Дидактическая единица 3 - «Климатология»

Лекция 12. Атмосферная циркуляция.

Общая циркуляция атмосферы.

Общей циркуляцией атмосферы (О.Ц.А.) называют систему крупно­масштабных воздушных течений над Земным шаром.

Разнообразные проявления О.Ц.А. В особенности зивисит от того, что в атмосфере постоянно возникают огромные волны и вихри, по разному раз­вивающиеся и перемещающиеся. Это образование атмосферных возмущений (циклонов и атнициклонов) - является самой характерной чертой О.Ц.А.

О.Ц.А. тесно связана с зональным распределением давления и ветра — как наиболее устойчивой особенностью. Зональность циркуляции проявляет­ся в преобладании меридионального барического градиента над широтным → и следовательно, в преобладании широтных составляющих ветра (вос­точных или западных) над меридиональными состовляющими. При этом со­ставляющая западного или восточного направления преобладает одновремен­но или постоянно в значительной по широте зоне Земного шара.

Рис.1. Меридиональные состояляющие О.Ц.А. (меридиональный пере­нос).

Они обуславливают обмен воздуха между различными широтами.

Во внетропических широтах с их сильно развитой циклонической дея­тельностью, воздух перемещается из одних широт в др.не в виде таких зам­кнутых циркуляций, а спомощью меридиональных состовляющих, направле­ние которых чередуется на одном и том же уровне.В каждом циклоне со­здаётся перенос воздуха к высоким широтам в передней части и к низким в тыловой части. В антициклонах — наоборот. В данный момент на одном и том же уровне под одним меридианом господствует меридиональная состав­ляющая, направленная к северу, а под соседним — к югу.

Зональность распределения давления и ветра.

Атмосферное давление от зоны экваториальной депрессии сначала растёт к субтропикам, затем падает к умеренным (субполярным) широтам и снова растёт к полюсам.

Меридиональный перенос. Пассаты. Западный перенос воздушных масс. Центры действия атмосферы и муссоны. Тропические муссоны и мус­соны умеренных широт.

Рис.2. Зональность распределения атмосферного давления и ветра.

Атмосферные фронты и их типы.

Рис.3. Схема атмосферных тёплых и холодных фронтов.

Атмосферные фронты — это узкие переходные зоны, сильно на­клонёнными к земной поверхности, разделяющие воздушные массы с различ­ными свойствами.

Восходящие движения воздуха в зонах климатических фронтов приво­дят к образованию обширных облачных систем, из которых выпадают осад­ки. Огромные атмосферные волны, возникающие по обе стороны фронта приводят к образованию атмосферных возмущений вихривого характера — циклонов и антициклонов. Холодный возд. всегда располагается под фронтальной поверхностью, а тёплых возд.над ней. Равновесие наклонной фронтальной поверхности поддерживается силой Кориолиса. В экваториаль­ных широтах, где сила Кориолиса очень не значительна атмосферные фронты не образуются.

Если возд.течения с обеих сторон направляются вдоль фронта, и не перемещаются ни в сторону тёплого возд. ни в сторону холодного возд., то он называется стационарным.В действительных условиях фронты как прави­ло не параллельны возд.течениям. Ветер по обе стороны фронта имеет со­стовляющие перпендикулярные к фронту, поэтому атмосферный фронт пере­мещается в сторону более теплого или более холодного воздуха, в зависимо­сти от того какая из 2 возд.масс более активна.

Поэтому атмосферные фронты делятся на 1) тёплые, 2) холдные и 3) фронты окклюзии.(В атмосфере при эволюции циклонов возникают и более сложные комплексные фронты, объединяющие 2 или более фронтальные по­верхности - фронты окклюзии, также связанные с облачными системами).

Антициклоны и погода в них.

Циклоны и погода в них. Циклоны умеренных широт. Тропические циклоны. Тайфуны и др.

Маломасштабные вихри: тромб, смерч, торнадо.

Лекция 13-14. Климат и погода. Процессы и факторы климатооб­разования. Воздушные массы и климатические фронты.

