Образование и свойства облаков. Откуда берутся облака? Что могут делать облака

При конден-сации водяного пара в атмосфере возникают маленькие капельки воды, которые при понижении температуры превращаются в кристал-лики льда. Просто охлаждения воздуха для этого недостаточно, нуж-но, чтобы он содержал какие-нибудь твёрдые частицы — центры кон-денсации (пылинки, кристаллики соли и т. п.). Так возникают облака , которые могут пролиться дождём или обрушиться градом . В каплях и ледяных кристалликах облаков возникают положительные и отри-цательные заряды. В результате между разнозаряженными участками одного или разных облаков или облаком и землёй проскакивает ги-гантская искра — молния (рис. 73), которая часто сопровождается звуковым эффектом — громом.

Иногда солнечные лучи подсвечивают облако или дождь, в резуль-тате чего возникает яркое и эффектное оптическое явление в атмосфе-ре — радуга (рис. 74). Это явление объясняется преломлением и после-дующей дисперсией (т. е. разложением на составные части) солнечных лучей в каплях дождя или облаках. На равнине радуга всегда имеет вид дуги, так как нижнюю её половину рассмотреть нельзя — она ушла в землю. Когда говорят: все цвета радуги, — то имеют в виду сле-дующую последовательность цветовых полос: красная (внутренняя), оранжевая, жёлтая, зелёная, голубая, синяя, фиолетовая.

При понижении температуры водяной пар, находящийся в призем-ном слое атмосферы, конденсируется, превращаясь в жидкость, т. е. образуется туман . Таким образом, туман — это облако, лежащее на по-верхности земли или воды. Особенно известен своими туманами Лондон — столица Великобритании.

Если над промышленным городом движение воздуха незначительное, то там часто образуется смог (англ. smog, от smoke — дым и fog — туман) — скопление ядовитых паров, пыле-вых частиц, копоти в густом тумане. Под действием смога разрушают-ся здания и архитектурные сооружения, он очень вреден для здоровья людей, так как вызывает или обостряет различные заболевания. Материал с сайта

На этой странице материал по темам:

• Опасные климатические явления в россии доклад

• Доклад реферат по теме круговорот воды в природе

• Доклад не тему облака и туман.осадки

• Климатические чрезвычайные ситуации доклад

• Туман и облака осадки доклад краткий

Вопросы по этому материалу:

Л. Тарасов

Как и туманы, облака возникают в результате конденсации водяного пара в жидкое и твёрдое состояния. Конденсация происходит или вследствие увеличения абсолютной влажности воздуха, или в результате понижения температуры воздуха. На практике в образовании облаков участвуют оба фактора.

Формирование облаков в результате конвекции.

Формирование облаков над тёплым атмосферным фронтом.

Формирование облаков над холодным атмосферным фронтом.

Понижение температуры воздуха обусловлено, во-первых, подъёмом (восходящим движением) воздушных масс и, во-вторых, адвекцией воздушных масс — их перемещением в горизонтальном направлении, благодаря чему тёплый воздух может оказаться над холодной земной поверхностью.

Ограничимся обсуждением образования облаков, вызванного понижением температуры воздуха при восходящем движении. Очевидно, что такой процесс существенно отличается от образования тумана - ведь туман практически не поднимается вверх, он остаётся непосредственно у земной поверхности.

Что заставляет воздух подниматься вверх? Отметим четыре причины восходящего движения воздушных масс. Первая причина - конвекция воздуха в атмосфере. В жаркий день солнечные лучи сильно прогревают земную поверхность, она передаёт тепло приземным массам воздуха - и начинается их подъём. Кучевые и кучево-дождевые облака имеют чаще всего именно конвективное происхождение.

Процесс образования облака начинается с того, что некоторая воздушная масса поднимается вверх. По мере подъёма будет происходить расширение воздуха. Это расширение можно считать адиабатным, так как воздух поднимается относительно быстро, и поэтому при достаточно большом его объёме (а в образовании облака участвует действительно большой объём воздуха) теплообмен между поднимающимся воздухом и окружающей средой просто не успевает произойти за время подъёма. При адиабатном расширении воздух, не получая теплоты извне, совершает работу только за счёт собственной внутренней энергии, а потом охлаждается. Итак, поднимающийся вверх воздух будет охлаждаться.

Когда начальная температура Т 0 поднимающегося воздуха понизится до точки росы Т р, соответствующей упругости содержащегося в нём пара, станет возможным процесс конденсации этого пара. При наличии в атмосфере ядер конденсации (а они практически всегда присутствуют) этот процесс действительно начинается. Высота Н, на которой начинается конденсация пара, определяет нижнюю границу формирующегося облака. Её называют уровнем конденсации. В метеорологии применяют приближённую формулу для высоты Н (так называемую формулу Ферреля):

Н = 120(Т 0 -Т р),

где Н измеряется в метрах.

Продолжающий поступать снизу воздух пересекает уровень конденсации, и процесс конденсации пара происходит уже выше этого уровня - облако начинает развиваться в высоту. Вертикальное развитие облака прекратится тогда, когда воздух, охладившись, перестанет подниматься. При этом сформируется нечётко выраженная верхняя граница облака. Её называют уровнем свободной конвекции. Он располагается несколько выше уровня, на котором температура поднимающегося воздуха становится равной температуре окружающего воздуха.

