Потоки воздушных масс в атмосфере

В огромном разнообразии и кажущейся хаотичности воздушных потоков, формирующих беспокойную тропосферу Земли, просматриваются постоянные потоки воздушных масс, имеющие глобальный характер. Они обусловлены двумя причинами:

зависимостью среднегодовой температуры атмосферного воздуха вблизи поверхности от географической широты;

вращением Земли вокруг собственной оси.

Давай пофантазируем. Представим себе, что вращения Земли вокруг оси нет. Так что есть только один фактор - широтная зависимость температуры нижних слоев атмосферы. В этом случае общая картина воздушных потоков в атмосфере выглядела бы относительно просто. Ее нетрудно сконструировать.

Прежде всего учтем, что в экваториальной области воздух прогревается наиболее сильно. Значит, здесь плотность приповерхностных слоев воздуха должна быть относительно низкой (по сравнению с более высокими широтами). Теплый экваториальный воздух будет за счет конвекции подниматься вверх - к верхней границе тропосферы, а там он начнет растекаться частично к одному географическом полюсу, а частично - к другому. Холодный воздух в приполярных областях будет опускаться вниз - к земной поверхности. Итак, в районе экватора воздушные массы поднимаются вверх, а в районе полюсов они опускаются вниз. Поэтому атмосферное давление у поверхности вблизи экватора оказывается меньше давления вблизи полюсов. Эта разница давлений должна порождать постоянные приповерхностные ветры, дующие вдоль меридианов от полюсов к экватору. Образуется циркуляция воздуха: у поверхности - от полюса к экватору, на экваторе - подъем вверх, в верхней тропосфере - от экватора к полюсу, на полюсе опускание вниз.

Такая циркуляция воздуха показана на рисунке «а» на с. 187. Ее называют ячейкой Хэдли -в честь английского астронома Джона Хэдли (1682-1744); его фамилию переводили раньше на русский язык немного иначе - Гадлей. Хэдли выдвинул предположение о существовании подобной циркуляции атмосферного воздуха в 1735 году для объяснения происхождения пассатов.

Хэдли сделал правильный вывод о том, что вблизи экватора воздух должен подниматься вверх, а вблизи полюсов должен опускаться. Именно интенсивный подъем воздушных масс в экваториальном поясе приводит к тому, что высота тропосферы на экваторе примерно в два раза больше, чем на полюсах. Однако Хэдли ошибался, полагая, что воздушная циркуляция охватывает все полушарие - от экватора до полюса. Так бы оно и было, если бы земной шар не вращался вокруг собственной оси. Но он вращается - и это заметно усложняет всю картину.

Прежде чем мы начнем ее обсуждать, заметим, что на рисунках «а» и «б» высота тропосферы изображена не в масштабе; здесь она всего лишь в несколько раз меньше радиуса Земли. Тогда как в действительности она составляет менее процента земного радиуса. Надо иметь в виду, что все рассматриваемые здесь движения воздушных масс совершаются в пределах тоненького слоя вокруг земного шара.

Вращение Земли вокруг оси приводит к двум существенным усложнениям в глобальной картине воздушных перемещений. Первое усложнение демонстрирует рисунок «б». Оно состоит в том, что вместо одной (экваториальной) области пониженного атмосферного давления наблюдаются три области - экваториальная, пояс около 60° с.ш. и пояс около 60° ю.ш. Соответственно, вместо двух областей повышенного атмосферного давления наблюдаются четыре области ~ приполярные области плюс пояс около 30° с.ш. и пояс около 30° ю.ш. Нет общей циркуляции воздуха в пределах полушария (от экватора до полюса); наблюдаются несколько циркуляции (несколько ячеек). Самая большая ячейка (ее назвали ячейкой Хэдли) циркулирует в пределах от экватора до 30° с.ш. (в Северном полушарии) или до 30° ю.ш. (в Южном полушарии). Между 30° и 60° циркулируют так называемые ячейки Феррела, а в приполярных областях циркулируют приполярные ячейки. Для всех ячеек справедливо одно и то же правило: воздух поднимается в области пониженного давления и опускается в области повышенного давления; вблизи земной поверхности воздух движется из области повышенного давления в область пониженного давления.

