Структура магнитного поля земной атмосферы.

Земное магнитное поле находится под воздействием потока намагниченной солнечной плазмы. В результате взаимодействия с полем Земли образуется внешняя граница околоземного магнитного поля, называемая магнитопаузой. Она ограничивает земную магнитосферу. Из-за воздействия солнечных корпускулярных потоков размеры и форма магнитосферы постоянно меняются, и возникает переменное магнитное поле, определяемое внешними источниками. Его переменность обязана своим происхождением токовым системам, развивающимся на различных высотах от нижних слоев ионосферы до магнитопаузы. Изменения магнитного поля Земли во времени, вызванные различными причинами, называются геомагнитными вариациями, которые различаются как по своей длительности, так и по локализации на Земле и в ее атмосфере.

Магнитосфера – область околоземного космического пространства, контролируемая магнитным полем Земли. Магнитосфера формируется в результате взаимодействия солнечного ветра с плазмой верхних слоев атмосферы и магнитным полем Земли.

34. Облака. Международная классификация облаков. Конденсация и сублемация

Облака — видимое скопление продуктов конденсации в виде

капелек воды и кристаллов льда на некоторой высоте в атмосфере.

Капельки и кристаллы в облаке очень малы, они удерживают-

ся восходящими потоками воздуха. Облака переносятся воздуш-

ными потоками на большие расстояния. Нижняя граница облаков

определяется уровнем конденсации, верхняя — уровнем конвек-

ции и может находиться на высоте до 20 км.

Классификация:

1.Перистые(Сост. из ледяных кристаллов и игл. Белые, тонкие облака волокни­стого строения, прозрачные, без соб­ственных теней. Осадков не дают.)

2.Перисто-кучевые (Сост. из ледяных кристаллов и игл. Белые тонкие слои или гряды в виде мелких волн и хлопьев, без собственных теней. Осадков не дают)

3.Перисто-слоистые (Сост. из лед. кристаллов. Имеют вид белой однород. тонкой пелены, иногда слегка волни­стой. Не размывают солнечного или лунного диска. Осадки земли не до­стигают)

4.Высококучевые (Сост. из мельчайших капелек, часто переохлажденных. Белые, иногда сероватые или синеватые в виде волн, куч, гряд, хлопьев. Меж­ду ними просветы голубого неба. Иногда могут сливаться. Осадки не выпадают)

5.Высокослоистые (Сост. из смеси снежинок и мельчайших капелек. Серая или си­неватая однород. пелена слегка волнистая. Солнце и Луна просве­чивают как сквозь матовое стекло. Обычно закрывают все небо. Летом осадки земли не достигают, зимой дают снегопад.)

6.Слоисто-кучевые (Сост. из капелек однородных размеров. Серые крупные гряды, волны, кучи или пластины. Могут быть разделены просветами или сли­ваться в сплошной покров. От вы­сококучевых отличаются меньшей высотой, большими размерами куч и большей плотностью. Редко выпа­дают слабые непродолжительные дожди. Обычно осадков не дают.

7.Слоистые (Однообразный серый слой, сход­ный с туманом, иногда внизу разор­ван в клочья. Обычно закрывают все небо, могут быть также в виде разорванных масс. Может выпадать морось или редкий снег)

8.Слоисто - дождевые (Сост. из крупных капель внизу и мелких вверху. Темно-серый об­лачный слой как бы слабо освещен­ный изнутри; при дожде кажется од­нородным, в перерывах видна не­однородность. Выпадают обложные дожди или снег, иногда с перерыва­ми.)

9Кучевые (Сост. из капелек, система ус­тойчивая, без осадков. Плотные вы­сокие облака с белыми кучевыми и куполообразными вершинами и плос­кими основаниями серого или синего цвета. Могут быть в виде отдельных облаков или больших скоплений. Осадки обычно не выпадают. Виды: плоские, средние, мощные).

10.Кучево - дождевые или грозовые. Сост. из капель внизу и кри­сталлов вверху. Белые плотные об­лака с темным основанием, имеют вид огромных наковален, гор и др. Выпада­ют ливневые дожди, град, сопро­вождаемые грозами)

Конденсация - это переход пара в капельно – жидкое состояние(роса).