Вторая причина подъёма воздушных масс обусловлена рельефом местности. Ветер, дующий вдоль земной поверхности, может встретить на своём пути горы или иные природные возвышения. Преодолевая их, воздушные массы вынуждены подниматься вверх. Образующиеся в данном случае облака называют облаками орографического происхождения (от греческого слова oros, означающего «гора»). Понятно, что такие облака не получают существенного развития в высоту (она ограничена высотой преодолеваемого воздухом возвышения); в этом случае возникают слоистые и слоисто-дождевые облака.

Третья причина подъёма воздушных масс - возникновение тёплых и холодных атмосферных фронтов. Образование облака происходит особенно интенсивно над тёплым фронтом - когда тёплая воздушная масса, надвигаясь на холодную массу воздуха, вынуждена скользить вверх по клину отступающего холодного воздуха. Фронтальная поверхность (поверхность холодного клина) очень пологая - тангенс угла её наклона к горизонтальной поверхности составляет всего 0,005-0,01. Поэтому восходящее движение тёплого воздуха мало отличается от горизонтального движения; как следствие облачность, возникающая над холодным клином, слабо развивается в высоту, но имеет значительную горизонтальную протяжённость. Такие облака называют облаками восходящего скольжения. В нижнем и среднем ярусах это слоисто-дождевые и высокослоистые облака, а в верхнем ярусе - перисто-слоистые и перистые (понятно, что облака верхнего яруса образуются уже далеко за линией атмосферного фронта). Горизонтальная протяжённость облаков восходящего скольжения может измеряться сотнями километров.

Образование облаков происходит также и над холодным атмосферным фронтом - когда наступающая холодная воздушная масса подвигается под массу тёплого воздуха и тем самым поднимает её. В этом случае наряду с облаками восходящего скольжения могут возникать также кучевые облака.

Четвёртая причина подъёма воздушных масс - циклоны. Воздушные массы, двигаясь вдоль поверхности земли, закручиваются к центру депрессии в циклоне. Накапливаясь там, они создают перепад давления по вертикали и устремляются вверх. Интенсивный подъём воздуха вплоть до границы тропосферы приводит к мощному облако-образованию - возникают облака циклонического происхождения. Это могут быть слоисто-дождевые, высокослоистые, кучево-дождевые облака. Из всех таких облаков выпадают осадки, создавая дождливую погоду, характерную для циклона.

По книге Л. В. Тарасова «Ветры и грозы в атмосфере Земли». - Долгопрудный: ИД «Интеллект» , 2011.
Информация о книгах издательского дома «Интеллект» - на сайте

Облака летают по небу, высоко над нашими головами. Они часто приковывают к себе взгляды взрослых и детей. Нет ничего удивительного в том, что у вас может возникнуть множество вопросов о том как появляются облака, из чего они состоят, как парят в небе, какие бывают и т.д. В этой статье вы получите ответы на все эти вопросы и сможете удовлетворить свое любопытство.

Из чего состоят облака?

Облака состоят из множества крошечных капелек воды или кристалликов льда, парящих в небе на разных высотах.

Как формируются облака?

Поскольку Солнце нагревает воду, она превращается в газ, называемый водяным паром. Этот процесс называется испарением. Когда водяной пар поднимается к небу, он охлаждается. Чем выше, тем прохладнее воздух. В конце концов, пар становится достаточно прохладным и конденсируется в капельки воды образовывая облака, которые мы наблюдаем на небе.

Как облака парят по небу?

Облака легче, чем окружающий воздух. Это означает, что они могут буквально плыть по небу. При этом потоки воздуха способны увеличивать их скорость.

Когда облака накапливают много влаги, и становятся тяжелыми, начинается дождь, град или снег.

Где встречаются облака?

Схема основных слоев атмосферы Земли

Все основные типы облаков парят в тропосфере; это самая низкая часть , наиболее близкая к Земле. Над тропосферой находится стратосфера, а выше - мезосфера, термосфера и экзосфера.

Почему облака разные?

Существует 10 основных видов облаков:

Кучевые облака

Они выглядят как пушистые шарики из ваты. Как правило, кучевые облака встречаются в спокойные ясные дни и указывают на хорошую погоду. Однако при определенных условиях они могут стать грозовыми.

Слоистые облака

Это плоские, серые, безликие слои, которые часто находятся близко к поверхности Земли, скрывая облака выше. Иногда они могут вызвать легкий дождь. Туман - это просто слоистое облако, которое опустилось до уровня поверхности земли. И когда вы идете в туманную погоду, вы фактически проходите через облака.

Слоисто-кучевые облака

Слоистые облака могут распадаться, образуя кучевые облака. Или несколько кучевых облаков способны соединяться вместе, образуя слои. Расстояние между ними характеризует этот тип, как слоисто-кучевые облака.

Высокослоистые облака

Высокослоистые облака находятся в середине тропосферы. Они обычно тоньше и легче, чем слоистые. Если внимательно посмотреть на небо, сквозь такое облако можно увидеть солнечные лучи.

Высококучевые облака

Подобно высокослоистым, высококучевые облака находятся в середине тропосферы. Однако есть разница, высококучевые облака значительно меньше кучевых и состоят как из кристаллов льда, так и капелек воды.

Перистые облака

Перистые облака - это облака самого высокого уровня, состоящие целиком из кристалликов льда. Это тонкие облака, которые выглядят как хвост лошади.

Перисто-кучевые облака

Это кучевые облака на высоте перистых. Перисто-кучевые облака состоят исключительно из кристалликов льда. Они похожи на маленькие рыбные чешуйки в небе.

