Атмосфера и ее движение. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Альтернативные источники энергии

 Комментарии к статье

Земля окружена толстым слоем воздуха - атмосферой. С высотой воздух становится все более разреженным, менее плотным. У поверхности Земли, на уровне моря, один кубический метр воздуха весит при 0 градусов около 1,3 килограмма; а на высоте 25 километров над земной поверхностью кубический метр воздуха весит уже в тридцать с лишним раз меньше.

Хотя толщина земной атмосферы достигает многих сотен километров, но по сравнению с объемом земного шара она совсем не велика.

Нижний слой атмосферы, в пределах от 9 до 18 километров над поверхностью Земли, называется тропосферой. В этом слое находится более 3/4 по весу воздуха. Верхние слои называют стратосферой и ионосферой.

Воздух, как и все предметы, имеет вес; он давит на Землю и на всех, живущих на ней, с большой силой; эта сила у поверхности Земли равна примерно одному килограмму на каждый квадратный сантиметр площади тела.

С высотой давление воздуха постепенно уменьшается. Но и у поверхности Земли, как мы увидим далее, атмосферное давление никогда не бывает постоянным, оно всегда меняется.

Давление воздуха, равное давлению, которое оказывает при 0 градусов столб ртути высотой в 760 миллиметров, называется нормальным атмосферным давлением. Это давление равно 1,0336 килограмма на квадратный сантиметр.

В метеорологии давление воздуха принято измерять в миллибарах. Один миллибар равен примерно давлению, которое оказывает один грамм на поверхность одного квадратного сантиметра. Нормальное атмосферное давление равно примерно 1000 миллибар.

Метеорология - наука об атмосфере и происходящих в ней явлениях, преимущественно физических. В более узком понятии - зто наука о погоде и ее изменениях.

Атмосфера никогда не находится в покое. Всюду - у полюсов и под тропиками, внизу, у поверхности Земли, и вверху, там, где плывут облака,- воздух находится в движении.

Движение воздуха, окружающего Землю, и называют ветром.

Что же вызывает движение воздуха в атмосфере? Почему дуют ветры?

Чтобы хорошо уяснить себе причину ветра, вспомните всем известное явление. Когда зимой вы открываете дверь из натопленной комнаты на улицу или в более холодную комнату, понизу устремляется в теплую комнату холодный воздух. Одновременно с этим поверху будет выходить наружу теплый комнатный воздух. Убедиться в этом легко. Зажгите свечу или спичку и поместите ее у открытой двери - сначала внизу, у порога, а затем - вверху (рис. 1). Внизу пламя свечи будет заметно отклоняться потоком холодного воздуха в комнату, а вверху, наоборот, поток теплого воздуха, идущего из комнаты, отклонит пламя свечи наружу, из комнаты.

Рис.1

Почему это так происходит?

А вот почему. Если взять два одинаковых объема воздуха, но различно нагретые, то более холодный объем воздуха будет всегда более плотным, а значит, и более тяжелым. Нагреваясь, воздух, как и все тела, расширяется, становится менее плотным и более легким. Когда мы открываем дверь на улицу, более холодный и более плотный наружный воздух устремляется в теплую комнату, вытесняя менее плотный и более легкий комнатный воздух кверху.

Как более тяжелый, наружный воздух входит в комнату понизу, располагается в комнате в нижних слоях, у пола. Вытесняемый холодным тяжелым воздухом теплый воздух поднимается вверх и уходит из комнаты наружу через верхнюю часть открытых дверей.

Этот пример позволит нам понять причины движения воздуха в атмосфере.

Солнечное тепло, падающее на Землю, нагревает прежде всего ее поверхность. Атмосфера поглощает только незначительную часть солнечной тепловой энергии. От нагретой поверхности земного шара нагреваются нижние, соприкасающиеся с ней слои воздуха. Теплые слои воздуха перемешиваются с холодными, отдают им свое тепло; так происходит нагревание воздуха.

Таким образом, чем сильнее нагревается Солнцем земная поверхность, тем сильнее нагревается и воздух, лежащий над ней.

Но как нагревается поверхность Земли Солнцем? Далеко не одинаково. Это связано прежде всего с тем, что в разное время года и в разных климатических поясах.

