Географія. Рівень стандарту. 11 клас. Гільберг

§ 13. Процеси, що відбуваються у тропосфері

• Пригадайте, що таке погода. Назвіть показники погоди. Що таке клімат? Які чинники впливають на клімат?

ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ТРОПОСФЕРИ. Найнижчий і найщільніший шар атмосфери, у якому температура швидко знижується з висотою, називається тропосферою. Він містить до 80 % усієї маси атмосфери й простягається в полярних і середніх широтах до висот 8-10 км, а в тропіках до 16-18 км. Тут розвиваються майже всі погодоутворювальні процеси, відбувається тепло- й вологообмін між Землею й атмосферою, утворюються хмари, виникають різні метеорологічні явища, тумани й опади. Ці шари земної атмосфери перебувають у конвективній рівновазі й завдяки активному перемішуванню мають однорідний хімічний склад — молекулярний азот (78 %), кисень (21 %), вуглекислий газ (1%). У тропосфері зосереджена переважна кількість природних і техногенних аерозольних і газових забруднювачів повітря. Динаміка нижньої частини тропосфери завтовшки до 2 км сильно залежить від властивостей підстильної поверхні Землі, яка визначає горизонтальні та вертикальні переміщення повітряних мас (вітри). Це обумовлено передачею тепла від більш нагрітого суходолу, через інфрачервоне випромінювання земної поверхні, що поглинається в тропосфері переважно парами води й вуглекислого газу (парниковий ефект). Розподіл температури з висотою встановлюється в результаті турбулентного та конвективного перемішування. (Поясніть чому.)

Швидкість вітру в приземному шарі спочатку швидко зростає з висотою. Іноді в тропосфері виникають вузькі планетарні потоки (зі швидкістю понад 30 км/с): західні в середніх широтах, а поблизу екватора — східні. Їх називають струменевими течіями.

ПОГОДА. Погода — це стан атмосфери окремої місцевості, який характеризують сукупністю метеорологічних особливостей на певний час (до тижня) (мал. 57).

Мал. 57. Основні показники погоди

Наука, що вивчає зміни основних показників стану повітря, називається метеорологією. Спостереження за погодою ведуть на метеорологічних станціях за допомогою спеціальних приладів. Такі станції розміщені на поверхні всієї земної кулі.

Температура повітря характеризує тепловий стан атмосфери й вимірюється в градусах Цельсія (°С) в Україні, а в деяких країнах світу — за шкалою Фаренгейта (°F). Тому доцільно вміти перетворювати температуру зі шкали Фаренгейта в градуси Цельсія: °С = (°F - 32) : 1,8. Вона визначає умови формування та характер погоди й залежить від кута падіння сонячних променів. На температуру також впливають прозорість атмосфери, хмарність, напрямок вітру, опади тощо. Різницю між найвищою і найнижчою температурами повітря називають амплітудою коливань температур. Розрізняють добову амплітуду — різницю між найвищою і найнижчою температурою протягом доби, місячну — різницю середніх температур діб протягом місяця, річну — різницю між найтеплішим і найхолоднішим місяцями року. Річні амплітуди коливань температур збільшуються від екватора до полюсів. На екваторі вони становлять близько 1 °С, на широті Києва — 27,7 °С.

Атмосферний тиск — сила, з якою повітря тисне на земну поверхню. Тиск вимірюється за допомогою барометра. Одиницею вимірювання атмосферного тиску є міліметр ртутного стовпа або мілібар. Середня величина атмосферного тиску над рівнем моря («нормальний тиск») — близько 760 мм рт. ст.

Одиницею вимірювання атмосферного тиску в міжнародній системі одиниць є Паскаль (Па), який еквівалентний 0,01 мб; числова величина атмосферного тиску в гектопаскалях (гПа) дорівнює числовий величині в мілібарах, тобто 760 мм = 1013 мб = 1013 гПа. З висотою тиск знижується на кожні 100 м підйому на 10 мм рт. ст. Це явище характерне тільки для нижніх шарів тропосфери. Розподіл атмосферного тиску впливає на переміщення тепла й вологи, швидкість і напрямок вітру, розвиток циклонів й антициклонів. (Поясніть як саме.)

