Тема 4. Климат как фактор дифференциации географической оболочки
Радиационный и тепловой балансы Земли
Схема атмосферной циркуляции на Земле
Постоянные и сезонные центры действия атмосферы
Климатическая обусловленность географических поясов Земли
1. Радиационный и тепловой балансы Земли. Главным энергетическим источником географической оболочки является солнечная радиация. Шарообразность Земли обусловила неравномерное поступление тепла на поверхность материков и океанов, что определило поясно-зональную дифференциацию различных природных процессов. На биосферном уровне климат выступает главным фактором ландшафтной дифференциации географической оболочки. На более низких пространственных уровнях, наряду с климатическим фактором, вступают в силу другие факторы ее дифференциации. Климатическое районирование материков сложнее, поскольку особенности их природы определяются площадью материковой суши, близостью или удаленностью от океана, равнинностью или горной расчлененностью поверхности. Еще более детальное районирование природных комплексов на суше в значительной степени определяется уже не климатическим, а другими факторами: генезисом и составом пород (например, засоленные или незасоленные породы), почвенным покровом, формами мезо- и микрорельефа, характером растительности.
Проанализируем поступление и трансформацию Солнечной энергии в геосфере, формирующие радиационный баланс Земли.
Наша планета получает 5628 х 1021 Дж/год энергии Солнца.
Из 100 % лучистой энергии Солнца, поступающей на внешнюю границу атмосферы, только 50 % в виде прямой (22 %) и рассеянной (28 %) радиации достигает поверхности Земли. Прямая радиация представляет собой видимые лучи от Солнца, создающие тень на земной поверхности. При прохождении через атмосферу часть солнечной радиации рассеивается молекулами газов и примесями. Голубой цвет неба, рассеянный свет днем при сплошной облачности, сумерки и заря — все это последствия рассеянной радиации. Прямая и рассеянная радиация, взятые вместе, образуют суммарную радиацию. 7 % суммарной солнечной радиации отражается земной поверхностью. Отношение отраженной радиации к приходящей на данную поверхность находит выражение в альбедо (от лат. — белизна). Чем светлее и суше поверхность, тем выше альбедо: влажный чернозем — 5—10 %, сухой белый песок — до 40 %; лес, луг - 10—25 %; свежевыпавший снег - 80—90%. Оставшиеся 43 % солнечной радиации поглощаются Землей.
Из 43 % лучистой энергии Солнца, трансформированной земной поверхностью в тепло, 15 % идет на нагрев атмосферы в виде длинноволновой (инфракрасной) радиации, во многом определяя температуру воздуха. Остальные 28 % составляют тепловой баланс земной поверхности. Это тепло расходуется, главным образом, на физическое испарение, транспирацию и фотосинтез (23 %), а также на молекулярно-турбулентный теплообмен между земной поверхностью и атмосферой (5 %).
Растения для фотосинтеза в среднем на Земле используют 0,5 % энергии Солнца, приходящей на внешнюю границу атмосферы. Эта энергия расходуется на поглощение из атмосферы 1011 тонн углерода, разложение 2,3 х 1011 тонн воды, выделение 2,1 х 1011 тонн свободного кислорода. Количество энергии, аккумулированной растениями за год (5 х 1021 Дж), в 20 раз превосходит количество энергии, вырабатываемой мировым производством.
Энергия, высвобождаемая из земных недр в течение года, примерно равна энергии, аккумулируемой за год растениями.
Распределение Солнечной энергии над сушей и над морем неодинаково.
Суммарная солнечная радиация над океаном меньше, чем над сушей. Радиационный баланс над океаном, наоборот, выше, т.к. океан отражает тепла меньше, чем суша, а затраты на испарение выше. Тепловой баланс в океане больше, чем на суше, т.к. вода обладает большей, чем твердая суша, теплоемкостью. Накопленная океаном солнечная энергия, является источником морских течений и циркуляции океанических вод. Посредством течений океан прогревает северные широты. Недаром говорят, что океан – это «кухня» погоды.
