АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

КАК ФОРМИРУЕТСЯ ПОГОДА

Мы не будем излагать всю науку о формировании погоды, объяснять, почему и как она меняется. Но человек, который хочет при резких переменах погоды защитить свое здоровье, должен различать циклон от антициклона. Он должен иметь представление о том, как весь процесс изменения погоды развивается во времени. Тогда он будет предвидеть те измене­ния, которые могут произойти в ближайшие сутки-полтора.

Формирование погоды связано с движением воздуха и круговоротом воды, то есть образованием облаков и затем осадков. Вся атмосфера является единым целым. Если в одном месте воздух начал двигаться, то это повлияет на его движение и в других местах. Основной причиной движения атмосферного воздуха является температура. Нагретый воздух легче холодно­го, поэтому он поднимается, холодный воздух опускается, поскольку он тяжелее. Поднятый вверх теплый воздух охлаж­дается, поскольку там меньше давление и он занимает больший объем.

Атмосфера Земли нагревается волновым солнечным излуче­нием (светом, ультрафиолетом, рентгеном). Этот нагрев больше вблизи экватора. Корпускулярное излучение Солнца поступает в атмосферу в двух зонах (овалах полярных сияний) — в Арктике и Антарктике. Таким образом, имеются три горячих пояса (зоны) — одна на экваторе и две симметрично в Арктике и Антарктике (зоны полярных сияний). Этими тремя зонами и определяется движение атмосферного воздуха в глобальном масштабе.

В экваториальном поясе атмосферное давление понижено, поскольку здесь температура высокая. К югу и северу от него находятся два субтропических пояса повышенного давления. Если в экваториальном поясе давление (среднее за год) меньше 760 мм, то в субтропических поясах оно обычно больше 760 мм. В экваториальном поясе воздух совершает восходящие движе­ния. Погода здесь хорошая. Наблюдаются интенсивные грозы. Поднятый вверх воздух растекается в северном и южном направлении. Охладившись, он опускается в субтропических поясах. Поэтому у поверхности Земли воздух движется от субтропиков (давление больше) к экватору (давление меньше).

Атмосферное давление зависит и от того, что собой представ­ляет подстилающая поверхность — суша это или вода. Поэтому в южном и северном полушариях распределение ветров не одинаковое.

Низкое атмосферное давление не только в экваториальном нагретом поясе, но и в нагретых поясах (зонах) в Арктике и Антарктике (на широтах между 60° и 70° в южном и северном полушариях). Но и здесь сильное влияние оказывает подсти­лающая поверхность. Так, в южном полушарии этот пояс очень низкого давления является сплошным. В северном полушарии области низкого давления расположены над Тихим океаном (между Сибирью и Аляской) и над Атлантическим океаном (между Норвегией и Гренландией). На суше в поясе арктичес­кой области пониженного давления перемежаются с областями повышенного давления.

К поясам низкого давления в зонах полярных сияний воздух устремляется из областей повышенного давления, то есть из субтропиков и из околополюсных областей (полярных шапок). В результате образуются пространственные ячейки: в нагретом поясе воздух поднимается вверх, наверху перемещается к субтропикам и к полюсу, затем опускается вниз и затем устремляется к исходной точке, то есть к нагретому поясу. Это планетарная, глобальная циркуляция.

Различают арктическую и полярную воздушные массы, которые характеризуются низкой температурой и низкой влаж­ностью, а также тропическую и экваториальную воздушные массы с теплым и влажным воздухом. Это четыре основных типа воздушных масс. Арктические воздушные массы близки по свойствам к полярным. Но они образуются в разных областях. То же самое можно сказать и о различии между экваториальной и тропической воздушными массами.

Каждая из этих четырех воздушных масс имеет разные свойства над материком и над океаном. Воздушные массы над континентами характеризуются сухостью, а морские — влаж­ностью, которая возникает за счет испарения водной поверхнос­ти под ними. В тропиках формируются континентальные тропические массы (над континентами) и морские тропические массы (над океанами).

