Атмосферна циркуляція, підстильна поверхня, їх взаємодія

Державні вимоги до рівня загальноосвітньої підготовки

Учень/учениця:

• називає основні кліматотвірні чинники, кліматичні показники, типи повітряних мас;

• наводить приклади небезпечних погодних явищ та їх наслідків;

• формулює поняття «повітряна маса», «атмосферна циркуляція», «атмосферний фронт», «циклон», «антициклон»;

• характеризує напрямки руху атмосферних фронтів, циклонів та антициклонів;

• визначає за кліматичною картою особливості розподілу температури повітря та опадів;

• пояснює дію кліматотвірних чинників.

Повітряні маси та їх властивості. У нижній частині атмосфери — тропосфері постійно формуються та переміщуються повітряні маси, що суттєво впливає на перерозподіл температури повітря й атмосферних опадів. Повітряна маса — це велика рухома частина тропосфери, яка має свої властивості (температуру, вологість, прозорість тощо).

Властивості повітряної маси залежать від характеру поверхні, над якою вона була сформована. Температура повітря залежить від географічної широти у зв’язку з розподілом сонячної радіації та альбедо. Типи повітряних мас одержали свої назви саме за широтами їх формування: екваторіальні, тропічні, помірні, арктичні й антарктичні. Сформовані над материком чи океаном повітряні маси відрізняються своєю вологістю та сезонними амплітудами коливання температур. Тому усі типи повітряних мас (окрім екваторіальних) бувають морськими та континентальними. Морські повітряні маси характеризують значна вологість і невисокі сезонні амплітуди температури: взимку вони достатньо теплі, а влітку прохолодні. Континентальні повітряні маси сухі та мають значні сезонні коливання температури: взимку вони дуже холодні, а влітку спекотні.

Повітряні маси, що впливають на клімат України. У зв’язку з географічним положенням України на формування її клімату впливають повітряні маси, що надходять із помірних, арктичних і тропічних широт.

Майже на всій території країни протягом року панують помірні повітряні маси. Над Атлантичним океаном формуються морські помірні повітряні маси. Внаслідок інтенсивного випаровування з поверхні океану вони насичуються вологою. Оскільки океан нагрівається й охолоджується повільніше за сушу, взимку морські помірні маси достатньо теплі, а влітку — прохолодні. їх надходження на материк зумовлює значну кількість опадів. Узимку морське повітря несе відлигу з туманами та мокрим снігом, а влітку — прохолодну дощову погоду. Але чим далі від узбережжя океану, тим ці властивості слабшають. Над центром Євразії формуються континентальні помірні повітряні маси. їх надходження зумовлює суху погоду з сильними морозами зимою та значною спекою влітку.

Типи повітряних мас, які впливають на клімат України

Арктичні повітряні маси, які формуються у полярних широтах північної півкулі, холодні та сухі протягом року, а також дуже прозорі. Тому, приходячи в Україну з поривами північного вітру, приносять стрімке похолодання і відсутність опадів. При цьому температура за короткий проміжок часу може знизитися на 10-12 °С. Навесні та восени це спричиняє заморозки.

Тропічні повітряні маси здатні приходити в Україну переважно влітку з Центральної Азії або Північної Африки. Сформовані у тропічних широтах, ці маси характеризуються високою температурою. Тропічні маси, що надходять в Україну, — континентального типу. Тому це сухе повітря з низькою вологістю та сильно запилене. Прихід цих повітряних мас обумовлює стрімке підвищення температури повітря та тривалу посуху. На Південному березі Криму континентальне тропічне повітря панує щоліта. Останнім часом у зв’язку з глобальним потеплінням тропічне повітря просувається далеко на північ України, зумовлюючи сильну спеку майже повсюдно.

Переміщення повітряних мас. Головною причиною формування різних типів повітряних мас є нерівномірність нагрівання земної поверхні сонцем. У зв’язку з цим на Землі сформувалися області постійного атмосферного тиску, що змінюються почергово: низький — на екваторі, високий — у тропіках, низький — у помірних широтах, високий — на полюсах. У зв’язку з різницею тиску повітряні маси перебувають у постійному русі, пересуваючись із поясів високого тиску до низького. Тобто відбувається атмосферна циркуляція — горизонтальні та вертикальні переміщення повітряних мас.

