книги из ГПНТБ / Подобедов, Н. С. Общая физическая география и геоморфология учебник

зимой на материках отмечается наиболее высокое давление, а летом здесь преобладает низкое давление.

Вода и суша нагреваются и охлаждаются различно. Летом, когда суша сильно нагрета, море еще остается холодным. Зимой же, наоборот, суша успевает охладиться, а море продолжает быть теплым. Так возникает разница в нагреве между океанами и мате­ риками и этим обусловлена разница в давлении воздуха над ними при одинаковом количестве солнечного тепла в один и тот же момент времени.

§ 18. Изобарические поверхности, изобары и карты изобар

Вся тропосфера состоит из областей повышенного и пониженного атмосферного давления. Распределение давления здесь можно на­

к понижению давления, так как при этом общий вес столба воздуха не уменьшился. Понижение давления при восходящих токах воздуха произойдет в том случае, если где-то вверху воздух будет оттекать в стороны и тогда вес воздушного столба, а следовательно, и давление уменьшаются. Увеличение давления воздуха будет происходить соот­ ветственно при увеличении веса столба воздуха. Поэтому в областях повышенного давления изобарические поверхности будут обращены выпуклостями вверх, а в областях — пониженного давления — выпуклостями вниз (рис. 18).

40

Изобарические поверхности, пересекаясь с земной поверхностью, образуют линии одинакового давления, называемые изобарами. Изгибы изобар соответствуют различным формам изобарических поверхностей. Так, например, пересечение поверхности параллель­ ными изобарическими поверхностями, наклоненными к ней под некоторым углом, образует систему прямолинейных изобар. Замк­ нутые системы изобар или отдельные изобары образуются при пере­ сечении поверхности выпуклыми или вогнутыми изобарическими поверхностями (см. рис. 18).

Система замкнутых изобар, в центре которой расположена область пониженного давления, называется барическим минимумом («Н» на рис. 18). Система замкнутых изобар с повышенным давлением в центре называется барическим максимумом («В» на рис. 18). Не­ замкнутая система изобар, отображающая вытянутый язык пони­ женного давления, называется барической ложбиной, и соответству­ ющая вытянутому языку повышенного давления барическим гребнем

(см. рис. 18).

Для изучения особенностей давления воздуха в различных местах земной поверхности используются карты изобар. Чтобы сопоставить между собой значения давления воздуха для разных метеорологиче­ ских станций, необходимо привести полученные значения давления к одному уровню, за который принят уровень моря. С этой целью вводятся соответствующие поправки в указанные значения давления.

Наибольший интерес представляют карты январских и июльских изобар, т. е. изобар, характеризующих самый холодный и самый теплый месяцы года (рис. 19 и 20).

Сравнивая между собой карты изобар января и июля, можно заметить ясно выраженную зональность в распределении давления за год, которая особенно отчетливо проявляется над океанами. Прежде всего следует отметить, что над экватором весь год суще­ ствует зона пониженного давления. Одновременно в субтропических широтах в течение всего года сохраняется зона высокого давления, которая, однако, над океанами распадается на отдельные участки высокого давления (максимумы). В умеренных широтах отчетливо видны зоны пониженного давления, а над полюсами круглый год сохраняется высокое давление воздуха.

Положение зон высокого и низкого давлений над океанами в течение года (в зависимости от времени года) не остается постоян­ ным, а смещается к северу или югу.

Над материками области высокого и низкого давления смещаются весьма значительно и не только смещаются, но и изменяют по вре­ менам года знак на обратный. Это значит, что на месте максимума давления возникает минимум, и наоборот. Так, например, над огромным материком Азии зимний максимум сменяется летним минимумом давления. Отмеченные выше максимумы и м и н и м у м ы атмосферного давления оказывают огромное влияние на распре­ деление ветров, на погоду и климат почти любой территории, вслед­ ствие чего их называют центрами действия атмосферы.

