Тепловые процессы в атмосфере, влагооборот и атмосферная циркуляция презентация

А.Ю.
Доцент, к.г.н.

процессов является Солнце.
Солнечная радиация (солнечное излучение), приходящая к Земле от Солнца и поступающая из космического пространства в атмосферу Земли, формирует такое количество тепла, получаемое в среднем за год единицей площади земной поверхности, что оно в 30 000 раз больше, чем тепло, идущее из недр Земли, и в 30 млн раз больше, чем энергия от излучения звезд и планет.
Именно лучистая энергия Солнца превращается в атмосфере и на земной поверхности в теплоту, она же служит источником энергии атмосферных движений, превращается в другие виды энергии.

Солнца, которая и является основным источником излучения. Солнце окружает солнечная корона, которая имеет очень высокую температуру, однако она крайне разрежена, поэтому видима невооружённым глазом только во время полного солнечного затмения.

излучения.

крайне разрежена, поэтому видима невооружённым глазом только во время полного солнечного затмения.

борту спутника Hinode. Получено 12 января 2007 года.

в «ложных цветах». Получена Обсерваторией солнечной динамики.

поля

рентгеновских лучей — однако максимум его интенсивности приходится на видимый свет (жёлто-зелёную часть спектра).

Основной приток энергии в систему атмосфера — Земля обеспечивается излучением Солнца в спектральном диапазоне от 0,1 до 4 мкм. При этом в диапазоне 0,3 мкм до 1,5-2 мкм атмосфера Земли прозрачна для солнечного излучения почти полностью. В ультрафиолетовой области спектра (для волн короче 0,3 мкм) излучение поглощается в основном слоем озона, расположенного на высотах 20-60 км. Рентгеновское и гамма-излучение до поверхности Земли практически не доходят. Плотность мощности излучения Солнца на расстоянии 1 астрономической единицы вне атмосферы Земли равна около 1367 Вт/м² (солнечная постоянная). По данным за 2000—2004 годы, усреднённый по времени и по поверхности Земли, этот поток составляет 341 Вт/м² или 1,74·1017 Вт в расчёте на полную поверхность Земли (полное излучение Солнца примерно в 2,21·109 раза больше).

атмосферы (Мдж/м2) в зависимости от широты и времени года

от Солнца, поглощаемой и отражаемой в атмосфере радиацией, поглощаемой и исходящей энергией от Земли.

от земли.

атмосферы.

нагревают земную поверхность, чем непосредственно воздух.
Между земной поверхностью и атмосферой, а также Мировым океаном и водами внутренних водных путей, водяным паром в атмосфере и облаками (на что тоже затрачивается солнечная энергия) происходит постоянный обмен теплом.

.

Само наличие земной атмосферы формирует в околоземном пространстве различные физические процессы. Они проявляются на земной поверхности и в атмосфере — условия и явления погоды, в том числе на поверхности суши и водных объектах различного масштаба, в верхних слоях почвы и на поверхности различных видов растительности, в водоемах и речных системах и многое другое.

состояний и описания атмосферных процессов в данный момент времени в данной географической точке.

годы меняется по-разному. Однако при всех различиях каждое место и даже местность можно охарактеризовать вполне определенным набором характеристик погоды. Характеристики погоды за длительный период времени – десятки лет, называются климатом места или местности.
Локальным или местным климатом называют совокупность атмосферных условий и явлений погоды за многолетний период, отмеченный в данной местности в зависимости от ее географической обстановки.
Под географической обстановкой подразумевается не только положение местности, т.е. широта, долгота и высота над уровнем моря, но и характер земной поверхности, орография, почвенный покров и др.
Атмосферные условия, определяющие климат каждого места, испытывают периодические изменения в годовом ходе — от зимы к лету и от лета к зиме. Кроме периодических изменений сама совокупность атмосферных условий несколько изменяется от года к году. Это так называемая межгодовая изменчивость атмосферных условий.