Вітер — горизонтальний рух повітря з області високого тиску в область низького. Вітер характеризується швидкістю (вимірюється в м/с, км/год), напрямком, який визначають за стороною горизонту, звідки він дме. Вітер зі швидкістю 5-8 м/с вважається помірним, до 15 м/с — сильним, більше 20-25 м/с — штормовим, понад 30 м/с — ураганом. Бризи — це вітри з добовим періодом, які дмуть по берегах морів і великих озер. Бриз удень дме на суходіл, уночі — навпаки. Мусони — влітку спрямовані з океану на суходіл, узимку — навпаки. Пасати — постійні вітри помірної сили (у середньому 5-8 м/с), що дмуть із субтропічних антициклонів у бік екватора.

Вологість повітря — це вміст водяної пари в повітрі. Вона вимірюється в грамах на метр кубічний (г/м3). Вологість повітря залежить від температури: що вища температура повітря, то більше водяної пари в ньому. Абсолютна вологість — це кількість водяної пари в грамах, яка може міститися на 1 м3 повітря за даної температури. Відносна вологість — відношення фактичного вмісту водяної пари в повітрі до можливого за даної температури, виражене у відсотках. Вимірюють відносну вологість приладом, який називають гігрометром.

В Україні відносна вологість змінюється за сезонами: улітку вона є нижчою, узимку — вищою. Вологість має велике значення для розвитку рослин.

Хмарність — це ступінь покриття небосхилу хмарами. Залежить від температури повітря. Хмари — скупчення зважених в атмосфері дрібних крапель води або кристалів льоду. Є кілька десятків видів хмар. Найчастіше трапляються перисті (утворюються на висоті понад 6000 м, складаються з кристалів льоду, які за формою нагадують пір'я птаха), шаруваті (розташовані на висоті близько 0,2-2 км, що покривають щільною пеленою небо), купчасті (утворюються на висоті 2-3 км, нагадують шматки вати, розкиданої по небу).

Хмарність визначають у балах — від 0 (за ясного неба) до 10 (небо суцільно затягнене хмарами). Середня хмарність Землі — 5,5 бала, над материками вона менша, над океанами — більша. Хмарність впливає на інші показники погоди, зокрема на температуру. (Поясніть чому.)

• Людям яких професій необхідно враховувати стан погоди?

Атмосферні опади — це вода, що випадає з хмар або безпосередньо з повітря в рідкому або твердому станах. До рідких опадів належать дощ, роса, туман. До твердих — сніг, град, іній. Вимірюють кількість опадів шаром води (у мм), який утвориться, якщо вода, що випала, не стікає і не випаровується.

СИНОПТИЧНА КАРТА. Наукові передбачення погоди потребують великої кількості даних, глибоких знань і найсучаснішої техніки. Щоб скласти прогноз погоди, наприклад, для Києва на три доби, необхідно мати відомості про основні показники її стану з метеостанцій усієї Північної півкулі, а на 5-7 діб — з усієї Землі. Показники стану повітря взаємопов'язані, тому зміни будь-якого з них спричиняють зміни інших. Знаючи ці закономірності, можна прогнозувати погоду на найближчий час і на майбутнє.

Синоптична карта — карта погоди, на якій значками й цифрами показані результати спостережень на мережі метеорологічних станцій (мал. 58). На картах у пунктах спостереження (на метеостанціях) відзначають атмосферний тиск, температуру та вологість повітря, вітер, хмарність, кількість і вид опадів, видимість, тумани, хуртовини, грози та інші метеорологічні елементи. Ізолініями (ізобарами) показують атмосферний тиск, виділяють області циклонів, антициклонів, теплі й холодні атмосферні фронти. За змістом розрізняють приземні й висотні синоптичні карти. Приземні карти поділяють на основні (позначають переважно метеорологічні показники для великих територій або півкуль) і кільцеві (складають через короткі інтервали часу на обмежені райони, головним чином для обслуговування авіації). Масштаби карт варіюються від 1:30 000 000 для всієї земної кулі до 1:2 500 000 — для окремих районів.

Дізнайтеся більше

У 1863 р. директор Паризької обсерваторії Урбен Ле Верр'є вперше у світі розпочав укладати метеопрогнози на основі збору даних з метеостанцій.