R = Е погл – Еэф – Еотр.
Радиационный баланс земной поверхности, меняясь в течение суток и по сезонам года, в среднем за год имеет положительное значение всюду, за исключением ледяных плато Антарктиды и Гренландии.
2. Схема атмосферной циркуляции на Земле. Для того, чтобы разобраться в схеме атмосферной циркуляции на Земле необходимо знать следующие условия:
а) направление Кориолисова отклонения в северном и южном полушариях;
б) распределение областей низкого и высокого давления на Земле;
в) в каком направлении, по отношению к градиенту давления, перемещаются воздушные массы.
Кориолисово отклонение смещает движущиеся тела в северном полушарии вправо, а в южном - влево.
В чем причины возникновения области повышенного давления в тропических областях Земли?
Термическая. Каково бы не было атмосферное давление у земной поверхности, начиная с определенной высоты, оно в теплом воздухе выше, чем в холодном. Давление с высотой падает быстрее в холодном воздухе. На высоте 4-5 км давление в высоких широтах ниже, чем на такой же высоте в тропических широтах. Во влажном экваториальном воздухе давление убывает с высотой также несколько быстрее, чем в узком тропическом.
Динамическая. При своем движении, на вращающейся Земле циклоны перемещаются к высоким широтам, а антициклоны к тропическим, в соответствии с Кориолисовым отклонением.
Таким образом, формируются ее термо-барические пояса и присущие им воздушные массы – экваториальные, тропические, умеренные, арктические или антарктические.
В связи с изменением положения термического экватора, происходит сезонная миграция поясов давления и воздушных масс, что приводит к возникновению переходных климатических поясов с приставкой «суб» (субэкваториальный, субтропический, субарктический).
Географическое положение климатических поясов следующее: Арктический и Антарктический (на более высоких, чем полярные круги, широтах); Субарктический и Субантарктический (63-68 градусы южной и северной широты); Умеренные пояса в диапазоне широт от 40 до 63 градуса); Субтропические пояса между 25 и 40 параллелями; Тропические пояса от 10 до 25 градуса северной и южной широты и , наконец, Субэкваториальные и Экваториальные пояса (в среднем между экватором и 10 градусом северной и южной широты).
3. Постоянные и сезонные центры действия атмосферы. В разных термо-барических поясах существуют постоянные и сезонные центры действия атмосферы. Они определяют особенности атмосферной циркуляции на Земле. В центрах высокого давления воздушные массы движутся в северном полушарии по часовой стрелке, а в южном полушарии – против часовой стрелки. В центрах низкого давления движение воздушных масс противоположное указанному выше.
Постоянные центры:
а) высокого давления: Гренландский, Северо-Тихоокеанский, Азорский, Южно-Тихоокеанский, Южно-Атлантический, Южно-Индийкий максимумы,
б) низкого давления : Исландский минимум.
Сезонные центры:
а) высокого давления: Азиатский, Канадский, Южно-Африканский, Австралийский максимумы (образуются в холодное время года),
б) низкого давления: Северо-Американский минимум, Алеутский минимум, Южно-Американский минимум, Южно-Афирканский минимум, Австралийский минимум (образуются в теплое время года).
С сезонными центрами действия атмосферы связана циркуляция воздушных масс и обусловленная ей циркуляция поверхностных вод Мирового океана.
Летом континент прогревается сильнее океана, над ним формируется область низкого давления. Влажный воздух переносится с океана на сушу, т.к. над океаном более высокое давление, а воздух движется из области высокого давления в область низкого. Зимой происходит обратный процесс. Более устойчива пассатная циркуляция атмосферы. В целом пассаты дуют с востока на запад. Мореплаватели использовали пассаты, чтобы пересечь океаны.
4. Климатическая обусловленность географических поясов Земли. Широтная поясность климата, которую мы обнаружили ранее, в свою очередь определяет географическую поясность материков и Мирового океана.
