Баричне поле. Карти баричної топографії. Карти абсолютної топографії. Карти відносної топографії.

 

Баричне поле

•Горизонтальний розподіл атмосферного тиску називають баричним полем.

•Ізобаричні поверхні - поверхні в усіх точках яких тиск однаковий.

•Лінії перетину ізобаричних поверхонь з поверхнею рівня моря є ізобари.

•Точки перетину ізобаричних поверхонь з поверхнею рівня моря залежать від розподілу тиску і середньої температури стовпа повітря на рівні моря в кожний момент і в різних місцях. Цей зв'язок відбиває основна барометрична формула.

 

Карти абсолютної топографії

•На карту абсолютної баричної топографії наносять висоти певної ізобаричної поверхні над рівнем моря на різних станціях в певний момент часу і точки з рівними висотами з'єднують ізогіпсами.

Відносна барична топографія

•Висоти баричної поверхні, що відраховується від нижчерозташованої ізобаричної поверхні, а не від рівня моря, називають картами відносної баричної топографії.

 

•Служба погоди складає карти ізобаричної поверхні 500 гПа над поверхнею 1000 гПа. Її висота визначається величиною баричної ступені.

Термобаричне поле атмосфери

•Оскільки барична ступінь прямо пропорційна температурі повітря, при одному і тому ж самому тиску вона більша при високій температурі, ніж при низькій.

 

•Відносна висота однієї ізобаричної поверхні над інщою залежить від середньої температури повітря, між цими поверхнями. За картою відносної баричної топографії можна міркувати про розподіл температури в атмосфері.

 

•Карти відносної баричної топографії називають термобаричним полем атмосфери.

Горизонтальний баричний градієнт

•Зміна тиску на одиницю віддалі по горизонталі.

•Віддаль приймають в тому ж напрямку, в якому тиск найшвидше змінюється, тобто в напрямку нормалі до ізобари.

•Горизонтальний баричний градієнт тиску - зменшення тиску на одиницю віддалі за напрямом, що перпендикулярний до ізобари.

Горизонтальний баричний градієнт

•Величина горизонтального баричного градієнту є обернено пропорційна проміжку між ізобарами, тобто в різних точках баричного поля модуль градієнту буде різним. Більші градієнти будуть в тих ділянках баричного поля, де ізобари проведені густо і найменші там, де віддалі між ними великі.

 

1 29. Ботанічні на основі метеорологічних показників. Система кліматів Крейцбурга.

nАриднiсть i гумiднiсть. Вони формуються пiд впливом загальної циркуляцiї атмосфери у поєднаннi з мiсцевим радiацiйним балансом. Ця класифiкацiя не безпосередньо є генетична.

nТропiчний - пiвнiчнi межi є лiнiї рiвних температур за iзогiгрограмами.

nСубтропiчний - iзохiона 1 доба, або iзотерма +6°С найхолоднішого мiсяця або океанiчний варiант - рiчна iзотерма +13°С.

nIзохiона - лiнiя рiвної тривалості збереження снiгового покриву.

nПомiрний - iзохiона 150 дiб, океанiчний варiант - iзотерма +11°С найтеплішого, або континентальний варiант - iзотерма +18°С найтеплішого мiсяця.

nСубполярний - iзохiона 240 дiб, або океанiчний варiант - iзотерма +7°С найтеплішого мiсяця.

nПолярний - iзохона 360 дiб.

nРiзко полярний

nДальше кожен з типiв подiляється за кiлькiстю гумiдних чи аридних мiсяцiв на вологi, напiввологi, напiвсухi, сухi.

nПотiм диференцiацiя проходить за положенням максимуму гумiдностi i аридностi в рiчному ходi. Високогiрні клiмати - бiльше 2000 м. Комплекснi поняття, що охоплюють тепло, опади i вологiсть повiтря. Вона є значно наближена до дiйсностi.

Основи кліматичного моделювання. Порівняльний аналіз. Моделювання “озонового ефекту”.

Кліматичне моделювання.

Сучасні моделі клімату - фрагмент моделі географічної оболонки. Дійсно атмосфера зв'язана єдину термодинамічну систему.

Світовий океан, суша, елементи кріосфери і деякі компоненти біоти.

Складна структура - необхідна щоб у повному обсязі врахувати всі процеси, що визначають термічний режим глобальної кліматичної системи, енерго- і вологообмін між її елементами, планетарну циркуляцію атмосфери й океану

Необхідність кліматичних моделей.