Воздушные массы, их типы и подтипы (морские и континентальные) и характеристика.

В процессе общей циркуляции атмосферы воздух тропосферы расчле­няется на отдельные воздушные массы, относительно однородные по своим свойствам ( t⁰ , давление, влажности, запылённости и др.), которые сохраня­ют свою индивидуальность более или менее длительно, перемещаясь из од­них областей Земли в другие( т.е. сохраняют черты очага формирования). Распространяются на тысячи км в горизонтальном и несколько км в верти­кальном направлении (это крупные объёмы тропосферного воздуха).

Воздушные массы формируются при длительном пребывании воздуха над относительно однородной поверхностью и по t⁰ и др. свойствам носят на себе отпечаток своего очага формирования (т.е. части материка или океана). Перемещаясь в др. области Земли, В.м. переносят в эти области и свой режим погоды. Преобладание в данном районе в тот или иной сезон В.м. определён­ного типа или типов создаёт характер климатических режимов этого района.

Основными типами В.м. являются 4 типа с различным зональным по­ложением очагов формирования. Это массы экваториального, тропического, умеренного (или полярного) и арктического(антарктического) воздуха. В каждом типе выделяется по 2 подтипа: морской и континентальный. Для каждого типа и подтипа характерен свой интервал t⁰ к земной поверхности и на высотах, свои значения влажности, видимости и пр. Свойства В.м. при их перемещении из одних районов в др. непрерывно меняются (трансформиру­ются).

В.м. перемещающиеся с более холодной земной поверхности на более тёплую (обычно из высоких широт в более низкие) называются холодными массами. На своём пути холодный воздух вызывает похолодание в тех райо­нах, где проходит, при этом по пути прогревается от земной поверхности; → в ней возникают большие вертикальные градиенты t⁰, развивается конвекция с образование кучевых облаков и выпадение ливневых осадков.

В.м. перемещающиеся на более холодную поверхность, называют тё­плыми массами; они приносят потепление, но сами от зем.поверхности охла­ждаются снизу, → в их нижних слоях создаются малые вертикальные гради­енты t⁰ . Конвекция в них не развивается, и преобладают слоистые облака и туманы, и моросящие осадки. Различают ещё местные воздушные массы, длительно находящиеся в одном районе. Свойства их определяются нагрева­нием или охлаждением снизу, в зависимости от сезона.

Рис.1. Схема атмосферных фронтов.

Смежные В.м. разделяются сравнительно узкими переходными зонами, сильно наклонёнными к земной поверхности. Эти зоны называют фронтами. Длина их тыс.км, ширина десятки км, вверх прослеживаются до стратосфе­ры. Фронты между основными типами воздушных масс, называют главными фронтами, в отличии от второстепенных фронтов между массами воздуха одного и того же географического типа. Главные фронты между арктически­ми в.м. и умеренными (полярными)в.м. - называют арктическим; между умеренными (полярными)в.м. и тропическими в.м. - полярным; между тро­пическими в.м. и экваториальными - тропическим.

Климатологические фронты и характерные для них погоды. Ось Воей­кова.

Многолетние средние положения главных фронтов в разные сезоны на­зывают климатологическими (климатическими) фронтами.С ними связаны определённые явления погоды. Восходящие движения воздуха в зонах фронтов приводят к образованию обширных облачных систем, из которых выпадают осадки. Огромные атмосферные волны, возникающие по обе сто­роны фронта приводят к образованию атмосферных возмущений вихривого характера — циклонов и антициклонов. Хол.воздух всегда располагается под фронтальной поверхностью, а тёплый воздух - над ней. Равновесие наклон­ной фронтальной поверхности поддерживается силой Кориолиса. В эквато­риальных широтах, где сила Кориолиса очень не значительна атмосферные фронты не образуются.

Климат — многолетний режим погоды типичный в данном месте. От­личается устойчивостью и постоянством, хотя ежегодно бывают отклонения в t⁰ , количестве и режиме осадков, характерных погодах.

