книги / Опасные природные процессы. Вводный курс

Гшва 7 Косчогенно-кшматические опасные природные процессы

120°

Рис. 7.20. Рифтовая система в Южном полушарии (д) [по Милановскому Е.Е. и Никишину А.М., 1988, с добавлением Сывороткина В.Л., 20011. Области мини­ мального содержания озона в атмосфере Северного полушария Земли в октябре (б). Учтены усредненные данные мировой сети озонометрических станций [по Бекорюкову В.Й. и др., 1990]

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Вопросы для самопроверки

1.Какую роль играют компоненты климатической системы в форми­ ровании климата?

2.Какие внешние факторы и как меняют уровень инсоляции?

3.Каково влияние солнечной активности на устойчивость цивилизаций?

4.В чем отличие гравитационных и гляциоизостатических циклов9

5.Каковы причины колебаний уровня Мирового океана и бессточных

озер?

6.Каков антропогенный вклад в парниковый эффект?

251

г л а в а

АТМОСФЕРНЫЕ ОПАСНЫЕ ПРОЦЕССЫ

8.1

Метеогенные воздействия

Для понимания процессов, происходящих в атмо­ сфере, большое значение имеют такие характеристи­ ки воздуха, как температура, влажность и давленые.

Солнечные лучи проходят через воздух, мало нагревая его, и основное тепло поступает от под­ стилающей поверхности — земной или водной. Пе­ ремещение воздушных масс связано с перепадами давления. Причиной перепадов давления в атмосфе­ ре является в основном неравномерное распределе­ ние солнечной энергии по поверхности Земли. При разнице давления в 2,5 мм рт. ст. начинается пере­ мещение воздуха. Главные формы движения воздуш­ ных масс — это воздушные потоки и ветер.

Воздушные потоки — это в основном вертикаль­ ные перемещения воздушных масс. Они возникают из-за вертикальной гравитационной неустойчиво­ сти, когда более легкий воздух оказывается ниже тяжелого. В результате возникают конвективные дви­ жения (конвекция): подъем легкого нагретого возду­ ха вверх и поток холодного воздуха вниз, которые образуют круговые конвективные ячейки. Ветер представляет собой движение воздуха преимущест­ венно в горизонтальном направлении — из области

253

Раздел //. Опасные природные процессы

высокого давления в область низкого давления под действием гравитаци­ онных сил. Его скорость пропорциональна величине градиента давления: чем больше градиент, тем больше скорость. Скорость ветра измеряется в м/с, км/ч и узлах (1 узел = 0,514 м/с) или указывается по шкале Бофорта в баллах.

Таким образом, как правило, на участке с более высокой температурой атмосферное давление ниже, здесь образуются восходящие токи воздуха. Там, где температура ниже, атмосферное давление более высокое и токи воздуха нисходящие. Ветер у земной поверхности дует от области высоко­ го давления к области низкого давления, а на высоте — в противополож­ ном направлении.

По температурному признаку земная поверхность разделяется на ряд поясов, отражающих природные климатические условия (рис. 8.1).

Географическая широта, град

Рис. 8.L Распределение температур по земному шару [Дроздов О.А., Василь­ ев В.А., 1989]

Так, вблизи экватора выделяется жаркий пояс, включающий области со средней годовой температурой выше 20°С (в отдельных областях — выше 30°С). К северу и югу от него расположены умеренные пояса, где средняя годовая температура ниже 20°С. Средняя температура самого теплого меся­ ца выше 10°С. В холодных поясах средняя температура самого теплого меся­ ца от 10 до 0°С. В поясах вечного мороза средняя температура всех месяцев ниже 0°С. Приполярные области Земли, включающие холодные пояса и по­ яса вечного мороза, в Северном полушарии называются Арктикой, а в Юж­ ном полушарии — Антарктикой. Более детально климатические пояса Зем­ ли показаны на рис. 8.2.

В последние годы привлечено большое внимание к вопросу анализа альбедо, т.к. наиболее перспективными для понимания закономерностей по­ годы и климата, а также их изменений оказались данные по облачному по­ крову и радиационному балансу Земли (РБЗ). Анализ таких данных (совме­ стно с другой информацией) позволяет изучить преобразования различньп форм энергии в атмосфере, океане и на поверхности суши. Была разработа­

254

Глава 8. Атмосферные опасные процессы

на концепция энергоактивных зон, которая открыла новые возможности погодной и климатологической интерпретации полей РБЗ и радиационно­ го баланса подстилающей поверхности (РБП).

Условные обозначения. Воздушные массы: АВ — арктический воздух; ВУШ — воз­ дух умеренных широт; ТВ — тропический воздух; ЭВ — экваториальный воздух; АнтВ —

антарктический воздух. Атмосферные фронты: АФ — арктический фронт; ПФ — поляр­ ный фронт: ТФ — тропический фронт: АнтФ — антарктический фронт.

Рис. 8.2. Климатические пояса Земли [по Алисову Б.П.]

