда осадков
здесь несколько сглажена, особенно в субтропиках, где и зимой выпадают фронтальные дожди.
Годовое же количество осадков при этом постепенно уменьшается от субэкваториального к
умеренному поясу.
Средиземноморский тип – максимум осадков зимой из-за активной фронтальной деятельности,
минимум – летом. Наблюдается
в субтропических широтах на западных побережьях и внутри
материков.
В умеренных широтах выделяют два основных типа годового хода осадков: континентальный и
морской. Континентальный (внутриматериковый) тип отличается тем, что летом здесь выпадает в
два-три раза больше осадков, чем зимой, за счет фронтальных и конвективных осадков.
Морской тип – осадки распределяются равномерно в течение года с небольшим максимумом в
осенне-зимнее время. Их количество больше, чем в предыдущем типе.
Средиземноморский и умеренно-континентальный типы характеризуются уменьшением общего
количества осадков по мере продвижения в глубь материков.
8.8. Географическое распределение осадков
Распределение осадков по земной поверхности зависит от совокупного действия ряда причин:
температуры воздуха, испарения, абсолютной и относительной влажности воздуха, облачности,
водности облаков, атмосферного давления, господствующих ветров и др. Наряду с этими зональными
факторами в распределении осадков весьма существенны и незональные условия: распределение
суши и моря, их размеры и орографические особенности материков.
Распределение осадков по территории показывается с помощью изогнет – линий на карте,
соединяющих точки с одинаковым количеством осадков за определенный период времени.
Атмосферные осадки в целом зональны, хотя зональность их выражена менее отчетливо, чем в
распределении температуры (рис. 48).
В экваториальных и субэкваториальных широтах выпадает наибольшее количество осадков –
1500 –
2000 мм и более. Это обусловлено тем, что там высокие температуры, большое испарение,
значительная влажность воздуха и соответственно водность облаков и преобладают восходящие токи
воздуха. Здесь же отмечается и рекордное количество осадков – около 12 270 мм/год в предгорьях
Гималаев (в Черрапунджи) и на Гавайских островах (на наветренных склонах гор).
В тропических и субтропических широтах обоих полушарий осадков мало – в среднем 250 – 300 мм,
а в Сахаре, пустынях Аравии и Австралии – местами менее 100 мм (Асуан – 1 мм/год). Это результат
преобладающего высокого давления с нисходящими токами воздуха зимой и низкой (менее 50%)
относительной влажностью воздуха, особенно летом. Мало осадков и во внутренних районах
материков в субтропических широтах – в пустынях Средней Азии и внутренних районах Иранского
нагорья, лежащих в котловинах далеко от океанов, а также на плато Колорадо, находящемся в
орографической изоляции. Лишь на восточных побережьях материков в тропических и
субтропических поясах, омываемых теплыми течениями, выпадает до 1000 мм осадков. В умеренных
широтах количество осадков вновь увеличивается: над океанами и на побережьях – до 1000 мм,
внутри материков в среднем около 500 мм и меньше. Осадки выпадают в основном за счет
циклонической деятельности, а летом еще и в результате термической конвекции; на наветренных
западных склонах гор обильны орографические осадки – до 2000–3000 мм и более (Кордильеры,
Анды, Альпы, Кавказ от Сочи до Батуми). Наименьшее количество осадков (100–200 мм)
наблюдается в котловинах среди гор Центральной Азии (Таримская, Джунгарская и др.) и Северной
Америки (Большой бассейн).
В субполярных и полярных широтах осадки убывают до 200–100 мм, особенно в Антарктиде, где
постоянно высокое давление и малая влажность воздуха.
Рис. 48. Распределение годовых сумм осадков (мм)
8.9. Снежный покров
При отрицательных температурах воздуха в высоких широтах весь год, а в умеренных только
зимой осадки выпадают в виде снега. Максимальную площадь на Земле снежный покров занимает в
феврале – около 99 млн км
2
(19,2%), минимальную – в августе – около 47 млн км
2
(9,2%). В северном
полушарии площадь снежного покрова в течение года изменяется в 7,2 раза, в южном – менее чем
вдвое. Снежный покров считается устойчивым, если он сохраняется в течение месяца и более.
Установление его осенью и начало разрушения весной происходит при переходе среднесуточной
температуры воздуха через –5 °С.
Снежный покров характеризуется тремя основными показателями: мощностью, плотностью и
запасом воды в снеге.