Сублимация - это переход пара в твердое состояние (снег, лед).

 

35.Образование осадков. Характеристика режима осадков

Восходящие движения воздуха могут возникнуть в результате:

- Сильного прогрева земной поверхности,
- Скольжения тёплого воздуха по массе холодного воздуха (при прохождении циклонов),
- Поднятия воздуха по неровностям земной поверхности (горы).

 

36.Географическое распределение осадков

Атмосферные осадки на земной поверхности распределяются очень неравномерно. Одни территории страдают от избытка влаги, другие — от ее недостатка. Наибольшее количество атмосферных осадков зарегистрировано в Чер-рапунджи (Индия) — 12 тыс. мм в год, наименьшее —- в Аравийских пустынях, около 25 мм в год. Количество осадков измеряется толщиной слоя в мм, который образовался бы при отсутствии стока, просачивания или испарения воды. Распределение осадков на Земле зависит от целого ряда причин:

а) от размещения поясов высокого и низкого давления. На экваторе и в умеренных широтах, где формируются области низкого давления, осадков выпадает много. В этих областях нагретый от Земли воздух становится легким и поднимается вверх, где он встречается с более холодными слоями атмосферы, охлаждается, и водяной пар превращается в капельки воды и выпадает на Землю в виде осадков. В тропиках (30-е широты) и полярных широтах, где образуются области высокого давления, преобладают нисходящие воздушные токи. Холодный воздух, опускающийся из верхних слоев тропосферы, содержит мало влаги. При опускании он сжимается, нагревается и становится еще суше. Поэтому в областях повышенного давления над тропиками и у полюсов осадков выпадает мало;

б) распределение осадков зависит также и от географической широты. На экваторе и в умеренных широтах выпадает много осадков. Однако земная поверхность на экваторе прогревается больше, чем в умеренных широтах, поэтому восходящие потоки на экваторе значительно мощнее, чем в умеренных широтах, а следовательно, сильнее и обильнее осадки;

в) распределение осадков зависит от положения местности относительно Мирового океана, так как именно оттуда приходит основная доля водяных паров. Например, в Восточной Сибири осадков выпадает меньше, чем на Восточно-Европейской равнине, так как Восточная Сибирь удалена от океанов;

г) распределение осадков зависит от близости местности к океаническим течениям: теплые течения способствуют выпадению осадков на побережьях, а холодные препятствуют. Вдоль западных берегов Южной Америки, Африки и Австралии проходят холодные течения, что привело к формированию пустынь на побережьях; д) распределение осадков зависит также от рельефа. На склонах горных цепей, обращенных к влажным ветрам с океана, влаги выпадает заметно больше, чем на противоположных, — это ясно прослеживается в Кордильерах Америки, на восточных склонах гор Дальнего Востока, на южных отрогах Гималаев. Горы препятствуют движению влажных воздушных масс, а равнина способствует этому.

37.Происхождение атмосферы

Атмосфера начала образовываться вместе с формированием Земли. В процессе эволюции планеты и по мере приближения ее параметров к современным значениям произошли принципиально качественные изменения ее химического состава и физических свойств. Согласно эволюционной модели, на раннем этапе Земля находилась в расплавленном состоянии и около 4,5 млрд. лет назад сформировалась как твердое тело. Этот рубеж принимается за начало геологического летоисчисления. С этого времени началась медленная эволюция атмосферы. Некоторые геологические процессы, (например, излияния лавы при извержениях вулканов) сопровождались выбросом газов из недр Земли. В их состав входили азот, аммиак, метан, водяной пар, оксид СО и диоксид СО₂ углерода. Под воздействием солнечной ультрафиолетовой радиации водяной пар разлагался на водород и кислород, но освободившийся кислород вступал в реакцию с оксидом углерода, образуя углекислый газ. Аммиак разлагался на азот и водород. Водород в процессе диффузии поднимался вверх и покидал атмосферу, а более тяжелый азот не мог улетучиться и постепенно накапливался, становясь основным компонентом, хотя некоторая его часть связывалась в молекулы в результате химических реакций. Под воздействием ультрафиолетовых лучей и электрических разрядов смесь газов, присутствовавших в первоначальной атмосфере Земли, вступала в химические реакции, в результате которых происходило образование органических веществ, в частности аминокислот. С появлением примитивных растений начался процесс фотосинтеза, сопровождавшийся выделением кислорода. Этот газ, особенно после диффузии в верхние слои атмосферы, стал защищать ее нижние слои и поверхность Земли от опасных для жизни ультрафиолетового и рентгеновского излучений. Согласно теоретическим оценкам, содержание кислорода, в 25 000 раз меньшее, чем сейчас, уже могло привести к формированию слоя озона со всего лишь вдвое меньшей, чем сейчас, концентрацией. Однако этого уже достаточно, чтобы обеспечить весьма существенную защиту организмов от разрушительного действия ультрафиолетовых лучей.

