Распределение климатических элементов по земной поверхности

Например, температура воздуха, впрочем, как и остальные элементы, распределяется по земной поверхности неравномерно. На ее распределение влияют следующие основные факторы:

1) географическая широта, от которой зависит количество тепла, поступающее на Землю от Солнца, а также расход тепла излучением;

2) различия в нагревании и охлаждении суши и воды;

3) воздушные течения, переносящие теплые или холодные массы воздуха;

4) морские и океанические течения;

5) высота над уровнем моря.

6) орография – горные хребты и массивы с различными склонами создают атмосферные возмущения;

7) характер почвы – отражательная способность (альбедо) и влажность;

8) растительный покров, влияющий на поглощение и отдачу радиации, увлажнение и ветер;

9) снежный и ледовый покров;

10) состав воздуха.

 

Влияние последнего фактора исключает приведение температуры к уровню моря, полагая, что температура убывает приблизительно на 0, 5 ° С на каждые 100 м поднятия.

При рассмотрении распределения температуры воздуха на земной поверхности обычно пользуются географической картой, на которой значения равных температур соединяют линиями, называемыми изотермами. Карты изотерм земного шара показывают, что температура воздуха, в общем, убывает по мере продвижения в высокие широты, причем это падение проявляется сильнее зимой, чем летом. Разность температур между экватором и Северным полюсом достигает в январе 67, 5 ° С, в июле 27.° С.

Особенно сильное искривление изотерм обнаруживается в северной части Атлантического океана и у берегов Западной Европы. Это искривление обусловлено влиянием теплого течения Гольфстрим, которое весьма сильно смещает изотермы к северу по направлению своего движения. В летнее время наблюдается обратное явление: изотермы в северном полушарии над континентами поднимаются к северу, у берегов же и над океаном они опускаются к югу.

 

Распределение температуры почвы и воздуха

Распределение температуры почвы в сильной степени определяется приходом тепла в виде солнечной радиации, поглощаемой поверхностью почвы и потерей тепла почвой в результате излучения, то есть величиной радиационного баланса.

В умеренных широтах величины радиационного баланса растут по мере продвижения на юг. В том же направлении в умеренных широтах изменяется тепловое состояние почвы. Так, например, средние годовые температуры почвы на глубине 0, 4 м изменяются в Архангельской области 5, 1°, Санкт-Петербурге - 5, 6 °, Москве – 7, 1 °, Воронеже – 8, 1°, Полтаве – 8, 9 °, Ташкенте – 16, 5 °, Термезе (Узбекистан) – 19, 4°..

Кроме радиационного баланса, температура почвы в значительной мере определяется влажностью, цветом, структурой, экспозицией склонов, характером растительного покрова. Огромное влияние на тепловое состояние почвы, а значит и на климат, оказывает снежный покров.

Распределение температур воздуха, также как и температур почвы, в основном хависит от географической широты.

 

Влияние географической широты на климат

 

Географическая широта определяет зональность в распределении элементов климата. Солнечная радиация поступает на верхнюю границу атмосферы в зависимости от географической широты, которая определяет полуденную высоту солнца и продолжительность облучения. Поглощенная радиация распределяется сложнее, так как это зависит от облачности, альбедо земной поверхности, степени прозрачности воздуха.

Зональность лежит в основе распределения температуры воздуха, которая зависит не только от поглощенной радиации, но и от циркуляционных условий. Зональность в распределении температуры приводит к зональности других метеорологических величин климата.

Влияние географической широты на распределение метеорологических величин становится заметнее с увеличением высоты, когда ослабевает влияние других факторов климата, связанных с земной поверхностью.

Характеристикой годового хода служит амплитуда годовых колебаний температуры воздуха. Она представляет собой разность между средними месячными температурами воздуха самого теплого и самого холодного месяца в году. Наименьшего значения годовая температура достигает на экваторе, где полуденная высота Солнца над горизонтом в течение года мало меняется и длина дня равна длине ночи. С увеличением широты эти условия изменяются – полуденная высота Солнца над горизонтом уменьшается, увеличивается разница в длинах дня и ночи в течение года. Вследствие этого возрастает и годовая амплитуда температуры воздуха.

