АТМОСФЕРА И КЛИМАТЫ ЗЕМЛИКонспект лекций

Осинцева Н.В.

Состав атмосферы

Азот (N2) – 78,09%,

Кислород (O2) – 20,94%,

Аргон (Ar) - 0,93%,Углекислый газ (CO2)–0,03%,

Прочие газы – 0, 02 %:озон (О3),

водяной пар (Н2О)

и др.Вода в жидком видеТвердые вещества:аэрозолиморская сольпыльцаспорыкосмическая пыль

Первичная атмосфера состояла из углекислого газа (СО2), выделявшегося из недр Земли при вулканизме и орогенезе.

Когда растения вышли на сушу (D), начался процесс фотосинтеза

В атмосфере появился кислород (О2)

Строение атмосферы

ТропосфераСтратосфераМезосфераТермосфераЭкзосфера

В географическую оболочку входит тропосфера и нижняя часть стратосферы.

Факторы формирования климата

1. Солнечная радиация2. Циркуляция атмосферы

3. Подстилающая поверхность

Солнечная радиация

Условная солнечная постоянная – солнечная постоянная на верхней границе географической оболочки (в нижней стратосфере).

Величина условной солнечной постоянной равна 1,90–1,92 кал/(см2 х мин), или

1,32–1,34 кВт/(м2хмин)

Распределение солнечной радиации до ее вступления в атмосферу (при абсолютно прозрачной атмосфере) зависит от высоты Солнца над горизонтом и от продолжительности дня.

Солнечная постоянная – поток солнечной энергии за 1 минуту на площадь сечением в 1 см2, перпендикулярную солнечным лучам расположенную на верхней границе атмосферы.

Солнечная постоянная равна1,98 кал/см2хмин, или 1,352 кВт/м2хмин.

Суммарная солнечная радиация

прямая солнечная радиация +рассеянная солнечная радиация =суммарная солнечная радиация

Суммарная солнечная радиацияВеличина суммарной солнечной радиации зависит-от угла падения солнечных лучей-от доли прямой и рассеянной солнечной радиации

Сезонные колебания суммарной солнечной радиации увеличиваются при движении от экватора к полюсам

Наибольшее количество солнечного тепла – от 7530 до 9200 МДж/м2 (180-220 ккал/см2) получают тропические широты. Экваториальные широты из-за большой облачности получают тепла несколько меньше, 4185–5860 МДж/м2 (100-140 ккал/см2).

От тропических широт к умеренным радиация уменьшается. На островах Арктики она составляет не более 2 510 МДж/м2 (60 ккал/см2) в год.

Альбедо Альбедо – отражательная способность наземных и водных поверхностей.

Исчисляется в % отраженной радиации от поступившей а данную поверхность.

Эффективное излучение

Разница между собственным излучением Земли и встречным излучением атмосферы называется эффективным излучением.

Парниковый эффект

Факторы, влияющие на эффективное излучение:

1.Температура почвы (воды)2.Влажность воздуха3.Туманы и облака4.Близость крупных водоемов5.Абсолютная высота местности6.Характер растительного покрова7.Характер почво-грунтов

Радиационный балансR = Q + B + A - C – И.

•R – радиационный баланс•Q – прямая солнечная радиация,•В – рассеянная солнечная радиация•А – встречное излучение•С – отраженная радиация•И – излучение земной поверхности

Карта радиационного баланса за год

Нагревание и охлаждение атмосферы• Солнце нагревает дневную поверхность, а не

атмосферу

• Вода нагревается медленнее, а суша быстрее• Вода отдает тепло медленнее, а суша быстрее

• Адиабатическое нагревание/охлаждение воздуха происходит в одной воздушной массе, без обмена теплом с другими средами

• При нисходящих токах воздуха происходит его адиабатическое нагревание

• При восходящих токах воздуха происходит его адиабатическое охлаждение

• Воздух охлаждается при удалении от поверхности примерно на 0,6° на каждые 100 м подъема

Инверсия температуры

• Виды приземных инверсий• Радиационные• Орографические• Адвективные• Снежные (весенние)

• Виды инверсий свободной атмосферы

• Антициклональные инверсии сжатия• Циклонические фронтальные

Инверсия температуры – это повышение температуры воздуха с высотой в некотором слое атмосферы вместо обычного понижения.