Рис.2

Земли Солнце поднимается над горизонтом по-разному. Чем выше Солнце стоит над горизонтом, тем более приходится солнечного тепла на одну и ту же площадь поверхности Земли (рис. 2).

Благодаря шарообразной форме Земли на экваторе и близ него лучи Солнца падают круто, в полдень почти отвесно. В странах умеренного климата солнечные лучи падают на земную поверхность уже значительно более полого. А в полярных странах и на полюсах солнечные лучи лишь как бы скользят по земной поверхности - Солнце поднимается над горизонтом сравнительно невысоко. Более того, зимой Солнце здесь совсем не появляется над горизонтом: стоит длинная полярная ночь.

По этой же причине изменяется температура поверхности Земли в течение суток. Днем, когда Солнце находится высоко в небе, поверхность Земли нагрета сильнее всего, вечером же, когда Солнце уходит за горизонт, Земля начинает остывать, а ночью и утром температура ее падает еще ниже.

Рис.3. Ход Солнца на небесном своде: вверху - за полярным кругом, в середине - в странах умеренного климата и внизу - на экваторе

Кроме того, неравномерный нагрев земной поверхности объясняется тем, что различные участки поверхности нагреваются Солнцем и охлаждаются различно. Особенное значение имеет способность воды и суши различно нагреваться и охлаждаться.

Суша быстро нагревается до более высокой температуры, но быстро и остывает. Вода же (особенно в морях и океанах) благодаря постоянному перемешиванию нагревается очень медленно, но зато сохраняет свое тепло значительно дольше, чем суша. Объясняется это тем, что теплоемкость воды и суши различна (теплоемкостью называется количество тепла, необходимое для нагревания тела на один градус).

По-разному нагреваются под лучами Солнца и различные участки суши. Например, черная голая земля нагревается значительно сильнее, чем, скажем, зеленое поле. Сильно нагревается Солнцем песок и камень, много слабее - лес и трава.

Способность различных участков земли по-разному нагреваться под лучами Солнца зависит также от того, какая доля падающих на поверхность лучей поглощается поверхностью и какая отражается. Различные тела имеют различную отражательную способность. Так, снег усваивает лишь 15 процентов солнечной энергии, песок - 70 процентов, а вода отражает только 5 процентов и поглощает 95 (рис. 4).

От различно нагретых участков земного шара по-раз- ному нагревается и воздух. Насколько различно количество тепла, получаемое воздухом в разных местах, видно из такого примера. В пустыне воздух получает от нагретого песка в 130 раз больше тепла, чем получает воздух от воды в море, находящемся на одной широте с пустыней.

Но различно нагретый воздух имеет, как уже говорилось, и различную плотность. Это создает в разных местах различное атмосферное давление: там, где воздух менее нагрет и, значит, более плотный, атмосферное давление выше; наоборот, где воздух нагрет сильнее и, следовательно, более разрежен, давление воздуха ниже.

А воздух с более высоким давлением всегда стремится двигаться туда, где имеется более низкое атмосферное давление, подобно тому, как вода всегда течет от более высокого уровня к более низкому. Так и возникает в природе ветер.

Постоянное движение воздуха создает разность температур и давлений в атмосфере, что связано с неравномерным нагреванием земного шара Солнцем.

Рис.4

Таким образом, ветер в природе возникает за счет энергии солнечных лучей.

На рисунке 5 мы приводим упрощенную схему главных воздушных течений. Как видно из схемы, даже в простейшем виде движение воздушных масс над Землей представляет собой довольно сложную картину.

У экватора благодаря сильному нагреванию поверхности наблюдается постоянное пониженное давление воздуха. Сюда текут воздушные потоки с севера и с юга и создают постоянные ветры - пассаты. Эти ветры отклоняются под влиянием вращения Земли. В северном полушарии, если смотреть по тому направлению, куда дует пассат, ветер отклоняется вправо, в южном - влево. На высоте 3-7 километров в этих областях дуют антипассаты - ветры обратных направлений. У самого экватора находится зона затишья.

По мере удаления от экватора антипассаты все сильнее отклоняются от своего направления к полюсам.

