Циркуляционные ячейки атмосферы – ячейка Хедли, ячейка Феррела, полярная ячейка

Ячейка Хэдли - это элемент циркуляции земной атмосферы, наблюдаемый в тропических широтах. Он характеризуется восходящим движением у экватора, направленными к полюсам потоками на высоте 10-15 км, нисходящими движением в субтропиках и потоками по направлению к экватору у поверхности. Эта циркуляция непосредственно связана с такими явлениями как пассаты, субтропические пустыни и субтропические высотные струйные течения, определяет погоду и климат в тропиках.

Ячейка Феррела - элемент циркуляции земной атмосферы в умеренном поясе, находится примерно между 30 и 65 градусами северной широты и 30 и 65 градусами южной широты и ограничена субтропическим хребтом с экваториальной стороны и полярным фронтом с полярной. Ячейка Феррела считается второстепенным циркуляционным элементом и полностью зависит от ячейки Хадли и полярной ячейки. Теория существования этой ячейки была разработана американским метеорологом Уильямом Феррелом в 1856 году.

Полярная ячейка, или полярный вихрь — элемент циркуляции земной атмосферы в приполярных районах Земли, имеет вид приповерхностного вихря, который закручивается на запад, выходя из полюсов; и высотного вихря, закручивающегося к востоку.

Внутртропическая зона конвергенции

Внутритропическая зона конвергенции – переходная зона между пассатами северного и южного полушарий или между пассатом и муссоном, или между пассатом и экваториальными западными ветрами.

Она характеризуется конвергенцией скорости, ослаблением скорости ветра и сходимостью линий тока, по крайней мере, в слое трения. Конвергенция и возникновение волновых и вихревых возмущений создают во внутритропической зоне конвергенции режим переменных ветров и усиливают конвергенцию. Облака конвекции (кучевые и кучево-дождевые) имеют большое вертикальное развитие и образуют мезомасштабные облачные скопления. Этому способствует то, что во внутритропической зоне конвергенции отсутствует пассатная инверсия. Из них выпадают обильные осадки. В связи с этим наряду со штилями здесь часты шквалы, а также возникают тропические циклоны.

Ширина внутритропической зоны конвергенции различна, но в общем порядка нескольких градусов широты; над каждым океаном она может содержать несколько облачных скоплений с разрывами между ними. Над материками в отдалении от экватора внутритропическая зона конвергенции может сводиться к резкому тропическому фронту с резкими контрастами температур.

В барическом поле ей соответствует экваториальная депрессия. В течение года положение внутритропической зоны конвергенции меняется, при этом в большинстве случаев она смещается в то полушарие, где лето. Однако над Атлантическим океаном и восточной частью Тихого океана она находится весь год в северном полушарии. Ото дня ко дню внутритропическая зона конвергенции испытывает значительные смещения.

Муссоны и пассаты

Муссон — устойчивые ветры, периодически меняющие своё направление; летом дуют с океана, зимой — с суши; свойственны тропическим областям и некоторым приморским странам умеренного пояса (Дальний Восток). Муссонный климат характеризуется повышенной влажностью в летний период.

Летом муссоны дуют с океана на материки, зимой — с материков на океаны; свойственны тропическим областям и некоторым приморским странам умеренного пояса (например, Дальний Восток). Наибольшей устойчивостью и скоростью ветра муссоны обладают в некоторых районах тропиков (особенно в экваториальной Африке, странах Южной и Юго-Восточной Азии и в Южном полушарии вплоть до северных частей Мадагаскара и Австралии). В более слабой форме и на ограниченных территориях муссоны обнаруживаются и в субтропических широтах (в частности, на юге Средиземного моря и в Северной Африке, в области Мексиканского залива, на востоке Азии, в Южной Америке, на юге Африки и Австралии).

Пассат — ветер, дующий между тропиками круглый год, в Северном полушарии с северо-восточного, в Южном — с юго-восточного направления, отделяясь друг от друга безветренной полосой. На океанах пассаты дуют с наибольшей правильностью; на материках и на прилегающих к последним морях направление их отчасти видоизменяется под влиянием местных условий. В Индийском океане, вследствие конфигурации берегового материка, пассаты совершенно меняют свой характер и превращаются в муссоны.