Приземные инверсии – мощностью несколько метров

Инверсии свободной атмосферы – имеют мощность до 3 км.

Показатели теплового режима воздуха• Средняя температура за сутки

• Средняя температура за месяц

• Средняя многолетняя температура месяца (январь, июль)

• Средняя температура за год

• Средняя многолетняя годовая температура

• Абсолютные максимум и минимум температур

• Абсолютный минимум температуры – ст. Восток (Антарктида) -89°С

• Абсолютный максимум температуры – Дашти-Лут (Ливия) +70°С

• Самая высокая среднегодовая температура

Даллол (Эфиопия) +34°С

• Самая низкая среднегодовая температура воздуха

плато Стейшн (Антарктида) -56°С

Распределение тепла по земной поверхности

Средняя температура воздуха для всей Земли составляет +14°С

Южное полушарие холоднее северного

В распределении тепла выражены зональность и секторность

Среднегодовая температура воздуха на Земле

Тепловые пояса Земли

Морской и континентальный ход температуры

Главное различие между морским и континентальным ходом температур – значения годовых амплитуд температуры.

Граница между морским и континентальным климатом – годовая амплитуда температур 25°.

В среднем на Земле годовая амплитуда температур составляет 10°.

Максимальная абсолютная амплитуда температуры – Верхоянск (107°)

Факторы, определяющие годовую амплитуду температур:

•широтные различия в интенсивности солнечной радиации;•соотношение площадей материка и океана в данном широтном поясе;•затраты тепла на испарение, зависящие от влажности климата.

Атмосферное давление

• Области высокого давления – антициклоны• Области низкого давления - циклоны

Нормальное атмосферное давление – давление над уровнем моря на широте 45° при температуре воздуха 0°С (70 мм рт.ст.).

1 мм рт. Ст. – 1,33 мб

Барическая ступень – расстояние по вертикали, на которое давление уменьшается при движении вверх.

Размер барической ступени уменьшается при движении вверх

Давление и ветер. Январь

Атмосферное давление

• Области высокого давления – антициклоны• Области низкого давления - циклоны

Нормальное атмосферное давление – давление над уровнем моря на широте 45° при температуре воздуха 0°С (70 мм рт.ст.).

1 мм рт. Ст. – 1,33 мб

Барическая ступень – расстояние по вертикали, на которое давление уменьшается при движении вверх.

Размер барической ступени уменьшается при движении вверх

Давление и ветер. Июль.

Атмосферное давление

• Области высокого давления – антициклоны• Области низкого давления - циклоны

Нормальное атмосферное давление – давление над уровнем моря на широте 45° при температуре воздуха 0°С (70 мм рт.ст.).

1 мм рт. Ст. – 1,33 мб

Барическая ступень – расстояние по вертикали, на которое давление уменьшается при движении вверх.

Размер барической ступени уменьшается при движении вверх

Тропические циклоны - тайфуны

Распределение атмосферного давления. Ветер

Глобальная схема распределения давления и циркуляции атмосферы

Постоянные ветры:

Пассаты

Западные ветры умеренных широт

Восточные ветры полярных широт

Переменные ветры

Бриз Муссон

Географические типы воздушных масс

Арктический воздух (АВ)

Воздух умеренных широт (УВ)

Тропический воздух (ТВ)

Экваториальный воздух (ЭВ)

Все типы воздушных масс, кроме экваториальной, имеют морскую и континентальную разновидности

Воздушные массы – крупные части тропосферы (соизмеримые с размерами материков и океанов), обладающие устойчивыми физическими свойствами: температурой, влажностью, прозрачностью и др.

