Метеоролог и я
Научно-популярный метеорологический проект
Климатообразующие факторы
Прежде чем изучать масштабы и виды климата, важно понять, что влияет на его формирование. Климат Земли изучают в школе в 7 классе на уроках географии, но на самом простом уровне, где не учитывают некоторые важные факторы. Все основные климатообразующие факторы мы разберём. Начать стоит с основного определения: климатообразующие факторы.
Климатообразующие факторы — это факторы, которые влияют на формирование климата. Ниже приведена схема, отражающая основную суть.
Как вы видите, факторы делятся на 2 группы: внешние и внутренние. Внешние климатообразующие факторы подразделяются ещё на астрономические и геофизические. Опишем коротко все блоки, указанные в схеме.
Внешние климатообразующие факторы
Показывает количество энергии, выделяемое в единицу времени. Чем больше выделяется энергии, тем больше светимость. Эта характеристика применяется для звёзд. Естественно, чем больше светимость Солнца, тем больше тепла приходит на нашу планету.
Согласно исследованиям, светимость Солнца за последние 5млрд. лет увеличилась на 25% и продолжает расти.
Положение орбиты Земли
Земля, как и другие планеты Солнечной системы, вращается вокруг Солнца (я думаю, что это известно каждому, лайк Николаю Копернику за открытие). Это вращение происходит по траектории, которая похожа на круг (на самом деле эллипс). Если бы орбита была расположена иначе, например радиус круга был бы больше, то естественно это отразилось бы на климате. Так, на Венере, орбита которой расположена к Солнцу гораздо ближе (попросту говоря, радиус круга меньше), температура на поверхности 460°С. Не самая благоприятная температура для жизни, не правда ли?
Наклон оси Земли к плоскости орбиты
Благодаря этому фактору, на нашей планете есть времена года, товарищи! Для понимания достаточно привести два случая:
А) Земная ось вращения перпендикулярна (нет угла наклона) – отсутствие смен года;
Б) Увеличение угла наклона (более 24.5°, например, до 45) – смещение природных зон, тропики теперь не на 22.5°, а на 45°– жаркое лето и холодная зима без Солнечного света.
Размер и масса Земли
Влияют на многие другие характеристики планеты, в том числе на скорость вращения и на силу тяжести. Сила тяжести влияет на способность удерживать атмосферу (а значит и на климат).
Наша планета медленно теряет эту способность, так как её масса уменьшается. Отток массы в космическое пространство превышает приток массы на планету из космического пространства. Скорость вращения планеты влияет на продолжительность дня, а значит и на распределение тепла.
Гравитационное и магнитное поля
Поля влияют на циркуляцию атмосферы. В частности, гравитационное поле характеризуется распределением силы тяжести. Мы уяснили, что сила тяжести влияет на климат, а значит и гравитационное поле тоже оказывает воздействие. Существует теория, согласно которой скорость вращения планеты зависит частично от магнитного поля. Поэтому оно также учитывается при изучении формирования климата.
Внутреннее тепло Земли
Тепло исходит не только от Солнца, но и от самой Земли. Вулканизм и гейзеры – внешнее проявление процессов, происходящих внутри. При извержении вулкана происходит огромный выброс пыли, несравнимый с выбросами человеческой деятельности. Выбрасываемые вещества попадают в атмосферу, изменяя её состав и прозрачность.
В 1815г произошло извержение вулкана в Индонезии. Из-за этого температура всего северного полушария в течение года была ниже обычной на 1°С. Лето тогда было больше похоже на осень. Последствия извержения были заметны и 3 года спустя.
Внутренние климатообразующие факторы
Состав атмосферы также влияет на формирование климата. Самый простой пример: увеличение частиц пыли ведёт к повышению мутности. Чем выше мутность атмосферы, тем меньше приток солнечных лучей (солнечной радиации) на земную поверхность.
После извержения вулкана в 1815г в Индонезии в течение суток были сумерки. В атмосфере Земли повысилось содержание пыли, именно поэтому и было холоднее в течение года в северном полушарии на 1°С, а лето походило на осень.
Для простоты понимания приведём следующий пример: чем выше вы поднимаетесь в горы, тем ниже температура воздуха. На Кавказе в горах на высоте порядка 3км всё лето лежит снег.
