книги из ГПНТБ / Степанов Н.Д. Меняется ли климат Урала
.pdfКлимат — многолетний режим погоды, свойственный одной местности. Можно сказать, что климат местности составляется из всех условий погоды, какие там бывают, в том числе и таких, которые очень редки.
Нашему климату, например, свойственна суровая, продолжительная зима, которая длится с ноября по март. Весна у нас короткая и дружная, с очень неустой чивой погодой, частыми возвратами холодов и поздними заморозками. Лето не слишком жаркое, с теплыми дня ми и прохладными ночами. Осень бывает такая же ко роткая, как и весна, с быстрым понижением температу ры, пасмурная и дождливая. Мы к этому привыкли, хотя так бывает не всегда. Недаром говорят: «Год на год не приходится». И все же перемены погоды, какими бы порой они не были резкими, не выходят за пределы, с которыми мы связываем понятие о климате нашей
местности. Мы знаем, |
например, |
что летом |
у нас не |
может быть 50 градусов жары |
а зимой 60 |
градусов |
|
мороза. |
погоды в одни и те же месяцы и |
||
Чем резче различия |
сезоны, тем они бывают реже. В этом можно убедиться на таком примере. Если за 128 лет непрерывных метео рологических наблюдений в Свердловске подсчитать число случаев с разными отклонениями средней темпе
ратуры в каком-нибудь месяце, |
например в мае |
от |
|
многолетней, то окажется, что |
с отклонениями |
ее |
до |
2 градусов было 72 случая, от 2 до 4 градусов — |
46 слу |
чаев, от 4 до 5 — только 8 случаев, и самое крупное от клонение в 6 градусов было всего один раз, в 1862 году.
1 Разумеется, в тени, а не на солнце. Термометр на солнце по^ называет температуру своей стеклянной оправы, нагреваемой сол нечными лучами, а не температуру воздуха.
10
Тогда средняя температура мая была близка к 4 граду сам, что в наших условиях характерно для апреля.
Естественно, что привычными для нас являются те погодные условия, с которыми мы сталкиваемся чаще. Они-то и дают нам представление о климате. Однако для строгой характеристики климата учитываются и очень редкие проявления погоды.
Для количественной характеристики климата опре деляются средние многолетние величины температуры, влажности, облачности, скорости и направления ветров за сутки, за месяц, за год. По ним можно судить о кли мате той или иной местности. Например, в Риге темпе ратура самого холодного месяца января равна 4 граду сам холода, а в Свердловске она близка к 16 градусам ниже нуля.
Это говорит о том, что климат Прибалтики мягче, чем на Урале.
При определении климата устанавливают и крайние пределы, в которых могут меняться температуры, осад ки и другие метеорологические элементы. Кроме того, очень важно знать, повторяются ли такие крайние зна чения часто или являются редким исключением. Нельзя, например, теплолюбивые культуры сеять там, где постоянно бывают сильные заморозки. Случайные же, редкие понижения температуры такие растения могут пе ренести без вреда.
Климатические различия разных мест нетрудно объ яснить, если речь идет о северных и южных краях. Вся кий знает, что это связано с неодинаковым количеством солнечного тепла на юге и на севере.
Но объяснить разницу в климате мест, которые оди наково удалены от экватора, как, например Рига и Свердловск, не так уж просто.
11
Кроме разного количества солнечного тепла, климат зависит от характера земной поверхности: особенностей рельефа местности, почвенного и растительного покро ва, а также от системы воздушных потоков. Рассмотрим подробнее, как все это влияет на климат.
СОЛНЕЧНОЕ ТЕПЛО
Главная причина различий в климате — солнечное тепло. Климат тем теплее, чем сильнее нагревается мест ность солнечными лучами. А это зависит от угла накло на солнечных лучей к поверхности земли и от продол жительности дня. Мы знаем, что всего теплее там, где солнце поднимается над горизонтом высоко, то есть на экваторе и в тропиках, а холоднее — где оно в течение года стоит низко над горизонтом — в полярных облас тях. Иначе говоря, климат в первую очередь зависит от географической широты местности.
Эта зависимость проста. Чем дальше от экватора, тем меньше высота солнца в любой из сезонов года, короче день в зимнее полугодие, тем меньше солнечно го тепла поступает на поверхность земли.
Посмотрите на рис. 1. Чем выше солнце над гори зонтом, то есть чем отвеснее падают его лучи на поверх ность земли, тем больше приходится тепла на одну и ту же площадь. Так, при падении солнечных лучей под уг лом в 30 градусов количество тепла, поступающего на горизонтальную поверхность, уменьшается вдвое по сравнению с тем, которое поступает на ту же поверх ность, если лучи падают отвесно.
Прежде чем достигнуть земной поверхности, солнеч ные лучи должны пройти атмосферу. Долголетние и
12
тщательные наблюдения позволили установить, что на грани атмосферы поступает почти неизменное количе ство солнечной энергии. Его так и назвали — «Солнечная постоянная».
