19. Зональність в розподілі тиску і вітру. Географічний розподіл атмосферного тиску біля земної поверхні. Центри дії атмосфери.

Тиск над сушею і океаном

• Зональність в розподілі тиску по земній поверхні порушується розподілом суші і моря.

• Тиск взимку над материками підвищується, а влітку понижується.

• В помірних і субполярних широтах, де тиск в цілому низький, над материками він високий.

• В субтропіках, де тиск підвищений над океанами, а материками він низький.

Центри дії атмосфери

• Аналіз баричного поля на щоденних, місячних та середніх багаторічних картах баричної топографії підтверджує існування в певних районах землі більш-менш постійних областей підвищеного або пониженого тиску. Це переважно антициклони, яким властиві невеликі градієнти тиску і слабкі вітри, а всередині їх панує майже повний штиль.

Трансформація повітряних мас в центрах дії атмосфери

• Повітряна маса в антициклоні тривалий період є в одних і тих же умовах. Під впливом радіаційних та географічних факторів, повітря набирає характерних властивостей, що відрізняють його від інших повітряних мас.

• В стійких областях пониженого тиску формуються повітряні маси, покидаючи ці баричні системи, тривалий час зберігають свої фізичні властивості (температуру, вологість), що набуті в джерелах їх формування.

32. Вертикальний розподіл температури і стійкість атмосфери. Прискорення конвекції.

Вертикальний розподіл температури і стійкість атмосфери.

• Вертикальний градієнт температури (геотермічний)- зміна температури з висотою в атмосфері на одиницю висоти (100м). Нормальна величина в тропосфері 0.6С на 100 м. Рідше, більший 1С на 100 м, а при ізотермії становити 0С. Від’ємних величин досягає при інверсії.

• Т = То- aZ, де а - вертикальний градієнт t для розрахунку t на різних рівнях атмосфери. Лінія термічної стратифікації атмосфери - прямі відрізки, які в залежності від різних значень градієнту, по-різному нахилені до вісі абсцис.

Прискорення конвекції. f = g , повітря, що рухається вверх (Т_і) і оточуюче повітря (Т_а). Різниця Т_і - Т_a позитивна, тобто Т_і більше Т_а, то прискорення конвекції додатнє. Теплі маси повітря піднімаються вверх.

Різниця температур Т_і - Т_a , або Т_і менше Т_а, прискорення від'ємне, тобто холодніші маси повітря опускаються вниз.

Коли ж Т_і = Т_a , то прискорення конвекції відсутнє.

• f = g, повітря, що рухається вверх (Ті) і оточуюче повітря (Та). Різниця Ті - Тa позитивна, тобто Ті більше Та, то прискорення конвекції додатнє. Теплі маси повітря піднімаються вверх.

• Різниця температур Ті - Тa , або Ті менше Та, прискорення від'ємне, тобто холодніші маси повітря опускаються вниз.

• Коли ж Ті = Тa , то прискорення конвекції відсутнє.

33. Зони розподілу тиску і вітру з висотою. Зони розподілу тиску і вітру біля земної поверхні. Поле повітряних течій.

Поле повітряних течій

Розподіл повітряних течій на земній поверхні, тобто поле течій, можна показати у вигляді стрілок, які показують напрям і швидкість вітру в різних точках, або при допомозі ліній руху.

Це така лінія, в усіх точках якої дотичні співпадають з напрямком вітру.

Взаємодія вітру і земної поверхні.

• В залежності від розмірів і форм перешкод, їх розташування відносно вітру , а також від швидкості самого вітру та стратифікації атмосфери, характер повітряного потоку буде різний.

Лінійна конвергенція і дивергенція.

Лінії руху сходяться – конвергенція, а коли розходяться -дивергенція. Досить часто спостерігається лінійна конвергенція або дивергенція: лінії руху сходяться або розходяться вздовж ліній або вісі.

• Конвергенція ліній руху зумовлює висхідні повітряні течії в циклоні, а дивергенція ліній руху викликає опускання повітряних мас в антициклоні, що впливає на режим погоди.

Конвергенція і дивергенція при русі повітря біля земної поверхні.

• Повітря рухається в улоговину, то повітряна течія звужується, лінії руху зближаються, виникає лінійна конвергенція, що супроводжується ростом швидкості вітру.

• Повітряний потік на шляху свого руху зустрічає перешкоди у вигляді гори (горба), він його огинає з боків і спостерігається лінійна дивергенція ліній течії, а швидкість вітру зменшується.

Взаємодія вітру і земної поверхні.

• Якщо повітряний потік перед перешкодою (хребтом або горою), піднімається вверх і перетікає над нею, лінії потоків наближуються між собою і швидкість вітру над перешкодою зростає. Безпосередньо за перешкодою створюється так звана вітрова тінь і виникають вихори з горизонтальною віссю, яка паралельна перешкоді. Спостерігається зворотній рух повітря від перешкоди.