 

38.Атмосферное давление.Единицы измерения. Барическое поле Земли

Атмосферное давление — давление атмосферы на все находящиеся в ней предметы и Земную поверхность. Атмосферное давление создаётся гравитационным притяжением воздуха к Земле.

Миллиметр ртутного столба — внесистемная единица измерения давления, иногда называется „торр“.

Барическое поле - распределение давления воздуха в атмосфере.. Б. п. Земли состоит из многочисленных областей пониженного и повышенного давления — барических систем. Неоднородность давления на поверхностях уровня является причиной возникновения воздушных течений. Б. п. непрерывно меняется во времени, что приводит к соответствующим изменениям в воздушных течениях.

 

39. Барометрическое распределение давления. Горизонтальный барический градиент. Изменения давления с высотой.

Бари́ческий градие́нт — вектор, характеризующий степень изменения атмосферного давления в пространстве. По числовой величине барический градиент равен изменению давления (в миллибарах) на единицу расстояния в том направлении, в котором давление убывает наиболее быстро, то есть по нормали к изобарической поверхности в сторону уменьшения давления.

Также барический градиент называют барометрическим градиентом. В метеорологии обычно пользуются горизонтальным барическим градиентом, то есть горизонтальной составляющей градиента на уровне моря или на другом уровне.

Газы сильно сжимаемы и чем сильнее сжат газ, тем больше его плотность и тем большее давление он производит. Нижние слои воздуха сжаты всеми вышележащими слоями. Чем выше от поверхности Земли, тем воздух слабее сжат, тем меньше его

плотность и, следовательно, тем меньшее давление он производит. Так, например, когда воздушный шар

поднимается над Землей, то давление воздуха на шар становится меньше не только потому, что высота столба воздуха над ним уменьшается, но еще и потому, что плотность воздуха вверху меньше, чем внизу. Так как все метеостанции, измеряющие атмосферное давление, расположены на разных высотах и полученные на них показатели чаще всего приводят к уровню моря. Делают это потому, что атмосферное давление довольно существенно убывает с высотой.

 

Зависимость давления от высоты местности и температуры воздуха. Атмосферное давление зависит от высоты местности. Чем выше уровня моря, тем давление воздуха меньше. Он снижается, так как с поднятием уменьшается высота столба воздуха, который давит на земную поверхность. Кроме того, с высотой давление падает еще и потому, что уменьшается плотность самого воздуха. На высоте 5 км атмосферное давление снижается наполовину по сравнению с нормальным давлением на уровне моря. В тропосфере с подъемом на каждые 100 м давление уменьшается примерно на 10 мм рт. ст.

Распределение атмосферного давления на Земле. Атмосферное давление, как и температура воздуха, распределяется на Земле полосами: различают пояса низкого и высокого давления. Их образование связано с нагревом и перемещением воздуха.

Над экватором воздух хорошо прогревается. От этого оно расширяется, становится менее плотным, а потому легче. Легче воздуха поднимается вверх - происходит восходящее движение воздуха. Поэтому там у поверхности Земли течение года устанавливается пояс низкого давления. Над полюсами, где в течение года температуры низкие, воздух охлаждается, становится более плотным и тяжелым. Поэтому оно опускается - происходит нисходящее движение воздух - и увеличивается давление. Поэтому у полюсов образовались пояса высокого давления. Воздух, поднявшееся над экватором, растекается к полюсам. Но, не доходя до них, на высоте оно охлаждается, становится тяжелее и опускается на параллелях 30-35⁰ в обоих полушариях. Как следствие - там образуются пояса высокого давления. В умеренных широтах, на параллелях 60-65⁰обоих полушарий образуются пояса низкого давления.

