Крок до ВНЗ. Географія. Довідник

Атмосфера і клімат

Поняття «атмосфера». Склад, межі та будова атмосфери

Це треба знати!

Атмосфера (від грецьк. atmos — «пар» і sphaira — «куля») — газова, повітряна оболонка Землі. Атмосферою вважають ту область навколо Землі, у якій газове середовище обертається разом із планетою як єдине ціле. Маса атмосфери — приблизно 5,15 • 10¹⁵ т. Атмосфера забезпечує можливість життя на Землі: вона затримує більшу частину ультрафіолетового випромінювання Сонця, захищає поверхню Землі від метеоритів, більшість яких згорають в атмосфері, склад атмосферного повітря забезпечує процес дихання людини, тварин і рослин тощо.

Атмосфера Землі являє собою суміш газів, основний склад яких подано на діаграмі.

Склад повітря

Такий склад атмосфери зберігається до висоти 100 км. До інших газів, домішок які складають 1 %, належать: аргон (0,934 %), вуглекислий газ (0,0314 %), неон (0,001818 %), гелій (0,000524 %), метан (0,0002), криптон, водень, ксенон, сірка, озон, аміак, йод. А також водяна пара, пил, сажа та інші речовини.

Будова атмосфери. Шарова будова атмосфери зумовлена особливостями вертикального розподілу температури. Кожний шар відрізняється густиною, температурою повітря, вмістом водяної пари. Нижня межа атмосфери проходить по поверхні земної кулі, верхня — визначена умовно.

Найнижчий шар атмосфери — тропосфера. Верхня межа тропосфери 8-10 км у полярних широтах, 16-18 км над екватором. Завдяки турбулентному перемішуванню повітря температура в тропосфері по вертикалі знижується в середньому на 5-6 °С на один кілометр. У даному шарі зосереджено 80 % усієї маси атмосфери. У тропосфері відбуваються усі атмосферні явища, формується погода.

Над тропосферою розташований перехідний шар із постійно низькою температурою — тропопауза (від грецьк. паузис — «припинятися»).

Шар вище тропопаузи називається стратосфера (до висоти 50-55 км). У нижній стратосфері (до 25 км) температура повітря поступово знижується, вище — у верхній стратосфері (до 55 км) — температура повітря починає підвищуватись приблизно до -3 °С. Це відбувається завдяки поглинанню озоном O₃, що утворює озоновий шар (на висоті 21-29 км), ультрафіолетового сонячного випромінювання. Хмар у стратосфері майже немає, саме тут літають реактивні літаки.

Вище стратосфери розташована мезосфера (50-80 км). Температура повітря знижується з висотою. Саме в мезосфері згорає більшість метеоритів (уламків космічних порід), які потрапляють у земну атмосферу.

Термосфера (до висоти 80-450 км) — шар атмосфери з високими температурами повітря (до 1700 °С), пов’язаний із поглинанням ультрафіолетового випромінювання та утворенням йонів та електронів з атомів і молекул газів, які містяться в атмосфері.

Шари атмосфери вище 50 км — мезосферу й термосферу — разом називають ионосферою. Саме ці шари атмосфери добре проводять електрику й радіохвилі. Під дією сонячної радіації в них виникають сяйва, найефектніше з них — полярне.

Вище 500-1000 км, в екзосфері, частинки газів (переважно водню) розвіваються в навколоземний простір.

Щороку в атмосферу Землі надходить значна кількість забруднюючих речовин, збільшується кількість вуглекислого газу тощо. Розв’язати проблеми забруднення атмосфери можуть комплексні заходи, яких будуть дотримуватися всі країни світу: створення безвідходних виробництв, очисних споруд, перехід транспорту на більш чисті, екологічні види палива тощо.

Погода. Характеристики її стану: температура, атмосферний тиск, вітер, вологість повітря, хмарність, атмосферні опади. Спостереження за погодою

Погода — стан тропосфери в даний час і в даному місці. Дані про погоду мають велике значення як для кожної людини, так і для всіх напрямів господарської діяльності. Це привело до створення в світовому масштабі організацій служби погоди, які фіксують, вивчають, прогнозують погоду та інформують про її стан на найближчий час.

Основні показники стану погоди: температура, вологість повітря, атмосферний тиск, вітер, хмарність, атмосферні опади.

Повітря у тропосфері нагрівається від земної поверхні, тому температура повітря в тропосфері залежить від кута падіння сонячних променів на земну поверхню, прозорості атмосфери, хмарності, опадів, напрямку вітру, висоти місцевості. Так, на кожний кілометр підйому температура повітря у тропосфері знижується на 5-6°С.

