Тема 2. Атмосфера и климат Земли
Климатическая карта.
Климатические карты отображают особенности климата территории с помощью различных условных знаков. Часто на таких картах применяются изолинии. Изолинии - это условное обозначение на карте (а также схеме, чертеже, графике) в виде линии, соединяющей точки с одинаковыми показателями какого-либо элемента.
Изоанемона - линия одинаковых среднегодовых скоростей ветра. Изотаха - линия одинаковых скоростей ветра (на карте максимальных ветров). Изобара - линия одинакового атмосферного давления. Изогиета - линия одинакового выпадения атмосферных осадков. Изотерма - линия равных показателей температур.
Найдите примеры изотерм на климатической карте.
Рассматривая карту, вы обратили внимание, что, кроме изотерм, по которым можно определить среднюю температуру самого холодного и теплого периодов (январь и июль), отмечены также абсолютный максимум (самая высокая температура, которая была зарегистрирована в данном месте) и абсолютный минимум (самая низкая). На карте вы также найдете преобладающие ветра в январе и июле. Для обозначения среднегодового количества применяется цветовой фон. Вспомните, как называется этот вид условного обозначения? По шкале определяется количество выпавших осадков на той или иной территории.
Распределение температуры воздуха, атмосферного давления.
Климат любой местности зависит прежде всего от количества солнечного тепла, поступающего на земную поверхность. Распределение температуры воздуха над поверхностью Земли зависит от нескольких факторов, главные из которых: географическая широта, высота поверхности суши (вспомните, почему?), удаленность от океана, господство воздушных масс (рис . 23).
Рис. 23. Факторы, влияющие на распределение температуры.
Высокая температура в течение года характерна для экватора и тропических широт. Низкая температура воздуха наблюдается в районе полюсов. Температура воздуха в 60-х широтах меняется в зависимости от смены времен года. Неравномерное распределение солнечного тепла определяет образование поясов высокого и низкого давления (рис. 24).
Рис. 24. Пояса высокого и низкого давления.
В экваториальной части Земли в течение всего года высокая температура. Прогретый воздух становится легким, поэтому поднимается от Земли. Возникают восходящие токи воздуха. С высотой температура понижается. В результате происходит конденсация, образуются облака и выпадают осадки. В результате восходящих токов, над экватором формируется низкое давление (воздух поднимается, поэтому не давит на земную поверхность). Над полюсами из-за скользящих солнечных лучей в течение года температура воздуха низкая. Воздух охлаждается становится тяжелым, опускается. Возникают нисходящие токи воздуха. Нисходящие токи воздуха являются причиной повышенного атмосферного давления над полюсами. В верхней тропосфере воздух перемещается из области высокого давления, т.е от экватора в сторону полюсов, с пониженным давлением. В результате вращения Земли воздух отклоняется и опускается в районе тропиков, где возникают нисходящие токи воздуха. Воздух опускается, давление в районе тропиков повышается.
Тропические широты характеризуются большим углом падения солнечных лучей. Температура в течение года достаточно высокая. Вновь прогретый воздух устремляется вверх. Из-за вращения Земли воздух отклоняется в сторону 60-х широт. Образуются восходящие токи воздуха (рис . 25).
Рис. 25.Распределение температуры, атмосферного давления и осадков на Земле.
Ге ографический словарь
Изолинии - это условное обозначение на карте (а также схеме, чертеже, графике) в виде линии, соединяющей точки с одинаковыми показателями какого- либо элемента.
Изоанемона - линия одинаковых среднегодовых скоростей ветра.
Изотаха - линии одинаковых скоростей ветра (на карте максимальных ветров). Изобара -линия одинакового атмосферного давления.
Изогнета -линия одинакового выпадения атмосферных осадков.
Изотерма - линия равных показателей температур.