В настоящее время принято выделять следующие районы, оказываю­ щие главенствующее значение на изменчивость радиационного баланса по­ верхности:

1) энергоактивные зоны океана, которые содержат не только аномаль­ ные зоны нагрева, но и фактор течений и аномалий облачности;

2) центральная часть экваториального пояса Тихого океана, где может осуществляться стимулирование процессов, связанных с воздействием юж­ ной устойчивой аномалии нагрева от Солнца;

255

Раздел II. Опасные природные процессы

3)тропические районы континентов, где зарождается сильная тропи­ ческая конвекция, влияющая на атмосферную циркуляцию в тропиках;

4)индийский субконтинент и система Сибирь — Монголия, где РБЗ является главным фактором, обусловливающим муссонную конвекцию;

5)Тибетское плато, радиационный баланс которого сильно влияет на развитие индийского муссона и климат восточного Китая;

6)полуаридные районы, где радиационный баланс — главный фактор опустынивания;

7)полярные регионы с обратной альбедной связью.

Результаты математического моделирования показали, что в летние пе­ риоды в обоих полушариях образование тропических циклонов совпадает с активными фазами внутрисезонных вариаций уходящей длинноволновой радиации. Выявлена взаимосвязь между аномалиями глобальной атмосфер­ ной циркуляции и аномалиями температуры поверхности океана в тропиках. Установлено, что появление необычно теплых (или холодных) поверхност­ ных водных масс в тропических зонах связано с изменениями в режиме при­ земного ветра, в формирование альбедо доминирующий вклад вносит облач­ ность. С антропогенных позиций наибольшее влияние на стимулирование облачности оказывает повышение содержания аэрозоля и оптически актив­ ных малых газовых компонентов атмосферы.

8.1.1

Масштабы движения атмосферы и сопутствующие явления

Теоретическая система общей циркуляции

На рис. 8.3 представлена система циркуляции атмо­ сферы. Если бы Земля была неподвижна и имела правильную форму, то экваториальные области сильно нагревались (причем, термальный экватор совпадал бы с географическим) и прогретый воздух поднимался бы вверх, образуя зоны пониженного атмосферного давления над экватором. Холод­ ный воздух из полярных областей повышенного давления (там воздух не прогрет и более плотный) перетекал бы в зону пониженного давления на : экватором. Таким образом, существовали бы две гигантские ячейки движе­ ния воздуха — в Северном и Южном полушариях.

256

Разбел //. Опасные природные процессы

Деление на масштабы отражает стремление выделить иерархические уровни сложной системы атмосферы, их взаимосвязь и взаимообуслов­ ленность.

Движения макромасштаба (А) называют общей циркуляцией атмосферы.

Это совокупность основных воздушных течений, которые осуществляют горизонтальный и вертикальный обмен масс воздуха (рис. 8.6). На общую циркуляцию атмосферы влияют два вида факторов. К первым относятся внешние астрономические и геофизические климатообразующие факторы (неравномерность распределения солнечного потока на Земле, кинематика обращения и вращения Земли). Ко вторым — внутренние геофизические климатообразующие факторы (состав и структура атмосферы и особенности поверхности Земли).

Общая циркуляция меняется с сезоном, а ее возмущения эволюциони­ руют ежедневно. Эти изменения существенны для прогноза погоды. Поле течения воздуха зависит от распределения температуры. В тропосфере (до высоты примерно 10 км) температура понижается от экватора к полюсу. При этом термический градиент (определяющий термический ветер) зимой вдвое больше, чем летом. Стратосфера, наоборот, холодна над тропическим поя­ сом (—80°С), градиент температуры направлен на юг, кроме полярной обла­ сти зимой, где есть вторичная область холода (до —70°С). Летом из-за дли­ тельного полярного дня полярная стратосфера теплее (до —30°С на высоте Н = 30 км). От поля температур (Т) зависит и поле давления (Р). Зона низ­ ких Р находится вблизи экватора у 12° с.ш. (летняя внутритропическая зо­ на сходимости северного полушария) и у 3° ю.ш. для лета Южного полу­ шария.

Циркуляция тропической зоны охватывает почти половину земного шара. Она является большой термодинамической машиной, превращаю­ щей тепло океана (в том числе скрытое тепло водяного пара) в кинетиче­ скую энергию атмосферы. Эта циркуляция включает восходящее движение в субтропических антициклонах, потоки очень устойчивых пассатных вет­ ров и нисходящее движение в областях северной и южной конвергенции. Это устойчивая система ветров, призванная как бы выравнять температу­ ру по всему земному шару. Скорость выравнивания зависит от перепада температур между полюсами и экватором.

Температурный контраст между полюсами и экватором назван В.В. Шу­ лейкиным тепловой машиной первого рода. Воздух, поднимающийся у эк­ ватора до 17 км. образует на границе тропосферы ветер, называемый анти­ пассатом. Антипассат растекается по направлению к полюсам. Охлажденные воздушные массы антипассата сбрасывают большую часть влаги в дождли­ вых поясах вблизи экватора, становятся сухими и в районе 30° обоих полу­ шарий (субтропический пояс) оседают на поверхность Земли, создавая в субтропиках повышенное давление. Здесь расположено большинство круп­ нейших пустынь мира. Другая часть этого воздуха направляется на север.

260