Наряду с географической широтой важным климатообразующим фактором является циркуляция атмосферы, т. е. перемещение воздушных масс.

Воздушные массы - значительные объёмы воздуха тропосферы, который обладает определёнными свойствами (температура, влагосодержание), зависящими от особенностей района его формирования и движущиеся как единое целое.

Протяжённость воздушной массы может составлять тысячи километров, а вверх она может простираться до верхней границы тропосферы.

Воздушные массы по скорости перемещения разделяют на две группы: движущиеся и местные. Движущиеся воздушные массы в зависимости от температуры подстилающей поверхности делятся на теплые и холодные. Теплая воздушная масса - движущаяся на холодную подстилающую поверхность, холодная масса - движущаяся на более теплую поверхность. Местные воздушные массы - это воздушные массы, которые длительное время не меняют своё географическое положение. Они могут быть устойчивыми и неустойчивыми в зависимости от сезона, а также сухими и влажными.

Выделяют четыре основных типа воздушных масс: экваториальные, тропические, умеренные, арктические (антарктические). Кроме того, каждый из типов подразделяется на подтипы: морские и континентальные, различающиеся меж собой по влажности. Например, морская арктическая масса формируется над северными морями - Баренцевым и Белым морем, характеризуется, как и континентальная воздушная масса, но с немного повышенной влажностью (см. рис. 1).

Рис. 1. Район формирования арктических воздушных масс

Климат России формирует в той или иной степени все воздушные массы, за исключением экваториальной.

Рассмотрим свойства различных масс циркулирующих на территории нашей страны. Арктическая воздушная масса формируется преимущественно над Арктикой в полярных широтах, характеризуется низкими температурами зимой и летом. Ей присуща низкая абсолютная влажность и высокая относительная. Эта воздушная масса господствует круглый год в арктическом поясе, а зимой перемещается в субарктику. Умеренная воздушная масса формируется в умеренных широтах, где в зависимости от времени года изменяется температура: летом относительно высокая, зимой относительно низкая. По сезонам года от места формирования зависит и влажность. Эта воздушная масса господствует в умеренном поясе. Отчасти, на территории России преобладают тропические воздушные массы. Они формируются в тропических широтах и имеют высокую температуру. Абсолютная влажность зависит от места формирования, а относительная влажность обычно низкая (см. рис. 2).

Рис. 2. Характеристика воздушных масс

Прохождение различных воздушных масс на территории России обуславливает разницу в погодах. Например, все «волны холода» на территории нашей страны приходящие с севера, - это арктические воздушные массы, а на юг европейской части приходят тропические воздушные массы малой Азии или, иногда, с севера Африки (именно они приносят жаркую, сухую погоду).

Рассмотрим, как воздушные массы циркулируют по территории нашей страны.

Циркуляция атмосферы - это система движений масс воздуха. Различают общую циркуляцию атмосферы в масштабе всего земного шара и местную циркуляцию атмосферы над отдельными территориями и акваториями.

Процесс циркуляции воздушных масс обеспечивает территорию влагой, а также влияет на температуру. Воздушные массы перемещаются под действием центров атмосферного давления, а центры меняются в зависимости от времени года. Именно поэтому изменяются направления господствующих ветров, которые приносят на территорию нашей страны воздушные массы. Например, Европейская Россия и западные районы Сибири находятся под воздействием постоянных западных ветров. С ними поступают морские умеренные воздушные массы умеренных широт. Они формируются над Атлантикой (см. рис. 3).

Рис. 3. Движение морских умеренных воздушных масс

Когда ослабевает западный перенос, с северными ветрами приходит арктическая воздушная масса. Она приносит резкое похолодание, раннее осенние и поздние весенние заморозки (см. рис. 4).

Рис. 4. Движение Арктической воздушной массы

Континентальный тропический воздух на территорию азиатской части нашей страны приходит из Средней Азии или из Северного Китая, а в европейскую часть страны приходит с полуострова Малая Азия или даже с Северной Африки, но чаще такой воздух формируется на территории Северной Азии, Казахстана, Прикаспийской низменности. Эти территории лежат в умеренном климатическом поясе. Однако воздух над ними летом очень сильно прогревается и приобретает свойства тропической воздушной массы. Континентальная умеренная воздушная масса круглый год преобладает в западных районах Сибири, поэтому зима здесь ясная и морозная, а лето достаточно тёплое. Даже над Северным Ледовитым океаном в Гренландии бывают зимы теплее.