Проблеми фізичної географії. Діагностичних оцінок і прогнозу стану водяних ресурсів, вічної мерзлоти, гірського заледеніння, біопродуктивності природних геосистем і агроценозів, стану ландшафту в цілому.

Оперативної характеристики поля, вологості повітря, опадів, вологості грунту, снігового покриву тощо.

Вихідні дані у відповідні алгоритми моніторингу.

Враховувати масштаб вираження в моделі кліматичних змінних біля земної поверхні, у просторі, під час експерименту на компютері.

 

Організація інструментальних спостережень (друга половина ХVII – середина XIX ст.).

 

Організація інструментальних метеорологічних спостережень (друга половина XVII-середина ХІХ століть).

Друга половина XVIII ст. – завдяки приватній ініціативі була організована перша в Європі мережа метеорологічних станцій з понад 30 пунктів, які працювали 12 років. Метеодані опубліковані.

 

- М.В.Ломоносов відмітив роль моря і суші у формуванні клімату і відійшов від "еллінського" астрономічного клімату.

- На початку XIX ст. виникають перші державні мережі метеостанцій.

- А.Гумбольт і Г.В.Дове в Німеччині заклали основи наукової кліматології.

 

Становлення теорії і методології науки (середина ХІХ - середина ХХ ст.).

 

Виникнення служби погоди у Європі і у Росії пов'язане з Кримською війною. Левер'є зібрав усю метеорологічну інформацію, яка була на той час і склав досить примітивні карти погоди.

 

Перші синоптичні карти, Брандес. У 1855-56 рр. були організовані мережі метеорологічних станцій у Франції, Англії, Росії.

- Винахід телеграфу та ініціатива У. Левер'є і Р.Фіцроя – започаткували службу погоди і синоптичну метеорологію. Р.Фіцрой назвав карти синоптичними, з грецьк. "synoptikos", що означає "здатний все оглянути" і на основі їх аналізу публікував у газетах перші прогнози погоди.

- Середина XIX ст. -перші метеорологічні інститути, геофізичні обсерваторії. 1849 р. - Головна фізична обсерваторія в Петербурзі. 70-ті роки ХІХ ст. М.А.Рикачев - організував службу погоди у Росії і на Україні.

- ХІХ ст. – закладені основи динамічної метеорології на основі примінення законів термо- і гідродинаміки до атмосферних процесів (американець В.Форрел та німець Г.Гемгольц).

- ХХ ст. – розвиток динамічної метеорології (В.Б'єркнес і Бержерон (Норвегія), Г.Росбі (Швеція і США), М. Маргулес (Австралія), І.Кочін, А.Фрідман (СРСР), В.Непіршоу (Англія).

Г.Фіккер (Австрія), В.Б'єркнесс (Норвегія), Б.Мультановський (СРСР) успіхи в синоптиці, зближення динамічної і синоптичної метеорології, примінення гідродинамічного прогнозу погоди.

Початок ХХ ст. - актинометрії А.Онгстрем (Швеція), С.Ланглей, Г.Аббот (США), В.Міхельсон, С.Савінов і Н.Калітіна (СРСР), Ф.Лінке (Німеччина).

Аерологія - А.Тейсеран де Бор (Франція) і Р.Асман (Німеччина) відкрили стратосферу. П.Молчанов (СРСР) винайшов перший радіозонд.

 

Тепловий баланс і температура земної поверхні, приповерхневого шару повітря, грунту і води. Добовий і річний хід температури на поверхні грунту. Географічний розподіл температури біля земної поверхні. Ізотерми. Аномалії в розподілі температури.

 

Географічний розподіл температури повітря.

Розподіл температури повітря біля поверхні землі - карти ізотерм - ліній, які з'єднують на карті точки з однаковими температурами.

Для того, щоб виключити вплив висоти при проведенні ізотерм, всі температури приводять до рівня моря, приймаючи пониження температур з висотою 0.6°С на кожні 100 м.

Щоб привести темпратуру до рівня моря, потрібно збільшити температуру на кожній станції, що розташована вище рівня моря, відповідно до висот станції. Наприклад, якщо станція розташована на висоті 500 м і фактична температура на ній 10°С, то на карті ізотерм температура в цьому місці буде 13°С (10°С + 0.6°С· 5).