Кут падіння променів залежить від широти місцевості, часу доби, розташування Землі відносно Сонця (пори року, сезону). Температура вимірюється за допомогою приладу — термометра. Лінії на картах, які з’єднують точки з однаковими показниками температури повітря, називаються ізотермами.

На метеорологічних станціях показники температури заміряють цілодобово кожні 3 години, у прогнозі погоди для зручності повідомляють середньодобову температуру повітря (середньоарифметичне значення). Різницю між максимальним і мінімальним значенням називають амплітудою коливання температури (добова, річна). Амплітуда коливання температури збільшується від екватора до полюсів.

Термометр

Барометр-анероїд

Атмосферний тиск — гідростатичний тиск, який здійснює атмосфера на всі об’єкти, що в ній перебувають (сила, з якою повітря тисне на земну поверхню). У кожній точці атмосфери він визначається вагою вищерозташованого повітря. Так, атмосферний тиск на 1 см²складає 1 кг 33 г. Нормальний атмосферний тиск за температури 0 °С складає 760 мм рт. ст. Із висотою тиск знижується на 100 мм рт. ст. на кожні 1000 м. Прилад для вимірювання атмосферного тиску — барометр-анероїд, або барометр ртутний. Лінії на картах, які з’єднують точки з однаковими показниками атмосферного тиску, називаються ізобарами.

Температура впливає на атмосферний тиск: під час нагрівання повітря розширюється й піднімається вгору, менше тисне на поверхню, під час охолодження повітря — навпаки, опускається і сильніше тисне на земну поверхню. У результаті горизонтального руху повітря з області високого тиску в область низького утворюється вітер. Характеристики вітру: напрямок, сила, швидкість. Основні прилади для вимірювання цих показників: флюгер — напрямок, сила, швидкість; анемометр — швидкість, анеморумбометр — напрямок, швидкість.

Флюгер

Анемометр

Анеморумбометр

Вологість повітря визначається кількістю водяної пари в певному об’ємі повітря й залежить від температури. При температурі вище 0 °С починається процес випаровування (перехід води з рідкого стану в газоподібний). Вимірюється вологість у г/м³. Абсолютна вологість повітря — максимальна кількість водяної пари в 1 м³ за даної температури. Відносна вологість повітря — відношення фактичного вмісту водяної пари в повітрі до максимально можливого, у відсотках. Прилад для вимірювання вологості повітря — гігрометр.

Хмарність — ступінь покриття неба хмарами, яка виражається за 10-бальною шкалою або у відсотках покриття. Хмарність — один із найголовніших чинників, що визначає погоду та клімат (завдяки ефекту екрана: узимку перешкоджає охолодженню земної поверхні й приземного шару повітря, улітку — послаблює нагрівання земної поверхні сонячними променями, пом’якшує клімат на материках). Скупчення завислих в атмосфері дрібних крапель води або кристалів льоду або того й іншого разом називають хмарами. Хмари утворюються переважно в тропосфері внаслідок конденсації водяного пару. Найчастіше трапляються такі види хмар: перисті (на висоті 6000 м, їх поява — ознака зміни погоди), купчасті (1000-2000 м, ознака зливи, грози, граду), шаруваті (200 м, спричиняють хмарну погоду, тривалі, облогові дощі).

За міжнародною класифікацією розрізняють десять основних форм (родів) хмар за зовнішнім виглядом:

І. Перисті — Cirrus (Сі).

II. Шаруваті — Stratus (St).

III. Купчасті — Cumulus (Си).

Атмосферні опади — вода в рідкому та твердому стані, що випадає із хмар або із повітря. Види атмосферних опадів: дощ, сніг, град, туман, іній, роса. Кількість опадів вимірюється товщиною шару води, яка випала, не стікає й не випаровується, у мм. Прилад — опадомір. Товщину снігового покриву вимірюють снігомірною рейкою. Утворення й кількість опадів залежить від коливання температури в різний час доби, різниці температури в нижніх та верхніх частинах тропосфери. Опади на Землі випадають зонально, найбільша кількість — в екваторіальних широтах, менша — в тропічних і біля полюсів. Від співвідношення кількості опадів і максимально можливого їх випаровування залежить зволоження території, яке виражають коефіцієнтом зволоження (К). Так, К > 1 показує надмірне зволоження території (тундра), К < 1 — недостатнє зволоження (пустелі), К = 1 — достатнє зволоження (лісостеп).

Поняття «клімат». Кліматотвірні чинники: сонячна радіація, характер підстильної поверхні, циркуляція атмосфери. Кліматичні пояси та області Землі

Поняття «клімат» коротко можна визначити як багаторічний режим погоди, характерний для даної місцевості внаслідок її географічного положення. Термін «клімат» увів давньогрецький астроном Гіппарх з Нікеї у II ст. до н. е. Дослівно «клімат» означає «нахил».