Однако, проходя через атмосферу, солнечное излу чение сильно ослабляется. Несмотря на кажущуюся прозрачность, воздух всегда содержит водяные пары и углекислый газ, которые поглощают значительную часть солнечного излучения.
В среднем атмосфера задерживает около одной трети солнечных лучей. Чем ниже солнце над горизонтом, тем больший слой атмосферы пронизывают его лучи, тем больше они ослабляются.
13
Поэтому в нашей местности годовое количество теп ла, получаемое от прямых солнечных лучей, почти вдвое меньше, чем, например в Ташкенте. Разной высотой солнца утром, в полдень и вечером объясняется и раз ный нагрев поверхности земли в течение дня. В летний полдень, когда солнце высоко и его лучи падают круто, поверхность почвы в наших местах может нагреваться до 50—55 градусов. Зато утром и вечером солнечные лучи почти скользят по поверхности земли, едва нагре вая ее.
Количество солнечного тепла, которое получает и расходует та или иная местность, зависит не только от времени года и суток, но также от прозрачности атмос феры и свойств самой поверхности, на которую лучи па дают. Облака сильно ослабляют солнечные лучи, отра жая, рассеивая и частично поглощая их. Густые облака могут отражать до 60 процентов лучей и рассеивать остальные. Зато ночью облачность препятствует сильно му охлаждению земной поверхности, задерживая ее теп ло. Поэтому там, где больше пасмурных дней, не бывает сильной жары летом и суровых морозов зимой. Такая местность имеет мягкий климат. Неодинаково поглоща ются солнечные лучи разной земной поверхностью.
Вспомним, какой ослепительной белизной сверкает свежевыпавший снег мартовским солнечным днем. Он отражает 80—85 процентов солнечных лучей. Черное поле, наоборот, поглощает до 90, а поверхность воды — до 95 процентов их.
Так как воздух нагревается и охлаждается в основ ном от земной поверхности, то от характера ее во мно гом зависит распределение тепла в разных областях зем ли. В полярных областях создаются очаги холода, тогда как на экваторе и в тропиках — очаги тепла. Это вызы
14
вает постоянное перемещение воздушных масс, а с ними и перенос тепла, сглаживающий контрасты темпера туры.
То же самое происходит в морях и океанах, где об разуются теплые и холодные течения. Одно из самых мощных в мире теплых течений — Гольфстрим называ ют печкой Европы. Зарождаясь в теплых водах тропи ческих морей, это течение переносит накопленное там солнечное тепло в северные моря и замирает лишь под толщей ледяного покрова Северного Ледовитого океана.
Так солнечное тепло становится силой, движущей и изменяющей погоду.
Особое значение для климатических различий имеет неодинаковое нагревание и охлаждение обширной по верхности морей и океанов, огромных пространств суши.
ВОДА И СУША
Мы уже упоминали о различии климата Риги и Свердловска, хотя они расположены на одинаковой гео графической широте, а следовательно, имеют одинако вую продолжительность Дня и равную высоту солнца над горизонтом во все времена года. Разницу в климатах в этом случае можно объяснить лишь разным располо жением Прибалтики и Урала относительно теплых и хо лодных морей, соседством или удаленностью от больших пространств суши. На это более чем двести лет назад указывал еще М. В. Ломоносов: «Открытые моря и от льду свободные в лежащий на себе зимою воздух больше теплоты сообщают, нежели матерая земля, мерзлым за пертая черепом и засыпанная глубокими снегами». Для примера вспомним одно из простых явлений, с которым мы часто сталкиваемся в повседневной жизни.
15
В жаркий летний день на берегу большого озера или широкой реки от воды веет приятной прохладой, а ве чером и ночью у воды, наоборот, гораздо теплее, чем вдали от берега. Выходит, что вода смягчает жару днем и прохладу ночью. Как это происходит?
Дело в том, что вода и земля обладают разной теп лоемкостью. У воды она вдвое больше, чем у земли. Вода поглощает много тепла, медленнее нагревается и дольше сохраняет свое тепло. Земля же нагревается быстро и так же быстро остывает. Поэтому летом, когда к полудню поверхность земли успевает сильно нагреть ся, вода еще прохладна.
Нагретый от земли воздух расширяется, становится легким и поднимается вверх. Над водой воздух еще не успел нагреться, он прохладен и внизу устремляется на берег, замещая нагретый воздух.
Именно поэтому днем на берегу мы ощущаем слабый ветерок, который тянет с воды.
Но вот наступает ночь, и картина меняется. Поверх ность земли быстро остывает, охлаждается и прилегаю щий к ней воздух. В то же время вода остается долгое время теплой и нагревает над собой воздух, который поднимается кверху. В результате вверху он переме щается на берег, а внизу — на воду. Это можно легко проследить по движению дыма от костра. Ночью дым тянет к воде и стелется над ее поверхностью.