Это интересно
1.Рекордно низкая температура за все время наблюдений на Земле была зафиксирована в Антарктиде на российской станции Восток 21 июля 1983 г. Температура -89,2 °С была измерена полярниками и занесена в журнал наблюдений. Этот рекорд долгое время не был побит. В декабре 2013 г., 30 лет спустя, американские ученые доложили об открытии области в Антарктиде, где температура часто устанавливается ниже рекордной. По их данным в этой области температура может достигать экстремальных значений до -93,2 °С. По новейшим данным ШВА область с самой низкой температурой находится высоко в горах Антарктиды между вершинами Аргус и Фуджи восточного антарктического плато. Исследования и измерения проводились с помощью спутника!
8.Следует однако заметить, что самая низкая температура на Земле -93,2 не внесена в книгу рекордов Гиннеса, поскольку измерения проводились бесконтактным методом со спутника, а не контактным термометрам
Вопросы и задания
1. Как по климатической карте можно определить температуру на определенной территории?
2. От каких факторов зависит распределение температуры на Земле?
3. Равномерно ли распределяются пояса атмосферного давления на планете?
Работа в тетради
4. Над какими широтами возникают восходящие и нисходящие токи воздуха? Какие факторы влияют на их распределение?
1. Определите среднюю температуру января и июля в точке А.
2. Сравните показатели температур в точках А и Б.
В каком из пунктов температура в июле ниже? Почему?
3. Определите максимальную температуру на материке.
4. Определите среднегодовое количество осадков в пунктах А и Б.
5. Ветры каких направлений преобладают в январе и июле в точках А и Б?
Попробуйте ответить
Используя данные ниже рисунки, подумай и вспомни:
1. Каково значение атмосферы для жизни на Земле?
2. Почему большинство метеоритов сгорают, не долетев до земной поверхности?
3. Как бы изменилось состояние всего живого наземной поверхности, если бы не было озонового слоя в стратосфере?
Какая существует взаимосвязь между температурой воздушной массы и количеством осадков?
Какие различают типы осадков по происхождению?
Распределение всех главных показателей климата - температуры, количества осадков и режима их выпадения непосредственно зависит от количества солнечной радиации и перемещения воздушных масс.
Обратите внимание на климатическую карту Европы. Изотермы июля имеют почти широтное простирание. Лишь у морских побережий они несколько отклоняются к югу, что объясняется охлаждающим влиянием моря. Среднемесячные температуры на севере +8 °С, в центральных районах +16 °С, а на юге +24 °С. Таким образом, ведущую роль в распределении летних температур над территорией Европы играет солнечная радиация, которая распределяется зонально.
Противоположная картина наблюдается зимой, когда зональное распределение тепла нарушается. Январские изотермы простираются почти меридионально. Подобное отклонение связано с тем, что теплый и влажный атлантический воздух, продвигающийся с запада через всю европейскую сушу, выравнивает температуру воздуха в северных и южных областях. Вот почему зимой контрасты температуры между западными и восточными районами Европы более значительны, чем между северными и южными ее районами.
По климатической карте атласа определите среднеянварскую температуру воздуха на Британских островах и Пиренейском полуострове. Проследите ее изменение вдоль 50-й параллели.
Циркуляция атмосферы определяет также количество осадков и режим их выпадения. На климатической карте видно, что в целом годовое количество осадков закономерно уменьшается с северо-запада на юго-восток Европы. Это объясняется ослаблением активности циклонов в том же направлении. Кроме того, на востоке более заметно влияние континентальных воздушных масс, формирующихся во внутренних областях Евразии.
В северо-западных районах Европы обильные осадки выпадают равномерно в течение всего года. Это связано с постоянным существованием здесь климатологических фронтов и, следовательно, частой повторяемостью циклонов. Значительно увеличивается количество осадков на наветренных горных склонах. (По климатической карте атласа найдите районы с орографическими осадками.)
В центральных районах Западной Европы осадки также распределяются равномерно в течение года, но и здесь количество их очень зависит от рельефа. Так, на Среднеевропейской равнине за год выпадает до 750 мм осадков, а в горных районах их количество увеличивается вдвое. Больше всего осадков (около 2000 мм) выпадает на западных склонах Альп и Карпат.
На юге Европы, в субтропиках, лето очень сухое, что объясняется господством тропических воздушных масс. Зимой здесь на полярном фронте (найдите его на рис. 33) образуются циклоны, приносящие до 80 % годовой суммы осадков. Такой тип климата называют субтропическим средиземноморским.