Почему вращение земного шара приводит к возникновению областей повышенного давления на широтах вблизи 30° с.ш. и 30° ю.ш.? Чтобы ответить на этот вопрос, надо рассмотреть, как движутся воздушные массы вдоль земной поверхности и вдоль верхней границы тропосферы. Вот этим мы сейчас и займемся.

Тем самым мы рассмотрим второе существенное усложнение, которое вносит вращение Земли в общую картину воздушных потоков в атмосфере. Оно заключается в том, что воздушные потоки распространяются не в меридиональных плоскостях, а отклоняются к востоку или к западу. Общее правило таково: в Северном полушарии все ветры, удаляющиеся от экватора, заворачивают к востоку, а ветры, приближающиеся к экватору, заворачивают к западу; в Южном полушарии наблюдается обратная картина. Это правило работает как вблизи земной поверхности, так и в верхней тропосфере, в чем ты можешь убедиться, рассмотрев рисунки «а» и «б» на с. 189.

Упомянутое общее правило нетрудно объяснить. Предварительно заметим, что благодаря вращению Земли точки на экваторе движутся в направлении с запада на восток со скоростью 40000 км: 24 ч = 1670 км/ч. Точки на 30-й параллели движутся в том же направлении, но их скорость меньше: 1450 км/ч. А скорость движения точек на 60-й параллели еще меньше; она равна примерно 830 км/ч. А теперь представь себе, что некая масса воздуха, находившаяся на параллели 30° с.ш. и имевшая скорость 1450 км/ч, перескочила на экватор, где точки движутся со скоростью 1670 км/ч. Ясно, что наша масса воздуха окажется отброшенной назад по отношению к направлению движения точек экватора, т.е. она окажется отброшенной на запад. А если бы масса воздуха перескочила с 30° с.ш на 60° с.ш., где скорость всего 830 км/ч, то в этом случае она оказалась бы отброшенной вперед, по направлению движения точек параллели, т.е. оказалась бы отброшенной на восток.

При постепенном перемещении воздушных масс от 30° с.ш. к экватору они будут все время отставать от точек, движущихся по своим параллелям; это отставание выразится в том, что, приближаясь к экватору, воздушные массы будут заворачивать к западу. Если же воздушные массы ьперемещаются от 30° с.ш. к полярным областям, то они будут все время обгонять точки, движущиеся по своим параллелям; это приведет к тому, что, удаляясь от экватора, воздушные массы будут заворачивать к востоку.

Так в Северном полушарии у поверхности Земли рождаются постоянно дующие северо-восточные пассаты, а в Южном полушарии - юго-восточные пассаты. Они показаны на рисунке «а» на с. 189. Там же показаны западные ветры между 30-й и 60-й параллелями и полярные восточные ветры. Ветры верхней тропосферы, показанные на рисунке «б» на с. 189, движутся в направлениях, противоположных направлениям соответствующих ветров у поверхности. Если пассаты в Северном полушарии являются северо-восточными ветрами, то соответствующие антипассаты являются юго-западными ветрами. Именно антипассаты объясняют возникновение области повышенного давления вблизи 30-й параллели. Постепенно заворачивая к востоку, воздушные массы в антипассатах успевают заметно охладиться и опускаются вниз, к земной поверхности, создавая там область повышенного давления.

На рисунке «б» показаны субтропические струйные течения -воздушные потоки в верхней тропосфере, распространяющиеся вдоль 30-х параллелей строго с запада на восток. По отношению к земной поверхности они движутся со скоростями 200-400 км/ч. Ширина течений измеряется сотнями километров, а толщина (высота) несколькими километрами. Струйные течения опоясывают земной шар по всей 30-й параллели.

Представленная на рисунках «б» (с. 187), «а», «б» (с. 189) общая картина воздушных потоков в атмосфере не учитывала, однако, еще одного достаточно важного фактора, который вносит в картину дополнительные поправки. Она не учитывала, как расположены на земной поверхности материки и океаны. Рассмотренная нами общая картина в большей степени годится для Южного полушария, нежели для Северного. Суша расположена в основном в Северном полушарии, и поэтому картина ветров в Северном полушарии дополнительно усложняется.

Тебе уже известно, что через границу суши и моря дуют слабые ветры, направление которых меняется дважды в сутки. Имеются в виду бризы. Своеобразные бризы, только значительно масштабнее, дуют полгода с материка на океан и полгода с океана на материк. Эти сезонные ветры называют муссонами. Они возникают вследствие сезонных различий в нагревании материков. С материка на океан дуют зимние муссоны, тогда как летние муссоны дуют, наоборот, с океана на материк. Поэтому муссонный климат характеризуется дождливым летом и сухой зимой.

