Погода и климат

Погода – это совокупность процессов, происходящих в атмосфере в данное время над определенной территорией. Характерные свойства погоды – изменчивость и многообразие. Изменение погоды могут быть периодическими и непериодическими.

Периодические изменения погоды обусловлены суточными и годовыми различиями в поступлении солнечной радиации. С этим связаны регулярные суточные и сезонные колебания всех метеоэлементов: температуры и влажности воздуха, облачности, осадков, давления, ветров. Непериодические изменения обусловлены фронтальными процессами и наиболее типичны для умеренного и холодного поясов.

В каждой стране существует служа погоды. Метеорологические станции по определенной программе и методике. Результаты наблюдений систематически передаются в зашифрованном виде по особому международному коду в мировые и региональные метеорологические центры. В центрах на основании многочисленных сведений несколько раз в сутки на определенный момент составляются синоптические карты (карты погоды). Сопоставление карт позволяет определить направления движений воздушных масс с разными физическими свойствами, фронтов, циклонов и антициклонов и т.д. и тем самым предсказать погоду. Предсказание погоды имеет огромное значение для всех отраслей хозяйства: сельского хозяйства, транспорта, многих отраслей промышленности, важно в военном деле, для жизни и деятельности людей.

Климат – многолетний режим погоды, типичный в данном месте. В отличие от погоды, он обладает устойчивостью, постоянством, хотя ежегодно бывают отклонения в температуре, количестве и режиме осадков, характерных погодах.

Энергетической основой климатообразующих процессов является приток на Землю солнечной радиации, количество которой определяется углом падения солнечных лучей, зависящим от широты места. Это главнейший климатообразующий фактор.

Большое влияние на формирование климата оказывает также атмосферная циркуляция – закономерное перемещение воздушных масс, в процессе которого осуществляется перенос тепла и влаги как между широтами, так и между материками и океанами.

Важен и характер подстилающей поверхности, прежде всего суша это или вода. Соответственно выделяются материковые и океанические климаты. Суша и вода по-разному нагреваются и остывают: суша быстрее нагревается, но и быстрее остывает, ибо прогревается на несколько метров: вода медленно нагревается, но на большую глубину – до 200-300 м, поэтому медленнее остывает. Это отражается на температурном режиме, суточной и годовой амплитуде температур, влажности воздуха, осадках и других метеоэлементах. Различное влияние суши и моря на климат возрастает от экватора к умеренным широтам и несколько сглаживается в приполярных районах.

Степень континентальности климата материков зависит от их размеров и изрезанности береговой линии. Чем больше материк, тем значительнее континентальность климата его внутренних районов. Она выражается в малом годовом количестве осадков и большой годовой амплитуде температур (например, в Центральной Азии). Большая изрезанность береговой линии уменьшает степень континентальности климата.

На климат материков оказывает влияние абсолютная высота местности. В горах температура с высотой уменьшается примерно на 6 на каждый километр и на определенной высоте даже летом оказывается равной нулю: выше начинается царство снегов и льдов.

Важно также расположение гор по отношению к господствующим ветрам. Горы, особенно высокие, являются климатическими барьерами. Наветренные склоны получают много осадков (например, южные склоны Гималаев), подветренные склоны сухие.

У широтно вытянутых гор весьма важно учитывать ориентацию (экспозицию) склонов гор по отношению к Солнцу. Например, северный и южный склоны Кавказских гор получают разное количество тепла, что отражается на высоте природных поясов и снеговой границе, а сами горы служат рубежом между умеренным и субтропическим поясами.

Кроме рельефа на режим метеорологических элементов в приземном слое воздуха над сушей, особенно в теплую половину года, влияет тип почвы, ее влагосодержание, растительность, отличающаяся пестротой, густотой и высотой покрова. Все эти, а также многие другие разновидности подстилающей поверхности суши, создают контрасты климатов и многообразие микроклиматов, являющихся предметом исследования микроклиматологии.

