Какие свойства воздушных масс зависят от подстилающей поверхности

Мы часто замечаем красоту природы, но редко задумываемся о том, как она устроена, и какое значение имеет то, что у нас под ногами. Оказывается, и сверкающий снег, которым мы играем зимой, и почва, на которой растет трава, и дремучие леса, и песок на берегу бушующего моря (да и само море) называются одним термином – «подстилающая поверхность».

Чем покрыта наша планета

Деятельная, или подстилающая, поверхность – это самый верхний слой земной коры, включающий все виды водоемов, ледники и почву, которые участвуют в различных природных процессах.

Каким образом то, что находится у нас под ногами, может повлиять на климат? Прежде всего, через поглощение или отражение солнечных лучей. Кроме того, влияние подстилающей поверхности на климат осуществляется через водо- и газообмен, а также биохимические процессы. К примеру, вода медленнее, чем почва, нагревается и остывает, из-за чего прибрежные территории имеют более мягкий климат, чем те, которые находятся вдалеке от морей и океанов.

Отражение света

Температура на нашей планете зависит от солнца. Но, как известно, разные поверхности по-разному поглощают и отражают солнечные лучи, именно на этом основано влияние подстилающей поверхности на климат. Дело в том, что сам по себе воздух обладает очень низкой теплопроводностью, из-за этого в атмосфере холоднее, чем у поверхности: внизу воздух прогревается именно от тепла, поглощенного водой или почвой.

Снег отражает до 80% излучения, поэтому в сентябре, когда таких осадков еще нет, теплее, чем в марте, хотя количество солнечного излучения в эти месяцы одинаково. Хорошо известным бабьим летом мы также обязаны подстилающей поверхности: нагретая за лето почва осенью постепенно отдает солнечную энергию, прибавляя к ней тепло от разлагающейся зеленой массы.

Островной климат

Всем нравится мягкий климат без резких зимних и летних перепадов температур. Это обеспечивают нам моря и океаны. Водная масса нагревается медленно, но при этом способна сохранить до 4-х раз больше тепла, чем почва. Таким образом, водная подстилающая поверхность за лето аккумулирует в себе большое количество энергии, а зимой отдает её, обогревая прибрежные районы.

Знаменитый морской бриз – это тоже заслуга водной глади. Днем берег разогрет сильнее, горячий воздух расширяется и «засасывает» более холодный со стороны водоема, образуя легкий ветерок от воды. Ночью, наоборот, земля быстро остывает, холодные массы воздуха перемещаются в сторону моря, поэтому бриз меняет свое направление дважды в сутки.

Рельеф

Большое значение на климат оказывает и рельеф местности. Если подстилающая поверхность ровная, она не мешает движению воздуха. А вот в местах, где есть возвышенности или, наоборот, низменности, создаются особые условия. К примеру, если водоем расположен в углублении, ниже основного рельефа, то испарения и тепло от воды не рассеиваются, а скапливаются в этом районе, создавая особый микроклимат.

Многие слышали о земле Санникова в Северном Ледовитом океане. Существует теория, что там действительно мог существовать остров с тропическим климатом: если участок суши полностью окружить высокими ледниками, то циркуляция воздуха уменьшится, тепло не будет «выветриваться», а сам ледник, отражая солнечные лучи, начнет аккумулировать их на этом островке.

Даже сегодня мы можем наблюдать на некоторых северных островах растительность, нехарактерную для тех широт. Это объясняется именно особенностями подстилающей поверхности: скалы и леса защищают от ветров, а окружающее море сглаживает перепады температуры.

Парниковый эффект

Мы часто слышим, что из-за промышленности растет число парниковых газов, а лес производит много кислорода. В действительности это не совсем так: необходимо учесть факторы подстилающей поверхности. Погибшие растения и опавшая листва становятся пищей для огромного числа микроорганизмов, насекомых и червей. Все эти процессы жизнедеятельности происходят с выделением большого количества парниковых газов и поглощением кислорода. Так, часть двуокиси углерода, который растения получили из воздуха, снова возвращается в атмосферу.

