1.1.4. Воздушная среда – метеорологические факторы

Состояние воздушной среды характеризуется прежде всего метеорологическими показателями – изменениями погоды и ее элементов. Погода в различных местах земного шара чрезвычайно разнообразна. Об этом свидетельствует, например, большой разброс основных количественных показателей климата. Устойчивый многолетний режим погоды в данной местности называют климатом. Понятием макроклимата обозначают общие особенности климата для обширных пространств земной поверхности (например, для частей света). Микроклимат характеризует климатические особенности мелких участков земной поверхности (полей, лесов, долин и т. п.), занимающих расстояние не более 1–4 км. Иногда под микроклиматом понимают изменения на расстоянии нескольких метров по горизонтали и вертикали. Это понятие применяют также и дл оценки климатических условий в помещениях, на строительных площадках и даже под одеждой, постельным бельем, в норах, гнездах, убежищах для животных и т. п. Мезоклимат занимает промежуточное положение между макро- и микроклиматом он характеризует рельеф и почвенный покров.

Под погодой понимают состояние атмосферы в определенное время дня месяца и года. В один и тот же день погода в разных частях земного шара может резко различаться.

Причиной этому являются большая сложность структуры атмосферы Земли, множество факторов и взаимодействий, влияющих на ее состояние. Погода изменяется под влиянием ряда периодических и непериодических факторов. К числу первых относят чередование дня и ночи, времени года, разницу в притоке лучистой энергии Солнца на различных широтах Земли. Однако главное значение имеют непериодические возмущения. Здесь следует прежде всего назвать циклоническую деятельность, под которой понимают непрерывное развитие и перемещение огромных атмосферных вихрей, возникающих за счет взаимодействия масс воздуха различной температуры, влажности, запыленности – циклоны и антициклоны.

Циклоны и антициклоны перемещаются на огромные расстояния, иногда со скоростью 2000 км/сут. Частота и интенсивность их на данной территории и являются непосредственной причиной сохранения или резкой смены тех или иных типов погоды.

Другой причиной изменений погоды в средних и высоких широтах служат горизонтальные градиенты температур, обычно направленные из низких широт в сторону высоких. Они приводят к прорыву масс теплого воздуха из низких в высокие широты и холодного воздуха из высоких широт в умеренные зоны. Эти встречи масс воздуха приводят к образованию так называемых фронтальных зон и атмосферных фронтов. Во фронтальных зонах таким образом, имеют место большие горизонтальные контраст температур: в них концентрируются значительные запасы энергии, которые затем расходуются на образование атмосферных вихрей – циклонов и антициклонов. Фронты достигают ширины сотен километров и высоты 8–12 км. Они движутся с разной скоростью – от 23 км/ч до 700 км/сут, обычно несут плохую погоду – облака и осадки, усиление ветра и зимой бывают более интенсивными, чем летом. Фронтальные зоны непостоянны: они то усиливаются, то уменьшаются.

В последнее время появилась тенденция придавать особое значение в формировании погоды факторам солнечной активности. Одним из основных и распространенных показателей солнечной активности издавна принято считать число пятен на солнечном диске, так называемые числа Вольфа. Процесс пятнообразования испытывает циклические сдвиги со средним периодом 11 лет, хотя отмечаются и более длительные, даже вековые циклы. Солнечная активность воздействует на Землю путем волновой радиации (рентгеновские, ультрафиолетовые и видимые световые лучи), а также корпускулярного потока с выбросом корпускул, обладающих различными скоростями – от сравнительно медленных до таких, скорость которых соизмерима со скоростью света. Излучение и потоки корпускул вызывают нарушение электромагнитных условий в приземном пространстве, сдвиги нормального состояния ионосферы. Геофизическими проявлениями возмущений служат полярные сияния, магнитные бури, нарушения радиосвязи, изменения интенсивности космических лучей. Солнечная активность несомненно оказывает воздействие и на тропосферу, однако это не столь очевидно, как по отношению к ионосфере из-за большой сложности составляющих прихода и расхода радиации.

К числу основных характеристик погоды относится температура воздуха, которая во внетропических широтах (особенно в северном полушарии) весьма изменчива. При отсутствии горизонтального переноса воздушных масс изменение температуры воздуха в течение суток зависит от притока солнечной радиации, эффективности излучения, испарения влаги, теплообмена подстилающей поверхности с атмосферой и др. Вместе с тем необходимо отметить, что разность между абсолютной максимальной и абсолютной минимальной температурами в течение года в средних широтах, удаленных от морей и океанов, весьма велика. Например, в Москве эти перепады достигают почти ежегодно величины в 50° (от –25 до +25°). Но и в пределах одного и того же сезона года и даже месяца температурные перепады могут быть столь же значительными. Однажды в Москве в течение января были зарегистрированы температуры –42.4 и +4.9° (перепад в 47.3°). Экстремальные температуры в Москве за последние 80 лет составили –42.2° (январь) и +36.8° (июль), а разница между ними равнялась 79°.

Атмосферное давление хотя и не является существенным элементом климата, но определяет ветер, в свою очередь приводящий к неравномерному распределению температуры, влажности, облачности, осадков и т. п. Летом (в отличие от зимы) давление бывает более или менее равномерным. Зимой над материками господствует тенденция к повышению давления, а над морями – к понижению. Первостепенное значение имеет непериодическая изменчивость давления, ибо с ней связаны фронтальные явления и циклоны.

Атмосферное электричество и грозы, как думают сейчас, играют большую роль в метеопатологии. Генераторами электричества в атмосфере являются грозовые облака. Между ними и даже внутри одного из облаков устанавливаются высокие напряжения (до 100 млн. В), а молния длиной в 1 км эквивалентна напряжению от 1 до З млрд. В. Высокие температуры при разряде молний приводят к ионизации газов воздуха, возникновению азотных и азотистых кислот, которые затем связываются влагой осадков, и в атмосфере появляются тонко распределенная аммиачная пыль и азотнокислый аммоний. К тому же при грозах появляются восходящие токи воздуха со скоростью до 70 м/с и столь же мощные нисходящие токи.

К другим опасным погодным факторам относят ураганы тайфуны, смерчи, шквалы, метели, сильные ливни с грозами, гололедицу и т. п. Все они, конечно, способны влиять на человека и животных. Энергия атмосферных процессов неизмеримо больше, чем энергия многих других, искусственно вызываемых явлений. В соответствии с географическими условиями на Земле и в связи с воздействием на организм климат подразделяется на континентальный климат равнин, зону степей и пустынь, горный климат, климат приморских районов.