Мощность
снежного покрова – высота (толщина) снежной толщи, измеряемая в сантиметрах. Она
определяется величиной зимних осадков, продолжительностью зимнего периода и его
устойчивостью. Характер залегания снежного покрова зависит прежде всего от рельефа местности и
скорости ветра, перераспределяющего снег с повышений в низины и образующего сугробы перед
препятствиями, а также от растительности, плотности снега и т. д. Так, в Подмосковье средняя
мощность снежной толщи к концу зимы составляет около 40–50 см, на востоке Камчатки – около 100
см, а на склонах гор может достигать нескольких метров.
Плотность
снежного покрова – отношение массы снега к его объему (г/см
3
). Например; в
Подмосковье она составляет 0,2–0,3 г/см
3
. Плотность снега зависит от многих факторов: от
устойчивости метеорологических условий зимой (чаще оттепели – плотнее снег), от скорости ветра
(на открытых ветреных местах снежная толща плотнее), от мощности снежного покрова, который
силой собственной тяжести уплотняет нижние слои, и т. д.
Поскольку снег распределяется на местности неравномерно, плотность его тоже изменчива,
поэтому запасы воды в снежной толще неодинаковы.
Снегозапас
выражается слоем воды (в мм),
который получается после таяния снега при отсутствии стока, просачивания и испарения. Запасы
воды в снеге важно знать для прогноза развития озимых культур и других растений, пополнения
запасов грунтовых вод, прогноза половодий на реках и т. д.
В снежной толще можно выделить несколько слоев с разной степенью перекристаллизации
снежинок, различные корки (оттепельные, радиационные, ветровые), а у поверхности почвы
возможен глубинный иней, образующийся в результате сублимации водяного пара, поступающего из
почвы.
Продолжительность залегания снежной толщи зависит от климатических условий. На равнинах
она примерно такова: на севере Евразии и Северной Америки – 8 – 9 месяцев в году, в средней
полосе умеренной зоны – 4–6 месяцев, на западе и юге зоны снеговой покров неустойчив. Выпадение
снега возможно и в субтропических широтах, но там он быстро тает. В горах продолжительность
залегания и мощность снега весьма различны и зависят от географической широты, абсолютной
высоты гор, инсоляционной и ветровой экспозиции склонов. Таяние снега весной происходит под
влиянием возрастающей солнечной радиации (в северном полушарии она больше на склонах южной
экспозиции, поэтому они раньше освобождаются от снега), адвекции теплых воздушных масс,
способствуют снеготаянию и дожди, особенно теплые. Однако снег не только тает, но и испаряется.
Снежный покров оказывает существенное влияние на природные процессы. Велико его значение,
как положительное, так и отрицательное, и для хозяйственной деятельности. Снежный покров имеет
важное климатическое значение. Из-за большого альбедо снега поверхность его слабо прогревается,
что снижает температуру нижних слоев воздуха. Весной приток тепла тратится преимущественно на
таяние снега, из-за чего температура воздуха до полного его исчезновения долго остается близкой к
0°С. Вследствие большой отражательной способности снег увеличивает освещенность, что особенно
важно в заполярных районах с длинной полярной ночью. Обладая низкой теплопроводностью, снег
предохраняет почву от промерзания, а посевы от вымерзания. Однако при чрезмерно большой
мощности снега возможно выпревание озимых культур. Талые снеговые воды пополняют запасы
грунтовых вод, вызывают половодья на реках. С ними связаны в период снеготаяния смыв почвы и
рост оврагов. В зимнее время снег оказывает вредное влияние на работу наземного транспорта,
промышленных предприятий и строек. Нагрузку снега на крыши зданий учитывают при
проектировании сооружений. На снегоуборочные работы в городах и вдоль шоссейных и железных
дорог расходуются большие средства. В горах огромный вред приносят снежные лавины –
пришедшие в движение снежные массы, скользящие по склону и низвергающиеся в долины.
8.10. Атмосферное увлажнение
Количество выпадающих осадков без учета ландшафтных условий – величина абстрактная,
потому что она не определяет условий увлажнения территории. Так, в тундре Ямала и полупустынях
Прикаспийской низменности выпадает одинаковое количество осадков – около 300 мм, но в первом
случае увлажнение избыточное, велика заболоченность, во втором – увлажнение недостаточное,
растительность здесь сухолюбивая, ксерофитная.
Под увлажнением территории понимают соотношение между количеством атмосферных осадков
(R),
выпадающих в данной местности, и испаряемостью (E
н
) за один и тот же период (год, сезон,
месяц). Такое отношение, выраженное в процентах, или в долях от единицы, называют
коэффициентом увлажнения (K
y
в
= R/E
н
)
(по Н. Н. Иванову). Коэффициент увлажнения показывает
либо избыточное увлажнение (К
ув
> 1), если осадки превышают возможное при данной температуре
испарение, либо различные степени недостаточного увлажнения (К
ув
<
1), если осадки меньше
испаряемости.