От обычных циклонов и антициклонов к тропическим циклонам, называемым также тайфунами и ураганами

Циклоны и антициклоны

В ежедневных сводках погоды наряду с данными о температуре воздуха указывают, как по территории страны или материка распространяются области циклонов и антициклонов. Циклоны - области пониженного атмосферного давления (в центре циклона оно составляет на уровне моря 720-700 мм рт. ст.; в некоторых случаях понижается до 670 мм рт. ст.). Антициклоны - области повышенного давления (на уровне моря 790-800 мм рт. ст.). Области циклонов и антициклонов имеют в поперечнике порядка тысячи километров; они перемешаются по земной поверхности со скоростью 10-100 км/ч. Когда над данной местностью появляется очередной антициклон, там устанавливается малооблачная сухая погода со слабыми ветрами. Если же над местностью появляется циклон, погода портится - образуется плотная облачность, идут дожди, дуют сильные ветры. Синоптики знают: если атмосферное давление растет, жди хорошей погоды; если же давление падает, пойдут дожди, будет пасмурно.

Циклоны и антициклоны представляют собой гигантские атмосферные вихри диаметром до 1000 км и высотой 10 км. Это ветры, которые стремятся заполнить область пониженного давления (в случае циклона), или, напротив, освободить область повышенного давления (в случае антициклона). Заполняя область пониженного давления, ветры в Северном полушарии скручиваются к центру циклона, двигаясь против часовой стрелки. А в Южном полушарии они скручиваются к центру циклона, двигаясь по часовой стрелке. Освобождая область повышенного давления, ветры в Северном полушарии раскручиваются от центра антициклона, двигаясь по часовой стрелке. А в Южном полушарии они раскручиваются от центра антициклона, двигаясь против часовой стрелки.

Все это схематически показано на рисунке на с. 192.

Насколько я понимаю, вихри циклонов и антициклонов накладываются на ту картину воздушных потоков, о которой шла речь в п. 9.2. Я имею в виду картину пассатов и муссонов.

Именно так. Существуют постоянно дующие пассаты и сезонные муссоны. А на них накладываются вихри, создаваемые циклонами и антициклонами.

А какова причина возникновения циклонов и антициклонов?

Они возникают вследствие изменения атмосферного давления в различных участках земной поверхности. Вот на какой-то участок поверхности проник холодный атмосферный фронт. В этом месте воздушные массы, охладившись, опустились вниз и создали вблизи поверхности повышенное давление. А в другом месте обнаружился теплый атмосферный фронт. Там, наоборот, воздушные массы, нагревшись, поднялись вверх - вблизи поверхности возникла область пониженного давления. Вот так и возникают циклоны и антициклоны.

А почему в области антициклона наблюдается хорошая погода, тогда как в области циклона она, наоборот, портится?

В области циклона воздух нагрет; вместе с водяными парами он поднимается вверх и в результате адиабатного расширения заметно охлаждается. Об этом уже упоминалось в п. 8.4 (напомню формулу (15)).

К тому же вблизи центра циклона воздух дополнительно нагревается за счет трения воздушных масс, вовлеченных в вихревое движение. Поэтому подъем вверх воздушных масс вместе с водяными парами усиливается. Вверху водяные пары конденсируются - образуются плотные облака, идет дождь. А в области антициклона воздушные массы вместе с водяными парами вверх не поднимаются, а расходятся в стороны, прочь от центра антициклона. Облакам над областью антициклона просто не из чего образоваться.

Остается еще один вопрос. Мне непонятно, почему в циклонах и антициклонах воздушные массы вовлекаются в вихревые движения. Почему воздух не устремляется напрямую внутрь центра циклона и почему он не устремляется по прямым лучам прочь из центра антициклона? Что заставляет воздушные массы описывать вихри вокруг этих центров, в одном случае скручиваясь, а в другом - раскручиваясь? И почему циклоны в Северном полушарии и антициклоны в Южном должны непременно вращаться против часовой стрелки?

Эти вопросы, пожалуй, наиболее интересны. Ответы на них станут ясны чуть позже - после того, как мы познакомимся с тропическими циклонами.

