Підручник з Географії (рівень стандарту). 11 клас. Коберник - Нова програма

ТЕМА 4. АТМОСФЕРА ТА СИСТЕМИ ЗЕМЛІ

§ 13. ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАНУ ПОВІТРЯ. ПОГОДА

Пригадайте! 1. Що таке атмосфера? Як вона утворилася? 2. Яку будову має атмосфера? Як називаються її основні шари? 3. Як освітлюється земна поверхня в дні сонцестоянь та рівнодень? 4. Що показують ізотерми на кліматичній карті світу? 5. Як сила Коріоліса впливає на формування постійних вітрів, циклонів та антициклонів? 6. Які вам відомі види атмосферних опадів?

Сонячно-земні взаємодії. Між Сонцем та Землею існує система прямих та опосередкованих фізичних зв'язків, які відбиваються на процесах у географічній оболонці. Цей вплив найбільш відчутний у повітряній оболонці Землі - атмосфері, що є одним з суттєвих чинників формування погоди й клімату.

Існує кілька форм сонячно-земних взаємозв'язків (мал. 52). По-перше, це динамічний зв'язок, пов'язаний з орбітальним рухом нашої планети навколо Сонця. Це викликає річні ритми в географічній оболонці, зокрема впливає на зміну характеристик стану повітря протягом року.

Мал. 52. Сонячно-земні взаємодії

По-друге, існує енергетичний зв'язок, пов'язаний з надходженням достатньо стабільного сонячного випромінювання. Передача енергії від Сонця на Землю відбувається через космічний простір внаслідок теплового випромінювання. Сонячна радіація - це кількість енергії (теплової та світлової), що надходить від Сонця до земної поверхні. У верхніх шарах атмосфери її кількість змінюється мало. На рівні земної поверхні її мінливість визначається змінами дня й ночі, пір року, станом атмосфери та характером земної поверхні (суходіл, Океан).

По-третє, існує речовинний зв'язок, тобто відбувається потік до Землі йонізованої плазми (суміші протонів та електронів, т. зв. сонячний вітер), яка має магнітне поле. Так Земля опиняється в магнітосфері Сонця. Час від часу трапляються сонячні збурення, й сонячна плазма та ударна хвиля досягають Землі через 1,5-2 доби, що викликає магнітні бурі. Вони впливають на верхні шари атмосфери (екзосферу та йоносферу), що призводить до посилення полярних сяйв, погіршення радіозв'язку на коротких хвилях, потоншення озонового шару, становить радіаційну небезпеку для екіпажів й устаткування космічних кораблів. Через 2-4 доби після магнітної бурі відбувається помітна перебудова баричного поля нижнього шару атмосфери - тропосфери. Як наслідок - активізація циклонів та прояв несприятливих погодних явищ.

Тропосфера. Атмосфера обертається разом з нашою планетою як єдине ціле, оскільки її утримує сила земного тяжіння. Що далі від поверхні Землі, то сила тяжіння менша, тому густота повітря з висотою зменшується. За різними даними, верхня межа атмосфери розташована на висоті від 2 000 до 3 000 км. Але сліди земних газів фіксують навіть на висоті 10-12 тис. кілометрів. Атмосфера має шарувату будову. Її умовно поділяють на п'ять основних оболонок, що поступово переходять одна в одну (мал. 53).

Мал. 53. Атмосфера та її складники

У прилеглому до Землі шарі атмосфери - тропосфері - зосереджено близько 80 % усього атмосферного повітря та завдяки випаруванню з поверхні Океану - майже уся атмосферна вода, з якої формуються хмари й випадають опади. Тропосфера простягається від земної поверхні вгору до висоти 8-18 км. Через приплюснуту форму нашої планети сила тяжіння неоднакова в різних широтах. Основними характеристиками стану повітря в тропосфері є його температурний режим, атмосферний тиск, вітер, вологість, атмосферні опади.

Температурний режим. Температура в тропосфері закономірно змінюється як з висотою місцевості, так і залежно від географічної широти. Сонячна радіація безпосередньо не нагріває прозорого повітря, а гріє освітлену ним земну поверхню, від якої потім передається тепло атмосфері. Через те з висотою температура повітря зменшується, до того ж із чіткою закономірністю. У нижніх шарах атмосфери на кожний кілометр підйому стає холодніше на 6 °С. Свого мінімуму температура в тропосфері досягає на висоті 18-20 км: близько -55 °С.