34. Фактори розвитку клiматiв Землi. Фiзичнi гiпотези. Змiни складу атмосфери.

Зміни і коливання клімату

• Змiни клiмату - внаслiдок змiн атмосфери, характеру пiдстилаючої поверхнi, океанiчної та атмосферної циркуляцiї.

• Поступлення сонячної радiацiї на верхню межу атмосфери Землi коливається вiд 0.1 до 0.3%.

• Тенденція зростання приблизно 5% за 1 млрд. рокiв.

• Бiльш значнi - за сезонами в атмосферi.

• Змiни дiяльної поверхнi, через змiну площ океанiв i материкiв; швидкiсть обертання Землi i розмiщення полюсiв; змiни площ покритих снiгом та льодом; рельєф сушi та рiвень Свiтового океану.

• Змiни клiмату - коливання у 20-25 рокiв. Меншi iнтервали - мiнливiсть клiмату, а бiльш довгi на коливання клiмату.

• Коливання зворотнi - зміни “коливань клімату”, коливання незворотнi - “зміни клімату” або його розвиток.

Сучасні докази

• Вивчення отриманого в Антарктиді льоду показує, що льодовикові періоди, що спостерігаються раз в 100 тисяч років пов'язані із зміною кількості надходження на планету сонячного випромінювання у зв'язку із змінами в орбіті Землі - експерти японського Національного інституту полярних досліджень Університету Тохоку.

• Лід, отриманий з глибини більше 2 тисяч 500 метрів в Антарктиді. У нім збереглися бульбашки повітря за останні 360 тисяч років, аналіз - прослідкувати динаміку зміни температури снігу і концентрації вуглекислоти в атмосфері.

• Вплив тяжіння небесних тіл - за декілька десятків тисяч років міняється відстань між Сонцем і Землею, відбуваються також зміни в осі обертання нашої планети. Зміни кількості сонячного світла, що потрапляє на Землю.

• Настання льодовикових періодів безпосередньо пов'язане із змінами в орбіті і у відстані до Сонця.

Змiни складу атмосфери – зміни клімату.

• Кисень утворювався шляхом дисоцiацiї води пiд дiєю ультрафiолетового випромiнювання. Азот, як наслiдок розкладу амiаку.

• 10% кисню вiд сучасного - утворився озоновий екран. Життя вийшло на сушу. Вмiст вуглекислого газу зменшився -пониження температури – зледенiння - до зменшення рослинностi.

• Зменшення рослинностi - до зростання вуглекислого газу - "парниковий ефект" до зростання температури i збiльшення площ пiд рослиннiстю. З початку фанерозою, тобто в останнi 670 млн. рокiв, це основний механiзм.

• Вугiльна кислота - регуляцiя температури повiтря. Вмiст вуглекислого газу зріс у два рази - температура зросте вiд 1.5 до 3.5ºС.

• Пiсля зникнення льоду потеплiння найбiльш сильно виявляється у високих широтах. Динамiка змiни вуглекислого газу: початок кембрiю - 0.3%; ордовик-силур (400 млн. рокiв) вiд 0.16 до 0.18%; девон-карбон - 0.4%; кiнець карбону - 0.2%; початок пермi - 0.25%; кiнець пермi - початок трiасу вiд 0.14 до 0.15%; юра - 0.22%; початок крейди - 0.2%; кiнець крейди - 0.24%; палеоген -0.16%; антропоген - 0.04%.

• Одночасно найбiльший вплив на охолодження здiйснює сiрчистий газ (SO2) та карбонiл сульфiд (CSO4). Причому переохолодження найбiльше виявляється у високих широтах. Спiввiдношення у взаємодiї цих двох процесiв може пiдсилювати чи послаблювати iнтенсивнiсть розвитку зледенiння.

Фызичні гіпотези

Гіпотеза Епіка.

• При розвитку зірки, яка подібна Сонцю, перетворення водню в гелій в її надрах разом з дифузією газу повинні складати зони нестійкості і перемішування.

• Це в свою чергу приводить до тимчасового послаблення сонячного випромінювання, наслідком чого є охолодження клімату Землі.

• При відновленні рівноваги на Сонці інтенсивність випромінювання знову зростає - на Землю повертається теплий клімат.

• Недоліком - відсутність яких-небудь спостережень і теоретичних розрахунків, що підтверджують зміну активності Сонця.

• Відомо - короткоперіодичні зміни клімату пов’язані з динамікою сонячних плям. Якщо їх на поверхні Сонця багато, то зростає кількість опадів у вигляді дощу.

Гіпотеза Сімпсона.