Из-за сильного охлаждения над азиатской частью нашей страны в Восточной Сибири формируется область сильного охлаждения (область высокого давления - ). Его центр располагается в районах Забайкалья, республике Тыва и Северной Монголии. Очень холодный континентальный воздух растекается от него в разные стороны. Он распространяет свое влияние на огромные территории. Одно его направление - это северо-восток вплоть до Чукотского побережья, второе - на запад через Северный Казахстан и юг Русской (Восточно-Европейской) равнины примерно до 50ºс.ш. Устанавливается ясная и морозная погода с небольшим количеством снега. Летом из-за прогревания азиатский максимум (Сибирский антициклон) исчезает и устанавливается пониженное давление (см. рис. 5).

Рис. 5. Сибирский антициклон

Сезонное чередование областей высокого и низкого давления формирует на Дальнем Востоке муссонную циркуляцию атмосферы. Важно представлять себе, что, проходя по определённым территориям, воздушные массы могут изменяться в зависимости от свойства подстилающей поверхности. Этот процесс называется трансформацией воздушных масс . Например, арктическая воздушная масса, будучи сухой и холодной, проходя по территории Восточно-Европейской (Русской) равнине нагревается и в районе Прикаспийской низменности становится очень сухой и жаркой, что является причиной суховеев.

Азиатский максимум , или, как его называют, сибирский антициклон - это область повышенного давления, которая формируется над Центральной Азией и Восточной Сибирью. Проявляется зимой и образуется в результате выхолаживания территории в условиях огромных размеров и котловинного рельефа. В центральной части максимума над Монголией и Южной Сибирью давление в январе иногда достигает 800 мм рт. ст. Это самое высокое зафиксированное на земле давление. Зимой сюда простирается великий Сибирский антициклон, особенно устойчивый с ноября по март. Зима здесь такая безветренная, что при малой снежности ветви деревьев подолгу белеют от «нестряхиваемого» снега. Морозы уже с октября достигают -20… -30ºС, а в январе же нередко доходит до -60ºC. Средняя температура за месяц опускается до -43º, особенно холодно в низинах, где застаивается холодный тяжёлый воздух. При безветрии сильные морозы переносятся не так тяжело, но при -50º уже трудно дышится, наблюдаются низовые туманы. Такие морозы затрудняют посадку самолётов.

Список литературы

1. География России. Природа. Население. 1 ч. 8 класс / В.П. Дронов, И.И. Баринова, В.Я Ром, А.А. Лобжанидзе.
2. В.Б. Пятунин, Е.А. Таможняя. География России. Природа. Население. 8 класс.
3. Атлас. География России. Население и хозяйство. - М.: Дрофа, 2012.
4. В.П.Дронов, Л.Е Савельева. УМК (учебно-методический комплект) «СФЕРЫ». Учебник «Россия: природа, население, хозяйство. 8 класс». Атлас.

1. Климатообразующие факторы и циркуляция атмосферы ().
2. Свойства воздушных масс, формирующих климат России ().
3. Западный перенос воздушных масс ().
4. Воздушные массы ().
5. Циркуляция атмосферы ().

Домашнее задание

1. Какой перенос воздушных масс господствует в нашей стране?
2. Какими свойствами обладают воздушные массы, и от чего это зависит?

Перемещение воздушных масс должно приводить прежде всего к сглаживанию барических и температурных градиентов. Однако на нашей вращающейся планете с различными теплоемкостными свойствами земной поверхности, разным теплозапасом суши, морей и океанов, наличием теплых и холодных океанических течений, полярных и континентальных льдов процессы весьма сложны и зачастую контрасты теплосодержания различных воздушных масс не только не сглаживаются, но и, наоборот, возрастают.[ ...]

Перемещения воздушных масс над поверхностью Земли определяются многими причинами, в числе которых вращение планеты, неравномерность нагрева ее поверхности Солнцем, образование зон пониженного (циклоны) и повышенного (антициклоны) давления, равнинный или горный рельеф и многое другое. К тому же на разных высотах скорость, устойчивость и направление воздушных потоков сильно отличаются. Поэтому перенос загрязнений, попадающих в разные слои атмосферы, идет с иными скоростями и подчас в других направлениях, чем в приземном слое. При очень сильных выбросах, связанных с высокими энергиями, загрязнения, попадающие в высокие, до 10-20 км, слои атмосферы, могут в течение нескольких суток или даже часов переместиться на тысячи километров. Так, вулканический пепел, выброшенный взрывом вулкана Кракатау в Индонезии в 1883 году, наблюдался в виде своеобразных облаков над Европой. Радиоактивные осадки разной интенсивности после испытаний особенно мощных водородных бомб выпадали практически на всей поверхности Земли.[ ...]

Перемещение воздушных масс - ветер, возникающий в результате разности температур и давлений в разных регионах планеты, влияет не только на физико-химические свойства самого воздуха, но и на интенсивность теплообмена, изменение влажности, давления, химического состава воздуха, сннжая или увеличивая при этом количество загрязнений.[ ...]