которые проявляются в виде их ионизации, электропроводности и пр. Это в свою очередь каким-то образом сказывается и на состоянии нижних слоев тропосферы, океана и суши, а стало быть, на погоде и климате. Механизм воздействия верхней атмосферы на нижние слои не всегда ясен и определён.

радиации, которая поступает в околоземное пространство, поглощается земной поверхностью.
Тепло земной поверхности, в свою очередь, передаётся расположенным ниже слоям почвы или воды и определяет как их температурный режим, так и температуру прилегающих к ним слоёв атмосферы.

режимом атмосферы.
Этот тепловой режим атмосферы определяется обменом тепла — теплообменом между атмосферным воздухом и окружающей средой.
Эта характеристика состояния атмосферы чрезвычайно изменчива и имеет существенные отклонения в течение суток, сезона, года и т. д., в различных слоях атмосферы и географических зонах на нашей планете. Она находится в зависимости от целого ряда причин.

поверхности и атмосферных слоёв;

• путём теплопроводности — молекулярной (между воздухом и земной поверхностью) и турбулентной (внутри атмосферы);

• при передаче тепла между земной поверхностью и воздухом в результате испарения и последующей конденсации или кристаллизации водяного пара.

определяющих климат.

Это так называемые климатообразующие процессы:
Теплооборот;
Влагооборот; и
Атмосферная циркуляция.

в системе «земля—атмосфера».
Поток солнечной радиации, идущий от Солнца к Земле, частично отражается воздухом, облаками и примесями назад в мировое пространство. Эта энергия безвозвратно теряется для Земли.
Другая часть проходит сквозь атмосферу. Атмосфера частично и в сравнительно небольшой степени поглощает солнечную радиацию, преобразуя ее в теплоту, частично рассеивает ее, изменяя спектральный состав радиации.

поверхности, частично от нее отражаются, но в большей части поглощаются ею и нагревают верхние слои суши, верхние слои почвы, растительности, водоемов и рек суши, воды Мирового океана.

Земная поверхность сама испускает невидимую инфракрасную радиацию, которую в большей части поглощает сама атмосфера, и нагревается.

Атмосфера в свою очередь излучает инфракрасную радиацию, большую часть которой поглощает земная поверхность.

В то же время земная и атмосферная радиации непрерывно излучаются в мировое пространство и вместе с отраженной солнечной радиацией уравновешивают приток солнечной радиации к Земле.

которых является нагревание земной поверхности и атмосферы.

Кроме обмена тепла путем излучения между земной поверхностью и атмосферой происходит обмен тепла за счет теплопроводности, причем особенно важную роль играет конвективное перемешивание воздуха в вертикальном направлении.

воды, т.е. переходит в скрытую форму. Потом, при конденсации водяного пара в атмосфере и, как правило, в районе, удаленном от места испарения, это тепло, выделяясь, нагревает воздух.

Важнейшим процессом в теплообороте является горизонтальный перенос тепла воздушными течениями, направленными из одних мест земли в другие.

Особенности процессов теплооборота наряду с суточным и сезонным ходом определяют температурный режим того или иного места.

Температура воздуха, постоянно ощущаемая как тепло или холод, имеет важнейшее значение для жизни на Земле вообще, для жизни и хозяйственной деятельности людей в частности.

влагооборот.
С поверхности океанов и морей, а также других водоемов, с влажной почвы и растительности в атмосферу испаряется вода.
На испарение и образование водяного пара в атмосфере затрачивается большое количество тепла из почвы и верхних слоев воды.
Водяной пар в атмосфере — вода в газообразном состоянии — важная составная часть атмосферного воздуха.

при определённых условиях в атмосфере, т.е., сгущается и превращается в капельки воды или кристаллики льда, вследствие этого на некоторых высотах в тропосфере возникают облака, а у земной поверхности дымки и туманы.
В процессе конденсации водяного пара в атмосфере возникают большие количества скрытого тепла.
Из облаков при определенных условиях выпадают различные виды осадков
Возвращающиеся на земную поверхность осадки в целом уравновешивают испарение.