Жители Японии, Кореи, Китая, Австралии, Индии, южных районов США, Центральной Америки, островов Карибского моря знакомы с исключительно грозным природным явлением - тропическими циклонами. В Америке их называют ураганами, а на западном побережье Тихого океана тайфунами. Название «ураган» связано с именем бога бурь у древнего народа майя. «Тайфун» в переводе с китайского означает «очень большой ветер».

Великий тайфун 1281 года уничтожил флот Хубилая, потомка Чингисхана, и тем самым предотвратил завоевание монголами Японии. Так утверждают историки. Пожалуй, это был единственный случай, когда тропический циклон сыграл положительную роль. А вообще тропические циклоны причиняли только бедствия, разрушая города, затопляя огромные территории, унося многие тысячи человеческих жизней.

Отметим некоторые мощные тропические циклоны во второй половине XX столетия. В сентябре 1959 года на Японию обрушился тайфун «Вера» (по странной иронии, тайфунам и ураганам принято давать женские имена).

Дым поднимается вверх

Дым немного отклоняется. Шелестит листва деревьев. Зажженная спичка не гаснет, но пламя заметно отклоняется

Качаются тонкие ветви деревьев. Пламя спички гаснет

Заметно качаются небольшие ветви деревьев. Покрывается легкими волнами поверхность воды

Качаются ветви деревьев

Еле заметно наклоняются тонкие и средние деревья

Качаются средние по толщине стволы деревьев. Ветер свистит в ушах

Гудят телефонные провода. На гребнях волн появляются тонкие барашки

Гнутся большие деревья. Ломаются тонкие ветви. Движение человека против ветра затруднено

Ветер срывает дымоходы и черепицу с крыш. Ломаются большие деревья

 

20. Некоторые явления погоды могут быть опасными для растений и животных, причинять ущерб сельскому хозяйству. К ним относятся: заморозки, засухи и суховеи, пыльные бури, ливни, град и др. Их необходимо прогнозировать и принимать возможные меры для предотвращения неблагоприятных последствий.

Заморозки - это понижение температуры воздуха в приземном слое до 0^оС и ниже на фоне положительных средних суточных температур. Для некоторых культур опасными и повреждающими могут быть низкие положительные температуры, которые в дальнейшем мы также относим к заморозкам.

Сведения о заморозках используются для обоснования размещения растений, установления сроков сева и уборки, селекции на устойчивость к заморозкам, разработки мер защиты растений от заморозков. Опасны для сельскохозяйственных культур только поздние весенние и ранние осенние, которые совпадают с периодом вегетации культур, а для субтропических культур - зимние заморозки. Выделяют три типа заморозков по характеру процессов, их вызывающих и погодных условий, их сопровождающих: адвективные, радиационные и адвективно-радиационные.

1) адвективные заморозки возникают при вторжении холодного воздуха из Арктики и вызывают понижение температуры воздуха от поверхности земли до больших высот. Амплитуда суточных температур небольшая, различие их в приземном слое (2 м) незначительно. Заморозки могут длиться 3-4 суток, охватывая большие территории, и мало зависят от местных условий.

2) радиационные заморозки обусловлены интенсивным охлаждением поверхности в результате излучения в ясные безветренные ночи при невысоких средних суточных температурах. В приземном слое образуется инверсия температур: на высоте 2 м она выше на 2,5 - 4,5^оС, чем у поверхности земли. Разница тем больше, чем выше континентальность климата. В лесу при этих заморозках температура на 2-3 градуса выше, чем на полях. Понижение температуры воздуха будет тем больше, чем меньше он насыщен водяным паром. При достижении точки росы начинается конденсация водяного пара с высвобождением скрытой теплоты парообразования и дальнейшее снижение температуры существенно замедляется.

3) адвективно-радиационные заморозки образуются при вторжении холодного воздуха и дальнейшего ночного охлаждения поверхности при ясном небе. Наблюдаются в конце весны - начале лета, ранней осенью, совпадая с периодом вегетации. Продолжительность их 3-4 часа в конце ночи и может увеличиваться в зависимости от рельефа. В низинах происходит застой и приток холодного воздуха, поэтому температура опускается ниже, чем на равнинах, и сохраняется дольше.