Примерно на широте 30 градусов )по обе стороны от экватора наблюдаются полосы затишья; в этих районах притекающие от экватора воздушные массы (антипассаты) опускаются и создают областц повышенного давления. Именно здесь и зарождаются пассаты.

Отсюда же внизу дуют ветры по направлению к полюсам. Ветры эти - преобладающие западные; по сравнению с пассатами они значительно более изменчивы.

Старые моряки называют области между 30 и 60 градусами областями "западных штормов".

Полосы затишья около 30 градусов широты называют иногда конскими широтами. Здесь преобладает ясная погода при высоком атмосферном давлении. Это странное название сохранилось еще с тех времен, когда мореплаватели ходили на парусных кораблях, и относилось только к району около Бермудских островов. Многие корабли перевозили лошадей из Европы на острова Вест-Индии. Попадая в полосу затишья, парусники теряли возможность двигаться. Нередко при этом моряки оказывались в тяжелых условиях. Истощались запасы воды, от жажды в первую очередь погибали лошади. Выброшенные за борт трупы лошадей долго носились волнами.

Ветры, дующие от полюсов, часто называют полярными восточными ветрами (см. рис. 5).

Рис.5. Упрощенная схема главных воздушных течений

Описанная нами картина главных воздушных течений над Землей еще более усложняется постоянными ветрами, возникающими благодаря неравномерному нагреванию воды и суши.

Мы уже говорили о том, что суша нагревается и охлаждается быстрее, чем вода. Благодаря этому за день суша успевает нагреться значительно сильнее, чем вода: ночью же, наоборот, вода охлаждается медленнее, чем суша.

Поэтому днем над сушей воздух нагревается сильнее; нагретый воздух подымается вверх и увеличивает там атмосферное давление. Потоки воздуха (примерно на высоте 1 км) устремляются к воде, и над водной поверхностью устанавливается повышенное атмосферное давление. В результате этого внизу с воды начинает дуть свежий ветер - бриз (рис. 6).

Рис.6. Схема дневного бриза

Но вот наступает ночь. Суша быстро охлаждается; охлаждается и прилегающий к ней воздух. Холодный воздух, уплотняясь, опускается. Его давление в верхних слоях уменьшается. В то же время вода остается долгое время теплой и нагревает находящийся над ней воздух. Подсчитано, что охлаждение 1 кубического метра морской воды на один градус дает такое количество тепла, которого достаточно для нагревания на один градус более 3 тысяч кубических метров воздуха! Нагреваясь, воздух поднимается кверху и создает там повышенное атмосферное давление. В результате вверху начинает дуть ветер на берег, а внизу дует материковый бриз - с суши к воде (рис. 7).

Рис.7. Схема ночного бриза

Такие береговые ветры известны всем, кто живет на берегу больших озер или морей. Хорошо известны, например, бризы на Черном, Азовском и Каспийском морях; так, в Сухуми бризы бывают круглый год. Бризы дуют и на больших озерах, на таких, как Севан, Иссык-Куль, Онежское и другие. Наблюдают бризы и на берегах больших рек, например, на Волге у Саратова, на ее высоком правом берегу.

Бризы не распространяются далеко. Это - чисто местные ветры. Неравномерное нагревание воды и суши в береговых районах морей и океанов создает ветры, аналогичные бризам. Это - так называемые муссоны.

Муссоны - сезонные ветры, они дуют полгода в одном направлении, полгода в другом. Они дуют благодаря различному нагреванию и охлаждению морей и материков в зимнее и летнее время. Летом воздух над материком нагревается намного сильнее, чем над морем. Наоборот, зимой воздух над морем (океаном) оказывается более теплым, чем воздух над материком. Объясняется это тем, что летом материки нагреваются сильнее, а зимой охлаждаются сильнее, чем вода, в то время как море, более холодное летом, зимой становится теплее суши.

Большая теплоемкость воды позволяет океану хранить в себе с лета огромные запасы тепла.

Таким образом, летом материки как бы нагревают атмосферу, а моря и океаны - охлаждают ее. Зимой положение меняется: "атмосферными печками" становятся моря, а "холодильниками" - материки.

По этой причине и дуют муссоны; зимой - с суши на море, а летом с моря на материк.