Микроклиматы суши в настоящее время изучены недостаточно, но влияние некоторых разновидностей подстилающей поверхности континентов известно уже давно и изучено более или менее полно. Например, хорошо –известно, влияние растительности, особенно снежного покрова на климат и др.

Растительность прежде всего изменяет деятельную поверхность, превращая ее в деятельный слой. Она усложняет условия тепло- и влагообмена в приземном слое воздуха (создавая фитоклимат). Условиями поглощения солнечной энергии в этом слое определяет радиационно-тепловой режим земной поверхности и приземного слоя атмосферы, а также влагообмен в нем.

Альбедо травянистой и кустарниковой растительности изменяется от 15 до 30% (см. табл.).

Таблица

Среднее величины альбедо естественных поверхностей суши

Значительная часть солнечной радиации поглощается растениями, и к почве проникает лишь небольшая ее доля. Например, густой травяной покров тимофеевки пропускает к почве менее 20% падающей радиации. Поэтому в почвенном воздухе среди растительности температура обычно ниже, чем над оголенным местом. Максимум ее наблюдается на некоторой высоте над поверхностью земли. В ночное время большая суммарная поверхность растительности увеличивает эффективное излучение, поэтому минимальная температура также наблюдается среди растений на некоторой высоте над землей. В приземном же слое воздуха, защищенным растительностью, ночная температура оказывается более высокой, чем над оголенным участком.

Велико испарение с поверхности травянистой растительности при достаточной влажности почвы. Оно приближается или даже превышает испарение со свободной водной поверхности большого мелкого водоема. Непосредственно же с поверхности почвы при наличии растительности влаги испаряется меньше, чем с оголенной поверхности. Испарение с растительности и почвы вместе с уменьшением перемешивания воздуха вследствие ослабления скорости ветра приводит к значительному повышению влажности среди растений. Например, в дневные часы, относительная влажность на поле среди ржи на 10-20% превышает ее величину на пару.

Микроклиматическое влияние леса во многом сходно с влиянием травянистой растительности.

Наземные экосистемы и их составляющие компоненты – растительность, почвы и животные – тесно связаны с климатом как непосредственно по прямодействующим факторам тепла, света и влаги, так и косвенно через воздействие рельефа, геологических и гидрогеологических условий. Экосистемы формируются в условиях зонального макроклимата, местного климата (или мезоклимата), микроклимата и фитоклимата местообитания.

Большое влияние на климат оказывают морские течения. Они переносят значительную часть тепла их низких широт в высокие. Весьма существенное влияние оказывают течения и на климат прибрежных территорий. Побережья, омываемые теплыми течениями, теплее и влажнее, холодными течениями – холоднее и суше. Так, в умеренных широтах на западном побережье Скандинавии благодаря теплым течениям вплоть до полярного круга температура даже зимой держится около 0С, выпадает много осадков, произрастает тайга, и на этой же широте на полуострове Лабрадор, омываемым водами холодного течения, - тундры. В тропиках на западных берегах материков, омываемых холодными течениями, температура воздуха 15…20С, сухо, характерны береговые пустыни; на восточных побережьях, вдоль которых протекают теплые течения, температура 25…28С, осадков около 1000 мм, произрастают вечно зеленые тропические леса. Оценивая роль течений, важно учитывать также направление преобладающих ветров.

Таким образом, солнечная радиация, циркуляция атмосферы и подстилающая поверхность – климатообразующие факторы, под совместным влиянием которых формируются различные климаты Земли.

Климат, как и все метеорологические элементы, зонален. В каждом полушарии, согласно Б.П.Алисову, выделяется семь климатических поясов. Главный признак поясности – господство тех или иных типов воздушных масс. В основных поясах формирование климата весь год происходит под преобладающим воздействием воздушных масс одного типа: экваториальный пояс – ЭВ, два тропических – ТВ, два умеренных – ПВ, два полярных (арктический и антарктический) – АВ. Располагающиеся между ними переходные пояса характеризуются сезонной сменой преобладающих воздушных масс. Это два субэкваториальных пояса – ЭВ и ТВ, два субтропических – ТВ и ПВ, субарктический и субантарктический - ПВ и АВ. Границы всех поясов проведены по положению главных климатических фронтов.