Годовой ход температуры воздуха сильно зависит от рода подстилающей поверхности, то есть от того, будет ли она поверхностью суши или поверхностью воды. В условиях морского климата годовые колебания температур малы, так как нагревание и охлаждение воды совершается медленно. Над сушей, наоборот, годовые колебания температур велики. Суша в теплое время года нагревается быстрее и значительнее, чем море, но зато в холодное время года она быстрее и значительнее охлаждается. Поэтому на континентах по мере удаления от берегов морей и океанов годовые амплитуды температуры увеличиваются.

На виляние географической широты накладывается влияние других климатообразующих факторов – воздействия подстилающей поверхности, атмосферной циркуляции и т.д.

Различают следующие типы годового хода температуры воздуха:

Экваториальный – где Солнце два раза в году бывает в зените – во время весеннего и осеннего равноденствия. С этими высотами Солнца связан и годовой ход температуры в экваториальной зоне. Наибольшие температуры здесь наблюдаются после весеннего и осеннего равноденствия, наименьшие – после зимнего и летнего солнцестояний. Так, в Джакарте (6° ю.ш.) самые теплые месяцы – май и октябрь (средняя температура их 25, 7° С). Годовая амплитуда очень мала. На суше она равна 6…10° С, на побережье – 1…3° С и ниже.

Тропический тип характеризуется одним максимумом и одним минимумом температуры в годовом ходе. Максимум наступает после дня летнего солнцестояния (21 июня), во время которого Солнце в тропиках в полдень достигает зенита, минимум – после дня зимнего солнцестояния (22 декабря), когда Солнце в тропиках в полдень занимает наиболее низкое положение. Но в областях с муссонным типом, например, в Индии, максимум наблюдается в мае до наступления летнего муссона, приносящего влажную погоду с обильными осадками. Годовая амплитуда в тропиках невелика, но больше, чем на экваторе. На континентах она достигает 10°…20° С, на побережье около 5°.

Тип умеренного пояса также характеризуется одним максимумом и одним минимумом в годовом ходе температуры, которые наступают после летнего и зимнего солнцестояний. На суше самым теплым месяцем является июль, на морях, островах и побережьях – август. Самым холодным месяцем на суше является январь, на морях, островах и побережьях – февраль. Годовые амплитуды велики: они увеличиваются с возрастанием широты и по мере удаления от берегов морей и океанов. На побережьях они доходят до 10° С, на суше до 60° С и выше (Якутск – средняя температура июля 19° С, января – 43, 5° С, годовая амплитуда 62, 5° С).

Полярный тип характеризуется очень суровой продолжительной зимой и коротким прохладным летом. Годовая амплитуда на побережьях достигает 26°…40° С, на суше – 65° С и выше. Верхоянская средняя температура июля 15, 1° С, января – 50, 1° С. Самым холодным месяцем на суше является январь, самым теплым – июль. На берегах эти крайние значения смещаются на февраль и август.

 

 

Изменение климата с высотой

 

На годовой ход температуры воздуха оказывает влияние высота места над уровнем моря. На склонах гор годовая амплитуда с возрастанием высоты уменьшается.

Атмосферное давление с увеличением высоты падает, солнечная радиация и эффективное излучение возрастают, температура, удельная влажность – убывают. Ветер достаточно сложно меняется по скорости и направлению.

Также изменения происходят в свободной атмосфере над равнинной местностью, с большими или меньшими возмущениями они также происходят в горах. Там намечаются и характерные изменения с высотой облачности и осадков. Осадки сначала возрастают с увеличением высоты местности, но затем, начиная с некоторого уровня, осадки убывают. В результате в горах создается высокая климатическая зональность.

Климатические условия могут сильно различаться в зависимости от высоты места. При этом изменения с увеличением высоты намного больше, чем с изменением широты местности в горизонтальном направлении.

Высотная климатическая зональность определяется тем, что в горах изменение метеорологических величин с увеличением высоты создает быстрое изменение всего комплекса климатических условий. Образуются одна над другой лежащие климатические зоны с соответствующим изменением растительности. В горах для этого требуются изменения высоты на километры.

 

 

Нарушение зональности, температурная аномалия

Распределение фактических средних температур месяцев и года, приведенных к уровню моря, то есть одинаковой высоте, весьма существенно отличается от средних температур по широтным кругам, принимаемых за норму.