Головною причиною зміни температури повітря є зменшення кута падіння променів Сонця на земну поверхню від екватора до полюсів. Через те найбільше сонячної радіації надходить на територію між Північним та Південним тропіками в межах жаркого теплового поясу, де кут падіння променів Сонця протягом року близький до 90° і температури повітря понад +20 °С.

У помірних теплових поясах середньорічні температури нижчі, ніж у жаркому поясі. Крім того, у зв'язку з нахилом земної осі до орбіти кут падіння променів Сонця на земну поверхню суттєво змінюється протягом року. Там чітко змінюються пори року. До того ж тепла та холодна пори року в помірних широтах Північної та Південної півкуль не збігаються: коли в одній півкулі - літо, в іншій - зима.

• 1. За кліматичною картою світу визначте середньосічневі та середньолипневі температури повітря в межах теплових поясів Землі. 2. Поясніть, чому не збігаються середні температури повітря січня та липня у Північній та Південній півкулях.

Найменше сонячної радіації отримують території від Північного та Південного полярних кіл до полюсів Землі. Там кут падіння сонячних променів менший за 24°, тому майже протягом усього року температури повітря від'ємні. Полярний день змінює полярна ніч.

Отже, загальна закономірність у розподілі температур на планеті полягає в їхньому поступовому зниженні від екватора до полюсів. Це найкраще ілюструють ізотерми найтеплішого та найхолоднішого місяців року на кліматичній карті світу.

Зміна атмосферного тиску. Внаслідок закономірного розподілу температури повітря від екватора до полюсів сформувалися сталі пояси атмосферного тиску Землі (мал. 54). Так, у районі екватора протягом року температура повітря висока: близько +24 °С. Тому тепле повітря, розширюючись, підіймається вгору й слабо тисне на поверхню. Внаслідок цього біля поверхні Землі формується область низького атмосферного тиску. Повітря, яке піднімається над екватором, з висотою охолоджується й стає важчим. У верхніх шарах тропосфери воно розтікається по обидва боки від екватора й осідає неподалік тропічних широт близько 30° широти Північної та Південної півкуль. Тому там формуються пояси високого атмосферного тиску. Біля Північного та Південного полюсів температура повітря протягом року дуже низька. Тому холодне й, відповідно, важче повітря опускається до землі, утворюючи області високого атмосферного тиску. Між поясами високого тиску на полюсах і 30°-градусних широтах формуються області низького тиску, які утворюються у помірних широтах Північної та Південної півкуль (приблизно 60° пн. ш. та 60° пд. ш.). Отже, пояси низького та високого тиску змінюються почергово.

Мал. 54. Пояси атмосферного тиску та розподіл опадів

Атмосферний тиск також змінюється з висотою, оскільки з підняттям вгору залишається все менший стовп повітря, й атмосферний тиск зменшується. На кожні 100 м підйому в тропосфері атмосферний тиск знижується на 10 мм рт. ст.

Вітри. Різниця атмосферного тиску спричиняє рух повітря, яке завжди пересувається з області вищого тиску до області нижчого. Причому що більша різниця тиску, то швидше рухається повітря й має більшу силу. Систему повітряних течій у тропосфері називають атмосферною циркуляцією. Основними її видами є горизонтальні та вертикальні переміщення повітряних мас. Горизонтальні переміщення називають вітром, вертикальні вихороподібні рухи повітря - циклонами та антициклонами.

На Землі формуються постійні та періодичні вітри. Постійні вітри не змінюють свого напрямку протягом року (мал. 55). Їхні формування та напрямки пов'язані зі сталими поясами атмосферного тиску на Землі, а також силою Коріоліса. До постійних вітрів належать пасати, західне перенесення, а також північно-східні й південно-східні (стокові) вітри полярних широт. Пасати зароджуються в тропічних широтах обох півкуль, де існують області підвищеного тиску, й прямують до екватора, де протягом року тиск низький. Під дією сили Коріоліса пасати відхиляються в Північній півкулі праворуч, тобто мають північно-східний напрямок, а в Південній півкулі - ліворуч, тобто їхній напрямок є південно-східним. З областей високого атмосферного тиску тропічних широт обох півкуль вітер також дме в помірні широти, де тиск низький. Так виникає західне перенесення. Внаслідок обертання Землі воно також відхиляться в Північній півкулі праворуч, а в Південній - ліворуч. Західне перенесення суттєво впливає на формування погоди в Україні, приносячи з Атлантичного океану вологе повітря. У полярних широтах формуються в Північній півкулі північно-східні, а в Південній півкулі - південно-східні (стокові) вітри. Вони дмуть із областей підвищеного тиску на полюсах у помірні широти й також зазнають впливу відхиляючої сили Землі.