Види атмосферної циркуляції

Вітер є однією із форм атмосферної циркуляції — горизонтальним переміщенням повітряним мас. Вам уже відомі з попередніх років навчання, як формуються постійні та сезонні вітри.

На клімат України впливає постійній вітер помірних широт — західне перенесення. Він формується під впливом області високого тиску в районі північного тропіка на захід від Африки, яку називають Азорський максимум. Звідси повітря спрямовує свій рух у помірні широти, де тиск низький. Західне перенесення переміщує в Україну морські помірні повітряні маси з Атлантичного океану.

Переміщуючись, повітряні маси приносять свої властивості на чималі території, але й самі, потрапляючи в інші широти та на іншу підстильну поверхню, змінюються — трансформуються (з латини — перетворення). Набуваючи нових властивостей від іншої поверхні, поступово змінюється їх температура і вологість. Наприклад, морські повітряні маси, просуваючись над Європою, поступово віддають через опади свою вологу. Влітку вони поступово нагріваються від розігрітого сонцем материка, а взимку відповідно охолоджуються від переохолодженого суходолу. Так морські повітряні маси трансформуються у континентальні. Тому в Україні температура повітря змінюється не лише з півночі на південь, але й із заходу на схід. Із віддаленням від Атлантичного океану з його потужною теплою течією Гольфстрім вглиб материка зимові температури знижуються, а літні — зростають.

Атмосферні фронти. З постійним переміщенням повітряних мас пов’язане формування атмосферних фронтів, які виникають під час зіткнення двох різних за властивостями повітряних мас. Отже, атмосферний фронт (з латини фронт — передня сторона, лоб) — це межа між двома повітряними масами з різними властивостями.

Найчастіше вони утворюються на стику теплих і холодних повітряних мас. Якби повітряні маси не рухалися, лінія фронту розміщувалася б горизонтально. Знизу лежало б важке холодне повітря, зверху — легке тепле. Але оскільки обидві маси рухаються, межа між ними розміщується похило: під кутом близько 1° до земної поверхні. Ширина фронту може досягати кількох десятків кілометрів, довжина — кілька сотень кілометрів, а висота — найчастіше 3-5 км. Коли атмосферний фронт проходить над якоюсь територією, над нею змінюються одні повітряні маси на інші. Відповідно змінюється і погода.

Якщо різниця температури між двома сусідніми повітряними масами незначна, фронти малорухомі. Їх називають стаціонарними. Погода в них характеризується слабкими вітрами та незначними опадами.

Якщо різниця температур велика, фронт пересувається швидко. Залежно від того, яке саме (тепле чи холодне) повітря наступає, розрізняють фронт холодний і теплий.

Якщо наступає холодне повітря і витісняє тепле з певної території, виникає холодний фронт. При цьому важке холодне повітря знизу підтікає під легке тепле. Останнє, в свою чергу, підіймається вгору. На лінії холодного фронту формуються купчасто-дощові хмари. Це викликає похолодання, яке влітку супроводжується зливовими дощами, градом, посиленням вітру, а взимку — сильними хуртовинами.

Теплий атмосферний фронт формується, коли наступає тепле і вологе повітря на територію, зайняту холодним. Тепле повітря легке, тому воно повільно натікає зверху на клин холодного. При цьому утворюються шаруваті хмари, які зумовлюють тривалі мрячні опади.

Фронт між арктичними та помірними повітряними масами називається арктичним. Між помірними та тропічними повітряними масами утворюється помірний фронт. Залежно від пори року вони переміщуються над територією України, викликаючи нестійку погоду з опадами.

Атмосферні фронти не існують постійно. Вони виникають, активізуються, розмиваються і потім зовсім зникають.

Циклони й антициклони. Характер погоди в Україні визначається частою зміною циклонів та антициклонів. На лінії атмосферного фронту часто виникають циклони. Циклон (з грецької — той, що обертається) — вихороподібний рух повітря величезного діаметру зі зниженим атмосферним тиском у центрі та високим на периферії.

