- •Кафедра географії та краєзнавства метеорологія та кліматологія навчальний посібник
- •1.1. Загальна характеристика земної атмосфери
- •1.2. Сонячна радіація в атмосфері
- •1.3. Сонячна радіація на земній поверхні
- •1.4. Термічний режим земної поверхні та приземного шару повітря
- •1.5. Зміна температури повітря з висотою
- •2.1. Вологість повітря та випаровування
- •2.2. Продукти конденсації та сублімації в атмосфері
- •Розділ 1. Сонячна радіація на Землі та термічний режим атмосфери
- •1.1. Загальна характеристика земної атмосфери
- •1.1.1 Склад атмосфери
- •1.1.2. Будова повітряної оболонки Землі
- •1.1.3. Походження та еволюція атмосфери
- •1.1.4. Взаємодія атмосфери з іншими оболонками Землі
- •1.1.5. Значення атмосфери в географічній оболонці та в житті людини
- •1.2. Сонячна радіація в атмосфері та на земній поверхні
- •1.2.1. Склад та кількість сонячної радіації, що надходить до Землі
- •1.2.2. Чинники, котрі визначають кількість сонячної радіації на верхній межі атмосфери
- •1.2 3. Якісне перетворення сонячної радіації в атмосфері. Закон Буге
- •1.2.4. Пряма й розсіяна сонячна радіація
- •1.2.5. Сумарна сонячна радіація та її розподіл
- •1.3. Сонячна радіація на земній поверхні
- •1.3.1. Альбедо різних видів земної поверхні
- •1.3.2. Ефективне випромінювання Землі та закономірності його розподілу
- •1.3.3. Тепличний (оранжерейний) ефект атмосфери
- •1.3.4. Радіаційний баланс підстилаючої поверхні
- •1.3.5. Схема теплового балансу земної поверхні
- •1.3.6. Рівняння теплового балансу різних видів земної поверхні та атмосфери
- •1.3.7. Географічний розподіл складових теплового балансу
- •1.3.8. Визначальний вплив теплового балансу на формування температур повітря
- •Питання для самоконтролю до тем 1 – 3 розділу 1
- •1.4. Термічний режим земної поверхні та приземного шару повітря
- •1.4.1. Способи теплопередачі від земної поверхні в атмосферу та в ґрунт
- •1.4.2. Солярні температури повітря
- •1.4.3. Чинники формування температури повітря та її розподіл по сезонах
- •1.4.4. Відмінності термічного режиму північної та південної півкуль
- •1.4.5. Добовий хід температури діяльної поверхні та повітря
- •1.4.6. Типи річного ходу температур повітря
- •1.4.7.Відмінність поширотної зміни добової та річної амплітуди температур повітря
- •1.5. Зміна температури повітря з висотою
- •1.5.1. Типи термічної стратифікації у тропосфері
- •1.5.2. Типи термічної інверсії атмосфери
- •1.5.3. Приморозки та способи запобігання їм
- •1.5.4. Значення інформації про термічний режим земної поверхні та атмосфери для народного господарства:
- •Питання для самоконтролю до тем 4 – 5
- •Розділ 2. Вода в атмосфері
- •2.1. Вологість повітря
- •2.1.1. Основні характеристики вологості повітря
- •2.1.2. Залежність характеристик вологості від температури повітря
- •2.1.3. Випаровування та випаровуваність і їх географічний розподіл
- •2.2. Продукти конденсації та сублімації в атмосфері
- •2.2.1. Поняття про конденсацію та сублімацію і їх продукти
- •2.2.2. Наземні гідрометеори
- •2.2.3. Тумани, їх типи
- •2.2.4. Значення даних про вологість повітря у народному господарстві
- •2.2.5. Адіабатичний процес у тропосфері
- •2.2.6.Міжнародна класифікація хмар
- •2.2.7. Генетичні типи хмар
- •2.2.8. Хмарність та її значення у географічній оболонці
- •2.2.9. Електричні, звукові та оптичні явища в атмосфері, пов’язані з хмарністю
- •2.3. Атмосферний тиск
- •2.3.1. Одиниці виміру атмосферного тиску
- •2.3.2. Зміна атмосферного тиску в латеральному напрямку та з висотою
- •2.3.3. Планетарні закономірності розподілу атмосферного тиску. Системи ізобар
- •2.3.4. Причини зміни атмосферного тиску
- •2.3.5. Баричні центри дії атмосфери
- •2.3.6. Вітер, його показники та види
- •2.4. Атмосферні опади та атмосферне зволоження
- •2.4.1. Чинники та механізми утворення атмосферних опадів
- •2.4.2. Класифікації опадів
- •2.4.3.Режим випадання атмосферних опадів
- •2.4.4.Зональний розподіл атмосферних опадів
- •2.4.5. Сніговий покрив та його значення у географічній оболонці
- •2.4.6. Атмосферне зволоження