Климатические пояса – самые крупные зональные подразделения земной поверхности по климатическим условиям. Внутри них выделены климатические области (две или четыре) с разными типами климатов: материковый и океанический типы климата (есть во всех поясах, обусловлены прежде всего свойствами земной поверхности – суши или океана); типы климата западных и восточных побережий материков (в тропическом, субтропическом, умеренном поясах), связанные с неодинаковыми условиями циркуляции атмосферы и с морскими течениями.

Экваториальный пояс. Температуры весь год высокие (24…38С), влажность воздуха большая. Осадков много – около 2000 мм. Сезонные колебания среднемесячных температур и осадков незначительны. Это зона низкого давления, восходящих токов воздуха, слабых ветров. Над сушей, которая быстро прогревается, конвекция развивается днем, образуются мощные кучево-дождевые облака, после полудня идут обильные дожди, часто сопровождаемые грозами. Над морем ливни и грозы бывают в ночное время. Увлажнение избыточное. В условиях экваториального пояса произрастают вечнозеленые леса.

Субэкваториальные пояса. Им свойственна сезонная смена воздушных масс: летний муссон приносит экваториальный воздух, зимой господствует континентальный тропический воздух. Летом жарко и влажно, как на экваторе, зимой температура немного снижается (около 20С), влажность воздуха низкая, осадков нет. Такой климат с влажным летом и сухой зимой называется муссонным. Увлажнение – близкое к нормальному. Произрастают редкостные листопадные леса и саванны.

Тропические пояса. Над большей частью материков господствует кТВ. Температура летом 30…35С, зимой около 20С. Суточная амплитуда температур (30…40С) больше годовой (10…15). Осадков почти нет. Увлажнение ничтожное. Такой климат называют аридным (сухим). Здесь располагаются величайшие тропические пустыни мира: Сахара, аравийские, австралийские.

Своеобразен климат на западных побережьях материков, где весь год преобладает мТВ. Температуры невысокие – около 20С летом, 15С зимой, сказывается влияние холодных течений. Несмотря на большую влажность воздуха, осадков нет. Ночью обильны росы и туманы. Увлажнение ничтожное, поэтому здесь простираются береговые пустыни.

На восточных побережьях материков, вдоль которых перетекают теплые течения, климат иной. Высокие температуры (25…28С) летом, около 20 С зимой, довольно много осадков – до 1000 мм, особенно летом. Увлажнение избыточное. Произрастают вечнозеленые тропические леса.

Перечисленные климатические пояса лежат в основном в границах жаркого теплового пояса, ограниченного годовыми изотермами +20С. В этих поясах не температурные показатели являются основным признаком сезонных изменений в природе, а режим и количество осадков. Поэтому развитие растительности лимитирует не температура, а осадки, и не просто их годовое количество, а продолжительность сухих и влажных периодов. И простирание природно-растительных зон, то широтное, то меридиональное, также подчинено условиям увлажнения.

Субтропические пояса. Климат формируется под влиянием сезонной смены воздушных масс: ТВ – летом, ПВ – зимой. Материковый субтропический климат – аридный, с жарким (около 30С) сухим летом, прохладной (0…+5С), относительно влажной 200-250 мм) зимой, с неустойчивой фронтальной погодой. Увлажнение недостаточное, поэтому преобладают природные зоны пустынь, полупустынь, сухих степей.

Климат западных побережий материков называется средиземноморским, так как наиболее типичен для побережья Средиземноморского моря (Южная Европа, Передняя Азия, Северная Африка), хотя территории с таким климатом имеются и на других континентах. Для него характерны сравнительно жаркое (более 20С) сухое лето, мягкая (около 10С) влажная (500-700 мм) зима. Растительность – сухолюбивые вечнозеленые жестколистные леса и кустарники.