Движение воздушных масс может быть в виде их пассивного перемещения конвективной природы или в виде ветра - вследствие циклонической деятельности атмосферы Земли. В первом случае обеспечивается расселение спор, пыльцы, семян, микроорганизмов и мелких животных, которые имеют специальные для этого приспособления - анемохоры: очень мелкие размеры, парашютовидные придатки, и др. (рис. 2.8). Всю эту массу организмов называют аэропланктоном. Во втором случае ветер также переносит аэропланктон, но на значительно большие расстояния, при этом может перенести и загрязняющие вещества в новые зоны, и т. п.[ ...]

Движение воздушных масс (ветер). Как известно, причиной образования ветровых потоков и перемещения воздушных масс является неравномерный нагрев разных участков земной поверхности, связанный с перепадами давления. Ветровой поток направлен в сторону меньшего давления, но и вращение Земли также влияет на циркуляцию воздушных масс в глобальном масштабе. В приземном слое воздуха движение воздушных масс оказывает влияние на все метеорологические факторы окружающей среды, т. е. на климат, включая режимы температуры, влажности, испарения с поверхности суши и моря, а также транспирацию растений.[ ...]

АНОМАЛЬНОЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ЦИКЛОНА. Перемещение циклона в направлении, резко расходящемся с обычным, т. е. от восточной половины горизонта к западной или вдоль меридиана. А. П. Ц. связано с аномальным направлением ведущего потока, что в свою очередь обусловлено необычным распределением теплых и холодных воздушных масс в тропосфере.[ ...]

ТРАНСФОРМАЦИЯ ВОЗДУШНОЙ МАССЫ. 1. Постепенное изменение свойств воздушной массы при ее перемещении вследствие изменения условий подстилающей поверхности (относительная трансформация).[ ...]

Третья причина перемещения воздушных масс - динамическая, которая способствует образованию областей высокого давления. Вследствие того что в экваториальную зону приходит больше всего тепла, здесь происходит подъем воздушных масс до 18 км. Поэтому наблюдаются интенсивная конденсация и выпадение осадков в виде тропических ливней. В так называемых «конских» широтах (около 30° с.ш. и 30° ю.ш.) холодные сухие воздушные массы, опускаясь и адиабатически нагреваясь, интенсивно поглощают влагу. Поэтому в этих широтах закономерно образуются основные пустыни планеты. В основном они сформировались в западных частях континентов. Западные ветры, идущие с океана, не содержат достаточно влаги, которую они могли бы передать опускающемуся сухому воздуху. Поэтому здесь выпадает очень мало осадков.[ ...]

Формирование и перемещение воздушных масс, расположение и траектории движения циклонов и антициклонов имеют большое значение для составления прогнозов погоды. Наглядное представление о состоянии погоды в данный момент на обширной территории дает синоптическая карта.[ ...]

ПЕРЕНОС ПОГОДЫ. Перемещение тех или иных условий погоды вместе с их «носителями» - воздушными массами, фронтами, циклонами и антициклонами.[ ...]

В узкой пограничной полосе, разделяющей воздушные массы, возникают фронтальные зоны (фронты), характеризующиеся неустойчивым состоянием метеорологических элементов: температуры, давления, влажности, направления и скорости ветра. Здесь с исключительной наглядностью проявляется важнейший в физической географии принцип контрастности сред, выражающийся в резкой активизации обмена веществом и энергией в зоне соприкосновения (контакта) различных по своим свойствам природных комплексов и их компонентов (Ф. Н. Мильков, 1968). Активный обмен веществом и энергией между воздушными массами во фронтальных зонах проявляется в том, что именно здесь происходят зарождение, перемещение с одновременным наращиванием мощности и, наконец, угасание циклонов.[ ...]

Солнечная энергия вызывает планетарные перемещения воздушных масс в результате их неравномерного нагревания. Возникают грандиозные процессы атмосферной циркуляции, которые носят ритмический характер.[ ...]

Если в свободной атмосфере при турбулентных перемещениях воздушных масс данное явление не играет заметной роли, то в неподвижном или малоподвижном воздухе помещений указанная разница должна быть принята во внимание. В непосредственной близости к поверхности различных тел мы будем иметь слой с некоторым избытком отрицательных аэроионов, в то время как окружающий воздух будет обогащен положительными аэроионами.[ ...]

Непериодические изменения погоды обусловлены перемещением воздушных масс из одной географической области в другую в общей системе циркуляции атмосферы.[ ...]