Возможно развитие заморозков, которые обусловлены перечисленными причинами, но при общей положительной температуре воздуха. То есть они проявляются незаметно, снижение температуры до 0 и ниже наблюдается на поверхности растений и связано с дополнительным охлаждением при транспирации и длинноволновом излучении растениями.

Все заморозки можно подразделить на: слабые - с температурой около 0^оС, средние - до -3^оС, сильные - ниже -3^оС. Влияние рельефа наиболее заметно при втором и третьем типах заморозков. Холоднее в нижних частях склонов, в долинах, замкнутых котловинах, где температура ниже, чем на равнинах на 3-6 и более градусов, а период без заморозков короче. Заморозки наблюдаются и в тропиках, в горных районах. В Африке зона заморозков расположена севернее 12-14^о северной широты и южнее 12-18^о ю.ш. В Южной Америке, в Бразилии - южнее 13^о ю.ш. Во Вьетнаме, Лаосе, Бирме, Непале заморозки отмечаются раз в 10 лет.

Степень повреждения растений заморозками зависит от степени их интенсивности и продолжительности, от вида и сорта растения, фазы развития, структуры посева. Выделяют 5 экологических групп сельскохозяйственных культур по устойчивости к низким температурам.

1. Наиболее устойчивые, переносящие короткие заморозки до -7-10^оС в начале вегетации. Это ранние яровые и зернобобовые культуры. В период колошения повреждаются при t = -3-4^оС, во время цветения - при -1-2^оС. Зерно повреждается в фазе молочной спелости при -2-4^оС.

2. Устойчивые, которые выдерживают заморозки в начале вегетации до -5-7^о, при цветении - до -2^оС. Это корнеплоды, лен, некоторые масличные.

3. Среднеустойчивые выдерживают при всходах до -4^о, при цветении - до -2^о. Это соя, редис.

4. Малоустойчивые не повреждаются до -2^о, при цветении - около 0^оС. К ним относятся картофель, кукуруза, сорго.

5. Неустойчивые теплолюбивые повреждаются при -0,5-1,5^оС: гречиха, фасоль, рис, хлопчатник, бахчевые, арахис.

Для плодовых и ягодных культур заморозки особенно опасны во время цветения, образования завязей. Критическими температурами для них являются -1-2^оС.

Вероятность заморозков и продолжительность безморозного периода зависит от широты местности и континентальности климата. В полярных широтах заморозки наблюдаются и летом. В умеренной зоне на севере заморозков нет в течение 85-90 дней, на юге - до 280 дней. В Восточной Сибири, Казахстане заморозки могут быть летом, в субтропиках - зимой. В горных районах окончание заморозков опаздывает с высотой на 2-4 дня на каждые 100 м. На берегах морей продолжительность периода без заморозков увеличивается на 25-35 дней.

Заморозки предсказывают по вторжению арктического воздуха и его продвижению на основании анализа синоптических карт. Метеорологические центры дают предупреж-дения для больших территорий. Местные условия могут заметно отличаться (на 3-5^оС), поэтому прогноз уточняется для конкретной территории. Для этого производят необхо-димые расчеты по формулам, например, по формуле Михалевского, графикам (В.И.Виткевич, 1966, стр.271-276).

Защита от заморозков проводится с древних времен. Наиболее распространенный способ защиты растений от заморозков - дымление. Из-за температурной инверсии дым не уходит вверх, растекаясь над поверхностью. При этом обогревается воздух, дымовая завеса уменьшает излучение, конденсируется влага на частицах дыма с выделением тепла, защищает от прямых солнечных лучей и резкого нагревания растений. Если ткани растений замерзли, то под дымом оттаивание идет медленнее и степень повреждения снижается. Для дымления используют влажную траву, торф и др. Тепловой эффект при дымлении - до 2^оС.

Вентиляция подогретым воздухом мощными установками (типа авиационных двигателей) позволяет перемешивать холодные приземные слои с более теплыми и высокими, нарушая инверсию. Такие установки применяются для защиты ценных культур. Недостатком метода является небольшой радиус действия и значительная энергоемкость.

Полив перед наступлением заморозков повышает температуру воздуха у земли за счет выделения скрытой теплоты парообразования при испарении поливной воды, повышает температуру точки росы, что задерживает заморозки и ослабляет их на 1,5-2^оС. Используются поливы по бороздам, затоплением, дождеванием.