Географическая карта - это достаточно емкий и легко воспринимаемый продукт, в котором содержится огромное количество полезной информации. Чтобы вся эта информация удобно «читалась», картографы придумали огромный арсенал специальных условных знаков. И в этой статье мы расскажем об одном из них.
Что такое изотерма в географии и картографии? Как она выглядит и какую информацию в себе несет?
Что такое изотерма (в и суть понятия
На географических картах можно показать не только реально существующие объекты (например, горы или моря), но и разнообразные явления, а также процессы (например, количество атмосферных осадков на конкретной территории). Для этого используются изолинии (от греческого слова ισος - «равный»). В картографии существует несколько десятков различных изолиний. Одна из них - это изотерма.
Что такое изотерма? В географии это условные линии, соединяющие на карте точки с одинаковой температурой воздуха. С их помощью ученые оценивают и сравнивают климатические особенности тех или иных регионов планеты. Таким образом, изотермы широко применяются в метеорологии, климатологии, а также в географии.
Что такое изотерма с филологической точки зрения? Данный термин состоит из двух древнегреческих слов: «изос» - «равный, одинаковый» и «терма» - «тепло». Как правило, выделяется два типа изотерм:
- летние (их обозначают красным цветом);
- зимние (они обозначаются синим цветом).
Как проводят изотермы?
Итак, что такое изотерма в географии, мы разобрались. Теперь давайте выясним, каким образом их наносят на географическую карту.
Здесь все предельно просто. Вначале собирают информацию с наземных пунктов метеорологического наблюдения. Затем на картографическую основу наносят местоположения этих точек и значения заданного параметра в каждой конкретной точке (в нашем случае - это температура воздуха). Далее точки с одинаковыми значениями соединяют плавными кривыми линиями - изотермами.
В разрывах этих линий (а также на их концах) подписывают соответствующие температурные значения. Чтобы карта была более наглядной, промежутки между изотермами очень часто заполняют цветами, изменяя их тон и насыщенность.
Изотермы - очень удобный картографический инструмент. Они просты, наглядны и практически не требуют пояснений в легенде карты. Они хорошо сочетаются со многими другими картографическими знаками и идеально подходят для создания компьютерных карт.
1. Изотермы.
2. Географическое распределение температуры воздуха у земной поверхности.
3. Распределение температуры воздуха с высотой.
1. Изотермы
Распределение тепла на картах показывают при помощи изотерм. Если нанести на географическую карту средне месячные или средне годовые значения температуры воздуха по данным многолетних измерений на отдельных метеостанциях и соединить точки с одинаковой величиной, то мы получим на карте средние изотермы.
Изотермы – линии, соединяющие точки с одинаковыми значениями температуры, наблюдаемыми в различных местах (Погосян, Туркетти, 1970).
Изотермы (от гр. isos – равный, therma – тепло) – линии равных значений температуры на синоптической карте, или на карте средних температур за некоторый промежуток времени, или на многолетней средней карте, или на вертикальном разрезе, или на аэрологической диаграмме (Метеорологический словарь, 1974).
Изотермы являются частным случаем изолиний (линий равных значений) метеовеличин. Наиболее употребляемыми являются карты января и июля. Поскольку метеостанции расположены на разной высоте, то на показания температуры большое влияние оказывает абсолютная высота станции над уровнем моря (температура с высотой уменьшается), чтобы исключить влияние этого фактора, строят карты приведенных температур.
Приведение температуры к уровню моря – это увеличение температуры на каждой станции, расположенной выше уровня моря, соответственно высоте станции. При этом вертикальный температурный градиент принимается в размере 0,65° на 100 м. В горных районах на карте приведенных температур они оказываются значительно белее высокими, чем действительные температуры на уровне местности.
Существуют также и карты неприведенных (реальных) температур. На картах температур на уровне местности (неприведенных) провести изотермы в горных районах трудно из-за чрезвычайной пестроты распределения температур, обусловленной различиями в высоте станций. Поэтому на картах неприведенных температур изотермы над большими горными массивами вообще не проводятся.