Перисто-слоистые облака

Перисто-слоистые облака находятся высоко в небе. Они могут вызвать прекрасные оптические феномены, такие как Гало. Солнце по-прежнему сияет ярко сквозь эти слои, несмотря на то, что небо может быть полностью ими покрыто.

Слоисто-дождевые облака

Слоисто-дождевые облака производят длительный дождь или снег, который может быть легким, или умеренным. Эти высокие слоистые облака существуют на низких и средних уровнях тропосферы.

Кучево-дождевые облака

Также известные как «короли облаков», кучево-дождевые облака несут ответственность за очень сильный дождь и град. Осадки выпадают за короткий промежуток времени.

Это также единственные облака, которые могут генерировать молнию и гром. Кучево-дождевые облака очень высоки и часто распространяются на разных слоях неба.

Как различить в небе кучевые, высококучевые и перисто-кучевые облака?

Различить эти типы облаков можно с помощью руки. Протяните руку в сторону облака и сожмите пальцы в кулак. Если облако будет больше, чем кулак - это кучевое облако.

Если облако меньше, чем кулак, отведите в сторону большой палец. Когда облако больше пальца - это высококучевое, а если оно меньше - это, скорее всего, перисто-кучевое облако.

Почему облака белые?

Облака белые, потому что капли внутри них больше, чем частицы в вокруг. Это делает капельки облаков способными рассеивать и разбивать свет на различные цвета, которые затем объединяются в белый цвет.

Облака выглядят серыми, когда становятся достаточно плотными, чтобы не пропускать солнечные свет.

Что такое конденсационный след от самолета?

Конденсационный след образуется, когда самолеты проходят через прохладный воздух. Выброс теплого, влажного воздуха из выхлопной трубы самолета вызывает на своем пути облачную тропу.

Как определить погоду по облакам?

Сложно точно предсказать погоду с помощью облаков, однако по некоторым признакам это можно сделать! Если облака высокие, темные и покрывают все небо, дождь будет продолжительный. В случае, когда большая часть неба голубая, можно ожидать небольшой дождь.

Если кучевые облака становятся все выше и выше, вы можете наблюдать резкие ливни вечером или даже гром и молнию. Однако это зачастую происходит в жаркие и влажные дни.

Главной причиной образования облаков является восходящее движение воздуха . При таких движениях воздух адиабатически охлаждается и водяной пар содержащийся в нем достигает насыщения и сгущается: восходящее движение в данном случае могут быть вызваны разными причинами: нагреванием воздуха снизу от подстилающей поверхности, скольжением его вдоль наклонной фронтальной поверхности и движением вверх вдоль склонов возвышенности и другое. Важным фактором облакообразования является так же турбулентное движение. Благодаря которым водяной пар перемещается из нижних слоёв в более высокие. Большую роль в образовании облаков играет ещё охлаждение воздуха излучением, а так же волновые движения в атмосфере на поверхности инверсии.

Первичными продуктами при образовании облаков являются обычно капли воды. Если облака образуются в слое с температурой ниже 0, то они состоят из переохлажденных капель. Облака состоящие из капель называются водяными . При достаточно низких отрицательных температурах облака состоят из кристалликов льда и называются ледяными/кристаллическими . Облака так же могут состоять одновременно из переохлажденных капель воды и кристалликов льда и называются смешанными . Вертикальная мощность этих облаков(смешанных) велика, особенно в случае длительного их существования они значительно превосходят мощность водяных и ледяных облаков. Мельчайшие капельки воды и кристаллы льда из которых состоит облака имеет ничтожный вес. Скорость падения их очень мала и достаточно слабого восходящего движения воздуха для того чтобы заставить капельки воды и кристаллы льда плавать в воздухе и даже подниматься вверх. При помощи ветра облака перемещаются в горизонтальном направлении. Высота облаков летом больше, чем зимой. С возрастанием широты, высота облаков уменьшается.

Свойство облаков и их основные роды.

Согласно международной классификации все облака по характеру строения и по высоте на которой образуется делятся на 4 семейства.

Облака верхнего яруса обычно бывают ледяными – это тонкие, прозрачные, легкие облака без тени белого цвета. Солнце сквозь них просвечивает, предметы дают тень.

Облака среднего и нижнего яруса обычно бывают водяными или смешанными. Однако зимой при достаточно низких отрицательных температурах облака этих ярусов могут переходить в ледяные. Облака среднего более плотные чем перистые. Они могут вызывать вокруг солнца или луны цветным венцы.

Облака вертикального развития или облака конвекции образуются при восходящих потоках воздуха. Так как конвекция над сушей в умеренных широтах возникает главным образом в теплое время года, когда воздух значительно прогревается снизу, от подстилающей поверхности, то за это время наблюдается наибольшая повторяемость облаков вертикального развития. Облака конвекции имеют суточный ход. Над сушей эти облака появляются летом и утром, достигают наибольшее развитие в околополуденное время, а к вечеру исчезают. Над нагретыми склонами гор и воды, низменностей облака вертикального развития образуются чаще чем на равнинах.

Роды облаков:

- перистые – отдельные тонкие легкие облака белого цвета, часто блестящие, волокнистой или питьевой структуры имеют вид хлопьев, крючков, нитей или перьев

- перисто-кучевые облака представляют собой мелкие белые хлопья или меленькие шарики(барашки) напоминают комочки снега без теней, располагаются группами или рядами, часто имеют вид ряби/рыбьей чешуи.