- •Питання для самоконтролю до розділу 2
- •Розділ 3. Циркуляція атмосфери
- •3.1. Повітряні маси та атмосферні фронти
- •3.1.1. Поняття про повітряну масу
- •3.1.2. Відмінності погоди, зумовлені приходом теплої і холодної повітряних мас
- •3.1.3. Географічні типи та підтипи повітряних мас
- •3.1.4. Теплий та холодні атмосферні фронти
- •3.2.Циклональні та антициклональні атмосферні вихори
- •3.2.1. Типи циклональних атмосферних вихорів
- •3.2.2. Фронтальні циклони позатропічних широт
- •3.2.3.Тропічні циклони
- •3.2.4.Малі атмосферні вихори
- •3.2.5. Поняття «антициклон». Генетичні типи антициклонів
- •3.3. Загальна та місцева циркуляція атмосфери
- •3.3.1. Теплові машини атмосферної циркуляції
- •3.3.2. Основні ланки загальної циркуляції атмосфери
- •3.3.3. Азональна ланка атмосферної циркуляції
- •3.3.4. Циркуляція у вільній атмосфері
- •3.3.5. Місцева циркуляція атмосфери
- •Розділ 4. Погода та клімат
- •4.1. Поняття про різноманіття погод та кліматів
- •4.1.1. Погода та її показники
- •4.1.2. Класифікація погод
- •4.1.3. Поняття «клімат», його показники
- •4.1.4. Кліматотвірні чинники
- •4.1.5. Генетична класифікація кліматів
- •4.2. Мікроклімат. Зміни клімату
- •4.2.1. Мікроклімат та чинники, що його визначають
- •4.2.2. Особливості мікроклімату міст
- •4.2.3. Чинники та періодичність динаміки клімату
- •4.2.4. Свідчення змін клімату
- •4.2.5. Коротка історія сучасних змін клімату Землі
- •4.3. Проблема «людина і клімат»
- •4.3.1.Значення клімату для різних галузей господарської діяльності
- •4.3.2. Екологічна роль погодно-кліматичних показників для існування людини
- •4.3.3. Уплив антропогенної діяльності на погодно-кліматичні умови та атмосферні явища
- •Питання для самоконтролю до розділу 4
- •Список основної літератури:
- •Неклюкова н.П. Общее землеведение. Земля как планета. Атмосфера. Гидросфера. — м.: Просвещение, 1977. — 336 с.
- •Список додаткової літератури:
4.3.3. Уплив антропогенної діяльності на погодно-кліматичні умови та атмосферні явища
Існує принаймні кілька видів впливу паливно-енергетичного комплексу на клімат. Перш за все це викиди в атмосферу аерозолів, із яких найбільше значення мають сажа і продукти згоряння у вигляді сполук сірки. Другий вид — надходження в атмосферу радіоактивних малих газових компонентів у результаті спалювання хімічного палива. Сюди відносяться вуглекислий газ і окисли азоту, що впливають на вуглецевий і азотний цикли в системі «атмосфера-океан-біосфера-ґрунт». Наступний вид впливу – дія на підстильну поверхню.
Найбільш важливим видом впливу людини на атмосферу деякі автори вважають вплив теплових викидів безпосередньо в атмосферу й океани. У середньому сумарне споживання енергії складає 2 % у рік.
Цілеспрямований вплив людини на погодні умови
Методи штучного створення і розсіювання туманів
Для забезпечення безперебійних польотів у період Великої Вітчизняної війни здійснені перші експерименти для розсіювання туманів на посадкових майданчиках аеродромів. По обидва боки смуги прокладалися труби з великою кількістю дрібних отворів, спрямованих нагору. По трубах під великим тиском переганялася паливна речовина, що підпалювалася над отворами. Безліч дрібних смолоскипів створювали над посадковим майданчиком шар теплого повітря. При цьому туман поступово розсіювався .
У даний час існує значно дешевший метод впливу на тумани. Для його застосування немає необхідності споруджувати які-небудь додаткові пристосування і спалювати паливо. Цей метод використовується лише під час морозів, коли над земною поверхнею нависає переохолоджений туман. З літаків розсіюється тверда вуглекислота, і через якийсь час настає просвітління, а потім туман розсіюється.
Важливе практичне значення має знищення хмар на площах у десятки тисяч квадратних кілометрів. Але треба відмітити, що ліквідація суцільної хмарності на такій великій території призводить до зміни температур земної поверхні. Узимку 1961 р. була звільнена від хмар площа, рівна 20 000 км2. При цьому температура приземного повітря понизилася на 9°С, і зріс атмосферний тиск.