Посадки высоких кустарниковых полос на склонах вокруг пониженных участков рельефа задерживает стекание холодного воздуха в котловины и низины в ночное время, что уменьшает падение температуры в них.

Укрытие растений применяют в субтропиках для защиты ценных культур. Это прозрачные пленки, марля на весь зимний период.

Засуха - комплекс явлений, который вызывает недостаток обеспечения растений влагой, нарушает оптимальный водный режим, что ведет к снижению или гибели урожая. Засуха наступает при длительном отсутствии осадков и высокой испаряемости. Почвенная засуха возникает при недостаточном насыщении водой почвы (мало снега, быстрое его таяние, мало осадков в сезон дождей). Недостаток влаги для растений будет даже при невысокой температуре и испаряемости.

Засухи определяются: по количеству выпавших осадков; по запасам влаги в почвах; по значению гидротермического коэффициента (при ГТК менее 0,5 - засуха); по величине урожая (снижение его на 20% от средних значений свидетельствует о перенесенной засухе).

Засухи могут быть: постоянные, сезонные, случайные, скрытые. Постоянные - в зонах пустынь, где земледелие невозможно без орошения (до 200 мм осадков в год). Сезонные - в полупустынях и сухих степях (до 450 мм осадков в год) наступают в один и тот же период (летний). Дикие растения заканчивают к этому времени цикл развития, для возделывания культурных требуется орошение. Случайные засухи могут возникать в любое время года при общем недостаточном увлажнении территории и представляют большую опасность для земледелия. Скрытые - также бывают в любой сезон, даже при выпадении осадков, если они не восполняют испарение и транспирацию.

По времени наступления засух выделяют три их типа: весеннюю, летнюю и осеннюю. Весенняя засуха возникает при невысоких температурах воздуха и низкой относительной влажности (до 12%), часто сопровождается сильными ветрами. Иссушение пахотного горизонта почв замедляет прорастание яровых культур, ослабляет их всходы, у озимых - уменьшает количество побегов в период кущения. Действие засухи на растения незначительно при достаточных запасах влаги в почве. Летняя засуха сопровождается высокими температурами воздуха и низкой его влажностью, иссушает почву, снижает прирост вегетативной массы. При продолжительности более 1-2 дней вызывает засыхание листьев, щуплость зерна и др. Осенняя засуха обуславливается низкими запасами влаги в почвах, опасна для озимых культур.

Для определения засушливости климата существуют различные способы, в том числе, расчет коэффициентов, учитывающих количество осадков, температуру, запас влаги в почве (например, ГТК - гидротермический коэффициент). Надежно определяют засуху данные о влажности почвы. Запас продуктивной влаги менее 10 мм в слое 0-20 см - это засуха.

Суховей

Ветер усиливает засуху, увеличивая испарение из почв и транспирацию растений, особенно при низкой относительной влажности воздуха (менее 30%), его высокой температуре (более 25^оС). Такой ветер выделяется как метеорологическое явление и называется суховеем. По своему воздействию при определенных условиях суховеи подразделяют на: слабые (при испаряемости 3-5 мм/сут), средней интенсивности (5-6 мм/сут), интенсивные (6-8 мм/сут), очень интенсивные (более 8 мм/сут).

Под действием суховея испарение растениями может усиливаться настолько, что растение не успевает восполнять потерю влаги через корневую систему, теряет тургор и увядает. То есть, растение может гибнуть и при достаточном увлажнении почвы.

Засухи и суховеи возникают при вторжении арктических холодных и сухих воздушных масс и антициклональной погоде. Продолжительность их - от нескольких часов, до нескольких суток. Наиболее часто засухи и суховеи наблюдаются на юге Европейской части России, Украины, Казахстана, Западной Сибири.

Защита от засух и суховеев ведется по трем направлениям:

- селекционно-генетическое - выведение засухоустойчивых сортов растений, подбор их для данных климатических условий.

- агротехническое - проведение приемов для повышения обеспеченности почв влагой: задержание стока атмосферных осадков с поверхности почв и накопление их в почвах, защита почв от пересыхания (снегозадержание, создание чистых паров, культивация, вспашка).

- мелиоративное - орошение, создание лесных полос.

Пыльные бури наблюдаются при сильном ветре (более 10 м/с), отсутствии структуры пахотного горизонта почв (распыленность) и его иссушенности, отсутствии или слабой растительности на больших территориях. Зимой они могут быть при отсутствии снежного покрова и слабом промерзании почв. Пыльные бури характерны для степной и полупустынной зон и возникают чаще весной.