- перисто-слоистые – тонкая беловатая пелена обликов, затягивающая часто всё небо, придающая ему молочно-белый оттенок, иногда пелена обнаруживает волокнистую структуру. Эти облака являются причиной образования оптических явлений – это большие бесцветные круги около солнца/луны. Эти круги образуются в следствии преломления и отражения света в ледяных кристалликах.

- высококучевые – имеют вид пластин, шаров, валов различных размеров, белого или серого цвета расположенные грядами, группами или слоями идущими в одном или двух направлениях. Иногда эти облака располагаются параллельно волнами между элементами облаков. Часто бывают, видны значительные просветления или голубое небо.

- высокослоистые – представляют серую пелену, эта пелена часто бывает настолько тонкой, что через нее, как через матовое стекло видно солнце или луну в виде размытых пятен. Они могут давать осадки в виде дождя или снега, но летом осадки из этих облаков во время падения обычно испаряются и не достигают поверхности земли.

- слоисто-кучевые – серого цвета с темными частями, собранные в группы, ряды или валы в одном или двух направлениях между элементами облаков иногда видны просветы голубого неба. Чаще всего облака появляются на суше зимой. Часто они покрывают все небо и придают ему волнистый вид.

- слоистые – эти облака представляют сплошной однородный слой, светло/темно серого цвета, покрывающий небо и придающий ему пасмурный вид. Эти облака могут давать осадки в виде мороси или в виде очень мелких снежных зерен и ледяных игл.

- слоисто-дождевые – низкие плотные, темно-серые облака с разорванными краями. Выпадают осадки обложного характера в виде дождя или снега. Иногда осадки не достигают поверхности земли, т.е. по пути испаряются. В этом случае в облаках бывают видны полосы падения осадков.

- кучевые – плотные облака, сильно развитые в высоту с куполообразной белой вершиной, с резкими круглыми очертаниями и горизонтальным серым/темным основанием. Осадки они в наших условиях не дают. Иногда они разрываются ветром на отдельные небольшие клочки, такие облака носят название разорвано – дождевые.

- кучево-дождевые – мощные массы, клубящихся кучево-образных облаков с сильным вертикальным развитием, имеющих вид гор или башен, основание у этих облаков темные.

Образование облаков конвекции, восходящего скольжения и волнистых.

С точки зрения происхождения перечисленных выше родов облаков можно разделить на облака конвекции, облака восходящего скольжения и волнистые.

К облакам конвекции относятся кучевые и кучево-дождевые облака. Они развиваются главным образом при неустойчивом распределении температуры по вертикали и возникают преимущественно в теплое время года. Но кучево-дождевые облака иногда образуются и в холодное время года. При прохождении холодного фронта, когда холодный воздух быстро подтекает под теплый и последний бурно поднимается вверх. В этом случае кучево-дождевые облака могут давать зимой в виде хлопьев ранней весной и поздней осенью крупу.

Облака восходящего скольжения к ним относятся перистые, перисто-слоистые, высоко-слоистые и слоисто-дождевые. Эти облака образуются при восходящем скольжении тёплого воздуха вдоль наклонных фронтальных поверхностей. Такое скольжение наблюдается при натекании теплого влажного воздуха под теплый, когда последний вытесняется вверх и начинает натыкать на холодный. Все эти скольжения совершаются медленно и постепенно, при таких скольжениях воздуха адиабатически охлаждается(резко), что приводит к сужению водяного пара. В результате возникает облачная система, основание которой совпадает с фронтальной поверхностью. Облака входящие в эту систему занимают большое пространство. В этой облачной системе самыми высокими являются перистые, затем идут перисто-слоистые, ниже высоко-слоистые, а потом слоисто-дождевые.

Иной характер образования имеют волнистые облака , т.е. облака располагающиеся на небе полосами, грядами или волами, между которыми бывают видны более светлые части облака или просветы голубого неба. Волнистый вид имеет следующие облака: слоисто-кучевые, высоко-кучевые, перисто-кучевые. Эти облака образуются в случае, если в воздухе располагается на одной и той же высоте два слоя, имеющих разную температуру, влажность и плотность. Если эти слои перемешиваются, то на границе между ними возникают волны с большой длиной и большой амплитудой. Однако такие волны являются неустойчивыми и превращаются в ряд вихрей. Воздух который они захватывают, развиваясь при этом на большое количество ячеек и в каждой из них возникает движение воздуха вверх вниз. Такая ячейковая циркуляция воздуха и приводит к образованию волнистых облаков.

Вопросы для рассмотрения:
1. Состав и строение атмосферы.
2. Температура воздуха.
3. Влажность воздуха.
4. Образование облаков, осадки.
5. Давление атмосферы.
6. Ветры и их виды.
1. Состав и строение атмосферы.
«Атмосфера» - воздушная оболочка Земли (с греч. «атмос» - газ, «сфера» - шар). Атмосфера защищает Землю от ультрафиоле­тового излучения Солнца, космической пыли и метеоритов.
Состав атмосферы:
- азот - 78 %;
- кислород – 21 %;
- углекислый газ – 0,033 %;
- аргон – 0,9 %;
- водород, гелий, неон, двуокись серы, аммиак, угарный газ, озон, водяные пары – крошечная доля;
- загрязняющие вещества: частицы дыма, пыль, вулканический пепел.