Континентальная тропическая воздушная масса состоит из сухого горячего воздуха, который и является причиной образо­вания пустынь в субтропиках. Экваториальный морской воздух теплый и влажный. Он оказывает большое влияние на атмо­сферные процессы и глобальные движения воздуха. Прохлад­ный и влажный морской полярный воздух формируется над северными районами Тихого и Атлантического океанов. На широтах 55-65° северного полушария рождается холодный и сухой континентальный полярный воздух.

Все эти воздушные массы с разными свойствами, находясь в постоянном движении, сталкиваются друг с другом. В областях холодных или теплых фронтов образуются циклоны. Циклоны могут захватывать как маленькие районы, так и большие регионы. При развитии циклона усиливаются ветры, которые захватывают большие пространства и являются источниками энергии бурь и шквалов.

При взаимодействии воздушных масс теплый воздух затекает в зону холодного, образуя там яэыкообразную область. При этом вдоль атмосферного фронта возникают волны: воздушные массы вращаются друг вокруг друга и максимум волны постепенно увеличивается. В месте расположения этого максимума давление уменьшается. Эта область постепенно растет: градиент (пере­пад) давления увеличивается, а скорость движения воздуха (скорость ветра) увеличивается. Так образуется циклон.

Холодный полярный воздух, проникая в область теплого эздуха,-вклинивается под него как более плотный, а значит и злее тяжелый. При этом теплый воздух вынужден освободить есто и подняться вверх. Образуется крутой наклонный воздуш-й клин с отношением высоты к длине как 1:50. Холодный здух перемещается быстрее, чем теплый. Холодный фронт связан с образованием кучевых облаков. В го районе часто возникают грозы. С приближением холодного ронта атмосферное давление понижается, но после его прохож-ния быстро растет, а температура резко уменьшается. Ско-сть ветра впереди холодного фронта увеличивается. Холодный ронт меняет и направление ветра. После его прохождения юго-падный ветер сменяется северо-западным. Облака исчезают риблизительно через сутки после прохождения холодного " ронта.

Образование и прохождение холодного фронта может разви­ться по-разному. Если перемещаются крупные массы холод-ого воздуха, то возникают вторичные холодные фронты, оторые следуют за основным. Каждый из них, как и основной " ронт, вызывает изменение погоды. Важную роль в формиро-нии новой погоды (начало осадков и их количество) играет угол лона фронта к земной поверхности, который определяет менение температуры с высотой, играющее важную роль в ^сразовании водяного пара. Угол наклона фронта зависит от того, быстро теплый воздух освободит место холодному, то есть той скорости, с которой теплый воздух совершает восходящее -ижение. На количестве осадков и на времени их начала сражается не только наклон фронта (то есть высотный ход мпературы), но и скорость перемещения холодного фронта. Образуются не только холодные, но и теплые фронты. Это роисходит тогда, когда на область, занятую холодным воздухом, игается теплая масса воздуха. При этом холодный воздух, более тяжелый, не освобождает место для теплого, а остается ижатым к поверхности Земли. Теплый воздух, натыкаясь на ссу холодного воздуха, вынужден обходить его поверху,

поднимаясь над ним. Образуется своего рода клин холодного воздуха, по форме отличающийся от клина, возникающего в случае холодного фронта. Он более острый — отношение высоты к длине 1:300.

Прохождение теплого фронта приводит к формированию новой погоды на большой территории. Перед приходом теплого фронта понижается атмосферное давление. Появляются перис­тые, а затем перисто-слоевые облака. Когда подходит теплый фронт, вместо них образуются облака среднего яруса. Высокос­лоистые и высококучевые облака заволакивают все небо. При подходе теплого воздуха температура несколько повышается. Атмосферное давление быстро уменьшается. Осадки, выпа­дающие при прохождении теплого фронта, являются непрерыв­ными. Их питают слоисто-кучевые и слоисто-дождевые облака, простирающиеся по вертикали на большие расстояния. На теплом фронте также наблюдаются грозы.