Мал. 58. Синоптична карта (фрагмент)

КЛІМАТ. КЛІМАТОТВІРНІ ЧИННИКИ. Клімат — багаторічний режим погоди на певній території. Погоду в будь-який момент часу характеризують певні показники температури, вологості, напрямку і швидкості вітру. В окремих типах клімату погода істотно змінюється кожного дня або залежно від сезонів, в інших — залишається майже незмінною.

Вирізняють три основні кліматотвірні чинники (мал. 59).

Мал. 59. Основні кліматотвірні чинники

Географічна широта впливає на кількість сонячної радіації — джерело енергії всіх процесів, що відбуваються в атмосфері. Нахил осі Землі зумовлює сезонність клімату й формування теплових поясів. На тепловий режим впливають тривалість сонячного сяйва, прозорість атмосфери, вміст у ній вологи, хмарність тощо.

Підстильна поверхня враховує співвідношення суходолу й акваторій. Так, переважання величезних ділянок суходолу впливає на температурний режим території, її зволоження, на формування над нею областей високого тиску залежно від пори року, на ступінь континентальності клімату. Величезне значення має також рельєф (наприклад, напрямок і висота хребтів, експозиція схилів). Рослинний покрив послаблює добову амплітуду температури, а сніговий покрив під час танення снігу поглинає багато енергії.

Циркуляція атмосфери є похідною від перших двох чинників і самостійним чинником, оскільки мова йде про постійні глобальні переміщення мас повітря з властивими їм фізичними характеристиками.

Повітряні маси постійно рухаються, змінюють свої властивості, але між ними залишаються різкі межі — перехідні зони завширшки кілька десятків кілометрів. Ці прикордонні зони називають атмосферними фронтами. Коли фронт проходить через будь-яку місцевість, то над нею змінюються повітряні маси, і як наслідок — погода.

Для середніх широт характерні фронтальні опади. Атмосферний фронт розглядають як перехідну зону між двома повітряними масами з різними фізичними властивостями. Холодне повітря перебуває поряд з теплим і під ним у вигляді пологого клину. При цьому тепле повітря піднімається угору по клину холодного повітря й охолоджується, наближуючись до стану насичення. У ньому виникають хмари, з яких випадають опади. Якщо фронт переміщується в бік відступаючого холодного повітря, настає потепління, такий фронт називають теплим. Холодний фронт, навпаки, насувається на територію, зайняту теплим повітрям.

ЦИКЛОНИ Й АНТИЦИКЛОНИ. У тропосфері середніх і високих широт постійно утворюються області низького й високого атмосферного тиску діаметром кілька тисяч кілометрів. Циклон — область низького тиску атмосфери (Н); антициклон — область високого тиску атмосфери (В) (мал. 60). У центрі циклона — найнижчий тиск, у центрі антициклона — найвищий.

Мал. 60. Схема руху повітряних мас у циклоні (а) й антициклоні (б) в Північній півкулі

У кожному циклоні й антициклоні повітря рухається у вигляді великого вихру. У Північній півкулі ці оберти повітря в циклонах відбуваються проти годинникової стрілки, а в антициклонах — за годинниковою стрілкою. Швидкість вітру в циклонах може бути значною. В антициклонах вітри слабші, у внутрішній частині спостерігаються навіть штилі.

Упродовж року в тропосфері виникають сотні циклонів й антициклонів. У Північній півкулі панує переміщення їх із заходу на схід. При проходженні циклона відбувається зміна повітряних мас, і, відповідно, змінюється температура та вологість повітря, збільшується хмарність, випадають опади. Під час антициклону хмарність зазвичай невелика, і суттєвих опадів не випадає, оскільки переважають низхідні рухи повітря.

КЛІМАТИЧНА КАРТА. КАРТА КЛІМАТИЧНИХ ПОЯСІВ. Кліматичні карти — географічні тематичні карти, на яких за допомогою умовних знаків показано особливості певної території. Ці карти складають за результатами багаторічних спостережень (мал. 61).

Мал. 61. Карта кліматичних поясів

• За картою (мал. 61) з'ясуйте, у якому кліматичному поясі розташована Україна.

Виділяють 13 кліматичних поясів, які майже симетрично змінюються щодо екватора. Помірний, субтропічний і тропічний кліматичні пояси поділяють на кліматичні області, що формуються завдяки чергуванню на земній поверхні материків та океанів.