Атмосфера простирается от поверхности планеты и постепенно сливается с космическим пространством. Плотность атмосферы меняется с высотой: у поверхности Земли она наивысшая, с подня тием вверх уменьшается. Так, на высоте 5,5 км плотность атмосферы в 2 раза, а на высоте 11 км в 4 раза меньше, чем в приземном слое.
Она состоит из основных слоев:
1. Тропосфера – от 8 до18 км
2. Стратосфера – до 40-50 км
3. Мезосфера – 50-80 км
4. Термосфера – 80-800 км
5. Экзосфера – свыше 800 км
Тропосфера - это ближайший к земной поверхности и самый плотный, теплый слой атмосферы. Высота на полюсах 8-10 км, на экваторе 16-18 км. В нем содержится 80% воздушной массы всех слоев и почти весь водяной пар. Здесь находятся системы формирова­ния погоды нашей планеты и биосфера. Приземная температура понижается на 6,5°С с каждым километром до достижения тропопаузы. В верхних слоях тропосферы температура достигает – 55оС.
Стратосфера
Простирается до высоты 50—55 км. Плотность воздуха и давление в стра­тосфере незначительны. Разреженный воздух состоит из тех же газов, что и в тропосфере, но в нем больше озона. Наи­большая концентрация озона наблюдается на высоте 15— 30 км. В нижней части этого слоя наблюдается температура около -55°С. Выше она возрастает до 0, + 10°С из-за тепла, которое вырабатывается благодаря образованию озона. Находящаяся на высоте 50 км стратопауза отделяет стратосферу от следующего слоя.
Мезосфера
Происходит быстрое уменьшение температуры до – 70-90°С. Наблюдается большая разряженность воздуха. Самая холодная часть атмосферы – мезопауза (80 км). Плотность воздуха там в 200 раз мень­ше, чем у поверхности Земли.
Термосфера
Высота от 80 до 800 км. В этом самом тонком слое содержится лишь 0,001 % воздушной массы атмосферы. Температура в этом слое повышается: на высоте 150 км до 220 °С; на высоте 480-600 км до 1500 °С.
В пределах термосферы находится ионосфера , где происходят полярные свечения (150-300 км), магнитосфера (300-400 км) – наружный край магнитного поля Земли. Газы атмос­феры (азот и кислород) находятся в ионизированном со­стоянии. Малая плотность дает небу черный цвет.
Экзосфера – свыше 800 км, постепенно сливающаяся с космическим пространством.

2. Температура воздуха.
Основным источником тепла служит солнце. Вся совокупность лучистой энергии Солнца называется солнечной радиацией. Земля получает от Солнца одну двухмиллиардную часть. Различают радиацию прямую, рассеянную и суммарную.
Прямой радиацией поверхность Земли на­гревается в ясную погоду. Мы ощу­щаем ее как горячие солнечные лучи. Рассеянная радиация освещает предметы в тени. Проходя через атмосферу, лучи отражают­ся от молекул воздуха, капелек воды, пылинок и рассеиваются. Чем пас­мурнее погода, тем большее количество радиации рассеивается в атмосфере. При силь­ной запыленности воздуха, например во время пыльных бурь или в промышленных центрах, рассеивание ослаб­ляет радиацию на 40—45 %.
Интенсивность радиации зависит от угла падения сол­нечных лучей на земную поверхность. Когда солнце нахо­дится высоко над горизонтом, его лучи преодолевают атмосферу более коротким путем, следовательно, мень­ше рассеиваются и сильнее нагревают поверхность Земли. По этой причине в солнечную погоду утром и вечером всегда прохладнее, чем в полдень.
Солнечные лучи не нагревают прозрачный воздух, а нагревают поверхность земли, от которой прилегающим сло­ям воздуха передается тепло. Нагреваясь, воздух стано­вится более легким и поднимается вверх, где перемеши­вается с более холодным, в свою очередь, нагревая его.
Солнце нагревает Землю не одинаково. Причинами является:
- шарообразность планеты;
- наклон земной оси;
- рельеф (на склонах гор, холмов, оврагов и т. д., обращенных к солнцу, угол падения солнеч­ных лучей увеличивается, и они сильнее нагреваются).
В экваториальных и тропи­ческих широтах солнце в течение всего года находится вы­соко над горизонтом, в средних широтах его высота меня­ется в зависимости от времени года, а в Арктике и Антарк­тике высоко над горизонтом оно не поднимается никогда. В результате в тропических широтах солнечные лучи рассеи­ваются меньше. Чем дальше от экватора, тем мень­ше тепла поступает на земную поверхность. На Се­верном полюсе, например, летом солнце не заходит за горизонт 186 дней, т. е. 6 месяцев, и количество поступа­ющей радиации даже больше, чем на экваторе. Однако солнечные лучи имеют малый угол падения, и большая часть радиации рассеивается в атмосфере. В результате по­верхность Земли нагревается незначительно. Зимой солнце в Арктике находится за горизонтом, и прямая радиация на поверхность Земли не поступает.
Неравномерно нагреваются суша и вода. Поверхность суши нагревается и охлаждается быстро. Вода же нагревается медленно, но зато дольше удерживает теп­ло. Объясняется это тем, что теплоемкость воды больше теплоемкости горных пород, слагающих сушу. На суше солнечные лучи нагреваюm0; только поверхно­стный слой, а в прозрачной воде тепло проникает на зна­чительную глубину, в результате чего нагревание проис­ходит медленнее. На его скорость влияет и испарение, так как на него нужно много тепла. Вода остывает медленно, в основном потому, что объем прогреваемой воды во много раз больше объема нагревающейся суши; к тому же при ее охлаждении верхние, остывшие слои воды опус­каются на дно, как более плотные и тяжелые, а на смену им из глубины водоема поднимается теплая вода. Накопленное тепло вода расходует более равномерно. В результате море в среднем теплее суши, а колебания тем­пературы воды никогда не бывают такими резкими, как колебания температуры суши.
В течение суток температура воздуха не остается посто­янной, а непрерывно изменяется. Днем поверхность Земли нагревается и нагревает прилегающий слой воздуха. Ночью Земля излучает тепло, охлаждается, и происходит охлаж­дение воздуха. Наиболее низкие температуры наблюдаются не ночью, а перед восходом солнца, когда земная поверх­ность уже отдала все тепло. Аналогично этому наиболее высокие температуры воздуха устанавливаются не в пол­день, а около 15 ч.
Суточный ход температур на Земле не везде одинаков:
- на экваторе днем и ночью они почти одинаковы;
- незначительны у морях и у морских побережий;
- в пустынях днем поверхность земли часто нагрева­ется до 50-60 °С, а ночью нередко охлаждается до 0 °С.
В широтах наибольшее количество солнечной радиации поступает на Землю в дни летних солнцестояний, т. е. 22 июня в Северном полушарии и 21 декабря в Южном. Однако, самыми жаркими месяцами является не июнь (де­кабрь), а июль (январь), так как в день солнцестояния огромное количество радиации расходуется на нагревание земной поверхности. В июле (январе) радиация уменьшает­ся, но эта убыль компенсируется сильно нагретой земной поверхностью. Самый холодный месяц не де­кабрь, а январь. На море, в связи с тем, что вода более медленно охлаж­дается и нагревается, смещение температур еще больше. Здесь самый жаркий месяц август, а самый холодный — февраль в Северном полушарии и соответственно самый жаркий — февраль и самый холодный — август в Южном.
Годовая амплитуда температур зависит от широты места.
- на экваторе – одинакова 22-23 °С;
- в глубине континента – максимальные.
Различают температуру абсолютную и среднюю.
Абсолютные температуры ус­танавливают путем многолетних наблюдений на метео­станциях. Так, самое жаркое (+58 °С) место на Земле нахо­дится в Ливийской пустыне; самое холодное (-89,2 °С) - в Антарктиде на станции «Восток». В Северном полушарии самая низкая (-70,2 °С) температура отмечена в поселке Оймякон в Восточной Сибири.