Атмосферные фронтыАтмосферный фронт - пограничный слой (поверхность), разделяющий соседние массы воздуха с различными физическими свойствами.

Мощность атмосферного фронта – до 15 км.

Прохождение фронта сопровождается осадками

Схематическое изображение теплого (вверху) и холодного (внизу) фронта

Вода в атмосфере

• Конденсация – переход водяного пара в капельно-жидкое состояние

• Сублимация – переход водяного пара в твердое состояние

• Конденсация и сублимация на поверхности → роса, иней

• Конденсация и сублимация на твердые или жидкие частицы в атмосфере (аэрозоли) – облака, туманы

Влажность воздуха:абсолютнаяотносительная

Влажность воздуха зависит от температуры

Точка росы – температура, при которой воздух становится насыщенным (относительная влажность = 100%)

ОблакаОблака высокого яруса не дают осадков

Облака среднего яруса редко дают осадки, летом они обычно не достигают земной поверхности

Осадки выпадают в основном из облаков нижнего яруса

Облачность измеряется в баллах: от 0 до 10

Средняя облачность Земли составляет 5,4 балла, над сушей – 4,8 балла, над океанами – 5,8 балла

Атмосферные осадки

Атмосферные осадки – вода в жидком и твердом виде, выпадающая из атмосферы.

Осадки выпадают из облаков мощностью не менее 3 км, водностью не менее 1г/м3

Осадки:ливневыеобложныеморосящие

Внешние осадки: принесены с океанаМестные осадки: формируются над сушей

Наземные осадки: роса, иней, изморозьОсадки из облаков: дождь, снег, град

Распределение осадков по земной поверхности

Осадки распределены по поверхности Земли зонально-регионально.

Наибольшее количество осадков выпадает на склонах гор, по которым поднимаются воздушные массы пассатов:

Кауаи (Гавайи) – 11 684 мм

Черрпунджи (Гималаи) – 11 633 мм

Влк. Камерун – 10278 мм

Кибдо (Анды) – 8992 мм

Среднегодовое количество осадков

Наименьшее количество осадков выпадает в пустынях тропического пояса:

пуст. Атакама - 0,8 мм,Вади-Хальфа (Судан) – 2,5 мм,

Годовой режим осадковЭкваториальный

Субэкваториальный

Тропический

Субтропический средиземноморский

Субтропический восточных окраин материков

Субтропический внутриматериковый

Умеренный морской

Умеренный материковый

Умеренный пустынный

Умеренный муссонный

Субполярный

Полярный

Типы сезонного распределения осадков

Атмосферное увлажнение

К=1. Увлажнение нормальное. Лесостепь, саваннаК<1 Увлажнение недостаточное. Саванна, степь, полупустыня, пустыня – аридные ландшафтыК>1 увлажнение избыточное. Тундра, леса умеренного пояса, влажные экваториальные леса – гумидные ландшафты

Увлажнение – соотношение количества осадков и испаряемости

Коэффициент увлажнения (К) = осадки/испаряемость

Погода и климатПогода – ход процессов в атмосфере в данное времяХарактеризуется метеорологическими элементами:•Солнечная радиация•Температура воздуха•Влажность•Давление•Ветер•Облачность•Осадки•Снежный покров•Горизонтальная видимость•и др.

Климат – многолетний режим погоды

Характеризуется климатическими показателями:•Средняя годовая температура•Среднее годовое количество осадков•Годовой ход осадков•Преобладающий тип воздушной массы• и др.

Генетическая классификация климатов Б.П. Алисова

• Жаркие климаты• Экваториальный• Субэкваториальный• Тропический

• Субтропические климаты

• Умеренные климаты• Морской• Материковый• Резко континентальный• Аридный• Муссонный

Холодные климаты•Субарктический материковый•Субарктический океанический

Климаты вечного мороза•Арктический•Антарктический

Карта климатических поясов