Географические пояса – это крупные единицы физико-географического районирования геосферы, обусловленные поясностью климата и характеризующиеся своеобразием направленности и ритмики природных процессов и структуры ландшафтных зон. Географические пояса в целом совпадают с климатическими и характеризуются большей сложностью над континентами, чем над океанами.
Поясные различия природы океана связаны:
а) с широтой;
б) с термическими особенностями течений;
в) с соленостью, плотностью и содержанием О2.
Поясные различия природы суши связаны:
а) с равнинным или гористым характером местности;
б) с близостью или удаленностью от океана;
в) с широтой;
д) с химическим и литологическим составом почв и грунтов.
Таким образом, разнообразие природообразующих факторов на континентах выше, чем в Мировом океане.
Географические пояса внутри себя различаются по режиму увлажнения и континентальности климата. Преобладание в одних частях пояса морского, а в других – континентального воздуха способствует сезонной дифференциации пояса. Сектор в пределах географического пояса соответствует климатической области данного климатического пояса и образует один конкретный тип климата. Например, в умеренном поясе различают морской, муссонный, умеренно континентальный, континентальный и резко континентальный сектора.
Сектора, в свою очередь, различаются по структуре зональности ландшафтов, т.е. по набору и простиранию зон.
Пояс – сектор – зона – подзона – провинция.
Запишите определение « зональный тип ландшафтов», в соответствии с представлениями Е.Н. Лукашова и Г.М. Игнатьева.
Под зональным типом ландшафта подразумевают наиболее типичные и распространенные ландшафты конкретного пояса, обусловленные определенными параметрами тепла и влаги на разных морфоструктурных широтах рельефа.
Зональными типами ландшафтов соответствуют типы растительности и почв.
Кратко остановимся на особенностях природы каждого географического пояса.
А). Экваториальный пояс сезонная ритмика процессов минимальна. Она визуально проявляется в сбрасывании листвы у деревьев, причем различные деревья сбрасывают листья в разное время. Годичные кольца у деревьев отсутствуют. Суточная ритмика процессов следующая – утром ясно и жарко, влага интенсивно испаряется. Днем развивается кучево-дождевая облачность и выпадают интенсивные дожди. Ночью облачность «растекается». В течение всего года преобладает промывной режим почв. Обострена межвидовая конкуренция за элементы питания растений, которые мгновенно захватываются корнями растений в приповерхностных частях почв. Этим объясняется отсутствие мощных гумусовых горизонтов и, в целом, обедненность почв элементами питания растений. Все элементы питания удерживаются в живых частях растений (безотходное производство). Умирают один организм, его атомы тут же переходят к другому. Как растительный, так и животный мир весьма разнообразны.
Б) Субэкваториальный пояс. Четко проявляются 2 сезона года. Летом господствуют экваториальные воздушные массы. Это влажный сезон. Внутри континентов осадки выпадают из кучево-дождевых облаков конвективной природы, на побережьях с моря на сушу дуют муссоны, приносящие влагу. Зимой пояс находится под влиянием тропических воздушных масс или пассатов. Зима прохладнее лета и характеризуется сухостью как в центре материков, так и на побережье. Господствуют области высокого давления с малооблачной погодой без осадков.
Сезонность проявлена очень четко в растительности. Летом, в период дождей, все буйно цветет. Зимой ландшафт приобретает вид безжизненной выжженной саванны.
В) Тропические географические пояса. Это области высокого давления (антициклоны) с безоблачной погодой. Характерны пустынные и полупустынные ландшафты. Только восточные сектора материков заняты муссонными лесами и редколесьями.
Ответ на вопрос: почему восточные, а не западные?
А) В Южной и Северной Америке западные участки заняты горными ландшафтами.
Б) Вдоль западных побережий господствуют холодные течения, которые уменьшают влажность воздуха.