Климат восточных побережий материков – муссонный, лучше всего он выражен в Евразии. Летом преобладает устойчивый муссон с океана (мТВ), жарко (25С), влажно. Зима сравнительно прохладная (0…+5С) и относительно сухая, так как муссон с суши из сезонных барических максимумов, в частности из Азиатского, приносит кПВ. Общее количество осадков около 1000 мм, увлажнение достаточное. Растительность – переменно-влажные широколиственные и смешанные леса.

Субтропический пояс характеризуется положительными (по многолетним данным) температурами в течение всего года. Однако во всем поясе возможны кратковременные понижения температуры до отрицательных значений и даже выпадения снега. На равнинах он быстро тает, в горах может сохраняться до нескольких месяцев. Исключением является крупнейшее и высочайшее (4-5 км) в мире нагорье мира Тибет, расположенное в этом поясе. Для него характерна особая разновидность резко континентального климата: прохладное лето, суровая зима, незначительные осадки. На нагорье развиты высокогорные пустыни.

Умеренные пояса. В этих поясах в течение года господствует ПВ, возможны отражения ТВ (особенно летом), так и АВ (особенно зимой). Своеобразен в поясах и радиационный баланс: летом он положительный благодаря довольно большой высоте Солнца и значительной продолжительности дня., зимой отрицательный из-за малой высоты Солнца, короткого северного дня, большой отражательной способности снега. Характерная особенность поясов – интенсивная циклоническая деятельность как на фронтах между ТВ и ПВ, ПВ и АВ, так и между мПВ и кПВ, с нею связана неустойчивость погодных условий, особенно зимой.

Континентальный умеренный климат. Он развит практически лишь в северном полушарии – в Евразии и Северной Америке. Господствует кПВ, с запада нередки вторжения мПВ. В среднем температуры самого теплого летнего месяца – июля – изменяются от +10 до +12С на севере и до +30С на юге, самого холодного – января – от -5С на западе и до –25…-30С в центре материков, в Якутии даже ниже -40С. Низкие зимние температуры почвы и воздуха и незначительное количество снега поддерживают существование вечной мерзлоты. Годовое количество осадков уменьшается с запада на восток от 700-600 мм до 300 мм и даже до 200-100 мм в Средней и Центральной Азии. Летом осадков выпадает больше, чем зимой, причем разница эта существеннее в центре материков, особенно в Восточной Сибири, за счет весьма сухой антициклической зимы. Преобладают осадки фронтального происхождения, летом выпадают еще и конвективные а перед горами (например, перед Тянь-Шанем, Алтаем) – орографические осадки. Из-за большой протяженности пояса с севера на юг в нем нередко выделяют северную часть с прохладным летом и относительно суровой зимой (совпадает с тайгой) и южную часть с теплым летом и относительно мягкой зимой. По степени континентальности климата выделяют его разновидности: от умеренно-континентального до резко континентального. Увлажнение изменяется от избыточного на севере до резко недостаточного на юге, поэтому здесь богатый спектр природно-растительных зон: тайга, смешанные и широколиственные леса, лесостепь (коэффициент увлажнения 1), степи, полупустыни, пустыни.

Климат западных побережий материков формируется под влиянием мПВ, образующегося над теплыми течениями и приносимого господствующими западными ветрами. Поэтому он называется морским умеренным климатом. Для него характерны нежаркое лето (+10С на севере, +17С на юге), мягкая зима с температурами от 0 до +5С. Зимой на севере нередки понижения температуры до отрицательных значений, снегопады. Осадков много – 800-1000 мм, перед горами 2000 мм (юго-запад Скандинавии), 3000 мм (западные склоны Кордильер), 5000 мм (западные склоны Анд). Осадки фронтальные и орографические. Увлажнение избыточное. Произрастают хвойные и широколиственные леса.