Благодаря тому что на больших высотах скорости перемещения воздушных масс достигают 100 м/сек, ионы, движущиеся в магнитном поле, могут смещаться, хотя эти смещения несущественны по сравнению с переносом в потоке. Для нас важно то обстоятельство, что в полярных зонах, где силовые линии магнитного поля Земли замыкаются на ее поверхности, искажения ионосферы весьма значительны. Количество ионов, в том числе и ионизированного кислорода, в верхних слоях атмосферы полярных зон снижено. Но главная причина низкого содержания озона в области полюсов - малая интенсивность солнечного облучения, падающего даже во время полярного дня под малыми углами к горизонту, а во время полярной ночи отсутствующего вовсе. Сама по себе экранирующая роль озонового слоя в полярных областях не так уж и важна именно вследствие низкого положения Солнца над горизонтом, что исключает высокую интенсивность УФ-облучения поверхности. Однако площадь полярных «дыр» в озоновом слое - надежный показатель изменений общего содержания озона в атмосфере.[ ...]

Поступательные горизонтальные движения водных масс, связанные с перемещением значительных объемов воды на большие расстояния, называют течениями. Течения возникают под действием различных факторов, таких, как ветер (т. е. трение и давление движущихся воздушных масс на водную поверхность), изменений в распределении атмосферного давления, неравномерность в распределении плотности морской воды (т. е. горизонтальный градиент давления вод различной плотности на одинаковых глубинах), приливообразующие силы Луны и Солнца. На характер движения масс воды существенное влияние оказывают также вторичные силы, которые сами не вызывают его, а проявляются лишь при наличии движения. К этим силам относятся сила, возникающая благодаря вращению Земли - сила Кориолиса, центробежные силы, трение вод о дно и берега материков, внутреннее трение. Большое влияние на морские течения оказывают распределение суши и моря, рельеф дна и очертания берегов. Классифицируют течения главным образом по происхождению. В зависимости от сил, их возбуждающих, течения объединяют в четыре группы: 1) фрикционные (ветровые и дрейфовые), 2) градиентно-гравитационные, 3) приливные, 4) инерционные.[ ...]

Ветряные двигатели и парусные суда движутся силон перемещения масс воздуха благодаря нагреванию его солнцем и созданию воздушных течений или ветров. 1.[ ...]

УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ. Формулировка того факта, что перемещение воздушных масс и тропосферных возмущений в основном происходит в направлении изобар (изогипс) и, следовательно, воздушных течений верхней тропосферы и нижней стратосферы.[ ...]

Это, в свою очередь, может повлечь за собой нарушение перемещения воздушных масс вблизи расположенных рядом с таким парком промышленных районов и усиление загрязнения воздушного бассейна.[ ...]

Большинство явлений погоды зависит от того, являются ли воздушные массы устойчивыми или неустойчивыми. При устойчивом воздухе вертикальные перемещения в нем затруднены, при неустойчивом, наоборот, легко развиваются. Критерием устойчивости является наблюдаемый температурный градиент.[ ...]

Гидродинамический, закрытого типа с регулируемым давлением воздушной подушки, с гасителем пульсаций. Конструктивно состоит из корпуса с нижней губой, коллектора с механизмом откидывания, турбулизатора, верхней губы с механизмом вертикального и горизонтального перемещения, механизмами точной регулировки профиля выпускной щели с возможностью автоматического управления поперечным профилем бумажного полотна. Поверхности деталей ящика, соприкасающиеся с массой, подвергаются тщательной полировке и электрополировке.[ ...]

Потенциальная температура, в отличие от молекулярной температуры Т, при сухоадиабатических перемещениях одной и той же воздушной частицы остается постоянной. Если в процессе перемещения воздушной массы ее потенциальная температура изменилась, то наблюдается приток или отток тепла. Сухая адиабата является линией равного значения потенциальной температуры.[ ...]

Наиболее типичным случаем рассеивания является движение газовой струи в подвижной среде, т. е. при горизонтальном перемещении воздушных масс атмосферы.[ ...]

Основной причиной короткопериодных колебаний ОС, согласно концепции, выдвинутой в 1964 г. автором работы , является горизонтальное перемещение оси СТ, непосредственно связанное с передвижением длинных волн в атмосфере. Причем направление ветра в стратосфере над местом наблюдения не играет существенной роли . Иначе говоря, короткопериодные колебания ОС вызываются сменой воздушных масс в стратосфере над местом наблюдений, поскольку эти массы разделяют СТ.[ ...]