После прохождения теплого фронта температура повышается (пришел теплый воздух), а облачность уменьшается или вовсе исчезает.

Если пришедший теплый или холодный воздух останавлива­ется, то создается ситуация длительной осады. Обе массы воздуха, холодная и теплая, находятся неподвижно по разные стороны фронта. Такой фронт является стационарным: он может оставаться неизменным в течение нескольких суток. Однако в конце концов массы воздуха приходят в движение и стационар­ный фронт становится теплым или холодным. Он может исчезнуть и совсем, если температура в его области постепенно выровнится.

Стационарный фронт также вызывает изменение погоды: возникает слабый ветер и осадки во всем районе, занятом фронтом.

Иногда наблюдаются более экзотические ситуации, когда один фронт находит на другой, ранее образованный. Между этими фронтами возникает коридор, в котором сосредоточен более теплый воздух. Такие фронты называются фронтами окклюзии. В момент их прохождения теплый воздух из меж­фронтовой полосы выдавливается вверх, отрываясь от земной поверхности. Этот процесс, при котором встречаются две холодные воздушные массы, называется окклюзированием.

Фронт окклюзии связан с резкими и значительными изме­нениями погоды. На нем часто располагаются глубокие волновые циклоны, представляющие собой неупорядоченные волновые возмущения, при которых волна движется или вдоль линии фронта, или слегка впереди него. Давление в волновом циклоне пониженное. Как мы знаем, вокруг области пониженного давления возникают круговые движения воздуха. Холодный воздух, наступая на теплый, движется быстрее теплого. Волно­вые движения воздуха становятся более выраженными. Посте­пенно фронт окклюзии расширяется, а затем рассасывается.

Образование атмосферных фронтов — главная причина изменения погоды. Общая циркуляция воздуха на всех широтах такова, что постоянно создаются условия для столкновения холодных воздушных масс с теплыми. Но предсказать эти условия очень непросто. Они связаны с изменением теплового режима атмосферного газа. Это может происходить, как уже отмечалось, под действием разных факторов, связанных с вторжением заряженных частиц в атмосферу высоких широт.

Исключительно важную роль в формировании погоды играет атмосферное электричество, связанное непосредственно с обра­зованием гроз. Солнце, изменяя электрический потенциал атмосферы, влияет на процесс грозообразования. До последнего времени эта очень важная связь оставалась незамеченной и разгадку явления гроз искали только в пределах самой атмосфе­ры. Правда, при этом был накоплен большой фактический материал об электрическом строении облаков, о развитии гроз.

Грозы связаны с возникновением кучево-дождевых облаков. Эти облака часто образуются при сближении воздушных масс с разной температурой и влажностью, то есть в области атмосЗ>ерных фронтов. Сформированное кучево-дождсвое обла­ко простирается по высоте от нескольких сот метров до 10 и более километров. Эти облака часто так и называются — грозовыми.

В верхней части облако состоит из ледяных кристаллов, в средней — из снега, а в нижней — из водяных капель. Кучево-дождевые облака являются источником града, дождя, ледяных частиц. При этом разыгрываются очень сильные ветры.

Главной причиной возникновения грозы является образование холодного фронта. Установлено, что грозы обычно появляются с запада или с юго-запада, выстраиваясь часто в линию, называемую линией шквалов. Вдоль этой линии происходят самые интенсивные конвективные движения воздуха, развива­ются бури и ветер достигает самой большой силы. В области грозы отмечаются очень быстрые вертикальные движения воздуха (как вверх, так и вниз), иногда достигающие скорости 100 км/ч. При этом образуется дождь, так как существуют все условия конденсации водяного пара. Возникающий поток водя­ных капель имеет структуру полос. Ветер резко усиливается, становится штормовым. В верхней части облаков наблюдается радиационное выхолаживание, активизирующее конвективные движения воздуха. Нижняя часть облака, наоборот, несколько нагревается за счет поглощения тепла, излучаемого земной поверхностью, и действия теплых воздушных масс, граничащих с холодными массами при образовании холодного фронта. Напомним, что холодные массы при этом прижаты к поверхнос­ти суши или океана, а теплые вынуждены подняться вверх. Водяной пар, конденсируясь, выделяет энергию, которая и идет на усиление движения воздушных масс, на активизацию бури.

