Природничі науки. 2 частина. 11 клас. Гільберг

Клімат

Багаторічний режим погоди певної місцевості, зумовлений сонячною радіацією, її перетворенням і пов’язаною із цим загальною циркуляцією атмосфери й океану називають кліматом. У самому визначенні поняття «клімат» названо чинники його формування. Перш ніж розглядати чинники формування клімату та його особливості, необхідно вказати на те, що взаємодію всіх оболонок планети розглядають як кліматичну систему. Кліматична система — це атмосфера, гідросфера, літосфера, кріосфера та біосфера, що мають різні фізичні властивості й постійно взаємодіють.

Виокремлюють три основні кліматотвірні чинники. Це — сонячна радіація, підстильна поверхня, циркуляція атмосфери (мал. 9.5).

Мал. 9.5. Від чого залежить клімат Землі

Кількість сонячної радіації — джерело енергії всіх процесів, що відбуваються в атмосфері. Обертальний рух Землі (за збереження кута нахилу осі Землі до площини екліптики) зумовлює розподіл сонячної радіації на різних географічних широтах, сезонність клімату й формування теплових поясів. Тепловий режим яких визначають тривалість сонячного освітлення, прозорість атмосфери, уміст 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 тиску залежно від пори року, на ступінь континентальності клімату. Величезне значення має також рельєф. Рослинний покрив послаблює добову амплітуду коливань температури, а сніговий покрив під час танення снігу поглинає багато енергії.

Циркуляція атмосфери є похідною від перших двох чинників і самостійним найважливішим чинником кліматотворення. Оскільки йдеться про постійні глобальні переміщення величезних мас повітря з набутими, властивими їм фізичними характеристиками, що можуть змінити повністю клімат, наприклад, на території Індії, Індокитаю — з тропічного на субекваторіальний.

Важливою рисою циркуляції повітря є безперервна мінливість, що створює враження хаотичності. Проте повітряні течії підпорядковані певним закономірностям.

Причиною повітряних течій є різниця атмосферного тиску в сусідніх ділянках. В екваторіальній смузі нагріте й насичене вологою повітря стає легким і піднімається. Над полюсами холодне й сухе повітря як важке опускається й наче притискується до Землі. Тому на однаковій висоті над екватором тиск вищий, ніж над полюсами. У приземному шарі тропосфери тиск розподілено інакше. У полярних регіонах він вищий, в екваторіальній смузі знижений і змінюється від полюсів до екватора нерівномірно. У приземному шарі його розподіл зумовлено неоднаковим нагріванням суші й моря, нерівностями рельєфу, які затримують рух повітря, тощо. У результаті в одні місця повітря надходить, з інших — відтікає. Так утворюються зони високого й низького тиску. Вони розташовані над поверхнею Землі так, що утворюють уздовж паралелей смуги високого й низького тиску, які чергуються по широті (мал. 9.6) і які переміщуються влітку — на північ, узимку — на південь.

Мал. 9.6. Планетарна схема розподілу атмосферного тиску на Землі та переміщення повітряних мас

Різниця тисків атмосферних повітряних мас між екватором і полюсами змушує маси повітря рухатися з пришвидшенням від ділянок високого до ділянок низького тиску — від екваторіальної зони до полюсів. Але на цей рух відразу ж починає діяти сила Коріоліса, яка відхиляє повітряні маси в Північній півкулі праворуч, а в Південній — ліворуч. Зі збільшенням широти збільшується відхилення. Зрештою повітря починає рухатися вздовж паралелей із заходу на схід і набуває сталої швидкості.

Винятково велика роль циркуляції атмосфери у зволоженні материків. Вона зумовлює перенесення водяної пари з океанів на материки, і з одних широтних зон в інші.

У низьких широтах найважливішою особливістю циркуляції атмосфери, яка впливає на клімат, є пасати — стійкі вітри, що майже не змінюють свого напрямку протягом року. Зона пасатів є областю інтенсивного випаровування з океанів і нагрівання повітря на материках (мал. 9.7, а).