Циклоны и антициклоны

В тропосфере средних и высоких широт постоянно образуются как небольшие, так и гигантские по площади (несколько тысяч километров) атмосферные возмущения - циклоны и антициклоны.

В центре циклона низкое давление, в центре антициклона — высокое. В связи с этим в циклоне вихревые потоки движутся по спирали к центру и затем поднимаются вверх, образуя восходящие потоки. В антициклоне же воздух опускается, образуя нисходящие потоки, и растекается во все стороны, т. е. перемещается к периферии.

В Северном полушарии вращение воздуха в циклонах происходит против часовой стрелки, а в антициклонах — по часовой стрелке. В Южном полушарии вращение воздуха в циклонах и антициклонах происходит в обратном направлении.

Циклоны и антициклоны часто возникают в умеренных поясах. Их диаметр достигает 4000 км при высоте до 20 км. Это плоские вихри с большой осью наклона вращения. Они могут существовать несколько суток, перемещаясь с запада на восток со скоростью до 40 км/ч. Если условия благоприятны (для циклона — теплая поверхность, для антициклона — холодная), то вихри могут задержаться.

Циклоны и антициклоны — это естественные «механизмы», переносящие воздушные массы и влияющие на изменения погоды.

С приходом циклона погода резко меняется. Ветер усиливается, обязательно выпадают осадки.

С приходом антициклона погода становится ясной и сухой. Летом устанавливается жаркая погода, а зимой — морозная.

Облачность — важная характеристика погоды. Ночью она препятствует понижению температуры приземного слоя воздуха, днем не допускает чрезмерного нагревания земной поверхности Солнцем. Кроме того, облака являются источником атмосферных осадков.

Вопрос

Земля – третья планета от солнца и наиболее крупный и наиболее сложный динамический объект из всех внутренних планет.

Земля имеет форму, близкую к шарообразной. Радиус шара, равновеликого Земле, - 6371 км. Земля обращается вокруг Солнца и вращается вокруг своей оси. Вокруг Земли обращается один естественный спутник - Луна.

Обычно под фигурой Земли понимают тело, ограниченное ее физической поверхностью и невозмущенной поверхностью морей и океанов.

При определении фигуры Земли достаточно определить положение на ней сети точек в единой пространственной системе координат

Ее орбита находится между орбитами Венеры и Марса.

движется вокруг Солнца со средней скоростью 29,765 км/с по эллиптической, близкой к круговой орбите (эксцентриситет 0,0167).

Среднее расстояние от Солнца 149,6 млн. км, В перигелии оно уменьшается до 147 млн. км, а в афелии увеличивается до 152 млн. км.

Период одного обращения по орбите 365,24 солнечных суток.

Вращение Земли вокруг собственной оси происходит со средней угловой скоростью 7,3·10-5рад/с, что примерно соответствует периоду в 23 ч 56 мин 4,1 с. Линейная скорость поверхности Земли на экваторе – около 465 м/с. Ось вращения наклонена к плоскости эклиптики под углом 66° 33′ 22′′. Этот наклон и годовое обращение Земли вокруг Солнца обуславливают исключительно важную для климата Земли смену времен года, а ее вращение вокруг оси – смену дня и ночи. Имеются и небольшие нерегулярные вариации продолжительности суток.

Средний радиус Земли 6371 км, полярный – 6356 км, экваториальный – 6378 км. Масса Земли 5,976·10²⁴ кг, средняя плотность 5518 кг/м³. Площадь поверхности Земли 510,2 млн. км²

Вопрос

О том что Земля шарообразна, было известно с глубокой древности. Шарообразность фигуры планеты соответствует равновесию, установившемуся под действием силы тяжести, при условии, если бы Земля не вращалась вокруг оси и имела бы однородный вещественный состав. В связи с вращением Земли возникла центробежная сила, под влиянием которой появилось сжатие в направлении оси вращения Земли, и она приняла форму сфероида или эллипсоида вращения. Сжатие Земли было обнаружено по разности качания маятника на разных широтах и теоретически обосновано на основе закона всемирного тяготения И. Ньютоном на рубеже XVII и XVIII веков.

. Разность между экваториальным и полярным радиусами Земли составляет всего 21 382 м, поэтому в географии Землю большей частью принимают за шар.

В связи с неравномерностью распределения массы и неоднородностью вещественного состава Земли ее фигура отклоняется от правильной формы сфероида.