На состояние свободной поверхности водохранилищ вследствие большой площади их зеркала сильное влияние оказывает ветер. Кинетическая энергия воздушного потока посредством сил трения на поверхности раздела двух сред передается массам воды. Одна часть переданной энергии расходуется на образование волн, а другая - идет на создание дрейфового течения, т.е. прогрессивного движения поверхностных слоев воды в направлении действия ветра. В водоемах ограниченных размеров перемещение водных масс дрейфовым течением приводит к перекосу свободной поверхности. У наветренного берега уровень воды понижается - возникает ветровой сгон, у подветренного берега уровень повышается - возникает ветровой нагон. На Цимлянском и Рыбинском водохранилищах у подветренного и наветренного берегов зарегистрированы разности уровней 1 м и более. При длительном ветре перекос становится стабильным. Массы воды, которые подводятся к подветренному берегу дрейфовым течением, отводятся в обратную сторону придонным градиентным течением.[ ...]

Полученные результаты основаны на решении задачи для стационарных условий. Однако рассматриваемые масштабы местности сравнительно малы и время перемещения воздушной массы ¿ = л:/и невелико, что позволяет ограничиться параметрическим учетом характеристик набегающего потока воздуха.[ ...]

Но оледенелая Арктика порождает осложнения в се ском хозяйстве не только вследствие холодных и затяжн зим. Холодные, а потому обезвоженные арктичес: воздушные массы при весенне-летнем перемещении на прогреваются. Чем выше температура воздуха, тем бол! влаги нужно для его насыщения. И. П. Герасимов и К. К. М ков отмечали, что «в настоящее время простое увеличе ледовитости Арктического бассейна вызывает. . . зас; на Украине и в Поволжье» 2.[ ...]

В 1889 г. с берегов Северной Африки через Красное море в Аравию перелетела гигантская туча саранчи. Движение насекомых длилось целый день, а их масса составила 44 млн. т. Этот факт В.И.Вернадский расценивал как свидетельство огромной силы живого вещества, выражение давления жизни, стремящейся к захвату всей Земли. Одновременно он видел в этом биогеохимичесикй процесс - миграцию элементов, входящих в биомассу саранчи, миграцию совершенно особую - по воздуху, на большие расстояния, не согласующуюся с обычным режимом перемещения воздушных масс в атмосфере.[ ...]

Таким образом, основным фактором, определяющим скорость стоковых ветров, являются разность температуры ледяного покрова и атмосферы 0 и угол наклона поверхности льда. Перемещение охлажденной воздушной массы вниз по склону ледникового купола Антарктиды усиливается эффектами падения воздушной массы с высоты ледникового купола и влиянием барических градиентов в Антарктическом антициклоне. Горизонтальные барические градиенты, являясь элементом формирования стоковых ветров в Антарктиде, способствуют усилению оттока воздуха к периферии континента, обусловленного в первую очередь его переохлаждением у поверхности ледникового щита и уклонами ледяного купола в сторону моря.[ ...]

Анализ синоптических карт состоит в следующем. По сведениям, нанесенным на карту, устанавливают фактическое состояние атмосферы в момент наблюдений: распределение и характер воздушных масс и фронтов, расположение и свойства атмосферных возмущений, расположение и характер облачности и осадков, распределение температуры и т.д. для данных условий атмосферной циркуляции. Составляя карты для разных сроков можно следить по ним за изменениями состояния атмосферы, в частности за перемещением и эволюцией атмосферных возмущений, перемещением, трансформацией и взаимодействием воздушных масс и пр. Представление атмосферных условий на синоптических картах дает удобную возможность для информации о состоянии погоды.[ ...]

Атмосферные макромасштабные процессы, изучаемые с помощью синоптических карт и являющиеся причиной режима погоды на больших географических пространствах. Это - возникновение, перемещение и изменение свойств воздушных масс и атмосферных фронтов; возникновение, развитие и перемещение атмосферных возмущений - циклонов и антициклонов, эволюция систем конденсации, внутримассовых и фронтальных, в связи с вышеперечисленными процессами и пр.[ ...]

Пока полностью не исключена авиахимическая обработка, необходимо внесение улучшений в ее применение путем наиболее тщательного подбора объектов, уменьшения вероятности «сносов» - перемещений воздушных масс распиливания, контролируемой дозировки и др. Для первичных уходов на вырубках путем применения гербицидов целесообразно в большей степени использовать типологическую диагностику вырубок. Химия - мощное средство ухода за лесом. Но важно, чтобы химический уход не превращался в отравление леса, его обитателей и посетителей.[ ...]