Кліматичні пояси — величезні території, у межах яких основні показники клімату майже однакові. Розрізняють такі кліматичні пояси: основні — характеризуються пануванням протягом року одного типу повітряних мас: один екваторіальний, два тропічні, два помірні, арктичний, антарктичний; перехідні — характеризуються зміною повітряних мас двічі на рік: два субекваторіальні, два субтропічні, субарктичний, субантарктичний.

Кліматична область — частина кліматичного поясу, для якої є характерним певний тип клімату. Основна причина їх утворення — чергування на земній поверхні материків й океанів. У межах кліматичних областей виділяють підобласті.

У гірських областях формується висотна кліматична поясність унаслідок того, що з висотою температура знижується. (Поясніть чому.)

Повну картину зміни кліматичної зональної висотної поясності можна спостерігати у великих гірських масивах, екваторіальних і тропічних широтах.

Висотна поясність, або висотна зональність, — це послідовна зміна природних зон і ландшафтів зі збільшенням висоти над рівнем моря.

Висотний пояс, або зона висотної поясності, — однорідна за природними умовами смуга. Може бути переривчастою. Високо в горах формується високогірний клімат. Він характеризується низьким атмосферним тиском, певними температурою та вологістю повітря, прозорістю та чистотою повітря, підвищеною сонячною радіацією, часто гірсько-долинними вітрами. Кількість опадів залежить від експозиції схилів. (Поясніть чому.)

ХАРАКТЕРИСТИКА ТИПІВ КЛІМАТУ ЗА КЛІМАТОГРАМАМИ. Характеристику особливостей кліматичних поясів наведено в таблиці 5.

Таблиця 5. Кліматичні пояси Землі

Кліматичний пояс

Циркуляція атмосфери

Тиск, температура, режим і кількість опадів

Екваторіальний

Панують екваторіальні повітрянімаси. Переважають висхідні рухи повітря

Низький атмосферний тиск. Високі середні температури повітря (+26 ... +28 °С) протягом року. Велика кількість опадів (2000-3000 мм на рік)

Субекваторіальний

Улітку панують екваторіальні повітряні маси, узимку — тропічні

Два чітко виражені кліматичні сезони: вологий (панують екваторіальні повітряні маси) та сухий (переважають тропічні повітряні маси)

Тропічний

Панують тропічні повітряні маси. Переважають низхідні рухи повітря. Переважаючі вітри — пасати

Високий атмосферний тиск. Високі середні температури повітря (улітку +30 °С, узимку +15...+16 °С). Мінімальна кількість опадів, які розподіляються нерівномірно

Субтропічний

Улітку панують тропічні повітряні маси, узимку — помірні

Зміна кліматичних сезонів: літо сухе і спекотне, зима прохолодна й волога

Помірний

Панують помірні повітряні маси. Переважають вітри з океанів на суходіл. Утворюються фронтальні процеси, циклони, антициклони

Чітко виражені чотири пори року. Значні амплітуди температур найтеплішого й найхолоднішого місяців року. Кількість опадів залежить від віддаленості території від океану. У цих поясах, особливо в північному, виділяють кілька різновидів клімату: морський, континентальний, різкоконтинентальний та мусонний, що пов'язано з розташуванням території на узбережжі або всередині материка

Субарктичний і субантарктичний

Улітку панують помірні повітряні маси, узимку — арктичні (антарктичні).

Літо коротке, відносно вологе, прохолодне, зима сувора й суха

Арктичний і антарктичний

Арктичні (антарктичні) повітряні маси. Переважають північно-східні (південно-східні) вітри

Високий атмосферний тиск. Від'ємні середні температури повітря протягом року. Незначна кількість опадів. Сталий сніговий покрив

• Пригадайте, як читати кліматограму (мал. 62).

Мал. 62. Елементи кліматограми

• Користуючись даними таблиці 5 та картою кліматичних поясів (мал. 61 на с. 79), з'ясуйте типи клімату, для яких характерні подані кліматограми (мал. 63).