Основой глобального масштаба, причиной нормального зонального распределения температур по земной поверхности является чередование океанов и суши с большими различиями их сезонного теплооборота.

Вода благодаря прозрачности поглощает солнечные лучи не только поверхностью, но и толщей, обладает большой турбулентной теплопроводностью, то есть способностью передавать тепло от слоя к слою путем перемешивания, почти в два раза имеет большую теплоемкость, чем сухой грунт. Это обуславливает большую тепловую инерцию океанов: их медленное нагревание и медленное же охлаждение. Сезонный теплооборот суши поэтому в десять раз меньше.

Аномалии температуры, обусловленные иными факторами – теплыми и холодными течениями, выходом кое-где на поверхность океанов глубинных вод, разной увлажненности суши, абсолютными высотами и рельефом – охватывают относительно ограниченные пространства, хотя по величине могут быть большими. То же можно сказать и о размерах суши, как фактора температурных аномалий. При этом, чем обширнее суша, тем слабее в ее глубинных районах влияние переносов атмосферного тепла или холода с океанов; там формируется независимый и характерный для данного континента тепловой режим и резче проявляется на общем температурном фоне широтного пояса температурная аномалия.

Отличия зависят от интенсивности проявления неравномерности температур по земной поверхности, обусловленных формой Земли. Отсюда и отклонения изотерм от земных параллелей.

 

Распределение суши и моря

 

доминирует в делении типов климата на морской и континентальный. Зональность климатических характеристик оказывается возмущенной или перекрытой влиянием неравномерного распределения суши и моря. В Южном полушарии, где океаническая поверхность преобладает, а распределение суши более симметрично относительно полюса, чем в Северном полушарии, зональность в распределении температуры, давления, ветра выражена лучше.

Центры действия атмосферы на многолетних средних картах давления обнаруживают явную связь с распределением суши и моря: субтропические зоны высокого давления разрываются над материками летом, в умеренных широтах над материками выражено преобладание высокого давления зимой и низкого летом. Это усложняет систему атмосферной циркуляции, а значит и распределение климатических условий на Земле. Положение места относительно береговой линии существенно влияет на температурный режим, влажность, облачность, осадки.

На берегах морей и океанов зимой температура выше, чем на суше на той же широте, причем на суше эти температуры зимой понижаются по мере удаления от берегов океана. Летом же, наоборот, температуры по мере удаления в глубь континента возрастают.

Влияние океана на температуру воздуха на материках в сильной степени зависит от характера преобладающих ветров. Оно значительно проявляется в тех частях материка, где преобладают ветры, дующие с океана.

Самые теплые места в среднем за год располагаются не вдоль экватора, а вдоль направления 10° с.ш. Это смещение вызывается тем, что под экватором суша занимает меньшую площадь, чем в местностях, расположенных к северу от него, где при ясной погоде в связи с нисходящим движением воздуха в зоне пассатов происходит рост температуры.

В июле самые высокие температуры наблюдаются на материках по 15°…40 с.ш. в зоне пустынь (+35°+38° С в Сахаре). Самым холодным местом в июле в северном полушарии является околополюсная область.

В январе самые теплые места располагаются в южном полушарии, так как здесь в это время разгар лета. В западной части Австралии, например, средняя температура января достигает +32° С.

Самые низкие температуры в январе обнаруживаются на северо-востоке Сибири – в Верхоянске и Оймяконе, в районе которых расположен сибирский полюс холода. В Верхоянске средняя температура января – 50° С, июля +15° С, годовая – 16° С.

Очень холодным местом является также центральный район ледяного плато в Гренландии (до – 49° С на высоте 3030 м).

В южном полушарии полюс холода располагается в Антарктиде, где в районе полюса недоступности средняя годовая температура воздуха около -57° С. В 1965 г. Недалеко от Южного полюса норвежские наблюдатели зарегистрировали температуру – 94, 5° С. Это самая низкая температура в приземном слое нашей планеты.

Самая высокая температура воздуха была отмечена в Тиндуфе (Сахара) на высоте 426 м над уровнем моря 12 июля 1936 г. – 57, 1° С., а в Долине Смерти в Калифорнии температура в 1913 г. Достигала 56, 7° С.