В окружающей нас природе вода находится в постоянном движении - и это лишь один из многих естественных круговоротов веществ в природе. Говоря «движение» мы имеемввиду не только движение воды как физического тела (течение), не только перемещение ее в пространстве, но, прежде всего, - переход воды из одного физического состояние в другое. На рисунке 1 вы можете видеть как происходит круговорот воды. На поверхности озер, рек и морей вода под влиянием энергии солнечных лучей превращается в водяной пар - этот процесс называется испарением. Таким же образом вода испаряется с поверхности снежного и ледового покрова, с листьев растений и с тел животных и человека. Водяной пар с более теплыми потоками воздуха поднимается в верхние слои атмосферы, где постепенно охлаждается и вновь превращается в жидкость или переходит в твердое состояние - этот процесс носит название конденсации. Одновременно вода перемещается с движением воздушных масс в атмосфере (ветрами). Из образовавшихся капель воды и ледяных кристаллов ф ормируются облака, из которых, в конце концов, на землю выпадает дождь или снег. Вернувшаяся на землю в виде атмосферных осадков вода стекает по склонам и собирается в ручьях и реках, которые текут в озера, моря и океаны. Часть воды просачивается через почву и горные породы, достигает подземных и грунтовых вод, которые тоже, как правило, имеют сток в реки и другие водоемы. Таким образом, круг замыкается и может повторяться в природе бесконечно.[ ...]

СИНОПТИЧЕСКАЯ МЕТЕОРОЛОГИЯ. Метеорологическая дисциплина, оформившаяся во второй половине XIX в. и особенно в XX в.; учение об атмосферных макромасштабных процессах и о предсказании погоды на основе их исследования. Такими процессами являются возникновение, эволюция и перемещение циклонов и антициклонов, находящиеся в тесной связи с возникновением, перемещением и эволюцией воздушных масс и фронтов между ними. Исследование этих синоптических процессов осуществляется с помощью систематического анализа синоптических карт, вертикальных разрезов атмосферы, аэрологических диаграмм и других вспомогательных средств. Переход от синоптического анализа циркуляционных условий над большими участками земной поверхности к их прогнозу и к прогнозу связанных с ними условий погоды до сих пор в большой степени сводится к экстраполяции и качественным заключениям из положений динамической метеорологии. Однако в последние 25 лет все шире применяется и численный (гидродинамический) прогноз метеорологических полей путем численного решения уравнений атмосферной термодинамики на электронно-вычислительных машинах. См. еще служба погоды, прогноз погоды и ряд других терминов. Употребительный синоним: синоптика.[ ...]

Разобранный нами случай распространения струи не является типичным, так как безветренных периодов почти в любой местности бывает очень мало. Поэтому наиболее типичным случаем рассеяния является движение газовой струи в подвижной среде, т. е. при наличии горизонтального перемещения воздушных масс атмосферы.[ ...]

Очевидно, что просто температура воздуха Т не является консервативной характеристикой теплосодержания воздуха. Так, при неизменном теплосодержании индивидуального объема воздуха (турбулентного моля) его температура может меняться в зависимости от давления (1.1). Атмосферное давление, как мы знаем, убывает с высотой. Вследствие этого перемещения воздуха по вертикали ведут к изменениям его удельного объема. При этом реализуется работа расширения, что приводит к изменениям температуры воздушных частиц даже в том случае, когда процессы изэнтропические (адиабатические), т.е. нет теплообмена индивидуального элемента массы с окружающим его пространством. Изменения температуры воздуха, перемещающегося при этом по вертикали, будут соответствовать суходиабатическим или влажнодиабатическим градиентам в зависисмости от характера термодинамического процесса.

С самого детства меня завораживали невидимые движения вокруг нас: слабый ветерок, кружащий осенние листья в тесном дворике или мощный зимний циклон. Оказывается, эти процессы имеют вполне понятные физические законы.

Какие силы заставляют воздушные массы двигаться

Теплый воздух легче, чем холодный – этот простой принцип способен объяснить движение воздуха на планете. Начинается всё на экваторе. Здесь солнечные лучи падают на поверхность Земли под прямым углом, и маленькой частичке экваториального воздух достается чуть больше тепла, чем соседним. Эта теплая частица становится легче, чем соседние, а значит, начинает всплывать вверх до тех пор, пока не растеряет всё тепло и не начнет снова опускаться. Но движение вниз уже происходит в тридцатых широтах Северного или Южного полушария.

Если бы не существовало дополнительных сил, так бы воздух и двигался от экватора к полюсам. Но существуют не одна, а сразу несколько сил, которые заставляют воздушные массы перемещаться:

• Сила плавучести. Когда теплый воздух всплывает, а холодный остается внизу.
• Сила Кориолиса. О ней расскажу чуть ниже.
• Рельеф планеты. Сочетания морей и океанов, гор и равнин.

Отклоняющая сила вращения Земли

Метеорологам было бы легче, если бы наша планета не вращалась. Но она вращается! Это порождает отклоняющую силу вращения Земли или силу Кориолиса. Из-за движения планеты та самая «легкая» частица воздуха не только вытесняется, скажем, на север, но и смещается вправо. Либо она вытесняется на юг и отклоняется влево.