Мал. 63. Кліматограми різних типів клімату

ВПЛИВ АТМОСФЕРИ НА ЛІТОСФЕРУ: ВИВІТРЮВАННЯ, РЕЛЬЄФОУТВОРЕННЯ. Атмосфера починається там, де закінчується літосфера. Тому між цими оболонками існує тісний взаємозв'язок.

Фізичне вивітрювання — руйнування мінералів і гірських порід під впливом сонячної енергії.

Різких змін температури повітря не витримують навіть дуже тверді гірські породи. Вони то розширюються під час нагрівання, то стискаються внаслідок охолодження. Через це відламуються великі брили, уламки яких поступово перетворюються на щебінь, пісок і пил.

• Пригадайте, що таке вивітрювання.

Зовнішні процеси, які відбуваються під впливом сонячної радіації, сили ваги, діяльності живих організмів та людини впливають на формування рельєфу. Вони спричиняють утворення ярів, балок, річкових долин, печер, горбів і пасм різної форми.

Великий внесок у формування рельєфу належить роботі вітру. Вітер створює форми рельєфу, які нагадують колони, стовпи, гриби, також ніші в горах. Увесь подрібнений матеріал вітер переносить на великі відстані й відкладає, створюючи, зокрема, бархани (піщані горби серпоподібної форми заввишки 200-500 м у пустелях) і дюни (піщані горби, вали та пасма, нанесені вітром, заввишки 100 м на піщаних берегах морів, озер, річок).

КЛІМАТИЧНІ УМОВИ ЯК ЧИННИК РОЗСЕЛЕННЯ Й РОЗТАШУВАННЯ ВИРОБНИЦТВА ТА ІНФРАСТРУКТУРНИХ ОБ'ЄКТІВ. Клімат має винятково великий вплив на розселення, життя й господарську діяльність людей. Особливості розселення людей з перших етапів становлення людського суспільства обмежувалися чинниками природного середовища та кліматом. Для комфортного життя людини величезне значення мають тепло та волога, рельєф, родючість ґрунту тощо. Люди здавна заселяли території зі сприятливим кліматом і багатими природними ресурсами.

Більша частина населення Землі живе в помірному, субтропічному та субекваторіальному кліматичних поясах Північної півкулі (60 %). Слабо заселені холодні й посушливі райони Землі. (Поясніть чому.)

• З'ясуйте, які регіони України мають найбільшу густоту населення. Чи вплинув на це клімат?

Найбільш заселеними є рівнини (до 500 м над рівнем моря), але вони займають лише 28 % суходолу. Гірські райони заселені слабше, за винятком окремих країн (наприклад, Мексика), де велика частина населення живе на висоті понад 1000 м над рівнем моря (мал. 64).

Мал. 64. Розподіл населення Землі за абсолютною висотою над рівнем моря

Ще в давні часи люди селилися ближче до моря. Це давало можливість добувати їжу та вести господарську діяльність, пов'язану з морським промислом. Половина всіх жителів Землі (50 %) живе на території, віддаленій від морів й океанів на 200 км (мал. 65).

Мал. 65. Розподіл населення землі за відстанню від моря

Клімат території є важливим чинником життєдіяльності населення, він визначає його побут, трудову діяльність, відпочинок, стан здоров'я. Вирішення багатьох соціально-економічних питань значною мірою залежить від правильності оцінки кліматичних умов.

Людина адаптується до несприятливих кліматичних умов. Значною мірою їй у цьому допомагає розвиток сучасного виробництва, техніки, вдосконалення способів захисту від несприятливих впливів клімату. У районах із суворим кліматом різко зростають матеріальні витрати на забезпечення нормальних умов для життя й господарської діяльності людей. Регіони зі сприятливими для людини кліматичними умовами використовують для оздоровлення, створюючи кліматичні курорти.

• На розвиток яких видів економічної діяльності впливає клімат?

Клімат ураховують під час будівництва, роботи транспорту, але особливо важливий він для сільськогосподарського виробництва, для якого є однією з найважливіших умов. Тому велике значення має виробнича оцінка клімату, тобто встановлення ступеня відповідності клімату тим вимогам, які необхідні для певного виду діяльності або напряму господарювання. (Поясніть чому.)