Средние температуры определяют как среднеарифме­тическое нескольких показателей термометра (4 раза в сутки). На карте можно обозначить точки с одинаковыми значениями температур и провести линии, соединяющие их. Эти линии называют изотермами. Наиболее показательны изотермы января и июля, т. е. самого холодного и самого теплого месяцев в году.
Расположение изотерм позволяет выделить семь теп­ловых поясов:
· жаркий, расположенный между годовыми изотер­мами 20 °С в Северном и Южном полушариях;
· два умеренных, заключенных между изотермами 20 и 10 °С самых теплых месяцев, т. е. июня и января;
· два холодных, расположенных между изотермами 10 и 0 °С также самых теплых месяцев;
· две области вечного мороза, в которых температура самого теплого месяца ниже 0 °С.
Границы поясов освещенности, проходящие по тро­пикам и полярным кругам, не совпадают с границами тепловых поясов.

3. Влажность воздуха.

В результате испарения в воздухе всегда содержится водяной пар. Скорость испаре­ния зависит от температуры и ветра.

Количество воды, которое может испариться с той или иной поверхности, называется испаряемостью. Испаряе­мость зависит от температуры воздуха и количества в нем водяного пара. Чем выше температура воздуха и чем мень­ше он содержит водяного пара, тем выше испаряемость. В полярных странах при низкой температуре воздуха она ничтожна. Невелика она и на экваторе, где воздух содер­жит ограниченное количество водяного пара. Максималь­на испаряемость в тропических пустынях, где она дости­гает 3000 м.

Воздух может принимать водяной пар до известного предела, пока он не станет насыщенным. Количество водяного пара, которое содержится в воз­духе в данный момент (в г на 1 м3), называют абсолютной влажностью. Отношение количества водяных паров, содержащихся в воздухе в данный момент к тому их количеству, которое он может вместить при данной температуре, называется относительной влажностью и измеряется в %.

Момент перехода воздуха от ненасыщенного состоя­ния к насыщенному называют точкой росы. При наступлении точки росы, когда относительная влаж­ность приближается к 100 %, происходит конденсация водяных паров — переход воды из газообразного состоя­ния в жидкое. При отрицательных температурах водяной пар может сразу превращаться в лед. Этот процесс называется сублимацией водяных паров. Конденсация и сублимация водяного пара определяют образование осадков. Влажность воздуха измеряется волосным гигрометром.

4. Образование облаков. Осадки.

При конденсации водяного пара в атмосфере образуются облака.
Это происходит в результате испарения водяного пара с поверхности Земли и его поднятия восходящими пото­ками теплого воздуха. В зависимости от своей температу­ры облака состоят из капелек воды или кристалликов льда и снега. Эти капли и кристаллы настолько малы, что их удерживают в атмосфере даже слабые восходящие потоки воздуха.
Форма облаков очень разнообразна и зависит от мно­гих факторов: высоты, скорости ветра, влажности и т. д. Их делят на слоистые, кучевые и перистые.