В) Устойчивый восточный перенос пассатов приносит влагу с океана на сушу в западных частях материков.
Г) Субтропические пояса. Включают в себя средиземноморский, континентальный и муссонный сектора, а также сектора с равномерным увлажнением. Вследствие господства летом сухого тропического воздуха и зимнего, а не летнего выпадения осадков, для западного приокеаническоо и континентальных секторов характерны средиземноморские жестколистные леса и кустарники для первого сектора, полупустыни и пустыни, занимающие огромные площади – для второго. На восточных побережьях материков с муссонным климатом максимум осадков летом.
Средиземноморье – зима (минимум испарения, осадки), летом –максимум испарения, осадков нет, господствует тропический максимум давления (над Европой и северной Африкой – Азорский антициклон).
Северо-Тихоокеанский максимум давления и холодные течения создают летом над Калифорнией сухой и жаркий сезон. Зимой здесь господствует влажный воздух умеренного пояса.
Муссонный климат – лето – теплые течения над океанами способствуют насыщению влагой воздушных масс, которые приносят осадки на материки; зимой с охлажденной суши воздушные массы движутся к океану. Они влагоненасыщены. Поэтому зима – это более сухой период, чем лето.
Д) В Умеренном поясе северного полушария суша достигает по широте максимальных размеров, а в южном она сильно сужается. Соответственно, секторность в северном полушарии выражена лучше, чем в южном. Выделяют морской, умеренно континентальный, континентальный, резко континентальный и муссонный климатические сектора с соответствующим набором природных зон.
Некоторые географы предлагают разделить умеренный пояс на два подпояса: бореальный и суббореальный. При этом бореальный соответствует зонам лесов, а суббореальный - зонам лесостепей, степей, пустынь.
На большей части северного умеренного пояса (за исключением восточной периферии) весь год господствуют западный перенос умеренного воздуха и циклоническая деятельность, обуславливающие достаточно много осадков, особенно в западных секторах. Сочетание западного переноса воздушных масс и теплых течений (Северо-Атлантическое и Северо-Тихоокеанское) способствуют смещению географических зон к северу, а сами западные сектора сравнительно далеко протягиваются на восток. В континентальных, более аридных секторах, широкое развитие получают зоны полупустынь и степей, а зоны широколиственных и смешанных лесов почти выклиниваются. Зона тайги имеет широтное простирание как в западных, так и в континентальных секторах материков. В восточных приокеанических секторах холодные течения в сочетании с воздушной циркуляцией оттесняют географические зоны к югу.
В южном полушарии вследствие резкого сужения суши и воздействия холодных ветров природные зоны имеют субмеридианальное простирание.
Е) В субарктическом переходном поясе уже сильно сказывается недостаток тепла и секторность почти не выражена. При остром недостатке тела даже невысокое количество осадков становится избыточным. Преобладают тундровые глеевые почвы. Растения здесь часто имеют стелющиеся формы, которые способствуют сохранению тепла в деятельном слое почвы. Везде на континентах распространена вечная мерзлота, которая стимулирует проявление криогенных нарушений грунтов (формирование полигональных структур), морозное пучение и др. Почвы часто засолены вследствие атмосферного переноса солей с океана. Животный мир широко представлен мигрантами: многочисленны птичьи базары.
Ж) Арктический пояс. Характеризуется очень низкими значениями радиационного баланса. Всего несколько процентов поверхности покрыто растительностью в форме мхов, лишайников и кустарников. Остальную площадь занимают льды и снега. Но это было не всегда. Находки пластов угля в Гренландии и Арктике свидетельствуют о том, что раньше климат был значительно теплее, чем в настоящее время. Это служит одним из доказательств дрейфа материков.
Таким образом, дифференциация природы на Земле определяется рядом факторов, среди которых важнейшим являются шарообразность Земли и связанное с ней разное количество тепла, поступающее на Землю, форма и широтное расположение материков, а также их площадь и, наконец, рельеф поверхности континентов.