Мал. 55. Типи вітрів

Періодичні вітри виникають на узбережжях водойм. Їхнє формування пов'язане з коливаннями тиску над берегом та водоймою. До періодичних належать добові вітри бризи та сезонні - мусони. Бризи формуються на узбережжях невеликих водойм: річок, озер, водосховищ, морів. Вони змінюють свій напрямок двічі на добу. Денний бриз дме з прохолодної водойми з високим тиском над нею на нагріте узбережжя з низьким тиском, нічний бриз - з області високого тиску над охолодженим берегом у бік теплої води з низьким атмосферним тиском над нею.

• 1. За кліматичною картою світу відшукайте території, де дмуть постійні вітри. 2. Порівняйте вплив пасатів на формування клімату Африки та Південної Америки. 3. Поясніть вплив постійних вітрів на клімат Євразії та Північної Америки.

На узбережжях материків, де великі площі суходолу межують з велетенськими океанічними просторами, виникають мусони. Літній мусон формується аналогічно денному бризу. Він дме з Океану на материк й приносить вологу погоду. Формування зимового мусону аналогічне нічному бризу. Він дме з материка в бік Океану, зумовлюючи посушливу погоду. Найпотужніші мусони формуються на східних і південних берегах Євразії на межі найбільшого в світі материка з Тихим та Індійським океанами. Через те в цих частинах Землі літом панує волога із сильними зливами погода, а зимою - дуже посушлива.

• 1. Поясніть, як формуються мусони біля східних берегів Північної Америки. Чому вони не такі потужні, як мусони на східних та південних берегах Євразії? 2. Поміркуйте, чому не формуються мусони в Південній півкулі.

Вологість повітря. Розрізняють абсолютну та відносну вологість. Абсолютна вологість повітря показує кількість водяної пари, що фактично міститься в 1 м3 повітря й вимірюється в грамах на кубічний метр, г/м3. Вона прямо пропорційно залежить від температури повітря: що вища температура, то більше водяної пари здатне ввібрати в себе повітря (табл. 2).

Таблиця 2

Максимальна абсолютна вологість повітря залежно від температури

-20 °С

Не більш ніж 1 г води

+10 °С

Не більш ніж 9 г води

-10 °С

Не більш ніж 2 г води

+20 °С

Не більш ніж 17 г води

-5 °С

Не більш ніж 3 г води

+30 °С

Не більш ніж 30 г води

0 °С

Не більш ніж 5 г води

+40 °С

Не більш ніж 51 г води

Максимальний вміст водяної пари у повітрі трапляється рідко. Тому існує поняття відносної вологості повітря як відношення фактичного вмісту водяної пари в повітрі до максимально можливого за даної температури й виражається у відсотках. Наприклад, якщо температура повітря становить +10 °С, а відносна вологість повітря 80 %, то це означає, що в 1 м3 повітря міститься 7,2 г води. Насиченим водою є повітря з відносною вологістю 100 %. У ньому вода починає конденсуватися, тобто переходити з газуватого в рідкий стан. Так утворюється роса або туман. Якщо відносна вологість не досягає зазначеної позначки, то повітря вважається ненасиченим.

• 1. За даними таблиці 2 визначте, якою є відносна вологість повітря, якщо за температури +30 °С фактичний вміст водяної пари у повітрі становить 27 г/м3. 2. Яка кількість водяної пари міститься у повітрі, якщо за температури +20 °С його відносна вологість становить 70 %? 3. Якою є температура повітря за відносної вологості 60 % і фактичного вмісту в ньому водяної пари 3 г/м3?