41

§ 19. Ветры и причины их образования

Движение воздуха в горизонтальном направлении относительно земной поверхности называется ветром. Однако иногда говорят о восходящем и нисходящем ветре, имея в виду и вертикальные перемещения воздуха. Ветер характеризуется двумя основными показателями: скоростью и направлением. Скорость ветра выра­ жается в метрах в секунду (м/с), в километрах в час (км/ч). Кроме этого, нередко оценивают скорость или силу ветра в баллах по так называемой шкале Бофорта, согласно которой все возможные ско­ рости ветра выражаются в баллах от 0 до 12. Так, например, нулю шкалы Бофорта соответствует штиль (безветрие), а 9 баллам — шторм

целью в каждой точке у земной поверхности или, на той или иной высоте, в которой известно направление ветра, показывают на карте стрелку, имеющую то же направление, куда дует ветер. Затем на карте же проводят линии тока так, чтобы направление ветра в каждой точке совпадало бы с направлением касательной, проходящей через эту точку (рис. 21). Таким образом, с помощью линий тока можно заключить, как именно течет воздух в данном месте и в данный момент.

На направление и скорость ветра оказывает существенное влия­ ние препятствие, расположенное на его пути. Оно может отклонять воздушное течение или ветер, пересекая его. Перед препятствием (например, высоким зданием) ветер ослабевает, но зато усиливается у выступов препятствия (например, около углов здания). В то же время за препятствием скорость ветра уменьшается и здесь обра­ зуется так называемая ветровая тень.

Причиной образования ветра является разность атмосферных давлений между двумя точками, располагающимися как у земной поверхности, так и на высоте. Неодинаковое давление в свою очередь является следствием разного нагревания земной поверхности Солнцем. Ветер возникает только при значительном перепаде давлений, достаточном для преодоления сопротивления воздуха и силы трения его о земную поверхность или окружающие массы воздуха.

44

Разность давлений должна быть отнесена к определенному рас­ стоянию между соответствующими массами воздуха. Падение давле­ ния воздуха, в миллибарах в направлении перпендикулярном к изо­ барам, отнесенное к расстоянию в 100 км в сторону убывающего давления, носит название горизонтального барического градиента.

Барический градиент служит мерой степени неравномерности рас­ пределения давления и показателем силы, с которой воздух стремится выравнять давление. Поэтому скорость ветра прямо пропорцинальна барическому градиенту и обратно пропорциональна силе тре­ ния. Трение воздуха о земную поверхность практически заметно лишь в нижнем слое воздуха мощностью в 1 км. Этот слой принято называть слоем трения.

§ 20. Понятие о воздушных массах и фронтах

Физические свойства воздуха в пределах тропосферы неодина­ ковы. Это объясняется неодинаковым распределением солнечного тепла по земной поверхности и различным характером самой поверх­ ности. Свойства воздуха быстро и непрерывно изменяются, поскольку он быстро перемещается. Прежде всего изменяются температура, давление и влажность воздуха. Кроме того, в определенных усло­ виях (над пустынями, крупными городами и др.) воздух заметно насыщается пылью, копотью, газами и другими примесями, что сказывается на его прозрачности и других оптических свойствах. Однако при длительном пребывании больших масс воздуха над относительно однородной территорией (часть материка или океана) массы воздуха могут быть однородными, с несколько разными свой­ ствами в любых местах. Такие массы воздуха , распространяющиеся на несколько тысяч километров в горизонтальном и на несколько километров в вертикальном направлениях, называют воздушными массами.

Воздушные массы прежде всего делят на теплые и холодные.

В пределах тропосферы выделяют четыре основных типа воздуш­ ных масс, называемых географическими типами: экваториальный, тропический, умеренный и арктический (антарктический). Каждый из них подразделяется в свою очередь на подтипы: морской и кон­ тинентальный.

Экваториальная воздушная масса характеризуется высокими температурами и большой влажностью. Деление этой массы на морскую и континентальную выражено слабо, так как в экватори­ альной зоне испарение велико не только над океаном, но и над материками.

Тропический воздух отличается наиболее высокими температу­ рами (даже выше чем у экваториального воздуха) и характеризуется значительными различиями между подтипами. Так, континентальный

45

тропический воздух отличается сухостью и запыленностью (влияние пустынь), а морской тропический воздух — влажностью.

Воздух умеренных широт, так же как и тропический, имеет

Воздушные массы, обладающие разными физическими свойствами, при своем перемещении встречаются друг с другом. Пространство, где они соприкасаются, называется атмосферным фронтом или

46

фронтальной поверхностью. Эта поверхность всегда располагается под углом к земной поверхности и наклонена в сторону более холод­ ного воздуха, причем угол ее наклона нередко бывает меньше 1° (рис. 22). Пересечение фронтальной поверхности с поверхностью Земли называется линией атмосферного фронта. В приземном слое воздуха ширина атмосферного фронта колеблется от единиц ки­ лометров до нескольких десятков километров, а его длина может достигать нескольких сотен и даже тысяч километров.