Пример немного сложнее. Всем известен Оймякон своими суровыми зимами. Село находится на высоте 750м над уровнем моря, к тому же оно находится в котловине (вокруг горы). Мало того, что с высотой температура воздуха уменьшается, так морозными ночами в котловину стекает холодный воздух (потому что он тяжелее тёплого).
Распределение суши и океана
Вода и суша обладают разными физическими свойствами. Вода медленнее нагревается и остывает. Именно поэтому вблизи морей действует морской климат, который характеризуется сравнительно маленькими амплитудами температуры воздуха (мягкие зимы и относительно прохладное лето). Близость к морю приводит к тому, что выпадает больше осадков. Многие слышали о наводнениях на Дальнем Востоке.
Не всегда близость к морю гарантирует повышенное количество осадков близи береговой линии. Так, в Южной Америке, несмотря на близость к океану, сформировалась и комфортно себя чувствует пустыня Атакама. К тому же это самая сухая пустыня! Всему бедой оказалось Перуанское холодное течение, оно препятствует формированию осадков.
Как вы заметили, климатообразующие факторы — это большая тема. Мы разобрали с вами только основные климатообразующие факторы. К числу других факторов отнести можно географическую широту, растительность, снежный покров, орографию (расположение хребтов, гор). Следует различать факторы: рельеф и орографию. Это не совсем одно и тоже. Важна не только высота местности. Расположение гор в одном направлении и в другом также могут сильно повлиять на климат.
Источник
Климатообразующие факторы
Что такое климатообразующие факторы
Климат — многолетний режим погоды, характерный для определенной местности. На Земле он очень отличается по широте — от жаркого и засушливого на экваторе, до ледяных шапок полюсов. Формируется под воздействием определенных факторов, о них и пойдет речь в этой статье.
Это факторы, под влиянием которых формируется климат в локальной местности. Они бывают основными, второстепенными, внешними и внутренними.
Основные климатообразующие факторы
Солнечная радиация.
Один из основных поставщиков тепловой энергии. Количество поглощенного тепла зависит от географической широты, которая определяет угол падения солнечных лучей к верхнему слою атмосферы. На экваторе лучи падают под прямым углом, поэтому этот регион получает наибольшее количество тепла. По мере удаления от экватора угол становится острее и потоки солнечной энергии «проскальзывают» мимо, на полюсах поглощение вообще минимальное. Также от солнечной радиации зависят атмосферная циркуляция, давление и осадки.
Циркуляция атмосферы.
Этот фактор определяет перемещение воздушных масс во всех направлениях — горизонтальном и вертикальном. Воздух движется из холодных областей высокого давления к зонам низкого — более теплым. Обеспечивает обмен воздуха между широтами и его циркуляцию от поверхности к верхнему слою атмосферы и обратно. Движение воздушных масс способствует распределению влажности по климатическим поясам, перемещению облаков и выпадению осадков. Так, в экваториальной зоне выпадает много дождей из-за высокого испарения и приноса влажного воздуха из тропиков и субтропиков.
Циркуляция атмосферы в зонах, прилегающих к экватору создает сезонность. Муссоны, дующие со стороны моря, приносят дождевые облака и наступает сезон дождей. Когда ветер меняет направление и дует с жаркого, засушливого берега, приходит засуха. Из-за преобладания западных ветров, в восточных областях выпадает достаточно осадков, тогда как западные более сухие. Климат в них становится пустынным, жарким и засушливым.
Атмосферная циркуляция постоянно меняется из-за неравномерного теплового распределения, смены сезонов и образования циклонов и антициклонов. Основное направление перемещения — восточное. Но при этом циклоны движутся к полюсам, а антициклоны наоборот.
Рельеф.
Очень сильно влияет на воздействие первых факторов. Высокие горы имеют особый режим влажности и температуры и как зеркала отражают огромное количество энергии солнца обратно в атмосферу. Отражающая способность зависит от крутизны склонов и высоты вершин. Также они могут препятствовать движению атмосферных фронтов и задерживать осадки, из-за этого в горной и прилегающей к ней местности могут наблюдаться частые грозы с ливнями, снегопады и град, а за ней — постоянные засухи. Поэтому горы часто являются границами климатических зон. Так, Центральная Азия имеет засушливый климат во многом благодаря высоким горным цепям на ее окраинах. На Урале по этой же причине нередки сильнейшие ливни и длительные задержки циклонов, а в Крыму и горном Алтае периодически случаются наводнения.