Процессы и факторы климатообразования. 1). Энергетической осно­вой климатообразующий процессов — является приток на Землю солнечной радиации, которое определяется углом падения солнечных лучей, зависящее от географической широты. 2). Общая циркуляция атмосферы. 3).Положение в системе материк — океан; удаленность от морских побережий; степень континентальности зависит и от размеров материка и от изрезанности берего­вой линии. 4). Влияние течений. 5). Абсолютная высота. 6). Влияние рельефа (климатические барьеры) и экспозиция склонов (солярная, циркуляционная). 7). Характер подстилающей поверхности.

Макроклимат. Местный климат. Микроклимат. Микроклимат как яв­ление приземного слоя атмосферы. Влияние рельефа, растительности, во­доёмов, зданий на микроклимат.Микроклиматы леса, пашни и естественных экосистем, горных территорий.

Погода — физическое состояние атмосферы в данной местности в определённый момент или за небольшой отрезок времени. Она представляет собой внешнее проявление процессов, происходящих в атмосфере при её взаи­модействии с подстилающей поверхностью, и характеризуется комплексом метеорологических элементов и явлений: t⁰, влажностью, давлением , ветром, облачностью, осадками и т.д.

Типы погод.Факторы, определяющие погоду очень многочисленны и изменчивы, поэтому погода очень разнообразны и в деталях редко повторя­ются, но сходных погод много. Их можно объединить в несколько типов: яс­ная или малооблачная погода без осадков, облачная с прояснениями погода с кратковременными ливневыми осадками, пасмурная погода с низкой облас­ностью, ненастная погода с обложными дождями. Карты погоды — синопти­ческие.

Прогноз погоды. Краткосрочные (на 1-2 дня) прогнозы; долгосрочные прогнозы — малой заблоговременности (3 - 10 дней) и большой заблаговре­менности (месяц, сезон); сверхсрочные (на год и более) прогнозы. Система­тическое составление долгосрочных прогнозов началось вСССР в 1922 г. по методу, предложенному Б.П. Мультановским и развитому др. советскими учёными. На основании изучения синоптических карт за длительный период было установлено, что за «естественный синоптический период» - 5-7 суток на срвнительно большой территории в общих чертах сохраняются основные системы барического поля и господствующий перенос воздушных масс, сохраняюьтя и общий характер погоды — неожиданных скачков на бывает. Зная направления развития атмосфетных процессов в начале периода, можно судить о погоде в остальные дни.

Циклоны и антициклоны имеют «излюбленные» направления движе­ния иперемещаются от центров действия атмосферы по осям (нордкапская, венгерская, карская и т.д.). Были выделены «синоптические сезоны», в тече­нии которых сохраняется определённое сочетание осей. Метеорологи счита­ют , что в году имеется 6 таких сезонов: весенний (с 12 марта), первой поло­вины лета (с 7 мая), второй половины лета (с 30 июня), осенний ( с 22 авгу­ста), предзимье (с 15 октября) и зимний (с 21 декабря). В северном полуша­рии погода зависит от состояния центров действия атмосферы — Алеутского и Исландского минимумов, Гавайского и Азорского максимумов.

Местные признаки погды.

Значение погоды в жизни людей и хозяйственной деятельности. Опас­ные метеорологические явления.

Лекция 15-16. Классификация климатов. Климатические пояса и области материков.

Первые классификации климатов появились в 70-х гг. XIX в. и имели описательный характер. Выделенные климатические провинции назывались по географическому названию мест их расположения (Капская, Калифорний­ская и т.д.). Клоическтво провинций (в классификации А. Зупана) доходило до 103.

Широкое применение во всех странах получила классификация клима­тов, созданная В.П. Кеппеном в период 1900-1936 гг. В основу классифика­ции В.П. Кеппен положил различия в t⁰ и увлажнении, считая главным на­личие или отсутствие ясно выраженной смены времён года. Он выделял 5 климатических поясов: А — жаркий, В — сухой, С — умеренно-тёплый, Д — умеренно-холодный, Е — холодный. Пояса В, С, Д, Е повторяются по одно­му в каждом полушарии. В поясах А, С, Д различаются климаты с сухой зи­мой (w), с сухим летом (s) и с равномерным увлажнением (f).