Основою для вивчення клімату є багаторічні спостереження за метеорологічними величинами: сонячною радіацією, температурою повітря та ґрунту, атмосферним тиском, вологістю, хмарністю, сніговим покривом тощо.

Головні особливості клімату визначаються кліматотвірними чинниками:

— кількістю сонячної радіації;

— процесами циркуляції атмосфери;

— характером підстильної поверхні, а також географічними чинниками, що впливають на клімат окремих регіонів Землі:

— широтою й висотою місцевості;

— близькістю до моря;

— особливістю рельєфу, рослинного покриву;

— наявністю снігового, льодового покриву;

— ступенем забруднення атмосфери.

Сонячна радіація — кількість теплової та світлової енергії, що надходить до Землі від Сонця. Вимірюють сонячну радіацію в кілокалоріях (ккал) на одиницю площі (см²) за рік (1 кал = 4,1868 Дж). Кількість сонячної радіації розподіляється зонально та зменшується від екватора до полюсів. Зональний розподіл сонячної радіації може порушуватись. Причини такого азонального розподілу: ступінь прозорості атмосфери, абсолютна висота місцевості, тривалість світлового дня. Сумарна сонячна радіація — загальна кількість прямої та розсіяної радіації.

Від характеру підстильної поверхні залежить здатність земної поверхні відбивати сонячну радіацію (альбедо). Альбедо — відношення кількості відбитої сонячної радіації до сумарної, що надійшла на дану поверхню, вимірюється у відсотках. Альбедо підстильної поверхні залежить від її кольору, вологості, прозорості, шорсткості.

На формування клімату будь-якої території впливає атмосферна циркуляція — система горизонтальних та вертикальних переміщень повітряних мас у тропосфері. Повітряна маса — великий об’єм повітря з такими властивостями, як температура, вологість, запиленість. Повітряна маса набуває певних властивостей залежно від того, над якими територіями вона формується. Розрізняють теплі й холодні повітряні маси; сухі (або континентальні) й вологі (або морські). Залежно від районів формування виділяють п’ять типів повітряних мас: екваторіальну, тропічну, помірну, арктичну, антарктичну. Під час руху й зустрічі повітряних мас із різними властивостями між ними виникають перехідні зони — атмосферні фронти (теплі або холодні). Теплий атмосферний фронт: тепле повітря натікає на холодне, настає потепління, йдуть тривалі дощі. Холодний фронт: холодне повітря підтікає під тепле, відтісняє його вгору, приносить похолодання та зливи.

Основні види прояву циркуляції атмосфери: циклони й антициклони; постійні та сезонні вітри.

Циклон — замкнута область із зниженим тиском у центрі та вітрами, що дмуть від окраїни до центру. Повітря у циклоні, завдяки силі обертання Землі, у Північній півкулі рухаєтьря проти годинникової стрілки, у Південні — за нею. У центрі циклону переважає висхіжний рух повітря, що зумовлює зниження тиску. Підняття повітря сприяє сгущенню водяної пари, утворенню хмар та опадів.

Антициклон — це замкнута область з високим тиском у центрі й вітрами, що дмуть від окраїни за годинниковою стрілкою у Північній півкулі, проти — у Південній.

Утворення системи постійних вітрів пов’язано із закономірним чергуванням на Землі поясів високого та низького тиску. Виділяють три пояси високого та чотири низького тиску: на полюсах і біля тропіків — високий тиск, біля екватора та в помірних широтах — низький. Постійні вітри: пасати (дмуть від тропіків до екватора), західне перенесення (від тропіків до помірних широт), північно-східні, або стокові вітри (із полюсів до помірних широт). Місцеві вітри: мусони — сезонні вітри, дія яких залежить від сезонної різниці нагріву території суходолу. Мусон змінює напрямок двічі на рік: узимку — потік відносно холодного повітря з материка на океан, улітку — вологе тепле повітря дме з океану на материк. Бриз — вітер, який утворюється на березі моря та змінює свій напрямок двічі на день (удень дме з моря на суходіл, уночі — на море).

Кліматичні пояси та області Землі

Розрізняють 13 кліматичних поясів Землі: екваторіальний, 2 субекваторіальних, 2 тропічних, 2 субтропічних, 2 помірних, субарктичний і субантарктичний, арктичний і антарктичний. Критеріями виділення цих поясів є кількість сонячної радіації та пануючі повітряні маси. Розрізняють основні й перехідні кліматичні пояси. Перехідні пояси — субпояси (префікс «суб» означає «під», під основним). У перехідних кліматичних поясах повітряні маси змінюються за сезонами, переміщуючись із основних сусідніх поясів.