Выдувание частиц (ветровая эрозия) почвы начинается при скорости ветра около 8 м/с, пылеватые переносятся на большие расстояния, более крупные - падают на поверхность, выбивая новые частицы. Интенсивность выдувания резко возрастает с увеличением скорости ветра, например, при усилении ветра с 12 до 15 м/с эрозия будет в 2 раза больше.

Для снижения вероятности возникновения пыльных бурь необходимы мероприятия, направленные на уменьшение скорости ветра у поверхности почв и улучшение структуры почв. Создают лесные полосы, оставляют стерню на полях, проводят безотвальную вспашку, чередуют посевы с полями многолетних трав.

Град образуется в кучево-дождевых облаках при температуре вершины облака до -25^оС и восходящих потоках воздуха более 10 м/с. Крупные капли поднимаются в верхнюю часть облака, замерзают и быстро растут, сливаясь с другими пере-охлажденными каплями. Чем дольше действуют восходящие потоки воздуха, тем крупнее градины, размер которых может достигать 7 см, масса - 500 г. Наиболее часты выпадения града в предгорных районах из-за неравномерности нагрева форм рельефа и быстрого поднятия воздушных масс по склонам гор.

Предотвращение выпадения града возможно путем воздействия на градообразование в облаках с целью предупреждения образования градин. Это достигается при обстреле градовых облаков ракетами или снарядами, содержащими йодистое серебро или йодистый свинец. После разрыва снаряда в облаке рассеиваются ядра конденсации (до 10¹² ядер), на которых конденсируется водяной пар из воздуха и с капель без образования града.

Ливни выпадают из кучево-дождевых облаков. Это сильный дождь, который может дать за час более 30 мм осадков, вызывает полегание посевов. Потоки воды после ливней смывают плодородный слой почв, что называется водной эрозией.

Меры защиты от водной эрозии сводятся к задержанию и уменьшению поверхностного стока осадков: размещение многолетних трав и зернобобовых культур на эрозионно-опасных склонах, обработка почв поперек склона, насаждение леса, кустарников на склонах, террасирование склонов.

 

21. Климатом называют определенную последовательность атмосферных процессов, которая создается в конкретной местности в результате взаимодействия солнечной радиации, атмосферной циркуляции и земной поверхности. Эти процессы закономерно распределяются по временам года, сезонам, периодам. Таким образом, климат - это многолетний режим наблюдаемой погоды, обусловленный географическим положением территории. Все разнообразие климатов на Земле изучает наука - климатология.

Климатообразующие факторы.

Основные факторы климатообразования: солнечная радиация, общая циркуляция атмосферы, подстилающая поверхность (вода, суша с особенностями рельефа, раститель-ности и др.). Каждый из элементов климата является результатом взаимодействия всех климатообразующих факторов.

Солнечная радиация - основной источник энергии для всех процессов, протекающих на Земле, распределяется по поверхности неодинаково: на экваторе - максимум, на полюсах - минимум. В соответствии с этим на земном шаре выделены тропический, два полярных и два умеренных широтных пояса. Неравномерное нагревание в этих областях, над сушей, морем определяет общую атмосферную циркуляцию. Переносимые ветром массы воздуха изменяют температуру и влажность воздуха, обусловливают выпадение осадков. Например, западный перенос, преобладающий в умеренном поясе северного полушария, определяет влажный теплый климат Западной Европы. В Центральной Азии климат резко континентальный, так как в эти районы не проникает влажный воздух с западных и восточных морей. Подстилающая атмосферу поверхность Земли определяет радиационный и водный баланс, направление ветров и воздушных течений, трансформирует состав и свойства масс воздуха. Надо льдами и снегом радиационный баланс отрицательный, поэтому в Антарктиде низкие температуры даже летом. Над океанами высокое испарение обусловливает влажный климат с низкими амплитудами суточного и годового хода температур воздуха, а над пустынями - наоборот. Существенное влияние на климат оказывает рельеф. В горных районах климат резко меняется на небольших расстояниях в зависимости от высоты (вертикальная зональность) и перераспределения осадков. Склоны южной экспозиции получают больше солнечной радиации и отличаются от северных составом растительности, уровнем расположения границ климатических зон.