• Зледеніння ув’язуються не з послабленням сонячної активності, а з її посиленням.

• Зростання сонячної постійної на 10%, достатнє для суттєвого підвищення температури на земній поверхні, що підвищує випаровування з океанів і утворити щільний хмарний покрив.

• Нагрівання - нерівномірне в низьких і високих широтах, підвишує міжширотні температурні градієнти екватор-полюс і відповідно посилення циркуляції - причини підвищення вологості, утворення хмар і випадання опадів.

Гіпотеза Сімпсона.

• Підвищення опадів у вигляді снігу та прохолодне літо, є причиною утворення на підвищених ділянках у високих широтах льодовиків.

• Надходження сонячної радіації біля максимуму - температура приземних шарів атмосфери підвищується настільки, що випаровування і танення льодовиків починають перевищувати щорічні накопичення снігу.

• Максимумі сонячної активності льодовикова епоха змінюється теплим вологим міжльодовиків’ям.

• При переході до фази послаблення знову утворюються льодовики. Наближення до мінімуму радіації - випаровування послаблюється, зменшується кількість опадів, припинення росту льодовиків, наступає деградація.

• Льодовикові епохи і міжльодовиків'я були холодні, інші –теплі. Холодні міжльодовиків’я могли мати температуру нижчу, ніж в теплу льодовикову фазу.

Гіпотеза Сімпсона. Недоліки.

• Допущення холодного сухого міжльодовиків’я, що припадає на мінімум сонячної радіації.

• Хоч тепер в неї є багато прихильників.

• Вона пояснює періодичні зміни сонячної активності з динамічними процесами атмосфери.

Гіпотеза Предтеченського.

• Посилення сонячної активності - циркуляція атмосфери інтенсифікується. Екваторіально-тропічна зона - середня температура понижується, внаслідок зростаючої хмарності. Полярні області розширяються і розігріваються завдяки адвекції теплих повітряних мас більш низьких широт. Зони помірного клімату скорочуються, іноді зникаючи зовсім. Міжзональний обмін повітряних мас послаблюється , і градієнт температури екватор-полюс зменшується, особливо в зимовий час.

• Клімат стає більш однорідним , а крайні клімати, такі як пустельний і арктичний, зникають.

• Послаблення сонячної активності. Переважаючі - процеси стаціонарного типу. Зони помірного поясу досягають максимуму, а інші зони скорочуються. Головним стає західний переніс повітряних мас. Континентальність клімату зростає. Температурний градієнт екватор-полюс досягає максимуму. Контрастність кліматичних зон стає різкою.

• Льодовикові епохи настають при перехідних станах, коли меридіональні вторгнення і західний переніс стають більш-менш рівноцінними. Пониження температури, особливо літом, при значних опадах, сприяє становленню льодовиків.

• Недолік – є неясний зв’язок сонячної активності з атмосферною циркуляцією.

Гіпотеза Нольке (1909).

• Сонячна система періодично зустрічає на своєму шляху туманності. В періоди проходження найбільш темних областей туманностей частина сонячної радіації поглинається, не досягнувши Землі - температура земної поверхні понижується і наступає зледеніння.

• Якщо туманність складається з декількох згустків, які розділені прозорими проміжками, то льодовикові епохи змінюються міжльодовиків’ями.

• Ефект поглинання сонячної радіації міжзоряним газом на такому невеликому відрізку, як радіус орбіти Землі, дуже незначний.

Гіпотеза радянських вчених (Лунгерсгаузен, 1957; Тамразян, 1959; Синицин, 1962, 1964).

• Співпадіння довгоперіодичних змін основних груп таких природних процесів - розвиток загальної структури і рельєфу материків, вулканізм, клімат, седиментація, типи ландшафтів, еволюція флори і фауни.

• Дослідження періодичності вияву - встановлені геохронологічні і парагенетичні залежності між ними.

• Встановлений таласократичний тип довгоперіодичних змін - занурення значних ділянок сіалітної кори - трансгресія моря, гумідизації клімату з щільною хмарністю.

• Зростання об’ємів теригенного накопичення осадів, розвитку спіліто-кератофірових вулканічних серій і впровадження офілонітових інтрузій, значний розвиток рослинності, інтенсивне накопичення викопного вугілля.

• На зміну йому - геократичний тип - загальне вспливання сіалітних мас земної кори і широким розростанням суші - різко аридний клімат. Зменшуються седиментаційні процеси, посилюється утворення гранітів, кризис флори, майже повністю припиняється вугленакопичення і бокситоутворення.

• Пояснення - ідея неоднорідності галактичного простору. Поглинання сонячної енергії космічним пилом - викликати періодичне коливання сонячної радіації, що відбивалось у довгому ланцюгу процесів на Землі.