Ізотерми є досить звивистими лініями з різкими вигинами до півночі чи півдня. Крім них для характеристики розподілу температури по земній поверхні важливим є виявлення температурних аномалій - відхилення температури даного пункту від середньої температури тієї паралелі, де розташований цей пункт. Їх розподіл показується за допомогою ізоаномалій - ліній, які з'єднують точки з однаковими аномаліями. В зимовий період всі материки є областями від'ємних аномалій, а в літній, навпаки, материки є областями додатніх аномалій. В середньому за рік материки в високих широтах холодніші, а в низьких тепліші від океанів. Аналізуючи карти багаторічного середнього розподілу температури повітря взимку (січень), чи влітку (липень) і для всього року можна виявити в їх поширенні деякі закономірності:

1. Взагалі температура зменшується від екватора до полюсів, що відповідає розподілу радіаційного балансу, але ізотерми на картах не співпадають з паралелями, як і ізолінії радіаційного балансу. Особливо це добре видно в північній півкулі.

Табл. 5.2: Зональні середні температури повітря біля земної поверхні tзон. в С, розраховані згідно радіаційного балансу Q земної поверхні в розподілі з величинами спостереженя (Hupfer, Kuttler 1998)

tзон. згідно спостережень

2. Взимку в північній півкулі ізотерми вигинаються до півночі над океанами і до півдня над материками, а влітку, навпаки. Таке розташування ізотерм пояснюється неодинаковим нагріванням і охолодженням суші і води. Влітку суша нагрівається сильніше, ніж поверхня океану, а взимку навпаки - земна поверхня набагато холодніша за океан.

3. На розподіл температури, крім впливу суші і моря, мають вплив наявність снігового чи льодового покриву гірських хребтів, океанічні течії і особливості загальної циркуляції атмосфери. Досить різкий вигин ізотерм обумовлений морською течіїю Голфстрім. Через це в західній частині Євразії температури взимку вищі, а влітку нижчі, ніж в східній. Це пов'язане також з переважаючим західним переносом повітря. На січневій карті ізотерм в Норвегії нульова ізотерма розташована за полярним колом, а на сході Азії вона опускається до широти 34С.

4. На середньорічній карті ізотерм по обидва боки від екватора в тропіках розташована широка зона, де середньорічні температури є вищі +25С. Всередині цієї зони виділяються острови з температурами вищими +28С із замкнутими ізотермами над Північною Африкою, Мексикою. Хоч в південній півкулі над Південною Африкою, Австралією, Південною Америкою острови тепла відсутні, але тут ізотерми прогинаються до півдня і утворюють своєрідні "язики" тепла.

Якщо відмітити на кожному меридіані точки з максимальними середніми річними температурами і з'єднати їх лінією, то отримаємо так званий термічний екватор, середні положення якого є біля 10 пн. ш.. Влітку термічний екватор переміщується на північ, а взимку на південь.

5. У північній півкулі в січні найвищі середні температури спостерігаються поблизу екватора, а найнижчі на північному сході Азії і над Гренландією, де є замкнуті ізотерми, що відповідають островам холоду. Це райони Якутського (-50С) і Гренландського (-55С) полюсі холоду. Досить низькі температури спостерігаються і над Північною Америкою - район Баффіної Землі (- 40С).

6. У липні для пінічної півкулі темпертура змінюється в вужчих межах. Ізотерми з максимальними температурами 30-35С розташовані в тропіках і субтропіках, де спостерігаються острови тепла з замкнутими ізотермами над північною Африкою, Аравією, Центральною Азією і Мексикою. Тут абсолютні максимуми температур складають +58С (Лівійська пустеля, м. Аль-Азізія), що є світовим максимумом температури, який був зафіксований 13 вересня 1922 року, +57С (Долина смерті, Каліфорнія). Мінімальні температури біля 0С і нижче зустрічаються тільки на крайній півночі на широті 85пн.ш..Отже, розподділ тепла по земній кулі є неріномірним. Є райони, де багато тепла і є райони, де його дуже мало в порівнянні з середніми умовами на даній широті.

7. Найнижчі температури на Землі спостерігаються на материку Антарктида, що займає положення навколо полюса і має найвищу середню висоту завдяки наявності покривного зледеніння. Характеризуються добре вираженою концентричністю ізотерм, що зберігаються протягом року. Світовий мінімум температури – 91.5С був зафіксований 23 липня 1983 року на станції «Восток» в Східній Антарктиді.

Для того, щоб виявити області з надмірною чи недостатньою кількістю тепла складають карти термічних аномалій. З цією метою знаходять середні температури паралелей. Для цього на карті ізотерм визначають температури в ряді точок, що рівномірно розташовані на тій чи іншій широті і обислюють з них середні значення. По цих середніх температурах можна знайти середні температури повітря для цілої півкулі або всієї земної кулі. Так середня температура біля земної поверхні для всієї півкулі в січні є +12С, в липні +16С, а за рік +14С. Північна півкуля взимку холодніша за південну зимову, а влітку тепліша.