2. Распределение температуры воздуха у земной поверхности
Тепло по поверхности Земли распространено зонально-регионально. На географическое распределение температуры воздуха у земной поверхности оказывает влияние ряд факторов:
географическая широта;
распределение суши и моря;
океанические течения;
характер земной поверхности (снеговой, ледовые покровы; горные страны и т.д.);
общая циркуляция атмосферы.
Если проследить за ходом изотерм, то можно заметить, что они не повторяют параллели, а имеют довольно сложную форму. Так, январская изотерма 0° на севере Тихого океана расположена вблизи 60° с.ш., а над Северной Америкой проходит несколько южнее 40° с.ш., т.е. смещается вдоль меридиана на 20°, что составляет 2200 км. Следуя затем вдоль берегов Америки, эта изотерма достигает на севере Норвежского моря 70° с.ш., а обогнув северные берега Европы, она смещается к бассейну Дуная, и, следуя к востоку, оказывается на территории Китая южнее 34° с.ш. Таким образом, получается, что в январе средняя температура воздуха одинакова на крайнем севере Атлантики (70° с.ш.) и в Центральном Китае (34° с.ш.).
Распределение температуры воздуха на уровне моря в июле представлено на карте.
Для лучшей ориентации в изменениях температуры в зависимости от широты вычисляют среднюю температуру широтных кругов (зональные температуры). Для этого на карте изотерм определяют температуру в ряде точек, равномерно распределенных на интересующем нас широтном круге, затем из этих значений вычисляют среднее значение.
В январе средняя температура самая высокая на экваторе (27°С). В июле самой теплой параллелью является 20° с.ш. с температурой 28°С. в среднем за год самая теплая параллель 10° с.ш. с температурой 27°С.
Самую теплую параллель называют термическим экватором . В течение года термический экватор остается в северном полушарии, перемещаясь от зимы к лету в более высокие широты.
От экватора к полюсу температура падает в среднем на 0,5–0,6°С на 1° широты. Однако внутри тропиков она изменяется с широтой мало. В средних широтах это изменение нарастает и достигает max, в высоких – вновь уменьшается. Зимой температура падает в направлении экватор-полюс сильнее, чем летом.
Разность температуры между Северным и Южным полушариями на одних и тех же широтах в одинаковые сезоны колеблются в широких пределах. Между 30° и 70° широты зима в Северном полушарии заметно холоднее, чем в Южном. Летом, наоборот, во всем Северном полушарии намного теплее, чем в Южном. Это объясняется тем, что в Северном полушарии по сравнению с Южным преобладает суша. Так в средних широтах Северного полушария суша составляет 45–61% поверхности, а в Южном – лишь 0–4%. Еще более значительны отличия в высоких широтах.
Вследствие наличия ледяного материка Антарктида с преобладающим режимом высокого атмосферного давления, высокие широты Южного полушария значительно холоднее, чем Северного.
По средней температуре широтных кругов можно подсчитать и среднюю температуру воздуха для всего полушария и для целого земного шара. Северное полушарие зимой холоднее (8°), чем Южное (10°), а летом теплее (соответственно 22°С и 17°С). Годовая амплитуда температур для Северного полушария ровна 14°С, а для Южного – только 7°С. Это означает, что климат Северного полушария в целом более континентальный, чем Южного. Увеличение амплитуды температуры в Северном полушарии по сравнению с Южным обусловлено более жарким летом.
Средняя температура воздуха у земной поверхности для всего земного шара в январе равна 12°С, в июле 16°С, в среднем за год 14°С. Сильное зимнее охлаждение материков северного полушария и такое же сильное прогревание в летний период делают январь для всего земного шара в целом значительно холоднее июля, несмотря на большую близость Земли к Солнцу в январе по сравнению с июлем.
Аномалии в распределении температур
Влияние материков и океанов на режим температуры воздуха вблизи поверхности земли можно характеризовать картой разности между средней месячной (годовой) температурой над материками и океанами и соответствующей температурой широтного круга. Эта разность называется термической аномалией . Например, средняя широтная температура января на параллели 71° с.ш. равна -27°С; на о. Ян-Майен она составляет -5°С, соответственно, термическая аномалия положительная и равна +22°С.