Мал. 9.7: а — пасати; б — мусони; в — бризи: що спільного і що відмінне?

Важливим чинником формування клімату в тропічних широтах є мусони — стійкі сезонні повітряні течії загальної циркуляції атмосфери з різкою зміною переважного напрямку вітру на протилежний від зими до літа та від літа до зими. Класичним районом тропічних мусонів є басейн Індійського океану (мал. 9.7, б).

Унаслідок різних теплоємностей, а отже й ступеня нагрівання поверхні суходолу й вод виникають бризи — вітри узбереж морів і великих озер, що двічі на добу змінюють напрямок на протилежний. Нічний (береговий) бриз дме з боку охолодженого суходолу, у бік водойми, денний (морський) бриз — з боку ще холодної водойми в бік нагрітого суходолу. Вони охоплюють шар повітря в сотні метрів і проникають углиб суходолу (моря) на кілька чи десятки кілометрів. Бризи характерні для західних узбереж у тропічних широтах, де нагріті материки омиваються водами холодних течій.

У зв’язку з неоднаковою кількістю сонячного тепла, що потрапляє на поверхню Землі, і залежно від характеру підстильної поверхні (материк, океан) формуються окремі повітряні маси — великі об’єми повітря, які мають відносно однорідні властивості й рухаються як єдине ціле в загальній циркуляції атмосфери (мал. 9.8). Виділяють такі типи повітряних мас: екваторіальний, тропічний, помірний і арктичний (антарктичний). Усі вони мають свої характерні властивості (мал. 9.8).

Мал. 9.8. Типи повітряних мас

Так, екваторіальне повітря дуже тепле з великим вмістом водяної пари, тропічне повітря так само дуже тепле, але дуже сухе, особливо на суходолі, помірне повітря дуже змінюється упродовж основних сезонів, а арктичне (антарктичне) холодне й містить дуже мало водяної пари.

Усі ці типи повітряних мас у свою чергу поділяються на морські та континентальні. За своїми термічними властивостями повітряні маси можуть бути теплими й холодними.

Коли дві сусідні повітряні маси з різними характеристиками перебувають у спокійному стані, то між ними є широка перехідна зона, у якій поступово змінюється температура, вологість та інші характеристики. Якщо ж під дією різних чинників повітряні маси починають рухатись, то перехідна зона між ними різко скорочується, або іншими словами між ними утворюється фронтальна поверхня. У місці перетину фронтальної поверхні з земною поверхнею утворюється атмосферний фронт (мал. 9.9) — перехідна зона між двома повітряними масами з відмінними фізичними властивостями (головним чином температурою та вологістю).

Якщо лінія фронту переміщується в бік більш холодного повітря, це означає, що клин холодного повітря відступає, і це вільне місце займає тепле повітря. Такий фронт називається теплим фронтом. Підйом теплого вологого повітря над клином холодної повітряної маси супроводжується хмароутворенням (перисті та шаруваті хмари) й обложними опадами.

Якщо лінія фронту переміщується в бік теплого повітря, це означає, що клин холодного повітря рухається вперед, і тепле повітря перед ним відступає, або витісняється вверх наступаючим холодним клином. Такий фронт називається холодним фронтом. Стрімке витіснення теплого повітря над лінією холодного фронту спричинює інтенсивні висхідні рухи в атмосфері та утворення купчастих хмар і грозових опадів значної інтенсивності. Через те, що внаслідок тертя холодна повітряна маса біля земної поверхні насувається повільніше, відбувається викривлення фронтальної поверхні, а настання фронтальних явищ характеризується значною раптовістю, порівняно з теплим фронтом.

Мал. 9.9. Атмосферні фронти: а — теплий; б — холодний

Атмосферні фронти не існують постійно. Вони виникають заново, загострюються, розмиваються і повністю зникають. Надалі вони знову виникають в інших частинах атмосфери. З проходженням атмосферних фронтів пов’язані опади і зміна температури.