Екваторіальний кліматичний пояс являє собою переривчату смугу, розташовану вздовж екватора. Знижений тиск на екваторі зумовлює висхідні повітряні потоки, дію вологих океанічних повітряних мас, велику кількість опадів, рівномірну протягом року (1000-3500 мм). Температура повітря +26 ... +28 “С, сезонні коливання температури, вологи незначні.

У тропічних кліматичних поясах висока прозорість атмосфери, велика кількість сонячної радіації, дуже високі температури повітря влітку (+30 ... +58 °С), узимку поверхня значно охолоджується. Із постійних вітрів переважають пасати. Добре виражені сезонні зміни температури повітря, особливо на материках. У межах поясу виділяють області: тропічного пустельного типу клімату (переважають низхідні повітряні потоки, річна кількість опадів менша 100 мм), вологого тропічного типу клімату (переважають морські повітряні маси, на східних узбережжях річна кількість опадів до 1500 мм).

Помірні кліматичні пояси: переважають помірні повітряні маси, західні вітри, значно виражені пори року, на материках узимку — сніговий покрив, в океанах південної півкулі — плавуча крига. У межах поясу виділяють кліматичні області: морського типу клімату (формується на західних узбережжях материків та над океанами, річна кількість опадів понад 1000 мм, тепла м’яка зима, прохолодне літо); помірно-континентального типу клімату (характерна для території України); континентального типу клімату (річна амплітуда коливання температур до 80 °С), мусонного типу клімату (на східних узбережжях материків, виділяють два сезони: літній — теплий і вологий, із значною кількістю опадів (1000-1500 мм); зимовий — сухий і холодний, температура нижче -20 °С).

Арктичні та антарктичні кліматичні пояси: дуже морозна зима й холодне літо, опадів випадає мало (менше 200 мм/рік), температури протягом року від’ємні.

Запитання для самоконтролю

1. Назвіть суттєві ознаки понять «погода», «клімат», «повітряна маса».

2. Опишіть схему будови атмосфери.

3. Поясніть причини утворення вітру.

4. Опишіть ознаки погоди в циклоні та антициклоні.

5. Назвіть прилади для вимірювання різних показників погоди (температури, атмосферного тиску, вітру, вологості повітря, хмарності, атмосферних опадів).

6. Поясніть причини утворення вітру, зміни погоди, клімату.

7. Охарактеризуйте основні кліматоутворюючі чинники.

8. Поясніть, чому межі теплових поясів проходять по паралелях 23°30' пн. ш. та 23°30' пд. ш.

9. Опишіть за допомогою карт атласу один із головних типів клімату.

10. За допомогою карт атласу опишіть закономірності розподілу опадів та температури на земній поверхні.

Тестові завдання

1. День літнього сонце стояння:

А 22 червня

Б 22 грудня

В 23 вересня

Г 21 березня

2. У газовій суміші повітря більш за все:

А кисню

Б вуглекислого газу

В азоту

Г водяної пари та домішок

3. Озоновий шар розташований у:

А тропосфері

Б йоносфері

В стратосфері

Г екзосфері

4. Лінії на карті, які з’єднують точки з однаковими показниками температури повітря, називаються:

А ізогіпсами

Б ізотермами

В ізобарами

Г горизонталями

5. Вітер, який змінює свій напрямок двічі на рік:

А бриз

Б пасат

В мусон

Г фен

6. Всі хмари утворюються переважно у:

А тропосфері

Б стратосфері

В усіх шарах рівномірно

Г мезосфері

7. Переважна більшість території України розташована в кліматичному поясі:

А тропічному

Б помірному

В полярному

Г субтропічному

8. Прилад для вимірювання атмосферного тиску:

А термометр

Б барометр

В гігрометр

Г флюгер

9. Прилад для вимірювання вологості повітря:

А анемометр

Б барометр

В флюгер

Г гігрометр

10. Здатність земної поверхні відбивати сонячні промені називається:

А точка роси

Б сумарна радіація

В альбедо

Г коефіцієнт зволоження

Практичні завдання

1. Обчисліть відносну вологість повітря при температурі +15 °С, якщо його абсолютна вологість становить 6,4 г/м³ (за даної температури повітря стає насиченим за абсолютної вологості 12,8 г/м³).

2. Обчисліть атмосферний тиск на висоті 1000 м, якщо на висоті 500 м він становить 750 мм рт. ст.

3. Розрахуйте температуру повітря на висоті 3000 м, якщо на рівні моря вона становить +24 °С.

4. Обчисліть альбедо земної поверхні, якщо сумарна радіація складає 860 Дж/(м² • с), а відбита — 340 Дж/(м² • с).

5. Обчисліть коефіцієнт зволоження території, де опадів випадає 750 мм на рік, а випаровуваність складає 550 мм.