Таким образом, процессы формирования климата (изменения теплооборота, влагооборота и циркуляции атмосферы) обусловлены географической обстановкой. Это: географическая широта, высота над уровнем моря, распределение суши и водной поверхности на Земном шаре, рельеф суши, океанические течения, растительный, снежный (ледяной) покров.

Географическая широта определяет зональность в распре-делении элементов климата. Солнечная радиация поступает в четкой зависимости от широты местности из-за высоты стояния солнца и продолжительности солнечного сияния по временам года. По этой же причине наблюдается зональное распределение температуры воздуха, хотя оно нарушается в результате циркуляции атмосферы. Зональность температуры воздуха влечет за собой зональные изменения других элементов климата.

С высотой над уровнем моря уменьшается атмосферное давление, усиливается солнечная радиация и эффективное излучение, температура и влажность воздуха уменьшаются. Поэтому в горах формируется высотная (вертикальная) климатическая зональность, которая напоминает смену климатических зон в горизонтальном (широтном) направлении. Но, если смена зон по широте местности происходит на расстоянии тысяч километров, то в горах зоны меняются по высоте нескольких километров. При достаточной влажности и температуре в горных системах сначала растут лиственные леса, выше - хвойные и кустарники, над ними располагаются альпийские луга, а за снеговой линией - зона постоянного снега и льда. Верхняя граница леса на экваторе достигает 3800 м, в сухих субтропиках - 4500 м и резко снижается от умеренных широт к полярным с уменьшением летних температур ниже +10^оС. Земледелие в горах возможно в пределах лесной зоны.

Положение суши и моря весьма существенно влияет на формирование климата и определяет подразделение климатов на морской и континентальный. С увеличением континентальности климата, изменяется суточный и годовой ход температуры, облачности, осадков.

Рельеф местности изменяет климат не только при изменении высоты над уровнем моря. Большое влияние на климатообразование оказывает наличие горных областей, направление и высота горных хребтов в них, экспозиция и крутизна склонов, ширина долин. Воздушные течения задерживаются и отклоняются хребтами, фронты деформируются, увеличивается скорость ветра в узких долинах, возникают местные ветры. При перетекании воздуха через хребты, на наветренных склонах увеличивается облачность и количество осадков, на подветренных склонах, наоборот, облачность и влажность воздуха уменьшается, температура растет. Эти особенности распространяются на значительные территории.

Океанические течения создают резкие различия температуры воды и воздуха над ней и сильно влияют на циркуляцию атмосферы. Постоянные течения планетарного масштаба оказывают на атмосферу климатическое значение. Теплое течение Гольфстрима повышает среднегодовые температуры воздуха над Атлантическим океаном и западной Европой. Над холодными океаническими течениями резко уменьшается облачность, особенно в зоне пассатов, что является определяющим фактором существования прибрежных пустынь.

Микроклимат

Климат, характерный для данной зоны, подвержен изменениям в зависимости от рельефа, растительности, экспозиции склона и других свойств подстилающей поверхности. В результате формируются местные особенности климата, которые существенно меняются на небольших расстояниях и называются микроклиматом местности.

В одной зоне будут различные микроклиматы для леса, долины реки, полей и т.д. Особенности их проявляются прежде всего в приземном слое воздуха и на высоте нескольких метров (или десятков метров) сглаживаются при перемешивании воздуха ветром.

Прежде всего, для микроклимата характерна своя амплитуда температур в течение суток. Неровности рельефа с изменениями высот в пределах десятков метров действуют прежде всего на распределение солнечной радиации. Склоны южной экспозиции нагреваются больше, поэтому в ясные дни без ветра температура склона южной экспозиции может быть на 10^оС выше, чем северного. Колебания температур в понижениях больше, чем на возвышенностях. Ночью темпера-тура опускается ниже за счет стекания в понижения холодного воздуха, что может вызвать заморозки, которых не будет на высокой ровной поверхности.

Рельеф также влияет на распределение снежного покрова (с холмов снег сдувается в низины) и скорость его таяния. В результате, почвы на вершинах и склонах южной экспозиции будут иметь меньший запас влаги, по сравнению с северными склонами и понижениями.

Таким образом, микроклимат может влиять на сроки сева (раньше на южных склонах), условия произрастания растений.

Фитоклимат - это микроклимат, формирующийся среди растительности, которая и определяе