Важливе значення для формування клімату мають перехідні зони між районами переважання зональних типів повітряних мас — кліматологічні фронти. Порівняно з атмосферними фронтами вони малорухомі. Розрізняють арктичний (антарктичний), помірний і тропічний кліматологічні фронти. На кліматологічних фронтах, де взаємодіють зональні повітряні маси з різними властивостями виникають циклони й антициклони (мал. 9.10).

Циклони — висхідні атмосферні вихори із замкненою областю зниженого тиску в центрі, у якій вітри дмуть від країв до центра (проти годинникової стрілки в Північній півкулі і за годинниковою стрілкою — у Південній). Антициклони — низхідні атмосферні вихори із замкненою областю підвищеного тиску, у якій вітри дмуть від центра до країв (за рухом годинникової стрілки у Північній півкулі, проти її руху — у Південній).

У циклонах найменший тиск спостерігають у центрі, де відбувається підняття повітря вгору. Там воно охолоджується, водяна пара конденсується й утворює потужні хмари, з яких випадають рясні опади. Погода нестійка, з частою зміною напрямку вітру, температури. Циклони переміщуються зі швидкістю 30-40 км/год, здебільшого із заходу на схід. В антициклоні повітря, що опускається, нагрівається, а тому не відбувається насичення його вологою. Погода в центральній частині антициклону ясна й суха, зі слабкими вітрами.

Мал. 9.10. Рух повітря в циклоні й антициклоні в Північній півкулі

На помірному фронті, де стикаються морські прохолодні помірні маси та сухі жаркі тропічні, циклони прямують у західному потоці повітря та досягають розмірів понад 1000 км у діаметрі. Вони впливають на клімат усієї Європи. У тропічних широтах виникають так звані тропічні циклони — урагани (тайфуни), які мають незначні розміри, та для яких характерні вітри величезної сили.

Кліматичні умови Землі формуються трьома масштабними геофізичними процесами циклічного типу:

  • теплообміном — обміном теплом між земною поверхнею й атмосферою;
  • вологообігом — інтенсивністю випаровування води в атмосферу й співвіднесення її з рівнем опадів;
  • загальною атмосферною циркуляцією — сукупністю повітряних течій над Землею.

Мал. 9.11. Урагани, тайфуни

Стан кліматичної системи визначено не лише впливом зовні, а й складною взаємодією між її ланками. У результаті цього за тих самих зовнішніх умов на Землі може бути кілька типів клімату. У деяких типах клімату погода істотно змінюється щодня або залежно від сезонів, в інших — залишається незмінною.

Є кілька класифікацій кліматичних поясів планети. Найпростіша класифікація виокремлює чотири базових пояси в кожній земній півкулі: екваторіальний; тропічний; помірний; полярний. Між основними зонами є перехідні ділянки. У них такі самі назви, але з префіксом суб- (мал. 9.12).

Мал. 9.12. Типи клімату

Характеристику особливостей кліматичних поясів наведено в таблиці 9.1.

Таблиця 9.1. Клімати Землі

Кліматичний пояс

Циркуляція атмосфери

Тиск, температура, режим і кількість опадів

Екваторіальний

Панують екваторіальні повітряні маси. 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) і сухий (переважають тропічні повітряні маси)

Тропічний

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

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

Субтропічний

Улітку панують тропічні повітряні маси, узимку — помірні

Зміна кліматичних сезонів: літо сухе й жарке, зима прохолодна й волога

Помірний

Панують помірні повітряні маси. Переважають західні вітри. 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, виокремлюють кілька різновидів клімату: морський, континентальний, різкоконтинентальний та мусонний, що пов’язано з розташуванням території на узбережжі чи всередині материка

Субарктичний субантарктичний)

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

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

Арктичний та 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