Почему возникает затишье перед бурей? На первой стадии грозы кучевое облако растет в высоту за счет того, что нагретый влажный воздух поднимается от земли вверх. Это восходящее движение воздуха и является причиной затишья перед бурей: оно создает в приземном слое под облаком область пониженного давления, в которой ветер ослабевает или же вовсе прекраща­ется. Но постепенно, с течением времени в область пониженного давления устремляется воздух с граничащих областей; он втягивается в эту вертикальную трубу и на ее верхнем конце растекается во все стороны. Этим процессом, собственно, и заканчивается фаза зарождения грозы, предшествующая началу выпадения осадков — зрелой стадии ее развития.

Эволюция облака продолжается. Оно поднимается до боль­ших высот (22,5 км), в его верхней части образуются ледяные кристаллы. Воздух подвергается вихреобразным движениям, которые могут перерасти в так называемые торнадо. Выпадаю­щие осадки вызывают нисходящие движения воздуха (наряду с восходящими), движущиеся над земной поверхностью в направ­лении развивающегося грозового облака. Кучево-дождевые облака сильно преобразуются, становясь похожими на высокие башни и горы. В облаке наблюдается молния. Движение воздушных масс в «трубах» — очагах восходящего и нисходя­щего воздуха, удаленных друг от друга на целые километры, создает колоссальное впечатление.

Достигнув пика своего развития, гроза выдыхается. Нисхо­дящие потоки воздуха усиливаются, а восходящие, питающие грозу энергией, ослабляются. Энергия, которая обеспечивала развитие грозы, постепенно иссякает. Поэтому гроза затихает, осадки прекращаются, а облако постепенно разваливается. Сходящиеся ветры, связанные с восходящим движением возду­ха, заменяются расходящимися, являющимися продолжением нисходящих воздушных потоков. Грозы чаще всего наблюдаются в тропических поясах Земли.

Бури в атмосфере проявляются не только в виде гроз, но и в виде ураганов и торнадо. В метеорологии торнадо определено следующим образом: сильный разрушительный шквал, имею­щий небольшую горизонтальную протяженность. Торнадо — своего рода воздушная вихревая воронка, как и все буревые процессы в атмосфере, возникает в условиях неустойчивости воздуха и поэтому тесно связана с грозами и образованием кучево-дождевых облаков. Вихревые движения воздуха в облас­ти торнадо в северном полушарии направлены против часовой стрелки, как и в области циклонов, в южном полушарии — ПО часовой. Движение воздуха в торнадо напоминает вращение волчка. Недаром торнадо иногда называют волчком. Область,

которую занимают торнадо, незначительна: ее диаметр не превышает 400 м. Если область торнадо уменьшается, то количество сосредоточенной в нем энергии увеличивается и этот разрушительный шквал становится особенно опасным. В торна­до есть область очень пониженного давления — глаз. Посколь­ку перепад давления между глазом и периферическими частями торнадо очень велик, образуются большие градиентные силы. Они порождают движения воздуха, приводящие к образованию над глазом торнадо и его периферийной частью кучево-дожде­вого облака. Оно занимает центральную часть воронки.