В.П. Кеппен выделил всего 11основных типов климата:

Af - влажных тропических лесов;

Aw - саванн;

BS - степей;

BW - пустынь;

Cs - средиземноморский;

Cw - китайский;

Cf - умеренно-тёплый, влажный;

Dw - забайкальский;

Df - холодных влажных зим;

ET - тундры;

EF - снегов.

C классификацией В.П. Кеппена во многом сходна классификация со­зданная Л.С. Бергом (1924), но последняя более географична: в ней учтена тесная взаимосвязь климата с рельлефом, почвенным и растительным покро­вом. Л.С. Берг выделяет: климат низин (подразделяющийся на климат океа­нов и суши) и климат возвышенностей (подразделяющийся на климат наго­рий и плато), климат горных стран и отдельных гор. В климате низин (и суши, и океанов) по направлению от полюсов к экватору различаются 11 кли­матических поясов (зон), соответствующих 11 типам климата: климат тун­дры, тайги, лиственных лесов умеренной зоны, муссонов умеренной зоны, степей, пустынь внетропических, средиземноморский, лесов субтропических, пустынь тропических, саванн, влажных тропических лесов. Выше снеговой линии выделяется 12-й тип климата — климат вечного мороза.

Классификации В.П. Кеппена и Л.С. Берга основаны на внешних каче­ствах и особенностях климатов и не раскрыают причин их образования.

Классификация климатов (по Б.П. Алисову).

Факторы формирования климатов учтены в генетической классифика­ции разработанной Б.П. Алисовым (1936). В основе классификации — типы воздушных масс и их перемещение. В зависимости от различий в t⁰ и влаго­содержании преобладающих типоа воздушных масс, а также в характере их циркуляции в каждом полушарии выделяется 7 климатических поясов: 4 основных — экваториальный, тропический, умеренный, арктический (ан­тарктический) — и 3 переходных — субэкваториальный, субтропический, субарктический (субантарктический). Для основных поясов характерно господство оюного итого же типа воздушных масс в течение всего года, а для переходных — смена типов воздушных масс по сезонам (зима и лето).

Рис. 1. Смена типов воздушных масс по сезонам

В каждом климатическом поясе выделяется по 4 типа климата: матери­ковый (континентальный), океанский, климат западных и восточных побере­жий. Кроме того, в связи с условиями рельефа выделяются высокогорные климаты соответствующего пояса.

Климатические пояса и области Земли.

Характеристика климатических поясов и областей материков: Евразии, Северной Америки, Африки, Южной Америки, Австралии, Антарктиды и факторов влияния на их формирование.

Климатообразующие факторы и характеристика климатических поясов и областей России.

Климат Волгоградской области.

Лекция 17. Влияние деятельности человека на атмосферу. Геоэко­логические проблемы атмосферы. Охрана воздушного бассейна.

Природные факторы, влияющие на климаты: извержение вулканов и пр. Крупномасштабные изменения климата. Непостоянство климата, клима­тические циклы, возможные причины его колебания. Климат голоцена. Изме­нение климата за последнее тысячелетие. Изменение климата в период инструментальных наблюдений.

Влияние деятельности человека на атмосферу. Антропогенные воздей­ствия на атмосферу: прямые и косвенные; фоновые, точечные и линейные.

Основные виды и источники загрязнения атмосферного воздуха: физи­ческое, химическое, электромагнитное, шумовое, инфразвуковое, радиаци­онное и пр. загрязнение.

Геоэкологические проблемы атмосферы.

Проблемы загрязнения атмосферного воздуха.

Проблемы изменения озонового слоя.

Гипотезы «парникового эффекта» и «нового ледникового периода».

Изменение климата во времени.

Изучение климатических изменений, климатических циклов и пр. Не­которые результаты математического моделирования.

Влияние боевых действий и терр.актов на состояние атмосферного воз­духа и изменения климата.

Математические модели эффектов «ядерной зимы» и «ядерного лета».

Охрана воздушного бассейна. Международное сотрудничество по охране атмосферы.