Штучне викликання і попередження опадів
Перші спроби перетворення опадів були розпочаті в Радянському Союзі наприкінці 20-х років. Радянські геофізики розробили широкий план вивчення фізики хмар, що є необхідним для розробки раціональних способів боротьби з посухою і градом. Багаторічні роботи показали практичну можливість активного впливу на хмари. Щоб відбулося випадання опадів із хмар, необхідно змінити їхню структуру таким чином, щоб вони складалися не з переохолодженої водяної пари, а з крапельок води чи кристалів льоду. Збільшуючись у розмірах до тих меж, коли висхідні потоки повітря вже не в змозі удержати кристали в зваженому стані, вони випадають на Землю. Для того щоб змінити структуру переохолодженої хмари, необхідно ввести певні реагенти. Одним з таких реагентів є частка твердої вуглекислоти ("сухий лід") чи інші речовини з низькими температурами. Навколо часток вуглекислоти з температурою біля −70°С виникає охолодження й утворюються дрібні крижані кристали. Спільне перебування дрібних кристалів льоду і переохолоджених крапель води призводить до поступового наростання крижаних кристалів. Надалі в хмарі процес протікає природним шляхом, тобто відбувається ріст кристалів льоду і випадання їх на Землю. Експериментальні дослідження показали, що випадання опадів досягається тільки при товщині хмари понад 400м, а в інших випадках хмари розсіюються. Зазвичай, туман розсіюється, а могутні хмари дають опади тільки в тому випадку, коли температура на верхній границі хмари нижча −4°С. У таких умовах для знищення 1 км3 хмари необхідно затратити біля 100грамів твердої вуглекислоти, що розсіюється літаками.
Розроблено принципову основу для штучного одержання дощу навіть при ясному безхмарному небі. Підрахунки показали, що для дощу, рівного за обсягом водяній масі, що випадає при проходженні циклона, необхідно затратити теплову енергію, отриману при спалюванні близько 1 млрд. т нафти. А це економічно зовсім недоцільно.
Практично ідея штучного дощу здійснюється тільки при визначених станах атмосфери, коли для появи дощу не вистачає одного якого-небудь компонента. Тому завдання полягає в тім, щоб викликати дощ із хмар, що у природних умовах не дають опадів, чи впливати на хмари таким чином, щоб вони дали якнайбільше опадів у посушливих районах.
Велика шкода сільському господарству і головним чином виноградникам і цитрусовим приносить град. Перш ніж боротися з градом, необхідно вивчити закономірності його появи і тільки після цього приступити до розробки раціональних методів боротьби з ним. Яким же чином утворюється град? На вершині переохолодженої хмари, де спостерігаються температури біля −15, −10°С, утворюються сніжні крупинки і крижані кристали. Під впливом сили ваги вони опускаються вниз і попадають у потоки повітря з різною температурою. У холодних шарах температура крупинок ще більше знижується, а в теплих на них намерзають крапельки води.
Для запобігання утворенню великих градин необхідно в хмарах збільшити кількість дрібних крижаних кристалів. У такому випадку крапельки води розподіляються рівномірно і не виникають великі градини. Для цього використовуються спеціальні речовини. Наприклад, 1 мг йодистого срібла дає сотні трильйонів нерозчинних у воді дрібних кристаликів, що стають центром наростання льоду. Речовина доставляється і розсіюється ракетами. Повітряні кулі некеровані і легко зносяться грозовими вітрами, а доставляти речовину літаками в грозові хмари небезпечно.
Боротьба з градом за допомогою ракет успішно здійснювалася у республіках Закавказзя, у Молдавії і на півдні України. Завдяки цьому методу були захищені посіви, виноградники і цитрусові на тисячах гектарів.
Проекти цілеспрямованої зміни клімату людиною
Багато авторів проектів намагалися в першу чергу видозмінити клімат за допомогою морських течій. Могутні потоки теплої води зароджуються поблизу екватора і, пересуваючись на північ, поступово віддають своє тепло материкам, підвищуючи їхню температуру. Найбільшими теплими течіями є Гольфстрім і Куросіо. З погляду зміни регіонального клімату Гольфстрім привернув до себе увагу починаючи з кінця XIX ст. Висунуто було безліч проектів з метою використання Гольфстріму для обігрівання Північної Америки і нейтралізації холодної Лабрадорської течії біля півострова Флориди для проходження Гольфстріму, інші намагалися перемістити місце зустрічі Гольфстріму і Лабрадорської течії на схід. Однак усі ці проекти передбачали лише одну мету − змінити клімат Північної Америки на шкоду клімату Європи. У випадку здійснення цих проектів температура в Північній Європі понизилася б на 10−12°С.
Був запропонований проект перекриття греблями деяких проток у Канадському арктичному архіпелазі, для того щоб вони створили перешкоду для поширення холодних вод і льоду з Арктичного басейну в Бафінову затоку. Стік води з Арктичного басейну буде проходити через Берингову протоку в Тихий океан. Завдяки цьому проекту середньосічнева температура на Канадському архіпелазі підвищилася б з −25° до 0°С й на великих просторах Канади і півночі США холодний клімат був би істотно пом'якшений.