Нанесем на карту аномалии средних годовых (месячных) температур воздуха и соединим точки с равными аномалиями. Мы получим карту изаномал температуры (термоизаномал), которая наглядно показывает, в каких областях Земли температура воздуха повышена и в каких понижена по сравнению со средними температурами соответствующих параллелей (карта не приводится).
В январе на материках Северного полушария и океанах отклонения средних месячных температур от средних широтных в различных районах достигают больших значений. Наибольшие положительные аномалии достигаются на океанах, а наибольшие отрицательные – над восточными районами материков в умеренных широтах. По мере приближения к экватору величина отклонений температуры уменьшается, и на 0° с.ш. достигает 2–3°С. В Южном полушарии вследствие его океаничности, малых размеров материков отклонения температуры от зональной не превышает 6–8°С летом и 4–6°С зимой.
Карты изаномал наглядно показывают, в каких областях Земли температура воздуха повышена, а в каких понижена по сравнению со средней широтной температурой. Таким образом, влияние географической широты на распределение температуры исключено. Карты изаномал показывают только температурные отличия на меридианах, которые определяются распределением суши и моря, а точнее их различиями в условиях нагревания.
Сравнение карт изаномал и изобар января обнаруживает их удивительное сходство. Барический минимум умеренных широт соответствует положительной аномалии температуры, максимум – отрицательной. В основе этого лежат термодинамическое взаимодействие океанов и континентов.
Величина температурной аномалии на материках зависит от их размеров: она возрастает пропорционально квадрату расстояния между центрами моря и материка. Но отличается для западной и восточной частей материка, т.е. распределение тепла и давления оказывается дисимметричным.
В течение суток температура воздуха меняется. Самая низкая температура наблюдается перед восходом Солнца, самая высокая — в 14-15 часов.
Чтобы определить среднесуточную температуру, надо измерять температуру четыре раза в сутки: в 1 час ночи, в 7 часов утра, в 1 час дня, в 7 часов вечера. Среднее арифметическое этих измерений и является среднесуточной температурой.
Температура воздуха меняется не только в течение суток, но и в течение года (рис. 138).
Рис. 138. Головой ход температуры воздуха на широте 62° с. ш.: 1 — Торсхавн Дания (морской тин), средняя годовая температура 6,3 °С; 2- Якутск (континентальный тип) — 10.7 °С
Среднегодовая температура — это среднее арифметическое температур за все месяцы года. Она зависит от географической широты, характера подстилающей поверхности и переноса тепла из низких широт в высокие.
Южное полушарие в целом холоднее Северного из-за покрытой льдом и снегом Антарктиды.
Самый теплый месяц в году в Северном полушарии — это июль, а самый холодный — январь.
Линии на картах, соединяющие пункты с одинаковой температурой воздуха, называются изотермами (от греч. isos — равный и therme — тепло). Об их сложном расположении можно судить по картам январских, июльских и годовых изотерм.
Климат на соответствующих параллелях Северного полушария теплее аналогичных параллелей Южного полушария.
Самые высокие годовые температуры на Земле наблюдаются на так называемом термическом экваторе. Он не совпадает с географическим экватором и находится на 10° с. ш. Это объясняется тем, что в Северном полушарии большую площадь занимает суша, а в Южном полушарии, наоборот, — океаны, которые затрачивают тепло на испарение, а кроме этого, сказывается влияние покрытой льдом Антарктиды. Среднегодовая температура на параллели 10° с. ш. составляет 27 °С.
Изотермы не совпадают с параллелями несмотря на то, что солнечная радиация распределяется зонально. Они изгибаются, переходя с материка на океан, и наоборот. Так, в Северном полушарии в январе над материком изотермы отклоняются к югу, а в июле — к северу. Это связано с неодинаковыми условиями нагревания суши и воды. Зимой суша охлаждается, а летом нагревается быстрее, чем вода.