Классификация облаков:

*** - ледяные кристаллы; … - мельчайшие капли

Причины образования облаков:

1. Турбулентность, вызванная резким изменением направления и скорости ветра.

2. Подъем воздуха при его прохождении над холмами и горами. Образуются облака

флагоподобные. Облачная шапка, горный туман и др.

3. Конвекция – подъем теплых воздушных масс, их охлаждение и конденсация воды.

4. Конвергенция – формирование облаков при взаимодействии теплых и холодных фронтов. Холодный и плотный воздух вытесняет вверх более теплый и легкий воздух. В результате вода в теплом воздухе конденсируется, т.к. он остывает, и образуются облака, приносящие обильные осадки.

Степень покрытия неба облаками, выраженную в бал­лах (от 1 до 10), называют облачностью.

Воду, выпавшую в твердом или жидком состоянии в виде дождя, снега, града или сконденсировавшуюся на поверхности различных тел в виде росы, инея, называют атмосферными осадками. Крошечные капли воды в облаке не висят, а движутся вверх-вниз. Опускаясь, они сливаются с другими каплями, пока их вес не позволит упасть на землю. Если в облаке оказываются мельчайшие частицы твердых тел, например пыль, то процесс конденсации ускоряется, поскольку пылинки играют роль ядер кнденсации.

В пустынных районах при низкой относитель­ной влажности конден­сация водяного пара воз­можна только на боль­шой высоте, где темпе­ратура ниже, однако дождинки, не долетая до земли, испаряются в воздухе. Это явление по­лучило название сухих дождей.

Если конденсация во­дяного пара в облаке происходит при отри­цательных температу­рах (то - 4 до - 15° С), образуются осадки в виде снега. Иногда снежинки из верхних слоев облака опускаются в нижнюю его часть, где температура выше и содержится огромное количество переохлажденных капель воды, удерживаемых в облаке восходящими потоками воздуха. Соединяясь с капельками воды, снежинки теря­ют форму, вес их увеличивается, и они выпадают на зем­лю в виде снежной пурги - шарообразных снежных ко­мочков диаметром 2-3 мм.

Необходимое условие образования града - наличие облака, нижний край которого находится в зоне поло­жительных, а верхний - в зоне отрицательных темпера­тур При этих условиях образовавшаяся снежная пурга восходящими потоками поднимается в зону отри­цательных температур, где превращается в льдинку ша­рообразной формы - градину. Процесс поднятия и опус­кания градины может происходить многократно и сопро­вождаться увеличением ее массы и размера. Наконец гра­дина, преодолевая сопротивление восходящих потоков воздуха, выпадает на землю. Градины неодинаковы по раз­меру: они могут быть величиной от горошины до кури­ного яйца.

Количество атмосферных осадков измеряют с помо­щью осадкомера. Многолетние наблюдения за количеством выпадающих осадков позволили установить общие зако­номерности их распространения по поверхности Земли.

Наибольшее количество осадков выпадает в экваториаль­ной полосе - в среднем 1500-2000 мм. В тропиках коли­чество их снижается до 200-250 мм. В умеренных широтах происходит увеличение выпадающих осадков до 500- 600 мм, а в полярных областях количество их не превы­шает 200 мм в год.

Неравномерность обусловлена рельефом местности, например, горы задерживают влагу и не пропускают за свои пределы.

Есть на Земле места, где осадки практически отсутствуют. Например, в пустыне Атакама осадки выпа­дают раз в несколько лет, а по многолетним данным, величина их не превышает 1 мм в год. Очень сухо и в Центральной Сахаре, где среднее ежегодное количество осадков менее 50 мм. В то же время в некоторых местах выпадает гигантское количество осадков. Например, в Черрапунджи - на юж­ных склонах Гималаев их выпадает до 12 000 мм, а в от­дельные годы - до 23 000 мм, на склонах горы Камерун в Африке - до 10 000 мм.

В приземном слое атмосферы образуются осадки: роса, иней, туман, изморозь, голо­лед. Конденсируясь у поверхности земли, образуется роса, а при низких температурах – иней. При наступлении более теплого воздуха и его сопри­косновении с холодными предметами (чаще всего прово­дами, ветками деревьев) выпадает изморозь - налет рых­лых кристалликов льда и снега. При концентрации водяных паров в приземном слое атмосферы образуется туман. Когда температура поверхности Земли ниже 0 °С, а из более верхних слоев выпадают осадки в виде дождя, на­чинается гололедица. Смерзаясь, капельки влаги образуют ледяную корку. По­хож на гололедицу гололед. Но он формируется иначе: землю выпадают жидкие осадки, а при понижении тем­пературы ниже 0 °С вода замерзает, образуя скользкую ледяную пленку.

5. Давление атмосферы.

Масса 1 м3 воздуха на уровне моря при температуре 4°С в среднем составляет 1 кг 300 г, что обусловливает существование атмосферного давления. На 1 м2 давит 10 т. Живые организ­мы, в том числе и здоровый человек, не ощущают это­го давления, так как оно уравновешивается внутрен­ним давлением организма.

За давлением воздуха и его изменениями ведутся систе­матические наблюдения на метеостанциях. Давление изме­ряют барометрами - ртутными и пружинными, или анеро­идами. Измеряется давление в паскалях (Па). Давление ат­мосферы на широте 45° на высоте 0 м над уровнем моря при температуре 4 °С считается нормальным, оно соответствует 1013 гПа, или 760 мм ртутного столба, или 1 атмосфере.