Характер увлажнения, т. е. соотношение тепла и влаги в атмосфере, – основная причина
существования природно-растительных зон на Земле.
По г идротерми чес к им условиям выделяют несколько типов территорий:
1.
Территории с избыточным увлажнением
–
К
ув
больше 1, т. е. 100–150%. Это зоны тундр и
лесотундр, а при достаточном количестве тепла – леса умеренных, тропических и экваториальных
широт. Такие переувлажненные территории называют гумидными, а заболоченные –
экстрагумидными (лат. humidus – влажный).
2.
Территории оптимального (достаточного) увлажнения
–
это узкие зоны, где К
ув
около 1
(примерно 100%). В их пре делах наблюдается соразмерность между суммой осадков и
испаряемостью. Это узкие полосы широколиственных лесов, редкостойные переменно-влажные леса
и влажные саванны. Условия здесь благоприятны для произрастания мезофильных растений.
3.
Территории умеренно-недостаточного (неустойчивого) увлажнения
.
Выделяют разные
степени неустойчивого увлажнения: территориям с К
ув
= 1–0,6 (100 –
60%) свойственны луговые
степи (лесостепи) и саванны, с К
ув
= 0,6-0,3 (60 – 30%) –
сухие степи, сухие саванны. Им свойствен
сухой сезон, что затрудняет земледельческое освоение из- за частых засух.
4.
Территории недостаточного увлажнения
.
Выделяют аридные зоны (лат. aridus – сухой) с К
ув
= 0,3-0,1 (30–
10%), здесь типичны полупустыни, и экстрааридные зоны с К
ув
менее 0,1 (менее 10%) –
пустыни.
На территориях с избыточным увлажнением обилие влаги отрицательно сказывается на процессах
аэрации (вентиляции) почвы, т. е. на газообмене почвенного воздуха с атмосферным. Недостаток
кислорода в почве образуется вследствие заполнения пор водой, из-за чего воздух туда не поступает.
Это нарушает биологические аэробные процессы в почве, нормальное развитие многих растений
нарушается или даже прекращается. На таких территориях произрастают растения-гигрофиты и
обитают животные-гигрофилы, которые приспособлены к сырым и влажным местообитаниям. Для
вовлечения территорий с избыточным увлажнением в хозяйственный, прежде всего
сельскохозяйственный, оборот необходимы осушительные мелиорации, т. е. мероприятия,
направленные на улучшение водного режима территории, отвод избыточных вод (дренаж).
Территорий с недостаточным увлажнением на Земле больше, чем переувлажненных. В аридных
зонах земледелие без полива невозможно. Основным мелиоративным мероприятием в них является
орошение – искусственное пополнение запасов влаги в почве для нормального развития растений и
обводнение – создание источников влаги (прудов, колодцев и других водоемов) для бытовых и
хозяйственных нужд и водопоя скота.
В естественных условиях в пустынях и полупустынях произрастают растения, приспособленные
к сухости, – ксерофиты. Они обычно имеют мощную корневую систему, способную извлекать влагу
из грунта, мелкие листья, иногда превращенные в иголочки и колючки, чтобы меньше испарять
влаги, стебли и листья нередко покрыты восковым налетом. Особую группу растений среди них
образуют суккуленты, которые накапливают влагу в стеблях или листьях (кактусы, агавы, алоэ).
Суккуленты произрастают лишь в теплых тропических пустынях, где не бывает отрицательных
температур воздуха. Животные пустынь – ксерофилы тоже разным способом приспособлены к
сухости, например впадают в спячку на самый сухой период (суслики), довольствуются влагой,
содержащейся в пище (некоторые грызуны).
Территориям с недостаточным увлажнением присущи засухи. В пустынях и полупустынях это
ежегодные явления. В степях, которые часто называют засушливой зоной, и в лесостепях засухи
случаются летом один раз в несколько лет, иногда захватывают конец весны – начало осени. Засуха –
это длительный (1–3 месяца) период без дождя или с очень малым количеством осадков, при
повышенной температуре и пониженной абсолютной и относительной влажности воздуха и почвы.