В этой местности расположены высотные климатические пояса, меняющиеся с изменением высоты. Чем выше, тем ниже атмосферное давление, количество кислорода в воздухе, величина выпадения осадков с набором высоты начинает возрастать, а затем наоборот — уменьшается. Ближе к вершинам становится холоднее, так как склоны отражают солнечные лучи и они часто покрыты ледниками.
Распределение суши и моря.
Этот фактор оказывает существенное влияние на погоду, так как поверхность суши и моря обладают различной способностью к теплообмену. Континентальный и морской воздух существенно отличаются. При движении вглубь материка морские ветры ощутимо меняют свои свойства — становятся суше и холоднее. В прибрежных районах температура воздуха выше, но за счет повышенной влажности холод или жаркая погода могут ощущаться сильнее и переноситься хуже.
Также большая поверхность воды способствует активному испарению и формированию дождевых облаков и большого количества осадков, из-за разницы температур у воды и суши нередки туманы и сезонные ураганные ветра.
Течения.
Кроме вышеперечисленного, климат меняют океанические течения. Например, Гольфстрим сильно смягчает зимы в Западной Европе , где температура редко пускается ниже -10. Встречаясь с холодным воздухом Гренландии, он образует Исландскую депрессию — зону устойчивого низкого давления. Благодаря этому, находящаяся на 65 широте Исландия обладает мягкой зимой для такого северного государства и умеренно-прохладным летом. В то же время, российский город Надым, расположенный на той же широте, обладает гораздо более холодным климатом с сильными морозами и снегопадами зимой и очень коротким, но теплым, а временами жарким, летом.
По похожему принципу действует наличие крупных пресных водоемов.
Внешние климатообразующие факторы
К внешним факторам относятся энергетические влияния на атмосферу Земли. Это в первую очередь астрономические факторы: светимость Солнца, наклон земной оси, ее скорость вращения, орбита и ее положение в солнечной системе, гравитация Луны. Вторая группа — геофизические: размер и масса планеты, ее гравитация и наличие магнитного поля, вулканическая деятельность.
Внутренние климатообразующие факторы
К ним относятся состав и масса атмосферы, положение материков, рельеф, структура деятельного слоя суши.
К внутренним факторам относится и антропогенное влияние:
- выбросы парниковых газов, таких как СО2 и разрушающих озоновый слой хладонов;
- поступление в атмосферу промышленных аэрозолей, вроде угольной пыли и копоти ТЭЦ, золоотвалов, пепла и пыли от коксохимических и им подобных предприятий;
- наличие градирен электростанций и плотины ГЭС увеличивает влажность воздуха, способствует образованию облаков и тумана;
- распашка земель и мелиорация приводят к возникновению ветров и изменению влажности.
Обмен углекислого газа является важным внутренним фактором. Это основной парниковый газ, вместе с водяным паром они создают среднюю температуру земной поверхности, равной +15ºС. Если бы их не было в атмосфере Земли, то средняя температура с учетом солнечной постоянной, температура была бы -15ºС. То есть, пар и углекислый газ повышают температуру на целых 30ºС. Концентрация его невелика, но при этом СО2 способен поглощать инфракрасное излучение и «переводить» длину волны в параметр 4,26 мкм. На такой длине излучение не может уйти в космос и это обеспечивает парниковый эффект.
Астрономические факторы
Относятся к долгопериодическим. Одним из них является светимость солнца. Она определяет количество выделенной энергии за определенную единицу времени. Данная характеристика применяется для всех звезд и чем она выше — там больше тепла поступает к поверхности планеты. Благодаря многолетним исследованиям, была выявлена солнечная постоянная — мощность излучения, проходящего через перпендикулярную площадку, лежащую за пределами атмосферы. Ученые выяснили, что за 5 млрд лет светимость звезды выросла на 25% и продолжает увеличиваться.
Другим важным моментом является орбита Земли, а точнее — ее эллиптическая форма. Благодаря этому происходит изменение расстояния до Солнца и угла падения солнечных лучей, что дает смену времен года.
Вращение планеты и угол наклона земной оси влияют на образование муссонов, движение и циркуляцию атмосферы и те же сезонные изменения в климатической системе. Если бы ось была перпендикулярной Солнцу, то смены времен года не было.