Муссоны наблюдаются во всех климатических поясах, даже на берегах Северного Ледовитого океана. На направление муссонов также влияет вращение Земли. Наиболее ярко выражены муссоны в Индии.

Наконец, для общей характеристики воздушных течений необходимо сказать и об атмосферных вихрях - циклонах.

Воздушные течения, о которых мы говорили выше, связаны с перемещением в атмосфере громадных объемов воздуха - воздушных масс. Воздушной массой принято называть такие объемы воздуха, которые сохраняют некоторое время свои определенные свойства. Так, например, воздушная масса, идущая из Арктики, несет с собой низкую температуру и сухой прозрачный воздух.

Поверхность раздела двух различных воздушных масс называют фронтом. По обе стороны фронта часто резко различны температура воздуха, скорость ветра и т. д. Поэтому, когда над каким-либо местом проходит фронт, то в этом районе обычно резко меняется погода.

Когда две соседние воздушные массы, имеющие разную температуру (а значит, и разную плотность воздуха), движутся с различной скоростью, или когда они перемещаются друг относительно друга вдоль фронта (рис. 8 вверху) на пограничной поверхности воздушных масс, благодаря взаимодействию теплых и холодных масс воздуха, возникает волновое возмущение - на фронте образуется как бы воздушная волна. При этом холодный воздух подтекает под теплый, а теплый воздух в свою очередь начинает оттеснять холодный воздух. Начинается завихрение воздушных потоков. Волновое возмущение на фронте растет, поверхность раздела двух воздушных масс изгибается все более круто: так постепенно возникает все более сильное вихревое движение воздуха - циклон (см. рис. 8).

Рис.8. Схема образования и развития циклона

Имеется три главных фронта, где возникают циклоны: арктический, полярный и тропический. Арктический фронт является линией раздела арктического и полярного воздуха (северные широты). Полярный фронт разделяет полярный и тропический воздух (умеренные широты). Тропический фронт является линией раздела тропического и экваториального воздуха (южные широты).

Атмосферное давление в циклоне понижается к его центру. В центре циклона давление воздуха самое низкое. Если на карте местности, где развивается циклон, все точки с одинаковыми давлениями соединить линиями - например, одна линия соединит все точки с давлением 990 миллибар, другая - с давлением 995 миллибар и т. д.,- то окажется, что все такие линии в области циклона будут замкнутыми кривыми линиями (рис. 9). Такие линии называются изобарами. Изобара, находящаяся в центре этой области, будет соединять точки с самым низким давлением.

Благодаря такому распределению давлений в циклоне ветры дуют в нем от краев к центру, так, что образуется круг ветров, дующих против часовой стрелки.

Рис.9. Изобары на карте погоды

Циклон перемещается в атмосфере; он приносит с собой резкое изменение ветра по направлению и по скорости. Средняя скорость движения циклонов 25-40 километров в час.

Помимо циклонов, т. е., иными словами, областей с пониженным давлением, в атмосфере возникают также области с повышенным давлением - антициклоны. Здесь давление воздуха повышается к центру.

Циклоны и антициклоны нередко захватывают очень большие пространства, простирающиеся на тысячи километров. Поэтому эти атмосферные возмущения оказывают заметное влияние на общую циркуляцию воздуха в атмосфере, в еще большей степени осложняют ее. Возникновение и смена различных ветров в умеренных широтах связаны главным образом с перемещением циклонов и антициклонов.

Очень сильные, ураганные ветры возникают в циклонических возмущениях, зарождающихся на тропическом фронте, над южными морями. Эти циклоны носят название тропических.

Автор: Кармишин А.В.