 

Средние температуры воздуха для полушарий и всей Земли на уровне моря, по данным Е.С.Рубинштейн, следующие

 

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Январь Июль Годовая амплитуда

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Северное полушарие 8, 6 22, 4 13, 8

Южное полушарие 17, 6 11, 3 6, 2

Вся Земля 13 16, 8 3, 8

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

Средние широтные температуры на уровне моря (° С)

 

====================================================================

Широта Зима Лето Год Площадь суши

====================================================================

90° с. ш. – 33 - 2 - 14 0

60 -\\- - 15 14 о 61

40 - \\ - 6 23 15 45

20° с.ш. 22 28 26 32

О 26 26 27 22

20° ю.ш. 21 26 24 24

40 - \\ - 11 16 14 4

60 - \\ - - 6 2 0 0

90° ю. ш. – 45 - 15 - 35 100

 

Зима в материковом северном полушарии более холодная, чем океаническом южном, лето же, наоборот, в северном более теплое, чем в южном.

Следует также отметить, что на берегах морей и океанов имеет место запаздывание крайних температур в годовом ходе.

Наиболее теплым месяцем в году в прибрежной зоне является август, а на побережьях, омываемых холодными течениями, им может быть в некоторых случаях и сентябрь (Сан-Франциско). Наиболее холодным месяцем на побережьях северного полушария является февраль, в высоких широтах в некоторых местах даже март (Новая Земля).

 

Континентальность климата, индексы континентальности

 

Континентальность климата – это совокупность особенностей климата, определяемых воздействиями материка на процессы климатообразования.

В морском климате наблюдаются малые годовые амплитуды температуры воздуха по сравнению с континентальным климатом над сушей с большими годовыми амплитудами температуры.

Величина годовой амплитуды температуры воздуха зависит от географической широты. В низких географических широтах годовые амплитуды температуры меньше по сравнению с высокими широтами.

На климатические условия в горах влияет высота местности над уровнем моря, высота и направление горных хребтов, экспозиция склонов, направление ветров, ширина долин, крутизна склонов.

Воздушные течения в горах могут задерживаться и отклоняться хребтами. В узких проходах между хребтами скорость воздушных течений меняется. В горах возникают местные системы циркуляции – горно-долинные и ледниковые ветры.

Над склонами, по разному экспонированными, создается различный режим температуры.

В связи с перетеканием воздушных течений через хребты на наветренных склонах гор увеличивается облачность и осадки. На подветренных склонах возникают фены с повышением температуры и уменьшением влажности. Над горами возникают волновые возмущения воздушных течений и особые формы облаков.

 

Океанические течения и климат

 

Океанические течения создают особо резкие различия в температурном режиме поверхности моря и тем самым влияют на распределение температуры воздуха и на атмосферную циркуляцию.

Над районами холодных течений увеличивается повторяемость туманов. Над холодными водами в пассажной зоне ликвидируется конвекция и резко уменьшается облачность.

 

Влияние снежного и растительного покрова на климат

 

Снежный покров уменьшает потерю тепла почвой и колебания ее температуры. Поверхность снежного покрова отражает солнечную радиацию днем и охлаждается излучением ночью, поэтому она понижает температуру приземного слоя воздуха. Над снежным покровом наблюдаются инверсии температуры: зимой – связанные с радиационным выхолаживанием, весной – с таянием снега.

Таяние снежного покрова обогащает почву влагой и имеет большое значение для климатических условий теплого времени года.

Густой травяной покров уменьшает суточную амплитуду температуры почвы и снижает ее среднюю температуру. Следовательно, он снижает суточную амплитуду температуры воздуха.

Более сложное влияние на климат имеет лес, который может увеличивать над собой количество осадков.

Однако влияние растительного покрова имеет микроклиматическое значение, распространяясь преимущественно на приземный слой воздуха и на небольших площадях.

 

Генетическая классификация климатов Б.П.Алисова

 

Б.П.Алисов выделяет семь главных климатических зон: экваториальную, две тропических, две умеренных, арктическую и антарктическую.

Каждая зона характеризуется постоянным преобладанием воздушных масс географического типа, одноименного с зоной.

Затем различаются промежуточные зоны: две зоны экваториальных муссонов с зимним преобладанием тропического и летним экваториального воздуха, две субтропических с зимним преобладанием полярного и летним тропического воздуха, субарктическая с зимним преобладанием арктического воздуха и летним – воздуха умеренных широт.