Различают атмосферную и почвенную засухи. Атмосферная засуха наступает раньше. Из-за высоких
температур и большого дефицита влаги резко возрастает транспирация растений, корни не успевают
подавать листьям влагу, и они увядают. Почвенная засуха выражается в иссушении почвы, из-за чего
нормальная жизнедеятельность растений полностью нарушается и они погибают. Почвенная засуха
короче атмосферной за счет весенних запасов влаги в почве и грунтовых вод. Засухи обусловлены
антициклональным режимом погоды. В антициклонах воздух опускается, адиабатически нагревается
и иссушается. По периферии антициклонов возможны ветры – суховеи с высокой температурой и
низкой относительной влажностью (до 10–15%), которые усиливают испарение и еще губительнее
действуют на растения.
В степях наиболее эффективно орошение при достаточном стоке рек. Дополнительными мерами
служат снегонакопление – сохранившаяся стерня на полях и посадка кустарников по бровке балок,
чтобы в них не сдувался снег, и снегозадержание – прикатывание снега, создание снежных валов,
укрытие снега соломой с целью увеличения продолжительности снеготаяния и пополнения запасов
грунтовых вод. Эффективны также лесные полезащитные полосы, которые задерживают сток талых
снеговых вод и удлиняют период снеготаяния. Ветрозащитные (ветроломные) лесные полосы
большой длины, посаженные в несколько рядов, ослабляют скорость ветров, в том числе суховеев, и
тем самым уменьшают испарение влаги.
Помимо вышеназванного коэффициента увлажнения, применяются и другие коэффициенты для
характеристики увлажнения территорий, в частности радиационный индекс сухости, о котором будет
сказано дальше в связи с зональностью географической оболочки.
Глава 9 Атмосферное давление. Ветры
9.1. Барические системы
Воздух, окружающий Землю, имеет значительную массу и поэтому оказывает давление на земную
поверхность.
Нормальным атмосферным давлением называется давление столба ртути высотой 760 мм
сечением в 1 см
2
при температуре О °С на уровне моря на широте 45°. Атмосферное давление
раньше измеряли в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.), в соответствии со шкалой первого
ртутного барометра, изобретенного еще на заре истории метеоролоии в XVII в. Затем атмосферное
давление стали измерять в миллибарах (мб); 1 мб представляет давление силой в 10
3
дин на 1 см
2
. В
настоящее время в системе СИ давление измеряется в паскалях (Па) (давление силой 1 ньютон на
1м
2
), а в метеорологии – в гектопаскалях (гПа) (1 гПа = 100 Па). 1 миллибар численно равен 1
гектопаскалю, поэтому в практической метеорологии применяются обе величины. Давление в 760 мм
рт. ст. равно 1013,25 гПа. Для измерения давления используют ртутный чашечный барометр на
стационарах и барометр-анероид в полевых условиях.
Давление атмосферы непрерывно изменяется по вертикали и в горизонтальном направлении. По
мере увеличения высоты места давление понижается, так как уменьшается столб воздуха и его
плотность. Высота, на которую надо подняться или опуститься, чтобы давление изменилось на 1 гПа,
называется барической (барометрической) ступенью. У земной поверхности при давлении 1000 гПа и
температуре 0°С она равна 8 м/гПа. С ростом температуры и увеличением высоты над уровнем моря
она возрастает, т. е. она прямо пропорциональна температуре и обратно пропорциональна давлению.
Величина, обратная барической ступени, – вертикальный барический градиент, т. е. изменение
давления при поднятии или опускании на 100 метров. При температуре 0°С и давлении 1000 мб он
равен 12,5 гПа.
Пространственное распределение атмосферного давления называют барическим полем.
Распределение давления по вертикали изображается с помощью изобарических поверхностей –
воображаемых поверхностей в атмосфере, соединяющих точки с одинаковым атмосферным
давлением. На их расположение в пространстве большое влияние оказывает температура. При
одинаковом давлении у земной поверхности одни и те же изобарические поверхности в теплом
воздухе (например, на экваторе) лежат выше, чем в холодном (например, на полюсах) (рис. 49). Это
объясняется тем, что в холодном и более плотном воздухе давление с высотой уменьшается быстрее,
т. е. барическая ступень там меньше, чем в теплом воздухе. Рельеф изобарических поверхностей в
тропосфере показывается на специальных картах с помощью изогипс – линий равной высоты над
уровнем моря, на которых лежит в данном месте та или иная изобарическая поверхность. Такие
карты носят название карт абсолютной барической топографии (AT)
1
. В синоптической практике
принято анализировать изобарические поверхности 850, 700, 500, 300 и 200 мб, лежащие
соответственно на высотах около 1,5, 3, 5, 7 и 9 км.
Рис. 49. Изобарические поверхности в областях тепла и холода в вертикальном разрезе