Клімат визначає також розвиток промислового виробництва. Він є важливим чинником для промислового виробництва в районах з екстремальними природними умовами. Необхідність їхнього освоєння потребує додаткових витрат на енергетику, опалення, освітлення (наприклад, у північних районах). З кліматом і його коливаннями пов'язані геліо- й вітроенергетичні ресурси. Знання про клімат необхідні для здійснення промислових розробок невідновлюваних і відновлюваних ресурсів.

На роботи з розвідування й видобування палива (нафти, газу та вугілля) впливають майже всі кліматичні чинники, при цьому ускладнюючи цей процес. Через суворі кліматичні умови видобування корисних копалин у північних широтах украй складне й дороге, тому деякі багаті на корисні копалини родовища в цих регіонах не розробляються.

Відкриваємо Україну

Першу в Україні метеорологічну станцію створив Василь Каразін у 1809 р. (с. Кручик, Харківської області).

Клімат впливає і на лісове господарство. Потепління на 0,5-0,6 °С викликає підвищення лінії лісів приблизно на 100 м. Північні ліси ростуть повільно. Підвищення концентрації СО2 вдвічі призведе до знищення 40 % північних лісів. У результаті парникового ефекту великі зони Землі стануть непридатними для рослинності. Крім того, підвищення температури може призвести до інтенсивного розмноження шкідників лісу, отже, і до його загибелі.

Гідроенергетичний потенціал території, повноводність річкових басейнів, льодостав, періоди межені та повені безпосередньо пов'язані з кліматом. Кліматичний чинник може ускладнювати роботу окремих видів транспорту. Наприклад, складні метеоумови — звичайна причина скасування польотів; у північних районах — річкова й морська навігація триває лише короткий літній період, снігові замети або повені виводять з ладу автодороги й залізничні магістралі.

Вплив глобальної зміни клімату на транспорт пов'язаний з підвищенням кількості стихійних лих, зростання повеней, що призведе до ризиків руйнування транспортних шляхів і необхідності витрат на їхнє відновлення; зміни режимів річкового судноплавства внаслідок зменшення водності річок.

ЗАПАМ’ЯТАЙТЕ: стисло про головне

  • Тропосфера — нижній шар атмосфери планети, у якому температура знижується з висотою. Тут відбуваються погодоутворювальні процеси, тепло- й вологообмін між Землею й атмосферою, утворюються хмари, виникають різні метеорологічні явища.
  • Стан атмосфери окремої місцевості, що характеризують сукупністю метеорологічних особливостей на певний час, називають погодою. За результатами спостережень на мережі метеорологічних станцій створюють синоптичні карти.
  • Багаторічний режим погоди називають кліматом. Виділяють три основні кліматотвірні чинники: географічна широта, підстильна поверхня, циркуляція атмосфери. На земній кулі є основні та перехідні кліматичні пояси.

Знаю і вмію обґрунтувати

  • 1. За якими показниками визначають стан погоди?
  • 2. Яка наука вивчає зміни показників стану погоди?
  • 3. Де насамперед людина у своїй діяльності повинна враховувати зміни стану погоди?
  • 4. Улюблена тема розмов англійців — про погоду. Із чим це пов'язано? Поясніть, чому Велику Британію називають «туманним Альбіоном».
  • 5. Як атмосфера впливає на рельєф?
  • 6. Накресліть кліматограму для місцевості, у якій ви живете.

Працюю з картою

Нанесіть на контурну карту кліматичні пояси, кліматограми яких подано на с. 81 (мал. 63).

Шукаю в Інтернеті

Чому сьогодні головними «помічниками» в складанні прогнозів погоди стали космічні супутники? Відповідь підготуйте, користуючись додатковими інтернет-джерелами.

Генерую ідеї

Чому клімат степів, розміщених на берегах Чорного й Азовського морів, такий само континентальний і сухий, як у степах материка, розміщених на великій відстані від океанів і морів?

ПРАКТИЧНА РОБОТА № 5

Тема: Визначення середніх температур та амплітуд їхніх коливань за добу, місяць, рік. Аналіз рози вітрів

1. Використовуючи дані календарів погоди вашої місцевості або дані сайту http://rp5.ua/ за попередні роки, визначте:

а) середню температуру та амплітуду коливань за добу, місяць, рік;

б) накресліть розу вітрів за місяць, рік.

2. Сформулюйте висновок.