Так зарождаются постоянные ветра западных или восточных направлений. Возможно, вы слышали о течении Западных Ветров или о Ревущих сороковых? Эти постоянные движения воздуха возникли именно благодаря силе Кориолиса.

Моря и океаны, горы и равнины

Окончательную неразбериху вносит рельеф. Распределение суши и океана изменяет классическую циркуляцию. Так, в Южном полушарии суши намного меньше, чем в Северном, и ничто не мешает воздуху двигаться над водной гладью в нужном ему направлении, нет ни гор, ни крупных городов, тогда как Гималаи в корне меняют циркуляцию воздуха в своем районе.

Обусловлено следующими факторами:

Сила барического градиента (градиент давления);

Сила Кориолиса;

Геострофический ветер;

Градиентный ветер;

Сила трения.

Барический градиент приводит к тому, что ветер, возникающий благодаря движению воздуха по направлению барического градиента из области более высокого давления в область более низкого давления. Давление атмосферы составляет 1,033 кг/см², измеряется в мм рт.ст., мБ и в гПа.

Изменение давления происходит при перемещении воздуха вследствие его нагревания и охлаждения. Главная причина переноса воздушных масс – конвективные потоки – подъём тёплого воздуха и замещение его снизу холодным (вертикальный конвекционный поток). Встречая слой воздуха повышенной плотности, они растекаются, образуя горизонтальные конвекционные потоки.

Сила Кориолиса – отталкивающая сила. Возникает при вращении Земли. Под её действием ветер отклоняется в Северном полушарии – вправо, в Южном – влево, т.е. в Северном отклоняется к востоку. Ближе к полюсам отклоняющая сила возрастает.

Геострофический ветер .

В умеренных широтах сила градиента давления и сила Кориолиса уравновешиваются, при этом воздух не перемещается из области повышенного давления в область пониженного, а перетекает между ними параллельно изобарам.

Градиентный ветер - это круговое движение воздуха параллельно изобарам под воздействием центробежных и центростремительных сил.

Воздействие силы трения.

Трение воздуха о земную поверхность нарушает баланс между силой горизонтального барического градиента и силой Кориолиса, замедляет движение воздушных масс, изменяет их направление так, что поток воздуха движется не по изобарам, а пересекает их под углом.

С высотой действие трения ослабляется, отклонение ветра от градиента возрастает. Изменение скорости и направление ветра с высотой называется спиралью Экмана.

Средняя многолетняя спираль ветра у Земли составляет 9,4 м/с, она максимальна у Антарктиды (до 22 м/с), иногда порывы достигают 100 м/с.

С высотой скорость ветра увеличивается и достигает сотен м/с. Направление ветра зависит от распределения давления и отклоняющего действия вращения Земли. Зимой ветры направлены с материка на океан, летом – с океана на материк. Местные ветры называют бриз, фен, бора.

В атмосфере — это перепады давления в слоях атмосферы, которых над землёй несколько. Внизу ощущается наибольшая плотность и насыщенность кислородом. При подъеме газообразного вещества в результате нагрева внизу происходит разрежение, которое стремится заполниться соседними слоями. Так ветры и ураганы возникают из-за дневных и вечерних перепадов температур.

Зачем нужен ветер?

Если бы отсутствовала причина движения воздуха в атмосфере, то жизнедеятельность любого организма прекратилась. Ветер помогает размножаться растениям, животным. Он перемещает облака и является движущей силой в круговороте воды на Земле. Благодаря смене климата происходит очищение местности от грязи, микроорганизмов.

Без пищи человек может выдержать около нескольких недель, без воды не более 3 дней, а без воздуха не более 10 минут. Все живое на Земле зависит от кислорода, перемещающегося вместе с воздушными массами. Непрерывность этого процесса поддерживается солнцем. Смена дня и ночи приводит к колебаниям температуры на поверхности планеты.

В атмосфере всегда происходит движение воздуха, давящего на поверхность Земли с давлением 1,033 г на миллиметр. Эту массу человек практически не ощущает, но при её горизонтальном перемещении мы воспринимает её как ветер. В жарких странах бриз является единственным облегчением от нарастающего пекла в пустыне и степях.

Как образуется ветер?

Основная причина движения воздуха в атмосфере — это смещение слоев под действием температуры. Физический процесс связан со свойствами газов: изменять свой объем, расширяться при нагревании и сужаться под действием холода.