влияют на растительный покров и земледелие.
От распределения и колебания количества осадков зависят также условия стока, режим рек, уровень озер и другие гидрологические явления.
Большая или меньшая высота снежного покрова определяет промерзание почвы вообще, а также режим многолетней мерзлоты в полярных районах.

масс в атмосфере и неравномерному распределению атмосферного давления в них.
Неравномерное распределению атмосферного давления в атмосфере формирует барическое поле у поверхности земли и на высотах в тропосфере, что в свою очередь приводит к горизонтальным движениям воздушных масс , т.е. воздушным течениям или ветру.

...

Hadley cell - Движение воздуха с низкой широтой к экватору, которое при нагревании поднимается вертикально, с движением по полю в верхней атмосфере. Это образует конвекционную ячейку, которая доминирует в тропическом и субтропическом климате.

2. Ячейка Ферреля - средняя средняя ячейка атмосферной циркуляции для погоды, названная Феррелем в 19 веке. В этой ячейке воздух течет по полю и на восток около поверхности и на экваторе и на запад на более высоких уровнях.

3. Полярная ячейка - воздух поднимается, расходится и движется к полюсам. Как только над полюсами, воздух опускается, образуя полярные максимумы. На поверхности воздух расходится наружу от полярных максимумов. Поверхностные ветры в полярной ячейке являются восточными (полярные долины).

которое при нагревании поднимается вертикально, с движением по полю в верхней атмосфере. Это образует конвекционную ячейку, которая доминирует в тропическом и субтропическом климате.

Феррелем в 19 веке. В этой ячейке воздух течет по полю и на восток около поверхности и на экваторе и на запад на более высоких уровнях.

Как только над полюсами, воздух опускается, образуя полярные максимумы. На поверхности воздух расходится наружу от полярных максимумов. Поверхностные ветры в полярной ячейке являются восточными (полярные долины).

Причиной появления ветра является неравномерное распределение давления и термодинамические процессы в атмосфере.
На характер движения воздуха относительно земной поверхности большое влияние оказывает суточное вращение Земли вокруг своей оси и физико-географические особенности атмосферных процессов в тех или иных географических районах.
В нижних слоях атмосферы, прилегающих к подстилающей земной поверхности на движение воздуха влияет шероховатость рельефа местности или возникающее при этом трение.
Масштабы горизонтальных атмосферных движений меняются в очень широких пределах: от мельчайших вихрей, которые можно наблюдать, например, в виде отдельных пыльных или песчаных вихрей, метели, и смерчей, до циклонических вихрей с размерами в сотни и тысячи км.

атмосферы и которая проявляется прежде всего в тропосфере.
Основными элементами общей циркуляции атмосферы, которые формируют ветер у земли и термодинамические процессы возникающие при этом являются циклоны и антициклоны.
Циклоны это атмосферные вихри размером от нескольких сотен до несколько тысяч километров, постоянно возникающие и разрушающиеся в тропосфере.

изменения погоды - воздушные массы, в рамках общей циркуляции атмосферы перемещаясь из одних областей Земли в другие, приносят с собой свойственные им характеристики и при этом трансформируются, т.е. приобретают некоторые свойства подстилающей поверхности
Кроме воздушных течений общей циркуляции атмосферы климатообразующее значение имеют и циркуляции значительно меньшего масштаба ( местные ветры, такие как бризы, горно-долинные ветры и др.
Ветер вызывает волнение водных поверхностей, поверхностные морские и океанические течения, дрейф морских льдов; и некоторые воздействия на береговую сушу и формирование берегов.

— это светимость Солнца, положение и движение Земли в Солнечной системе, наклон оси вращения Земли к плоскости орбиты и скорость вращения Земли вокруг своей оси, плотность материи в мировом пространстве. Все эти факторы определяют количество и распределение солнечной энергии, поступающей на Землю.
К географическим факторам относятся: размеры и масса Земли, величина силы тяжести, масса и состав атмосферы, географическое распределение материков и океанов, рельеф поверхности суши и дна океанов, масса и состав океана, характер поверхности суши.

погоды и климата на Земле обусловлены поступлением солнечной энергии в атмосферу.