Климатические пояса и области мира разнообразны. Из-за сферической формы Земли количество энергии, поступающей на поверхность планеты, является неравномерным. Чем выше положение Солнца над горизонтом, тем более благоприятны условия для нагрева почвы. Тропики получают больше энергии, а полярные регионы — меньше.
Общая информация
Климат Земли и появление сезонов зависят от орбитального движения планеты вокруг Солнца и наклона оси земного шара к плоскости его орбиты.
Вращение Земли вокруг своей оси, которое является причиной появления дней и ночей, также вызывает возникновение так называемой силы Кориолиса, отклоняющей воздушные потоки в северном полушарии вправо и в южном — влево. Она же способствует формированию глобальной циркуляции воздуха, сильно влияющей на климат планеты.
В экваториальных областях, где Солнце поднимается в зените, воздух нагревается больше. На поверхности Земли создается область низкого давления, в которую втягивается воздух из более высоких широт. Так возникают пассаты — постоянные ветры, дующие из тропиков к экватору. В то же время в верхней тропосфере, чтобы компенсировать потери кислорода над тропиками, ветры дуют в направлении, противоположном пассатам.
В соответствии с картой климатических поясов подъем воздуха над экватором сопровождается зенитными дождями. По мере увеличения высоты температура влажной субстанции уменьшается, что вызывает конденсацию содержащегося в ней водяного пара и образование дождевых облаков. Циркуляция воздуха меняется в течение года — зимой зона схождения пассатов смещается на юг.
Близость полюсов влияет на солнечную энергию. В результате возникает обратное явление, как на экваторе.
Ситуация осложняется вращением земного шара. Из-за этого верхние воздушные потоки, движущиеся от экватора к полюсам, отклоняются от направления в северном полушарии вправо (в северо-восточном направлении), а в южном — влево (на юго-восток). Сила Кориолиса становится сильнее на удалении от экватора. Около 30—35° западной широты ветры изменяются.
Тропические зоны высокого давления создаются в обоих полушариях из-за динамических причин. Затем часть воздуха уходит к экватору, а часть — к полюсам. Двигаясь вниз к экватору, воздушные потоки изменяются из-за силы Кориолиса, отклоняясь все больше на запад. Воздушные массы движутся медленнее, поглощают влагу из земли. Сила Кориолиса слабее, поэтому вертикальные (восходящие) движения начинают преобладать над горизонтальными. Из-за этого система межтропической циркуляции закрывается. Она называется ячейкой Хэдли.
Межтропическая зона
В сторону тропиков сухой воздух, содержащий небольшое количество водяного пара, движется вверху. Вокруг них он падает и прогревается в соответствии с сухим адиабатическим градиентом (1 °C/100 м).
Атмосферная тишина или слабые ветры с разных направлений распространены в этой зоне. Повышение температуры падающего воздуха из-за адиабатического процесса приводит к тому, что уже на высоте 1200—2000 м в свободной атмосфере имеется теплый инверсионный слой, известный в географии как инверсия ветра. Эта вертикальная температурная система дополнительно препятствует развитию потоков, поднимающихся с земли, ограничивая образование облаков и осадков до максимума.
Таким образом, под определением тропической горной зоны подразумевают область с сильным солнечным светом и очень низким уровнем осадков. Высокое положение Солнца в течение года в сочетании с безоблачным небом приводит к тому, что на суше в этой зоне самые высокие температуры на Земле.
Циркуляцию в ячейке Хэдли можно также назвать пассатом. Благодаря этому создано характерное расположение климата и растительных зон между тропиками. Двигаясь от них к экватору, можно найти все больше влажных районов, богатых растительностью: от жарких пустынь, полупустынь, саванн до экваториальных тропических джунглей. Эта зональность лучше всего развита в Африке.
Умеренная широта
От тропической зоны высокого давления к полюсам простирается территория умеренных широт. Часть воздуха, попадающего в зону тропиков, движется в нижних слоях тропосферы к более высоким широтам. С другой стороны массы, падающие в результате охлаждения над полюсами, также перемещаются в более низкие широты.
Встреча этих двух переходных воздушных потоков на ширине около 60—65° создает:
- зону конвергенции;
- подъем воздуха.
Здесь выделяется пояс низкого давления, который является границей между циркуляцией умеренной и полярной зон. Подобный процесс между тропическим типом высокого давления и циркумполярным регионом низкого давления называется ячейкой Ферреля.
Важной особенностью умеренных широт являются частые нарушения кровообращения, связанные с образованием, развитием, движением и исчезновением барических систем низкого давления.
В этой зоне, особенно в северном полушарии, происходит изменение направления ветра и погоды.
Барические системы, отталкиваемые западными ветрами, имеют явную тенденцию двигаться на восток. Их долговечность относительно мала.
Полярный регион
Циркуляция в полярных регионах термически обусловлена. Небольшое количество солнечной энергии, которая достигает территории, вызывает значительное охлаждение поверхности областей и воздуха над ними. Это создает условия для падающих потоков и систем высокого давления.
Падающий воздух стекает в направлении более низких широт. Воздушные массы, достигающие полярной зоны конвергенции (низкого давления), бывают подвержены вертикальному подъему. Затем воздух возвращается с верхней тропосферы к полюсам. Такая общая картина преобладает в обеих циркумполярных клетках.