Смотрите другие статьи раздела Альтернативные источники энергии.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Микропластик в атмосфере - скрытый ускоритель глобального потепления 31.05.2026

Микропластик уже давно признан одним из самых масштабных загрязнителей планеты. Он проникает в океаны, почву, организмы животных и даже в тело человека. Однако до недавнего времени мало кто задумывался о его влиянии на климатические процессы. Новое исследование показало, что микро- и нанопластик в атмосфере способен поглощать тепло, тем самым внося дополнительный вклад в глобальное потепление. Ученые обнаружили, что воздействие пластиковых частиц на климат зависит от их цвета. Светлые частицы отражают солнечный свет и способствуют некоторому охлаждению, в то время как более темные - активно поглощают тепло и излучение. Со временем пластик в атмосфере темнеет под воздействием ультрафиолета, что усиливает его согревающий эффект. Этот процесс напоминает пожелтение пластиковых парковочных талонов, оставленных на солнце. Соавтор исследования, заслуженный профессор наук о Земле в Университете Дьюка Дрю Шинделл отметил, что влияние микропластика на изменение климата пока относительно не ...>>

Универсальный бытовой робот-гуманоид GigaAI SeeLight S1 31.05.2026

Развитие робототехники постепенно переносит сложные машины из промышленных цехов прямо в повседневную жизнь людей. Китайская компания GigaAI сделала важный шаг в этом направлении, представив SeeLight S1 - первую в стране модель универсального бытового робота-гуманоида. Эта разработка призвана взять на себя рутинные домашние дела и стать настоящим помощником в повседневной жизни. Уже в конце текущего месяца сотня роботов SeeLight S1 начнет проходить испытания в специализированном жилом комплексе, предназначенном для работников высокотехнологичных отраслей. По словам генерального директора GigaAI Чжу Чжэна, в первой половине 2027 года роботы будут переданы для бесплатного тестирования обычным семьям в Ухане - столице провинции Хубэй. Такой подход позволит собрать реальные данные о работе устройства в домашних условиях. В демонстрационном видео робот, передвигающийся на колесах, уверенно справляется с множеством бытовых задач. Он нарезает овощи, жарит яйца, загружает стиральную маши ...>>

Вкусовые пристрастия формируются еще в утробе 30.05.2026

Предпочтения человека к еде закладываются задолго до первого прикорма. Современная наука подтверждает, что ребенок начинает знакомиться с ароматами и вкусами пищи еще до рождения, через околоплодные воды. Новое международное исследование показало, что регулярное потребление определенных продуктов беременной женщиной может формировать долгосрочные пищевые предпочтения у ребенка, сохраняющиеся даже спустя годы после появления на свет. Ученые из университетов Великобритании, Франции и Нидерландов провели эксперимент с участием беременных женщин. Одной группе будущих мам давали капсулы с порошком капусты кейл, другой - с порошком моркови. Реакцию детей на эти запахи проверяли в три этапа: сначала в утробе матери с помощью 4D-УЗИ на поздних сроках беременности, затем в возрасте трех месяцев и, наконец, когда детям исполнилось три года. Результаты оказались весьма убедительными. Дети женщин, принимавших порошок кейла, положительно реагировали на запах этой капусты, но негативно - на ар ...>>

Случайная новость из Архива Черные помидоры 15.05.2009 Английские генетики из Центра биотехнологии в Норидже, внедрив томатам ген львиного зева, вывели сорт почти черной окраски. Он богат антоцианинами - темными растительными пигментами, которых много, например, в чернике, черном винограде, ежевике, черной смородине. Эти вещества, нейтрализующие разрушительное действие свободных радикалов, обладают антивоспалительными свойствами, улучшают зрение, значительно замедляют рост некоторых опухолей, защищают от сердечнососудистых болезней. Опыты на мышах специальной линии, часто болеющих раком, показали, что питание обычными помидорами продлило жизнь больных мышей со 142 дней до 146, а мыши, евшие помидоры черного сорта, прожили в среднем по 182 дня. Обычные здоровые лабораторные мыши живут до 211 дней, а при потреблении черных помидоров - до 260.

Другие интересные новости:

▪ Синдром хронической усталости химически похож на спячку у животных

▪ За стеной видны микрообъекты

▪ Дефицит кремния для солнечной энергетики

▪ Автомобиль BMW словит зеленую волну

▪ Компьютерные очки HyperX Spectre

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электродвигатели. Подборка статей

▪ статья Весенние мечтания. Крылатое выражение

▪ статья В какой стране был избран депутат, обещавший больше попутного ветра на велодорожках? Подробный ответ

▪ статья Перец мексиканский. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Радиомикрофон для лекторов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Транзисторы IRF510 - IRF540S. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

[an error occurred while processing this directive] Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026