Давление атмосферы зависит не только от высоты, но и от плотности воздуха. Холодный воздух плотнее и тяжелее теплого. В зависимости от того, какие воздушные массы господствуют в данной местности, в ней устанавливается высокое или низкое атмосферное давление. На метеостан­циях или в пунктах наблюдения оно фиксируется автома­тическим прибором - барографом.

Если на карте соединить все точки с одинаковым дав­лением, то получившиеся линии - изобары покажут, как оно распределяется на поверхности Земли. Обычно на экваторе давление пониженное, в тропических областях (особенно над океанами) - повышенное, в умеренных — переменное от сезона к сезону, а в полярных вновь повы­шается. Над материками зимой устанавливается повышенное, а летом — пониженное давление.

6. Ветры, их виды

Ветром называется движение воздуха. Воздух переме­щается из области высокого давления в область низкого. У ветра есть характеристики: скорость, сила и направление. Для их определения используют флюгер и анемометр. По результатам наблюдений за направлением ветра строят розу ветров за месяц, сезон или год. Анализ розы ветров позволяет установить преобладаю­щие направления ветров для данной местности.

Скорость ветра измеряют в метрах в секунду. При штиле скорость ветра не превышает 0 м/с. Ветер, ско­рость которого более 29 м/с, называется ураганом. Самые сильные ураганы отмечены в Антарктиде, где скорость ветра достигала 100 м/с.

Силу ветра измеряют в баллах, она зависит от его ско­рости и плотности воздуха. По шкале Бофорта штилю со­ответствует 0 баллов, а урагану - 12.

Планетарные ветры.

1. Пассаты – постоянно дующие ветры.

В районе экватора горячий воздух поднимается вверх, создавая зону низкого давления. Воздух охлаждается и опускается вниз, создавая зону высокого давления (конские широты). Из тропиков к экватору в область посто­янно низкого давления дуют ветры. Под влиянием отклоняющей силы вращения Земли эти потоки отклоняются вправо в Север­ном полушарии и влево — в Южном.

2. Западные ветры умеренных широт.

Часть тропического (теплого) воз­духа перемещается в умерен­ные широты. Это движение особенно активизируется ле­том, когда там господствует более низкое давление. Эти потоки воздуха в Северном полушарии также отклоня­ются вправо и принимают вначале юго-западное, а затем и западное направление, а в Южном - северо-западное, переходящее в западное.

3. Полярные восточные ветры. Из полярных областей высокого давления воздух пе­ремещается в умеренные широты, принимая северо-вос­точное направление в Северном и юго-восточное - в Южном полушариях.

4. Муссоны – ветры, изменяющие свое направление по сезонам: зимой дуют с суши на море, а летом - с моря на сушу. Причина - сезонного изменения давления над сушей и при­легающей водной поверхностью океана. Под действием отклоняющего влияния вращающейся Земли летние муссоны принимают юго-восточное на­правление, а зимние - северо-западное. Муссонные ветры особенно характерны для Дальнего Востока и Восточного Китая, в меньшей мере они проявляются на восточном по­бережье Северной Америки.

Местные ветры.

Возникают из-за особенностей рельефа, неравномерности нагрева­ния подстилающей поверхности.

1. Бризы - береговые ветры, наблюдающиеся в ясную погоду на берегах водоемов. Днем они дуют с водной поверхности (морской бриз), ночью — с суши (берего­вой бриз). Днем суша нагревается быстрее, чем море. Над ней формируется область низкого давления. Воз­дух над сушей поднимается, потоки воздуха с моря уст­ремляются на его место, образуя дневной бриз. Ночью поверхность воды нагрета сильнее, чем суша. Воздух поднимается вверх, а на его место устремляется воздух с суши. Образуется ночной бриз. Он слабее.

2. Горно-долинные ветры. По той же причине дуют ветры с гор в долины и обратно. Образуются из-за того, что днем воздух над склонами становится теплее, чем в долине. Днем фёны дуют на гору, а ночью – с горы.

3. Фёны - теплые и сухие ветры, дующие по склонам гор. Влажный морской воздух поднимается над горами и проливается дождями. Затем он дует вниз с подветренной стороны гор, становится теплее и суше. Похожий ветер в Канаде и США – чинук.

4. Бора – горный холодный ветер. Холодный воздух, преодолев невысокий барьер, с огромной силой обрушивается вниз, причем при этом происходит резкое понижение температуры. В России бора особенной силы достигает в Новорос­сийске. Похож на бора мистраль, дующий зимой из Центральной Европы (область высокого давления) к Средиземноморью. Часто наносит большой ущерб сельскому хозяйству.

5. Суховеи - это сухие и знойные ветры. Они характерны для засушливых районов земного шара. В Средней Азии суховей называют самумом, в Алжире – сирокко (дующий из пустыни Сахара), в Егип­те - хатсином (хамсин) и т. д. Скорость ветра-суховея достигает 20 м/с, а температура воздуха + 40 °С. Относительная влажность при суховее резко падает и понижается до 10 %. Растения, испаряя влагу, высыхают на корню. В пустынях суховеи нередко сопровождаются пыльными бурями.

Направление и силу ветра необходимо учитывать при строительстве населенных пунктов, промышленных предприятий, жилищ. Ветер — один из важнейших источников альтернативной энергии, его используют для выработки электроэнергии, а также для работы мель­ниц, водокачек и др.

КАК ОБРАЗУЮТСЯ ВЕТРЫ