В целом баланс веществ сохраняется примерно постоянным за счет нарастания зеленой массы, то есть неверно думать, что лес – это такая фабрика по производству кислорода для города. В тропических лесах дышать даже труднее, чем в мегаполисах, из-за высокой влажности подстилающей поверхности и активной жизнедеятельности в ней. Конечно, промышленность оказывает влияние на климат, но не только напрямую, а и через разрушение экосистемы. Вырубка лесов и загрязнение почвы и воды приводит к тому, что новой зеленой массы нарастает все меньше, а разлагающейся становится все больше, и в атмосферу поступают отравляюще вещества, которые ранее были связаны растениями. Таким образом, подстилающая поверхность превращает лес из «легких планеты» в источник тех самых парниковых газов.

На поверхности Земли тепло Солнца, получаемое атмосферой, распределяется неравномерно. Соответственно воздух в разных частях тропосферы тоже будет различным. Из-за неравномерности распределения температур и влагосодержания в атмосфере возникают движения огромных объёмов воздуха.

Понятие воздушных масс

Воздушные массы представляют собой внушительные объёмы воздуха тропосферы (околоземной атмосферный слой), сформированные над определённой территорией или как иначе её называют – подстилающей поверхностью, и имеющие похожие, почти однородные в горизонтальных плоскостях температурные значения и показатели влажности.

Эти объёмы в горизонтальном направлении измеряются несколькими сотнями (иногда тысячами) километров, а в вертикальной достигают 20-25 км (но в среднем их высота составляет около 5 км).

Над подстилающей поверхностью должен установиться температурный и радиационный баланс. Помимо этого, необходимо создание таких условий циркуляции воздуха, при которых было бы возможно длительное пребывание большого его объёма в конкретном месте. Тогда и достигается однородность системы воздушной массы.

Любая воздушная масса отделяется от другой четкими границами. Метеорологические величины в пределах массы практически не изменяются. Их резкое увеличение или уменьшение происходит на границе двух воздушных масс, в переходной зоне (зоне атмосферного фронта).

Формирование воздушных масс

Воздушная масса, сформировавшись в определённой области, приобретает свои постоянные свойства. Такая область называется очагом формирования. Он должен иметь конкретные свойства:

• поверхность воды или суши должна быть однородной, то есть должны иметь место схожие воздействия на воздух в очаге формирования;
• радиационный фон стабилен и однороден;
• условия циркуляции воздуха должны обеспечивать его стационарное местоположение.

Обычно очаги формирования — это антициклоны (вихревые потоки с повышенным давлением в центре), которые являются менее подвижными в сравнении с циклонами (для них характерно низкое давление). Здесь воздух опускается вниз и начинает распространяться в горизонтальном направлении.

Над нагретыми областями суши возникают термические депрессии — области с низким атмосферным давлением. Такие условия также способствуют возникновению очага.

Атмосферные фронты

На границе различных соседствующих воздушных масс есть переходные области или зоны — фронты. Они наклонены относительно земной поверхности из-за того, что воздушные массы подвижны. Атмосферный фронт всегда предшествует идущей вслед за ним массе воздуха.

В зависимости от мест возникновения, связанных с климатическими поясами, различают такие фронты, как арктический, полярный, тропический. Первый является холодным, остальные считаются тёплыми.

Фронты оказывают непосредственное влияние на давление в атмосфере и определяют погоду в конкретном месте. Это выражается в возникновении и исчезновении облаков, ветров, осадков.

Движение и циркуляция. Смена воздушных масс

Воздушная масса не остаётся в той области, где сформировалась. Под влиянием непостоянства циркуляционных условий она начинает перемещаться и трансформироваться.

Течение воздушных масс носит глобальный характер, ведь их формирование и движение охватывает океаны, континенты, обширные участки планеты. Таким образом совокупность воздушных масс составляет атмосферную циркуляцию планеты.