Увагу вчених давно привернула Берингова протока. Були проекти − побудувати греблю і припинити стік холодних вод і льоду з Арктики і тим самим різко обмежити транспортування холодних вод на південь. Саме завдяки цим течіям відбувається охолодження Камчатки, Примор'я, Сахаліну і Японських островів. Пізніше було з'ясовано, що вплив стоку арктичних вод на клімат східного узбережжя Азії незначний. Виявилося, що важливіший відтік теплих вод з Тихого океану в Арктику. Переосмисливши проект, греблі було надано нового призначення. Вона повинна була бути перешкодою на шляху теплих вод і тим самим поліпшити теплообмін Берингового моря.
Ще в 1898 р. Фр. Нансен висловив думку про те, що якби перетин Берингової протоки був більш широким і глибоким, то тепла течія Куросіо мала б північне продовження. Це істотно змінило б клімат арктичного узбережжя Азії й Америки. Тому головна думка всіх проектів полягала в тому, як би штучно підвищити обсяг теплих вод, що надходять в Арктичний басейн. Одні пропонували підігрівати води на атомних установках, інші, наприклад радянський інженер А.І.Шумилін,− побудувати греблю через Берингову протоку і перекачувати води з Тихого океану в Північний Льодовитий океан, причому насоси повинні працювати на енергії атомної електростанції.
Разом з тим існують ідеї прямого утеплення Північного Льодовитого океану шляхом знищення льодового покриву. Одні пропонують штучно розсіювати хмарність над Північним Льодовитим океаном, інші − усунути інфрачервоне випромінювання Полярного басейну, а деякі − навіть використовувати водневі бомби для знищення крижаного покриву і підвищення вологовмісту повітря. Кліматолог М.І. Будико пропонував знищити крижаний покрив Арктики шляхом покриття поверхні льоду тонким шаром темного порошку. Це збільшить поглинання сонячної радіації і розтопить крижаний панцир. Для зміни термічного режиму води і повітря пропонується покрити мономолекулярною плівкою всю поверхню, вільну від льоду. Однак така плівка в умовах сильної рухливості вод океану сильно хитлива і за відносно короткий час зникне.
Б.П. Борисов розробив проект перетворення клімату Північної півкулі. У першу чергу для цього необхідно знищити крижаний покрив за допомогою теплої течії Гольфстрім. Тільки тоді в Арктиці почнуться процеси, що підвищують тепловий режим, і температура на узбережжі істотно підвищиться.
Для реалізації цього проекту пропонується побудувати греблю з насосами в Беринговій протоці, але перекачувати воду з Чукотського моря в Тихий океан таким чином, щоб рівень Арктичного басейну знижувався зі швидкістю 20 м у рік. Такий спад води буде компенсуватися припливом теплих атлантичних вод.
Тепла течія Гольфстрім поступово просунеться на північ і на схід і буде "розтоплювати" Арктику. Тільки за кілька років істотно покращаться навігаційні умови в Гренландському, Баренцовому і Карському морях, а пізніше Арктика цілком звільниться від льодів. Це дасть можливість прокласти найкоротші траси через Північний полюс. Північний Льодовитий океан збагатиться цінними породами морських тварин, а близько 50% території Росії, 60% Канади і 70% Аляски, у даний час сковані "вічною" мерзлотою, стануть доступними для господарської діяльності людини.
Попередні розрахунки показують, що повне знищення льодів в Арктиці спричинить за собою зміну температур. Узимку в Центральній Арктиці потеплішає до 0 − 1°С, а на узбережжі середньорічні температури зростуть від 7−8°С до 10 −12°С .
Глобальні і регіональні проекти торкаються також можливості зміни водопостачання ряду посушливих територій. Це, у свою чергу, буде сприяти встановленню більш м'якого клімату. Так, "Північноамериканський водноенергетичний союз" висуває проект, що передбачає часткову передачу води з 9 найбільших річкових систем Британської Колумбії й Аляски у величезне водоймище. Воно повинне розташовуватися в Скелястих горах, і його площа буде дорівнювати озеру Байкал. Передбачається направити воду в посушливі штати США (Каліфорнія, Арізона, Техас), у Мексику, а також у Канаду.
Існують проекти обводнювання Сахари морськими і річковими водами. Група італійських і німецьких інженерів пропонує обводнити Сахару водами Конго. Для цієї мети необхідно спорудити на річці величезну греблю і створити штучне водоймище площею більш 800 тис. км2. Реальність проекту сумнівна, особливо в тім плані, що на території затоплення виявлені великі запаси нафти, газу й інших корисних копалин.