Если анализировать изотермы в Южном полушарии, то в умеренных широтах их ход очень близок к параллелям, поскольку там мало суши.
В январе самая высокая температура воздуха наблюдается на экваторе — 27 °С, в Австралии, Южной Америке, центральной и южной частях Африки. Самая низкая температура января отмечена на северо-востоке Азии (Оймякон, -71 °С) и на Северном полюсе -41 °С.
Самой «теплой параллелью июля» является параллель 20° с.ш. с температурой 28 °С, а самое холодное место в июле — южный полюс со средней месячной температурой -48 °С.
Абсолютный максимум температуры воздуха зарегистрирован в Северной Америке (+58,1 °С). Абсолютный минимум температуры воздуха (-89,2 °С) был отмечен на станции «Восток» в Антарктиде.
Наблюдения выявили существование суточных и годовых колебаний температуры воздуха. Разность между наибольшими и наименьшими значениями температуры воздуха в течение суток называется суточной амплитудой, а в течение года - годовой амплитудой температуры.
Суточная амплитуда температуры зависит от ряда факторов:
- широты местности — уменьшается при движении из низких в высокие широты;
- характера подстилающей поверхности — она выше на суше, чем над океаном: над океанами и морями суточная амплитуда температуры равна всего 1-2 °С, а над степями и пустынями достигает 15-20 °С, так как вода нагревается и остывает медленнее, чем суша; кроме этого, она возрастает в районах с оголенной почвой;
- рельефа местности — вследствие опускания в долину холодного воздуха со склонов;
- облачности — с ее увеличением суточная амплитуда температуры уменьшается, так как облака не позволяют земной поверхности сильно нагреваться днем и остывать ночью.
Величина суточной амплитуды температуры воздуха — один из показателей континентальности климата: в пустынях ее значение намного больше, чем в районах с морским климатом.
Годовая амплитуда температуры имеет закономерности, сходные с суточной амплитудой температуры. Она зависит главным образом от широты местности и близости океана. Над океанами годовая амплитуда температуры чаще всего не больше 5-10 °С, а над внутренними районами Евразии — до 50-60 °С. Вблизи экватора средние месячные температуры воздуха мало отличаются друг от друга на протяжении года. В более высоких широтах годовая амплитуда температур возрастает, и в районе Москвы она составляет 29 °С. На одной и той же широте годовая амплитуда температуры увеличивается с удалением от океана. В зоне экватора над океаном годовая амплитуда температуры равна всего Г, а над континентами — 5-10°.
Различные условия нагревания воды и суши объясняются тем, что теплоемкость воды в два раза больше, чем суши, и при одинаковом количестве тепла суша нагревается вдвое быстрее воды. При охлаждении происходит обратное. Кроме этого, вода при нагревании испаряется, при этом расходуется значительное количество тепла. Немаловажным является и то, что на суше тепло распространяется практически только в верхнем слое почвы, а в глубину передастся лишь небольшая его часть. В морях и океанах же идет нагрев значительной толщи. Этому способствует вертикальное перемешивание воды. В результате океаны накапливают тепла гораздо больше, чем суша, удерживают его дольше и расходуют более равномерно, чем суша. Океаны медленнее нагреваются и медленнее охлаждаются.
Годовая амплитуда температуры в Северном полушарии составляет 14 °С, а в Южном — 7 °С. Для земного шара средняя годовая температура воздуха у земной поверхности составляет 14 °С.
Тепловые пояса
Неравномерность распределения тепла на Земле в зависимости от широты места позволяет выделить следующие тепловые пояса, границами которых являются изотермы (рис. 139):
- тропический (жаркий) пояс расположен между годовыми изотермами + 20 °С;
- умеренные пояса Северного и Южного полушарий — между годовыми изотермами +20 °С и изотермой самого теплого месяца +10 °С;
- полярные (холодные) пояса обоих полушарий расположены между изотермами самого теплого месяца +10 °С и О °С;
- пояса вечного мороза ограничены изотермой 0 °С самого теплого месяца. Это царство вечных снегов и льдов.
Рис. 139. Тепловые пояса Земли