Климат восточных побережий материков умеренного пояса – муссонный. Он хорошо выражен в Евразии, в Приморском крае и Северо-Восточном Китае. Наблюдается сезонная смена воздушных масс: летом теплый и влажный мПВ, зимой очень холодный и сухой кПВ из Азиатского и Канадского максимумов. Соответственно температура около +20С летом и – 10…-20С зимой. Количество летних осадков и 10…20 раз больше зимних, а общее количество варьирует от 500 до 1000 мм в зависимости от орографии: осадков больше на восточных склонах гор Увлажнение избыточное, произрастают смешанные и хвойные леса.

В южном полушарии в умеренном поясе почти безраздельно господствует океанический климат с нежарким летом, мягкой зимой, обильными фронтальными осадками, западными ветрами, неустойчивой погодой («ревущие» сороковые широты).

Субарктический и субантарктический пояса. Им свойственна сезонная смена воздушных масс: летом ПВ, зимой АВ. Континентальный, в том числе резко континентальный, климат наблюдается лишь в северном полушарии на севере Евразии и Северной Америки. Прохладное сырое лето с температурами менее 10-12С, суровая (до –40…..50С) продолжительная малоснежная зима. Полюс холода северного полушария, как и всей планеты, - Оймякон (-71С). Большие годовые амплитуды температур. Осадков 200….100 мм. Характерны вечная мерзлота, избыточное увлажнение, большая заболоченность. Из зон типичны тундра и лесотундра.

Морской (океанический) климат наблюдается на севере Европы, в Северном Ледовитом океане (Баренцево, Гренландское моря), вокруг Антарктиды. Характерны прохладное лето (+3…+5С), плавучие морские и материковые льды, относительно мягкая (-10…-15С) зима. Осадки – до 500 мм, постоянны туманы. По побережьям материков и на островах распространена тундра.

Арктический и антарктический пояса. Преобладает континентальный климат в Антарктиде, в Гренландии, на островах Канадского архипелага. Весь год отрицательные температуры. В Антарктиде на внутриконтинентальной станции «Восток» зарегистрирован абсолютный минимум температуры –89,2С. (однако, поскольку станция «Восток» расположена на высоте 3488 м, абсолютный минимум температуры воздуха на уровне моря остаётся за Оймяконом). Осадки – менее 100 мм. Типичны ледяные пустыни. Океанический климат наблюдается в Арктике. Температуры отрицательные, во время полярного дня могут достигать 5С. Осадки – 100-150 мм за счёт проникающих в Арктику циклонов. Для островов характерна тундра.

Разработана и схема фито-экологически обусловленных климатических областей (Кеппен, 1901):

1. годичный минимум температуры выше 16˚ С, вегетационный период не прерывается неблагоприятным временем года;

2. годичный минимум температуры выше 16˚ С, но имеется период покоя, обусловленный засухой, в течение которого выпадает малое количество осадков, и даже наиболее влажный месяц содержит менее 12 дождливых дней;

3. минимум годовой температуры ниже 16˚ С, но не ниже 0˚ С, настоящий период покоя, как результат низкой температуры отсутствует, но все же наиболее чувствительные к холоду растения не могут уже произрастать;

4. температура падает на продолжительное время в году ниже 0˚ С, но июльская изотерма лежит выше 10˚ С;

5. июльская изотерма падает ниже 10˚ С, которая совпадает с северной границей древесной растительности.

Климат играет огромную роль в живой и неживой природе Земли. Он определяет характер растительности, животного мира, почвенного покрова. От него зависят увлажнённость территории, режим рек, озёр, морей, ледников, образование некоторых горных пород. Климат влияет на формирование рельефа. Климат необходимо учитывать в хозяйственной деятельности людей, особенно в сельском хозяйстве, а также в строительстве, в промышленности, на транспорте. Климат и погода имеют большое значение для здоровья и деятельности людей.