Атмосферные фронты делятся на теплые и холодные (рис. 23). Теплый фронт перемещается всегда в сторону холодных масс воздуха и при этом теплый воздух натекает на отступающий холод­ ный и одновременно поднимается вверх по плоскости раздела двух различных воздушных масс. Теплый фронт приносит чаще всего самые продолжительные дожди. Теплый воздух движется быстрее холодного, обгоняет его.

Если теплый воздух отступает, а холодный растекается вслед за ним, то такой фронт называется холодным фронтом. Приход этого фронта всегда вызывает похолодание, поскольку теплая воз­ душная масса заменяется холодной.

Нижняя часть холодного фронта, вследствие трения о земную поверхность, движется медленнее верхней и отстает от нее. Поэтому наверху поверхность холодного фронта выдается вперед (см. рис. 23, б), холодный воздух в «голове» холодного фронта обруши­ вается вниз, и фронтальная поверхность принимает выпуклую форму катящегося вала.

При смыкании теплого и холодного фронтов, образующегося вследствие того, что холодный фронт, перемещаясь быстрее теплого, может его нагнать, теплый воздух, оказавшийся между двумя фронтами, будет вытеснен вверх и холодные массы воздуха двух фронтов соединятся. В результате смыкания теплого и холодного фронтов возникает фронт окклюзии (см. рис. 23, в).

§21. Циклоны и антициклоны, условия их образования

иособенности перемещения

Всистеме движений воздушных масс в тропосфере важную роль играют циклоны и антициклоны. Они представляют собой атмосфер­

ные вихри, захватывающие обычно огромные массы атмосферного воздуха. Причиной их образования является неравномерное нагре­ вание солнечными лучами земной поверхности и влияние отклоня­ ющей силы вращения Земли.

Циклоны представляют собой атмосферные вихри, захватывающие обычно нижние слои тропосферы. Для них характерна система ветров, имеющих направление у земной поверхности от периферии к центру, но двигающихся по спирали против часовой стрелки в северном полушарии. В центре циклонов господствует пониженное атмосферное давление, а воздух поднимается вверх (рис. 24) благо­ даря тому, что здесь он сильнее прогрет.

47

Спиралевидное (вихреобразное) движение воздуха в циклоне против часовой стрелки можно упрощенно объяснить следующим образом. Как уже отмечалось, в центре циклона господствует пони­ женное давление воздуха, вследствие чего он в какой-то начальной стадии движется в общем направлении от высокого давления к низ­ кому, т. е. в направлении барического градиента (см. § 18). Однако как только воздух начнет двигаться в этом направлении, на него начнет действовать сила Кориолиса, которая будет стремиться (в северном полушарии) отклонить массы воздуха вправо относи­ тельно направления его движения. Кроме того, на эту массу воздуха будет также действовать центробежная сила, стремящаяся переме­ щать воздух от центра движения. Наконец, на двигающийся воздух будет еще влиять сила трения воздушных масс о земную поверхность.

на холодный, называется теплым фронтом циклона, а задняя часть, для которой характерно подтекание холодного воздуха под теплый, называется холодным фронтом (см. рис. 25).

Приближение циклона заметно по высоким облакам, которые сменяют низкие облака и из которых выпадают длительные морося­ щие дожди. При этом повышается температура и понижается дав­ ление. После прохождения теплого фронта на некоторое время устанавливается довольно теплая и ясная погода, соответствующая прохождению центра циклона. Затем, по мере приближения холод­ ного фронта температура понижается, а давление воздуха возрастает. Прохождение холодного фронта сопровождается порывистыми вет­ рами и обильными осадками (если фронт движется быстро) или обложными и продолжительными дождями (если фронт движется медленно). В течение всего времени прохождения циклона наблю­ дается постепенная смена направления ветра.

В процессе развития циклон постепенно изживает себя и уничто­ жается. Этот процесс носит название окклюзии (см. § 20) циклона и заключается в вытеснении теплого воздуха холодным, в результате чего теплый воздух оказывается перемещенным циклоном кверху (см. рис. 23). Таким образом, после окклюзии передняя и задняя

48

Р азрез по линии а 5

Н:9

Рис. 25.

а — изобары и токи воздуха в циклоне; б — разрез циклона

4 Заказ 525