Основная и дополнительная причина движения воздуха в атмосфере:

• Температурные перепады под влиянием солнца неравномерны. Это связано с формой планеты (в виде сферы). Одни участки Земли прогреваются меньше, другие больше. Создается разность атмосферного давления.
• Извержение вулканов резко повышает температуру воздуха.
• Нагрев атмосферы как результат жизнедеятельности человека: выбросы паров от автомобилей и промышленности повышают температуру на планете.
• Остывшие океаны и моря в ночное время вызывают движение воздуха.
• Взрыв атомной бомбы приводит к разрежению в атмосфере.

Механизм движения газообразных слоев на планете

Причиной движения воздуха в атмосфере является неравномерность температур. Нагретые от поверхности Земли слои поднимаются вверх, где плотность газообразного вещества повышается. Начинается хаотичный процесс перераспределения масс — ветер. Тепло постепенно отдается соседним молекулам, что приводит их тоже в колебательно-поступательное движение.

Причиной движения воздуха в атмосфере является взаимосвязь температуры и давления в газообразных веществах. Ветер продолжается до тех пор, пока не уравновесится исходное состояние слоев планеты. Но такое условие никогда не будет достигнуто, по причине следующих факторов:

• Вращательное и поступательное движение Земли вокруг Солнца.
• Неизбежная неравномерность прогреваемых участков планеты.
• Деятельность живых существ непосредственно влияет на состояние всей экосистемы.

Чтобы полностью исчез ветер, надо остановить планету, убрать все живое с поверхности и спрятать её в тень от Солнца. Такое состояние может произойти при полной гибели Земли, но прогнозы ученых пока утешительные: это ожидает человечество через миллионы лет.

Сильный морской ветер

Более сильное движение воздуха в атмосфере наблюдается на побережьях. Это связано с неравномерным прогревом почвы и воды. Менее нагреваются реки, моря, озера, океаны. Почва раскаляется моментально, отдавая тепло газообразному веществу над поверхностью.

Нагретый воздух резко устремляется вверх, а полученное разрежение стремится заполниться. А так как над водой плотность воздуха получается более высокой, то образуется в сторону побережья. Такой эффект особенно хорошо ощущается в жарких странах в дневное время. Ночью весь процесс меняется, уже наблюдается движение воздуха в сторону моря — ночной бриз.

Вообще, бризом именуют ветер, меняющий направление за сутки два раза на противоположные направления. Аналогичными свойствами обладают муссоны, только они дуют в жаркое время года со стороны моря, а в холодные сезоны - в сторону суши.

Как определяют ветер?

Основная причина движения воздуха в атмосфере — неравномерное распределение тепла. Правило верно при любых ситуациях в природе. Даже извержение вулкана сначала нагревает газообразные слои, а только потом поднимается ветер.

Проверить все процессы можно путем установки флюгеров, или, проще, флажков, чувствительных к потоку воздуха. Плоская форма свободно вращающегося устройства не дает ему находиться поперек ветра. Оно старается развернуться в направлении движения газообразного вещества.

Часто ветер ощущается телом, по облакам, по дыму печной трубы. Слабые его потоки заметить сложно, для этого требуется намочить палец, он будет мерзнуть с наветренной стороны. Также можно использовать легкий кусок материи или воздушный шарик, заполненный гелием, так флаг поднимается на мачтах.

Мощность ветра

Важна не только причина движения воздуха, но и его сила, определяемая по десятибалльной шкале:

• 0 баллов — скорость ветра в абсолютный штиль;
• до 3 — слабый или умеренный поток до 5 м/сек;
• от 4 до 6 — сильный ветер скорость около 12 м/сек;
• от 7 до 9 баллов — озвучивается скорость до 22 м/сек;
• от 8 до 12 баллов и выше — именуется ураганом, сносит даже крыши с домов, рушатся постройки.

или торнадо?

Движение вызывает смешанные потоки воздуха. Встречный поток не способен преодолеть плотный барьер и устремляется вверх, пронизывая облака. Пройдя сгустки газообразных веществ, ветер спадает вниз.

Часто складываются условия, когда происходит закручивание потоков, постепенно усиливающихся подходящими ветрами. Торнадо набирает силу и скорость ветра становится такой, что в атмосферу легко может воспарить железнодорожный состав. Северная Америка является лидером по числу таких явлений в год. Смерчи становятся причиной миллионных убытков для населения, они уносят большое количество жизней.

Другие варианты образования ветра

Сильные ветры способны стереть с поверхности любые образования, даже горы. Единственным видом нетемпературной причины движения воздушных масс является взрывная волна. После срабатывания атомного заряда скорость движения газообразного вещества такова, что сносит многотонные конструкции, как пылинки.

Сильный поток атмосферного воздуха возникает при падении больших метеоритов или разломах земной коры. Аналогичные явления наблюдают во время цунами после подземных толчков. Таяние полярных льдов приводит к подобным состояниям в атмосфере.