Торнадо вращается и мчится с огромной скоростью (иногда до 400 км/с) по земной поверхности, нередко сотни километров. При этом волчок иногда быстро поднимается над ней и, пронесясь на высоте определенное расстояние, вновь опускается вниз. Торнадо, сила которого может достигать нескольких десятков килограммов на каждый квадратный метр, разрушает любые сооружения. Неистовый волчок способен поднимать и переносить по воздуху на расстояния в несколько сот метров крупные постройки. В 1931 году в штате Миннесота торнадо поднял в воздух железнодорожный вагон со 117 пассажирами и, пронеся 24 м, опустил на землю, не повредив при этом ни одного пассажира! Так же разрушающе ведет себя и область сильно пониженного давления глаза торнадо. Проносясь над населен­ным пунктом, она притягивает к себе воздух, находящийся в помещениях. Резко устремляясь наружу, он разрушает дом.

Торнадо возникает мгновенно и так же быстро исчезает. В одном месте он бывает не больше минуты. Этой внезапностью и разрушениями на своем пути торнадо наводит ужас на людей. Иногда перед торнадо или после него выпадают обильные осадки.

Циклоны, возникающие в тропиках, особенно разрушитель­ны: они сопровождаются очень сильными ветрами. В разных тропических районах циклоны называют по-разному. Так, в районах, прилегающих к Тихому океану, — это тайфуны, в Вест-Индии — ураганы, а в районах Индийского океана — просто циклоны.

Циклон может занимать огромные площади, в поперечнике до 500-1000 км. Только диаметр его «глаза» составляет 30-50 км. Зная, как устроен циклон, можно понять странное на первый взгляд чередование сильного ветра, временного затишья и затем вновь сильного ветра, но уже противоположного направления. Этому во многом способствует структура воронки циклона. Воздух вращается вокруг глаза циклона в северном полушарии против часовой стрелки. Поэтому, когда над данным местом проходит одна стенка воронки, ветер дует в одном направлении. После чего проходит глаз циклона и ветра фактически нет. И уже затем находит другая стенка воронки с противоположным направлением ветра. Весь этот цикл длится двое суток, а иногда и более.

Тропические циклоны вносят огромный вклад в формирова­ние погоды. С ними связана значительная часть выпадающих осадков. Поэтому научиться прогнозировать их зарождение и пути распространения — значит решить большую научную проблему и помочь человечеству в борьбе с одной из стихий природы.

Мы рассмотрели формирование погоды после того, как были описаны солнечная активность, магнитные бури и озонный слой. И это не случайно. На процессах формирования погоды сказывается все — и солнечная активность, и магнитные бури, и озон. Так, глобальная циркуляция атмосферы зависит от солнечной активности, от того, сколько энергии вносится в атмосферу в зонах полярных сияний южного и северного полушарий. Чем выше этот приток энергии, чем больше нагревается атмосфера в зонах полярных сияний, тем направле­ние ветров становится все более направленным на запад (в северном полушарии). При минимальной солнечной активности нагрев атмосферы в зонах полярных сияний меньше и ветры больше направлены на север, к зоне полярных сияний (в северном полушарии).

Из приведенного выше анализа должно быть ясно, что солнечная вспышка, магнитные бури, изменение атмосферного

электричества, изменение количества озона и перемена погоды являются разными звеньями единой причинно-следственной цепи событий. Человек же чувствует на себе, на своем самочув­ствии и здоровье действие разных факторов. Это и магнитные бури, и атмосферное электричество, и различные электромаг­нитные излучения магнитосферной и ионосферной плазмы и, ч конечно, различные метеорологические элементы (атмосферное давление, влажность воздуха, ветры и др.).

Естественно, что все эти факторы оказывают влияние не только на здоровье человека, но и на все живое, на всю биосферу Земли. Кратко рассмотрим влияние космоса (указанных фак­торов) на биосферу, на растения и животных. Это не только расширит наш кругозор, но даст нам возможность убедиться в том, насколько это влияние сильное, насколько все живое (включая нас) едино. Недаром В.И.Вернадский все это назы­вал просто «живым веществом».

Дата добавления: 2016-06-05 | Просмотры: 2721 | Нарушение авторских прав