 

 

Добової амплітуди температури повітря залежить від багатьох факторів:

· Географічна широта. З ростом широти амплітуда температур зменшується.

· Пора року. Влітку - найбільша амплітуда, взимку - найменша.

· Хмарність. В ясні дні амплітуда найбільша, а в похмурі - найменша.

· Характер підстилаючої поверхні. Над океанами амплітуда - (1 - 1.5ºС), а від берега вглиб суші вона зростає (15-20ºС і більше).

· Висота місевості. З підняттям вверх амплітуда зменшується.

· Форми рельєфу. Ввігнуті форми рельєфу, котловин та улоговин - великі добові амплітуди температури; випукл - горби та гори, невеликі амплітуди

· Рослинний покрив - добові амплітуди температури повітря над ним менші, ніж над грунтом.

Тепловий баланс земної поверхні

} а) на земну поверхню поступає сумарна короткохвилева радіація і зустрічне випромінювання атмосфери в довгохвилевому діапазоні. В той же час земна поверхня випромінює довгохвилеву радіацію і таким чином втрачає тепло;

} б) до земної поверхні шляхом теплопровідності приходить тепло з атмосфери і з глибини грунту і води. Таким же шляхом теплопровідності тепло від земної поверхні йде в атмосферу, грунт і воду;

} в) земна поверхня отримує ще тепло, яке виділяється при конденсації на ній водяної пари з повітря, а при випаровуванні води з земної поверхні витрачається тепло

Теловий баланс.

} R ± P ± A ± LE = 0, де

} R - радіаційний баланс,

} Р - теплообмін між повітрям і земною поверхнею,

} А - топлообмін між земною поверхнею і більш глибшими шарами грунту чи води,

} Е - втрата при випаровуванні і прихід при конденсації.

 

} Тепло в грунті -молекулярна теплопровідність. Воді - турбулентне перемішування водних мас (хвилі, течії, термічна конвекція та випаровування).

} Сонячна радіація проникає в воду глибше, ніж в грунт. Теплоємність води також більша, ніж грунту.

Добовий і річний хід температури

} Добові коливання температури в воді до глибини десятків метрів, а в грунті - менше метра.

} Річні коливання температури в воді на глибину сотень метрів, а в грунті - на 10-20 м.

} Добові і річні амплітуди на поверхні грунту більші, ніж на воді.

} Грунт віддає вночі більшу частину тепла, яке отримує вдень, мало накопичує його до зими.

 

} Водоймища накопичують тепло, яке взимку віддають в атмосферу, температура над водою влітку нижча, а взимку вища, ніж над сушею

Добовий або річний хід температури на поверхні грунту

} Поверхня грунту мінімум температури - схід Сонця, максимум 13 – 14 год.

} амплітуда коливань А = tmax - tmin. Добові амплітуди температури поверхні грунту - в теплу половину року 20°С, а інколи і понад 40°С. Амплітуда температури на поверхні грунту перевищують коливання температури повітря. Тропічні пустелі денні максимуми -досягають 80°С і більше, а вночі може падати до 0°С.

} середня добова температура є певним рівнем, від якого на протязі доби відбувається відхилення вверх або вниз.

} Добовий хід температури поверхні грунту залежить від впливу фізичних властивостей грунту, хмарності.

} Коливання температури грунту на протязі року пов'язані з річним рухом Землі навколо Сонця.

 

} Температурний режим на поверхні грунту на території України характеризується такими особливостями. Максимум температури повітря був зафіксований на метеостанції «Чапліно» 29 червня 1967 року, коли температура піднялася до +71°С, а абсолютний мінімум в мінус 46°С – на метеостанції «Куп’янськ» 31 січня 1987 року.

 

} Річна амплітуда - від рослинного покриву, що понижує температуру поверхні грунту і снігового покриву взимку, що її підвищує. В річному ході максимум температури грунту є в липні, а мінімум - в січні.

Карти термічних аномалій

} виявляти області з надмірною чи недостатньою кількістю тепла

} знаходять середні температури паралелей.

} на карті ізотерм визначають температури в ряді точок, що рівномірно розташовані на тій чи іншій широті і обислюють з них середні значення. По цих середніх температурах можна знайти середні температури повітря для цілої півкулі або всієї земної кулі.

} Так середня температура біля земної поверхні для всієї півкулі в січні є +12°С, в липні +16°С, а за рік +14°С. Північна півкуля взимку холодніша за південну зимову, а влітку тепліша.