На климат влияет и спутник земли — Луна. По соотношению к размерам планеты она является одним из самых крупных спутников в Солнечной системе. Ее гравитация ощутимо меняет погоду, вызывает приливы и отливы. Известно, что после полнолуния и новолуния резко возрастает активность атмосферных фронтов и появляется большое количество гроз с ливнями, особенно первые 2-3 дня после указанных фаз. Но этот период может зависеть от географической широты. Меньше всего осадков выпадает перед полнолуние и новолунием. Ученые связывают это с тем, что полная Луна отражает большее количество солнечного излучения. Благодаря этому увеличивается испарение океанов и пресных водоемов, влажность воздуха повышается, а атмосферное давление наоборот — понижается. Но этот фактор оказался очень зависимым от солнечной активности. Так, в годы высокой активности влияние Луны составляет порядка 65%, а в период снижения не более 14%. Кроме этого она вызывает небольшие колебания орбиты, что в свою очередь влияет на инсоляцию и поглощение солнечной радиации.
Геофизические факторы
Способность планеты удерживать газовую оболочку и определять ее состав зависит от ее гравитационного поля. Чем больше масса и размер, тем легче удержать атмосферу. Если бы Земля имела больший размер и массу, ее атмосфера была бы тоньше и плотнее.
Кроме массы, на гравитацию влияет угловая скорость вращения планеты. В результате образуются центробежные силы, которые немного уменьшают ее. Кроме этого, угловая скорость оказывает воздействие на циркуляцию воздушных масс и океанических течений. Это происходит за счет отклоняющей силы, которая перенаправляет воздушные и водные потоки, в результате основная циркуляция идет с запада на восток. Из-за неравномерного нагрева экватора и полюсов происходит расширение и утолщение атмосферного слоя в области низких широт. Под влиянием этого фактора возникает изменение давление и движение воздуха направляется от экватора к полюсам.
Ученые установили, что в прошлом Земля вращалась быстрее и поэтому различные климатические зоны были выражены гораздо четче. Присутствие воды и обширных океанов на земле делают контраст между широтами еще менее выраженным. Например, на Марсе зональность проявляется более резко, так там нет водоемов. Это говорит о зависимости погоды от подстилающей поверхности.
На климат, возможно, влияет и магнитное поле планеты. Его роль пока до конца не ясна, но ученые имеют гипотезу на этот счет. Считается, что во время повышенной активности солнца, солнечный ветер активнее просачивается в область геомагнитный полюсов. Там корпускулы за счет кинетической энергии разогревают верхний слой атмосферы и усиливают ее циркуляцию. Нагреву атмосферы могут способствовать возникающее в зоне полярных сияний вихревое электричество. Верхний слой атмосферы в районе магнитного полюса нагревается еще сильнее, что ведет к его подъему и оттоку воздушных масс к Исландской депрессии.
Кроме вышеперечисленных факторов, у Земли еще имеется внутреннее тепло. В первую очередь, оно проявляется вулканической деятельностью. Вулканы выбрасывают в атмосферу большое количество горячих газов и пепла. Они могут способствовать потеплению, но при очень интенсивных извержениях наоборот — препятствовать инсоляции поверхности и вызывать снижение температуры. По последним исследованиям, средневековые холодные зимы были вызваны мощными извержениями в Африке. Это привело к загрязнению атмосферы аэрозолями, которые поглощали солнечные лучи. Наступило глобальное похолодание в Северном полушарии, называемое малым ледниковым периодом XIV-XIX веков. Ученые не исключают повторения подобного события, когда лето становится дождливым и прохладным, а зима суровой.
Вулканы, кроме выбросов, образуют геотермальные источники. Они никогда не замерзают и создают более теплую и влажную погоду в данной местности. Существенный вклад в тепловое равновесие Земли приносят геотермальные источники, расположенные на дне океана, их называют «черные курильщики». Вода из них идет под огромным давлением, насчитывающим сотни атмосфер, имеет черный цвет из-за специфического состава, а температура может достигать 400ºС. Смешиваясь с холодной океанической водой, эта черная жидкость начинает охлаждаться и содержащиеся в ней минеральные вещества растворяются или выпадают на дно в виде осадка. По последним данным, они выделяют около 20% всего геотермального тепла.
Источник