Таким образом, наблюдается тесная зависимость атмосферного давления от распределения тепла и температур воздуха на Земле, когда восходящие и нисходящие движения воздуха обуславливают неравномерное нагревание земной поверхности.

 

40. Стандартная атмосфера.Тропосфера.

Международная стандартная атмосфера — условное вертикальное распределение температуры, давления и плотности воздуха в атмосфере Земли.

Атмосфера по вертикали:

Тропосфера

Стратосфера

Мезосфера

Термосфера

(тетр.) Тропосфера — нижний, наиболее изученный слой атмосферы, высотой в полярных областях 8—10 км, в умеренных широтах до 10—12 км, на экваторе — 16—18 км.

41.Анализ циркуляции в атмосфере

Общей циркуляцией атмосферы называют замкнутые течения воздушных масс в масштабах полушария или всего земного шара, приводящие к широтному и меридиональному переносу вещества и энергии в атмосфере. Главной причиной возникновения воздушных течений в атмосфере служит неравномерное распределение тепла на поверхности Земли, что приводит к неодинаковому нагреванию почвы и воздуха в различных поясах земного шара. Таким образом, солнечная энергия является первопричиной всех движений в воздушной оболочке Земли. Кроме притока солнечной энергии к важнейшим факторам, вызывающим возникновение ветра, относятся также вращение Земли вокруг своей оси, неоднородность подстилающей поверхности и трение воздуха о почву. В земной атмосфере наблюдаются воздушные движения самых различных масштабов – от десятков и сотен метров (местные ветры) до сотен и тысяч километров (циклоны, антициклоны, муссоны, пассаты, планетарные фронтальные зоны). Простейшая схема глобальной циркуляции атмосферы была составлена более 200 лет назад. Ее основные положения не потеряли своего значения и до сих пор.

Современные принципы классификации форм атмосферной циркуляции северного полушария Вангенгейма – Гирса.Воздушные массы постоянно перемещаются вокруг земного шара. На скорость их движения влияет неравномерность поступления солнечной радиации и поглощение ее различными участками подстилающей поверхности и атмосферы, вращение Земли, термическое и динамическое взаимодействие атмосферы с подстилающей поверхностью, в том числе и взаимодействие с океаном.

Основной причиной атмосферных движений является неоднородность нагревания различных участков поверхности Земли и атмосферы. Подъем теплого и опускание холодного воздуха на вращающейся Земле сопровождается формированием циркуляционных систем различного масштаба. Совокупность крупномасштабных атмосферных движений получила название общей циркуляции атмосферы.

Атмосфера получает тепло путем поглощения солнечной радиации, за счет конденсации водяного пара и благодаря теплообмену с подстилающей поверхностью. Поступление скрытой теплоты в атмосферу зависит от подъема влажного воздуха. Так тропическая зона Тихого океана является мощным источником тепла и влаги для атмосферы. Значительная теплопередача от поверхности океана происходит зимой там, где холодные воздушные массы приходят в районы теплых морских течений.