На процессы циркуляции в атмосфере главным образом влияет солнечная энергия. Причём на все участки планеты эта энергия действует по-разному из-за неоднородности подстилающей поверхности. Отсюда и разница температур. Обладающий высокой плотностью холодный воздух создаёт повышенное давление и всегда стремится в более тёплую область с разреженным воздухом.

Во время перемещения из одной области в другую воздушная масса меняет свои свойства. Это зависит от того, над какой территорией она проходит, с какими воздушными массами граничит и от того, сколько времени прошло с момента её формирования. Причем скорость перемещения воздуха внутри массы непостоянна и разнится с высотой. Таким образом возникает турбулентное перемешивание.

Перемена свойств воздушной массы зовётся её трансформацией или сменой. Она длится от трёх до семи дней и считается завершённой при установлении постоянной среднесуточной температуры во всех слоях массы день за днём. Таким образом формируется новая воздушная масса.

Виды и типы воздушных масс

Воздушные массы зависят от места формирования, от температуры, от вида подстилающей поверхности.

Термодинамическая классификация

По термодинамическому признаку воздушные массы подразделяют на три вида.

1. Тёплой называется воздушная масса, чья температура превышает температуру окружающей среды. Охлаждаясь, она стремится уравновеситься. Воздушная масса холодная, если в конкретной области происходит повышение её температуры.
2. Нейтральная (местная) воздушная масса находится в термодинамическом равновесии со средой, окружающей её. Несущие холодный и тёплый воздух массы превращаются в местные, постепенно трансформируясь в определённом регионе.
3. Массы воздуха бывают морские и континентальные. Это зависит от характера территории их образования.

Очаг формирования морских масс возникает над поверхностью океана, поэтому их воздух насыщен влагой. Возникновение континентальных воздушных масс происходит над сушей материков, в связи с чем их воздух сухой и запылённый.

Географическая классификация

Возникновение воздушных масс происходит в разных широтах планеты. Исходя из этого, их подразделяют географически на четыре типа:

1. Экваториальные. Очаг формирования таких масс находится в районе экватора и близлежащих широтах. Характеризуются температурами от 20 °С и повышенным показателем влажности. При перемещении с океана на сушу происходит выпадение осадков в виде дождей.
2. Тропические. Образуются в широтах тропиков. Для них характерны повышенные температуры. Континентальный воздух сухой и запылённый. А морской влажный.
3. Умеренные. Возникают в пределах от 45 до 65 градусов северной широты. Сформированные над континентом зимой они являются сухими и холодными, а летом их температура и влажность значительно выше. Воздух морских масс увлажненный и низкотемпературный постоянно.
4. Арктические и антарктические. Появляются в широтных поясах, близких к полюсам. Имеют пониженную температуру и влагосодержание. Континентальные суше, морские более влажные.

Влияние на климат

Климатом называется циклично повторяющийся режим погоды, сформировавшийся в конкретной местности в течение многих лет.

Воздушные массы оказывают огромное влияние на климат. Именно по их типу выделили главные пояса: полярные (на северном и южном полюсах), умеренные, тропические и экваториальный. Между ними лежат переходные пояса: субполярные, субтропические, а также субэкваториальный. Все они различаются сменой воздушных масс в строгом соответствии с сезонностью. В зимний период климатические условия определяют воздушные массы такого пояса, который ближе расположен к экватору, а летом — к полюсу. Например, зимой в субтропический пояс приходят умеренные воздушные массы, а в летнее время — тропические.

В полярных поясах, к которым относятся территории Арктики и Антарктики, формируются холодные и сухие массы воздуха. Здесь преобладают низкие температуры, практически не выпадают осадки, и снежный покров сохраняется круглогодично.

Воздушные массы умеренных широт определяют климат умеренных поясов. В них преобладают положительные температуры летом и отрицательные температуры, и твёрдые осадки в зимний период.