. Истинная геометрическая форма Земли была названа геоидом по предложению в 1873 г. немецкого ученого И. Б. Листинга. Геоид определяется как фигура, совпадающая со средней поверхностью Мирового океана, которая называется уровенной.

Поднятия геоида над эллипсоидом Красовского не превышают 136 м, опускания 162 м. Поднятия геоида расположены преимущественно над океаническими впадинами, погружения приурочены к материкам. Это связано с неоднородностью строения земной коры. Более тяжелая океаническая базальтовая кора отклоняет силу тяжести в сторону океанов от более легкой материковой гранитной коры. Таким образом, поднятия и опускания геоида до известной степени зеркальны по отношению к действительному рельефу Земли.

На основании изучения движения искусственных спутников Земли была установлена полярная асимметрия земного эллипсоида и оказалось, что Земля имеет сердцевидную форму, причем северный полюс ее приподнят, по сравнению с южным, примерно на 30 м. Такую форму Земли предложено называть кардиоид.

Причину полярной асимметрии Земли следует искать в воздействии гравитационного поля Галактики.

Сфероидальность Земли является главной причиной географической зональности.

Отступление от сфероидальности Земли является одной из основных причин нарушения географической зональности. Неоднородное строение земной коры приводит к неравномерному распределению материков и океанов, гор и равнин по земной поверхности. Полярная асимметрия является причиной того, что южное полушарие более океаническое, чем северное. Это видно из следующих цифр:

Полярная асимметрия суши и моря приводит к асимметрии других компонентов географической оболочки, к асимметрии географических зон

Вопрос

Гелиоцентрическая система - представление о том, что Солнце является центральным небесным телом, вокруг которого обращается Земля и другие планеты.

Земля, в соответствии с этой системой, обращается вокруг Солнца за один звездный год, а вокруг своей оси – за одни звездные сутки.

Коперник считал, что Земля совершает троякое движение:

1. Вокруг своей оси с периодом в одни сутки, следствием чего является суточное вращение небесной сферы.

2. Вокруг Солнца с периодом в год, приводящее к попятным движениям планет.

3. Так называемое деклинационное движение с периодом также примерно в один год, приводящее к тому, что ось Земли перемещается приближенно параллельно самой себе.

Коперник объяснил причины попятных движений планет, вычислил расстояния планет от Солнца и периоды их обращений. Зодиакальное неравенство в движении планет Коперник объяснял тем, что их движение является комбинацией движений по большим и малым кругам.

Гелиоцентрическая система Коперника может быть сформулирована в следующих утверждениях:

· орбиты и небесные сферы не имеют общего центра;

· центр Земли — не центр Вселенной, но только центр масс и орбиты Луны;

· все планеты движутся по орбитам, центром которых является Солнце, и поэтому Солнце является центром мира;

· расстояние между Землёй и Солнцем очень мало по сравнению с расстоянием между Землёй и неподвижными звёздами;

· суточное движение Солнца — воображаемо, и вызвано эффектом вращения Земли, которая поворачивается один раз за 24 часа вокруг своей оси, которая всегда остаётся параллельной самой себе;

· Земля (вместе с Луной, как и другие планеты), обращается вокруг Солнца, и поэтому те перемещения, которые, как кажется, делает Солнце (суточное движение, а также годичное движение, когда Солнце перемещается по Зодиаку) — не более чем эффект движения Земли;

· это движение Земли и других планет объясняет их расположение и конкретные характеристики движения планет.

Эти утверждения полностью противоречили господствовавшей на тот момент геоцентрической системе,но… центром планетной системы у Коперника было не Солнце, а центр земной орбиты;

из всех планет Земля единственная двигалась по своей орбите равномерно, в то время как у остальных планет орбитальная скорость менялась.

Таким образом, движение планет вокруг Солнца объяснялось вращением этих сфер вокруг своих осей.

Законы Кеплера

1закон:Все пла­не­ты Сол­неч­ной Си­сте­мы дви­жут­ся по неко­то­рым кри­вым, ко­то­рые на­зы­ва­ют­ся эл­липс. Эл­липс – это одна из про­стей­ших ма­те­ма­ти­че­ских кри­вых, так на­зы­ва­е­мая кри­вая вто­ро­го по­ряд­ка. В Сред­ние века их на­зы­ва­ли ко­ни­че­ски­ми пе­ре­се­че­ни­я­ми – если пе­ре­сечь конус или ци­линдр неко­то­рой плос­ко­стью, то по­лу­чим ту самую кри­вую, по ко­то­рой дви­жут­ся пла­не­ты Сол­неч­ной си­сте­мы.