Различия между ними являются результатом региональных различий в их поверхности. Арктика — это акватория, покрытая льдом, а Антарктида — возвышенный континент, покрытый льдом. Системы низкого давления появляются намного чаще над этим первым регионом, в то время как Антарктида находится под влиянием стабильных центров высокого давления в течение всего года. Этот континент окружен бороздой самого низкого среднегодового давления на земном шаре.
Большой перепад давления между внутренней частью Антарктиды и окружающими морями способствует возникновению на ее побережьях очень сильных ветров, дующих из внутренней части континента. Их сила дополнительно усиливается гравитационным падением холодных и плотных воздушных масс с высокого плато в сторону океана.
Приток сухого воздуха с полюсов и его низкие температуры, ограничивающие содержание водяного пара, вызывают сухость этих районов, особенно в Антарктиде.
Распределение земель и океанов
В результате распределения давления, температуры и рельефа существуют круглогодичные, сезонные или суточные циркадные региональные (муссоны, южные колебания Уокера) и локальные (ветры) изменения.
При отдалении от океанов и морей воздух содержит меньше влаги, осадки уменьшаются, перепады дневных и ночных температур увеличиваются. В целом можно сказать, что чем континентальный климат сильнее, тем лучше территория изолирована от влияния морских (океанических) воздушных масс.
Оборот континентального климата океанический. Большие сухопутные массы могут нарушать глобальную циркуляцию воздуха, о чем свидетельствуют муссоны, происходящие на азиатском континенте. Летом воздух поднимается, образуя глубокую южноазиатскую низменность, которая забирает влагу из океанов.
Мощная восточно-азиатская Висла зимой расширяется вглубь страны, направляет сухой и морозный воздух на восточные и южные берега.
Возникающие ветры — влажные летние и сухие зимние муссоны — оказывают большое влияние на климат всей Южной и Восточной Азии.
Высота над уровнем моря и горы
С увеличением высоты температура воздуха падает в пределах 0,6—1,0 °C/100 м. Из-за этого в горах наблюдаются более низкие температуры, чем в низменностях.
Помимо высоты важен рельеф. Горные хребты и возвышенности являются препятствием для горизонтально движущихся воздушных масс. Например, Гималаи представляют собой практически непреодолимое препятствие для обмена потоками между внутренними районами Азии, Гангской низменностью и Индийским полуостровом. Продвижение восходящих воздушных масс через горные препятствия вызывает или усиливает процесс конденсации пара (образование облаков) и увеличивает количество осадков.
Повышенная вероятность выпадения осадков в более высоких областях также происходит потому, что массы влажного воздуха с облачностью текут медленнее в результате торможения через возвышенные области.
Ученые выяснили, что увеличение количества осадков происходит в высоких горах только до определенной высоты (например, в Татрах примерно до 1800 м над уровнем моря), поскольку более высокие области расположены выше наиболее распространенного уровня конденсации.
Морские течения
Морские течения имеют решающее значение в большей степени, чем глобальная атмосферная циркуляция при межзонном обмене теплом и влажностью на земном шаре. Климатологические исследования показали необычайно сильную связь между:
- температурой поверхности океанов и морей;
- морскими течениями с атмосферной циркуляцией.
Течения оказывают существенное влияние на температуру и влажность воздушных масс, образующихся над ними.
Горячая вода нагревает воздух, который переносится по земным участкам. Более теплый воздух также обладает большей способностью поглощать водяной пар, который в этом случае является поверхностью океанов. В таких условиях образуются облака и осадки, которые также переносятся на соседние земли.
Одним из лучших примеров воздействия моря на климат является течение Гольфстрим, протекающее через Атлантику от Мексиканского залива до Баренцева моря. Это значительно улучшает климат Западной и Центральной Европы, придает ему больше океанических особенностей и способствует увеличению количества осадков (особенно зимой).
Прохладные течения влияют на климат по-другому. Они охлаждают воздушные массы над ними и прилегающими земельными участками, решая проблему сухости. Можно перечислить примеры основных названий течений, протекающих вдоль западных берегов континентов:
- Перуанское;
- Бенгальское;
- Западно-Австралийское.
Их влияние, если посмотреть на атлас, привело к созданию пустынь Атакама и Намиб, также способствующих образованию климата Австралии.
Другие аспекты
Разнообразие земной поверхности способствует формированию элементов климата различными способами. Физические характеристики субстрата атмосферы, которые также меняются в течение года, определяют, например, разный порядок нагрева.
Альбедо поверхности Земли очень важно в этом случае. Оно означает способность отражать солнечную радиацию через различные поверхности. Это выражается отношением излучения, отраженного от поверхности, к интенсивности излучения. Чаще всего полученная величина измеряется в процентах. Чем выше альбедо, тем больше способность отражать солнечную радиацию и потенциально более низкий нагрев области.
Климатические зоны смещаются практически на наших глазах. В настоящее время в Польше наблюдается климат, который несколько лет назад был характерен для сотен километров к югу от Венгрии. Для Нижней Силезии характерны условия, которые были до недавнего времени на северо-востоке Венгрии. Граница тропиков за последние 25 лет сместилась на 200—500 км.
Ученые постоянно изучают происходящие изменения и вносят поправки в характеристики климатических поясов Земли.