В тропических поясах формируются воздушные массы тропиков. Воздух здесь в основном тёплый с низкой влажностью. Экваториальная воздушная масса возникает в экваториальном поясе и задаёт очень высокую температуру воздуха. Здесь выпадает большое количество осадков в течение всего года.

В областях переходных поясов погодные условия определяют те воздушные массы, которые главенствуют на этих территориях в данный сезон года.

Свойства и характеристика воздушных масс

Свойства воздушных масс зависят от теплового излучения Солнца, а также от подстилающей поверхности. К ним можно отнести такие величины, как температура, относительная влажность, прозрачность (видимость), давление воздуха.

В месте формирования воздушной массы её свойства сохраняются до момента её перемещения. Оказываясь над иной территорией, обладающей иными свойствами и характеристиками, изначальные признаки массы меняются. Она может прогреваться (стынуть), или увлажняться (высушиваться).

Чтобы охарактеризовать воздушные массы, нужно помнить, что образуются они в разных поясах нашей планеты: над морями и океанами и над материками.

Арктический морской воздух, приходящий в Атлантику и Европу, прозрачен и несёт с собой похолодание, ветра. Характеризуется наличием кучевых облаков, осадков в виде грозовых дождей. Континентальный его подвид, накрывающая Азию и Северную Америку, летом помимо вышеперечисленного несёт низкую облачность и слабые ветры. Зимой устанавливает ясную погоду с хорошей видимостью.

Морской воздух в умеренных широтах летом проявляет себя схоже с арктическим морским, а в зимнее время умеренные массы способствуют образованию слоистых облаков, моросящих дождей и туманов. Континентальный в зимний период проявляет себя ясной погодой, плохой видимостью и пониженными температурами. Летом же зачастую грозовые дожди, кучевые облака, туман и дымка.

Тропические морские массы господствуют в Атлантическом и Тихом океанах, неся потепление и создавая слоистые облака, туманы. А образованные над сушей массы (Европа, Азия, океанические побережья) летом и зимой над водными поверхностями устанавливают ясную погоду с низкой прозрачностью, а зимой над сушей нередки туманы и слоистые облака.

Что касается экваториальных воздушных масс, “мигрирующих” вдоль экватора, то в любое время года они несут сильные и обильные осадки в виде ливневых дождей.

Воздушные массы России

На климатические особенности нашей страны оказывают влияние несколько разновидностей масс: арктические, умеренные, тропические, а также их морские и континентальные подвиды. Территория страны является очагом формирования умеренных континентальных масс. Они несут в себе воздух с пониженной влажностью, холодный зимой и тёплый в летнее время года. Морской воздух умеренных широт с запада движется из северной части Атлантики, а с востока из тихоокеанских вод. Он отличается низкой влажностью. В летние месяцы он несёт прохладу, а в зимние тепло. Двигаясь в восточном направлении МУВ претерпевает трансформацию и частично становится континентальным.

Воздушные массы тропических поясов планеты влияют на климат юга России. Сухие пыльные тропические массы осуществляют своё формирование над землями Казахстана и Средней Азии. Они характеризуются повышенными значениями температур. Увлажнённый и тёплый морской воздух тропиков вторгается в Кавказский регион и территорию России до Уральских гор со стороны Средиземного моря. А на Дальний Восток из центральных Тихоокеанских областей.

Очагом формирования сухих арктических масс являются воды Северного Ледовитого океана. Они формируют климат российского севера, в частности Сибири. Они несут низкотемпературный воздух, отличающийся хорошей видимостью.

Воздушные массы атмосферы Земли имеют внушительные размеры и масштабы воздействия. Они наряду с другими явлениями и процессами влияют на климат отдельно взятых областей и планеты в целом. Если бы не их движение, температуры в некоторых поясах были бы гораздо менее комфортными, а может, и вовсе не пригодными для существования живых организмов.

Воздушные массы и их циркуляция (видеоурок для 8 класса)