Одним из наиболее крупномасштабных звеньев общей циркуляции атмосферы является циркумполярный вихрь. Его формирование обусловлено очагами холода в полярной области и очагами тепла в тропической зоне. Циркумполярное движение и его проявление – западный перенос – являются устойчивой и характерной особенностью общей атмосферной циркуляции. В 1930-е были начаты обстоятельные исследования общей циркуляции атмосферы путем деления всех синоптических процессов на элементарные (ЭСП) и обобщение их в трех формах циркуляции: западной (W), восточной (Е) и меридиональной (С). Процессы западной формы (W) характеризуются развитием зональных составляющих циркуляции и быстрым смещением с запада на восток барических образований. При развитии меридиональных форм циркуляции, когда формируются стационарные волны большой амплитуды, наблюдаются процессы формы Е и С. Распределение воздушных течений на земном шаре тесно связано с распределением давления, температуры и характером циклонической деятельности. Следовательно, в распределении ветра у Земли должна быть определенная зональность. Но фактические направления ветров зимой и летом отличаются от реальных ветров в зональной схеме. Наиболее четкую зональность имеют ветры в приэкваториальной зоне. В северном полушарии зимой и летом преобладают ветры северо-восточного направления, а в южном – ветры юго-восточного направления – пассаты. Яснее всего пассаты выражены над Тихим океаном. Над материками и вблизи них пассаты нарушаются другой системой течений – муссонами, которые возникают из-за циклонической деятельности, связанной с большим перепадом температуры между морем и сушей. Зимой муссон направлен с континента на океан, а летом – с океана на континент. Муссонный перенос воздушных масс представлен в прибрежных районах Восточной Азии и, в частности, в Приморье. Воздушные массы перемещаются как у поверхности Земли, так и на больших высотах от Земли и не только в горизонтальном направлении, но и в вертикальном. Несмотря на то, что вертикальные скорости движения воздуха малы, они играют важную роль в обмене воздуха по вертикали, образовании облаков, осадков и других погодных явлений. Есть и другие особенности в распределении вертикальных движений. Анализ синоптических карт показал, что температурные контрасты полюс – экватор неравномерно распределены по широте. Наблюдается сравнительно узкая зона, где сконцентрирована значительная часть энергии атмосферной циркуляции. Здесь отмечаются максимальные значения барических градиентов, а следовательно, и скоростей ветра. Для таких областей было введено понятие высотной фронтальной зоны (ВФЗ), а связанные с ней сильные западные ветры стали называть струйными течениями или струями. Обычно скорость ветра вдоль оси струи превышает 30 м/с, вертикальный градиент скорости ветра превышает 5 м/с на 1 км, а горизонтальный градиент скорости достигает 10 м/с и более на 100 км. ВФЗ занимает большие географические пространства: ширина ее 800–1000 км, высота 12–15 км и длина 5–10 тыс. км. ВФЗ включает в себя обычно один или несколько фронтов и является местом возникновения подвижных фронтальных циклонов и антициклонов, перемещающихся по направлению основного (ведущего) потока. В периоды сильного развития меридиональности процессов ВФЗ как бы «извивается», огибая высотные гребни с севера и ложбины с юга.

Общая циркуляция атмосферы представляет собой систему крупномасштабных воздушных течений над земным шаром. Эта система доступна изучению с помощью ежедневных синоптических карт, а также находит отображение на средних многолетних картах для земной поверхности и тропосферы.

42.Зональность и распределение давления и ветра

Зональность в распределении давления и ветра с высотой возрастает. В верх-

ней тропосфере и стратосфере влияние материков, океанов и циклонической дея-

тельности на распределении давления и ветра становится незначительным. Здесь

высокое давление почти совпадает с высокой температурой, а низкое давление — с

низкой температурой. Поскольку в тропосфере температура воздуха убывает в

среднем от низких широт к высоким в каждом полушарии Земли и атмосферное

давление также убывает в среднем от низких широт к высоким. Геострофический

ветер при таком меридиональном барическим градиенте должен быть направлен с

запада на восток в обоих полушариях Земли: в Северном градиент будет направлен

к северу, а ветер, отклоняясь от него на прямой угол вправо, — с запада на восток;

У земной поверхности и в нижней тропосфере зональность в распределе-

нии давления сложнее, чем в распределении температуры. Температура у земной

поверхности непрерывно падает от низких широт к высоким (если не учитывать

возмущения, вносимые распределением суши и моря). Давление от экваториаль-

ной зоны сначала растет к субтропикам, затем падает к субполярным широтам и

снова растет к полюсам (составляющие трех меридиональных ячеек). При этом

меридиональный барический градиент направлен от субтропиков и к экватору, и к

субполярным широтам, а от полюса — к субполярным широтам. Таким образом, на-

правление барического градиента несколько раз меняется вдоль меридиана. Этому

распределению соответствуют западный перенос в средних широтах каждого из по-

лушарий и восточный перенос в тропических и высоких широтах

 

43. Фронты в атмосфере. Климатические фронты.