Циклон виникає тоді, коли тепле повітря вклинюється в холодне. Повітря починає стікатися від периферії до центру.

У зв’язку з осьовим обертанням Землі у північній півкулі повітря у циклоні рухається проти годинникової стрілки, у південній — за її рухом. Швидкість повітря сягає 30-40 км/год. Діаметр циклона становить 1-3 тис. км.

Фотографія циклону

Ознаки циклональної погоди: посилення вітру, уздовж теплого фронту переважають обложні опади, холодного — зливи з грозами. Такий стан погоди швидко змінюється. Влітку циклони приносять із дощами похолодання, взимку навпаки — снігопади та відлигу. Циклони, що надходять в Україну, формуються над Атлантичним океаном у районі острова Ньюфаундленд. Протягом року західне перенесення приносить на території держави в середньому 45 циклонів, які зумовлюють 130 діб із нестійкими погодними умовами.

Антициклон є повного протилежністю циклону. Антициклон є вихороподібним рухом повітря з високим атмосферним тиском у центрі та низьким на периферії.

Повітря рухається від центру до периферії за годинниковою стрілкою у північній Півкулі, проти — у південній. Швидкість менша, ніж у циклона: до 30 км/год. Часто антициклон може надовго залишатися нерухомим. Діаметр велетенського атмосферного вихору становить 3-4 тис. км. Ознаки антициклональної погоди — це ясна малохмарна погода, майже відсутність вітру, немає опадів, тривалий стійкий стан погоди.

Картосхема центрів формування антициклонів

Антициклони формуються над континентом. На територію України вітри східного напрямку приносять до 35 антициклонів на рік, що спричиняє безхмарну суху погоду протягом 230 діб. Улітку під час панування антициклону переважає спека. Це може спричиняти лісові пожежі, у містах — густі смоги. У зимовий період антициклони приносять сильні морози.

Особливості атмосферної циркуляції в Україні. На атмосферну циркуляцію над територією України впливає вісь О. Воєйкова — смуга підвищеного атмосферного тиску, вперше помічена російським кліматологом Олександром Воєйковим ще у XIX ст. Вона тягнеться з півночі Піренейського півострова в Європі до озера Байкал у Росії. Через територію України вона пролягає приблизно над містами Балта — Кропивницький (Кіровоград) — південніше Полтави та Харкова.

Зимою вісь Воєйкова посилюється внаслідок взаємодії постійної області підвищеного атмосферного тиску у тропічних широтах Азорського максимуму над Атлантичним океаном та сезонного Азіатського максимуму над центром Євразії, що виникає внаслідок низхідних потоків повітря над переохолодженим материком. Улітку вісь дещо послаблюється, існуючи лише за рахунок виступу азорської області високого тиску через те, що над центром нагрітого материка влітку панують висхідні потоки повітря і формується сезонна область низького тиску Азіатський мінімум.

Вісь О. Воєйкова затримує західне перенесення, тому впливає на перерозподіл тепла і вологи північно-західної та південно-східної частин України. На північ від неї переважають західні вітри з Атлантичного океану, а на південь — сухі східні вітри.

Вплив підстильної поверхні на атмосферну циркуляцію в Україні. На атмосферну циркуляцію над нашою державою суттєво впливає рельєф.

Карпати та Кримські гори затримують морське вологе повітря, що надходить із Атлантичного океану з західним перенесенням. Тому західні схили гір сильніше зволожені: вони одержують понад 1500 мм опадів на рік. Навіть Приазовська та Середньоруська височини, а також Донецький кряж одержують дещо більше опадів, ніж прилеглі до них низовини.

Гори також впливають на температурний режим розміщених за ними рівнин. Вони їх затуляють від проникнення з півночі холодного арктичного повітря: Карпати — Закарпатську низовину, Кримські гори — Південний берег Криму, де від’ємні температури повітря трапляються нечасто.

Рівнини ж легко пропускають з півночі та півдня повітряні маси з різними властивостями, що викликає часті зміни погоди.