, То же самое, только в больших масштабах, получает ся в областях, расположенных вблизи морей и океанов. Под влиянием больших воздушных масс, перемещаю щихся с моря на сушу, вблизи морей образуется мягкий морской климат с теплой зимой и умеренно жарким ле том. С моря влажный воздух приносит частые туманы, облачность, осадки. У моря осень теплее весны.
16
В нашей же местности, удаленной от теплых морей, зима морозная, а лето сравнительно жаркое, но корот кое, в году бывает больше солнечных дней, меньше вы падает осадков. Осень, как правило, бывает холоднее весны. Такой климат в отличие от морского называют континентальным.
И все же влияние теплых вод Северной Атлантики не ограничивается только приморскими областями, а проникает далеко на восток, достигая и наших мест, главным образом в холодное время года.
Зимой теплые и влажные западные ветры приносят нам оттепели и обильные снегопады. Летом они сопро вождаются дождями и несколько умеряют жару, чего не бывает при восточных ветрах.
Говоря о ветрах, мы коснулись еще одной, очень важ ной причины, от которой зависит климат—системы воз душных потоков, которую в науке называют атмосфер ной циркуляцией. Под ней подразумеваются перемеще ния теплых и холодных, влажных и сухих масс воздуха, совершающиеся непрерывно и в больших масштабах. Частью циркуляции атмосферы является и рассмотрен ный нами обмен воздушными массами между морями п сушей. Воздушные течения очень изменчивы, и именно им мы обязаны не только непостоянством погоды, но и климатическими изменениями.
ВОЗДУШНЫЕ ТЕЧЕНИЯ
Причиной образования воздушных течений является различный приток солнечного тепла в полярных обла стях и на экваторе. Земная поверхность (главным обра зом, суша и океаны) нагревается неравномерно. И поэ-
2 Н. Д.|;Степанов' |
' • 1И; 17 |
; |
тому температура , воздуха и давление его также раз личны. Над холодными участками земной поверхности давление воздуха выше, чем над теплыми. Из этих об ластей воздух стекает в места с низким давлением.
Перемещение воздуха прекращается, когда исчезает разность давления.
Наиболее крупные передвижения воздушных масс над землей происходят между очагами тепла на эквато ре и гигантскими холодильниками — Арктикой и Ан тарктидой.
Теплые воздушные течения направляются от тропи ков в полярные области, а холодные, наоборот, от поляр ных областей к тропикам. Однако под влиянием суточ ного вращения земли воздушные потоки отклоняются вправо от своего начального направления. Поэтому воз душные течения, первоначально направленные к северу, в наших широтах приобретают направление с запада на восток и носят название западно-восточного переноса.
У нас преобладает западный перенос воздушных масс, и поэтому погода или непогода приходят к нам чаще всего с запада, а на наш климат оказывает боль шое влияние Северная Атлантика с ее теплым морским течением.
Над просторами вечных льдов Арктики воздух силь но охлажден. Приближаясь к нашим широтам, холод ные воздушные потоки встречаются с массами теплого воздуха, возникают гигантские вихри-циклоны и анти циклоны, образуются очень подвижные атмосферные фронты *, происходят глубокие вторжения холодных воздушных масс далеко на юг, а теплых — на север.
1 Фронтом в метеорологии называют границу раздела между массами теплого и холодного воздуха.
18
Днем 30 января 1956 года, например, во всей сред ней полосе, в том числе и у нас, температура была ниже 25 градусов холода, а ночью местами она понижалась до 30 и 40 градусов мороза. В тот же день на станции «Северный полюс-4» было лишь 4 градуса холода, столько же, сколько в Ялте.
Все это создает в наших широтах очень сложную картину постоянно и быстро меняющихся воздушных те чений. От них зависит не только большая изменчивость погоды, свойственная нашему климату, но и сам климат.
Посредством циклонов и антициклонов происходит обмен воздушными массами, а следовательно, теплом и влагой, между северными и южными широтами. Без та кого обмена климат в наших местах был бы значитель но холоднее. Подсчитано, что в любое время года темпе ратура была бы на 14—15 градусов ниже обычной.
Что же представляют собой циклоны, антициклоны и атмосферные фронты? Как они образуются и какое влия ние оказывают на погоду и климат? Разберем все это подробнее.
Наверное, многим приходилось наблюдать, как на водной глади глубокой и быстрой реки образуются кру тящиеся воронки, которые то исчезают, то появляются вновь, перемещаясь по течению. Нечто подобное проис ходит и в воздушном океане, только в несравненно бо лее крупных масштабах.
При сближении теплых и холодных воздушных масс возникают области пониженного или повышенного дав ления воздуха.
Если в центре области давление понижено, то воз дух со всех сторон стекает к центру. Под влиянием вра щения Земли потоки его отклоняются вправо так, что они устремляются внутрь этой области по спирали. Воз-
2* |
19 |