2закон: В про­цес­се дви­же­ния пла­не­ты по эл­лип­су ра­ди­ус-век­тор, со­еди­ня­ю­щий центр Солн­ца с этой пла­не­той, опи­сы­ва­ет неко­то­рую пло­щадь. На­при­мер, за время ∆t пла­не­та пе­ре­ме­сти­лась из одной точки в дру­гую, ра­ди­ус-век­тор опи­сал неко­то­рую пло­щадь ∆S.

Вто­рой закон Кепле­ра гла­сит: за оди­на­ко­вые про­ме­жут­ки вре­ме­ни ра­ди­ус-век­то­ра пла­нет опи­сы­ва­ют оди­на­ко­вые пло­ща­ди.

3 закон: от­но­ше­ние квад­ра­та пе­ри­о­да об­ра­ще­ния пла­не­ты во­круг Солн­ца к кубу боль­шой по­лу­оси есть ве­ли­чи­на оди­на­ко­вая для всех пла­нет Сол­неч­ной си­сте­мы.

Вопрос

Звездный, или сидерический, год — это интервал времени между двумя прохождениями Солнца через неподвижную точку на звездной сфере, скажем, через неподвижную звезду на эклиптике.

Звездный год — это истинный период обращения Земли вокруг Солнца (около 365,2564 суток).

Тропический год — это время от одного весеннего равноденствия до другого. Тропический год короче звездного, так как Солнце приходит в медленно перемещающуюся ему навстречу точку весеннего равноденствия на 20 минут раньше, чем «по расписанию».

Тропический год связан со сменой сезонов (определяемой положением Солнца относительно экватора); он равен приблизительно 365,2422 суток.

В нашей повседневной жизни мы привыкли думать, что 365 дней составляют год (который иногда бывает високосным и содержит 366 суток). Наш григорианский год, введенный в 1582 году папой Григорием ХШ, содержит 365*2425 суток, тогда как использовавшийся до него юлианский год, введенный Юлием Цезарем в 46 году н. э., содержал 365 + 1к = 365,25 суток. Заметим: когда мы говорим, что нам столько-то лет, мы имеем в виду тропический, а не звездный год (хотя на самом деле различие между ними не имеет никакого значения для практической жизни).

Вопрос

Периге́лий — ближайшая к Солнцу точка орбиты планеты или иного небесного тела Солнечной системы.

В период со 2 по 5 января Земля оказывается ближе всего в Солнцу, поэтому светило имеет самый большой видимый диаметр. Земля оказывается в перигелии, когда расстояние от нее до Солнца минимально, то есть примерно 147 117 000 км.

Антонимом перигелия является апоге́лий (афе́лий) — наиболее удалённая от Солнца точка орбиты. Воображаемую линию между афелием и перигелием называют — линия апсид. Ожидать 5 июля

Разница видимого диаметра Солнца в период перигелия и афелия не особенно заметна и составляет примерно 3 процента. Когда Земля проходит афелий, она находится от Солнца на расстоянии 152 083 000 км.

Вопрос

Тропики и полярные круги являются следствием движения Земли вокруг Солнца и ее положение относительно Солнца.

Тропики - это параллели, которые проходят на 23°27' от севера (Северный, или Тропик Рака) на юг (Южный, или Тропик Козерога). В день летнего солнцестояния (22 июня) Солнце находится в полдень в зените по отношению к эпицентру Северного тропика, в день зимнего солнцестояния (22 декабря) - до Южного тропика. Итак, тропики есть естественной границей положение Солнца в зените: севернее Северного тропика и южнее Южного тропика Солнце никогда не бывает прямо над головой.

Полярные круги (северный и южный) - параллели, отстоящие от экватора на 66°33' к Северу и Югу. В Северном полушарии в день зимнего солнцестояния (22 декабря) и к Северу от полярных кругов Солнце не восходит, а в день летнего солнцестояния (22 июня) не заходит. Аналогичное явление наблюдается в Южном полушарии. За тропиками и полярными кругами определяются тепловые пояса, их насчитывается пять.