Комфортним для життя людини вважається відносна вологість повітря близько 70 %. У пустелях цей показник спадає менше ніж до 50 %. Якщо відносна вологість повітря зменшується до 30 %, то умови стають екстремальними. Відносна вологість повітря в Україні становить 65-75 %.

Атмосферні опади. Від розміщення областей атмосферного тиску залежить розподіл атмосферних опадів. Там, де формуються пояси низького тиску, випадає багато опадів, а там, де переважає високий тиск, кількість опадів незначна (див. мал. 55). Наприклад, над екваторіальними широтами переважає низький тиск. Там тепле й насичене водяною парою повітря під час підняття вгору швидко охолоджується. Внаслідок цього утворюються купчасто-дощові хмари, з яких випадає понад 2 000 мм опадів на рік.

На кількість опадів також впливає напрямок вітру. Опади приносять вітри, що дмуть з Океану. Вітри із суходолу спричиняють суху погоду. З просуванням від узбережжя вглиб материка зазвичай кількість опадів зменшується. Суттєвий вплив на кількість атмосферних опадів біля узбережжя океанів мають морські течії. У тих місцях, де біля берега проходять холодні течії, опадів майже не буває й виникають берегові пустелі. Там, де течії теплі, на узбережжі випадає велика кількість опадів.

• За кліматичною картою світу: 1) відшукайте території з найбільшою та найменшою кількістю опадів; поясніть причини такого їх розподілу; 2) проілюструйте на конкретних прикладах вплив холодних і теплих морських течій на кількість опадів на узбережжях океанів.

Погода. Наука, що вивчає атмосферу Землі та зміни основних показників стану повітря, називається метеорологією. Для спеціаліста-метеоролога поняття «погода» включає шість основних показників: температуру повітря, атмосферний тиск, вітер, вологість повітря, хмарність й атмосферні опади (мал. 56). Всі ці показники можуть швидко змінюватися. Через те на метеорологічних станціях проводять регулярні спостереження за ними. Отже, погода - стан повітря нижнього шару атмосфери (тропосфери) в даний час у даній місцевості.

Мал. 56. Основні показники стану погоди

Метеостанції розміщено по всій планеті. Лише в нашій державі їх близько 200. За даними метеорологічних спостережень складають графіки добової, місячної, річної зміни температури повітря, діаграми хмарності та розподілу опадів, рози вітрів. Нині до складання прогнозу погоди залучено також літаки, радіозонди, штучні супутники Землі.

Синоптична карта. Уся інформація з метеостанцій та метеорологічних супутників надходить до Гідрометеорологічного центру України, де створюють спеціальні синоптичні карти, або карти погоди (мал. 57). Нині такі карти складаються автоматично, тобто за допомогою комп'ютера. На них символами та цифрами нанесено дані про температуру та вологість повітря, напрямки та швидкість вітрів, шляхи пересування циклонів й антициклонів, атмосферні фронти, хмарність, кількість та види опадів, атмосферні явища (тумани, завірюхи, грози, ожеледь та ін.) на певний час. За ними складають прогноз погоди на кілька годин, добу, тиждень, сезон. Що менший термін складання прогнозу погоди, то він точніший.

Мал. 57. Синоптична карта Європи

Синоптичні карти для всієї земної кулі складають у масштабі 1:30 000 000, а для окремих частин Землі - до 1:2 500 000. За термінами складання розрізняють основні та додаткові карти погоди. Основні синоптичні карти складають 4 рази на добу: о 00.00, 06.00, 12.00 та 18.00 за всесвітнім часом. Додаткові карти складають на основі даних у проміжні терміни. Вони особливо важливі для обслуговування авіації та мореплавства. Залежно від рівня атмосфери розрізняють приземні та висотні карти. Перші - найбільш інформативні. Їх складають за даними наземних і морських метеорологічних станцій, а другі - на основі даних аерологічних станцій.

1. Які існують форми сонячно-земних взаємозв'язків? Як вони впливають на атмосферу Землі? 2. Поясніть, як впливає розподіл сонячної радіації на перерозподіл температури повітря на земній поверхні. 3. Поясніть, як сформувалися пояси сталого тиску на Землі та механізм утворення постійних вітрів. 4. Поясніть поняття «абсолютна вологість повітря», «відносна вологість повітря». 5*. Використовуючи кліматичну карту, поясніть закономірності розподілу температури та атмосферних опадів на території України.