Климат и погода Земли

Субтропический климат с сухим летом типичен для западных побережий материков к северу и югу от тропиков. В Южной Европе и Северной Африке такие климатические условия характерны для побережий Средиземного моря, что послужило поводом называть этот климат также средиземноморским. Такой же климат в южной Калифорнии, центральных районах Чили, на крайнем юге Африки и в ряде районов на юге Австралии. Во всех этих районах жаркое лето и мягкая зима. Как и во влажных субтропиках, зимой изредка бывают морозы. Во внутренних районах летом температуры значительно выше, чем на побережьях, и часто такие же, как в тропических пустынях. В целом преобладает ясная погода. Летом на побережьях, близ которых проходят океанические течения, нередко бывают туманы. Максимум осадков связан с прохождением циклонов зимой, когда преобладающие западные воздушные потоки смещаются по направлению к экватору. Влияние антициклонов и нисходящие потоки воздуха под океанами обусловливают сухость летнего сезона. Среднее годовое количество осадков в условиях субтропического климата колеблется от 380 до 900 мм и достигает максимальных величин на побережьях и склонах гор. Летом обычно осадков не хватает для нормального роста деревьев, и поэтому там развивается специфический тип вечнозеленой кустарниковой растительности, известный под названиями маквис, чапарраль, мали, маккия и финбош.

Семиаридный климат умеренных широт (синоним – степной климат) характерен преимущественно для внутриматериковых районов, удаленных от океанов (источников влаги) и обычно расположенных в дождевой тени высоких гор. Основные районы с семиаридным климатом – межгорные котловины и Великие Равнины Северной Америки и степи центральной Евразии. Жаркое лето и холодная зима обусловлены внутриматериковым положением в умеренных широтах. По крайней мере один зимний месяц имеет среднюю температуру ниже 0° С, а средняя температура самого теплого летнего месяца превышает +21° С. Температурный режим и продолжительность безморозного периода существенно изменяются в зависимости от широты. Термин «семиаридный» применяется для характеристики этого климата, потому что он менее сухой, чем собственно аридный (сухой) климат. Средняя годовая сумма осадков обычно менее 500 мм, но более 250 мм. Поскольку для развития степной растительности в условиях более высоких температур необходимо большее количество осадков, широтно-географическое и высотное положение местности определяют климатические изменения. Для семиаридного климата нет общих закономерностей распределения осадков в течение года. Например, в районах, граничащих с субтропиками с сухим летом, отмечается максимум осадков зимой, в то время как в районах, смежных с областями влажного континентального климата, дожди выпадают, в основном, летом. Циклоны умеренных широт приносят большую часть зимних осадков, которые часто выпадают в виде снега и могут сопровождаться сильными ветрами. Летние грозы нередко бывают с градом. Количество осадков сильно изменяется от года к году.

Аридный климат умеренных широт  присущ, главным образом, центрально-азиатским  пустыням, а на западе США – лишь небольшим участкам в межгорных  котловинах. Температуры такие же, как в районах с семиаридным климатом, однако осадков здесь недостаточно для существования сомкнутого естественного растительного покрова и средние годовые суммы обычно не превышают 250 мм. Как и в семиаридных климатических условиях, количество осадков, определяющее аридность, зависит от термического режима.

Семиаридный климат низких широт в основном типичен для окраин тропических пустынь (например, Сахары и пустынь центральной Австралии), где нисходящие потоки воздуха в субтропических зонах высокого давления исключают выпадение осадков. От семиаридного климата умеренных широт рассматриваемый климат отличается очень жарким летом и теплой зимой. Средние месячные температуры выше 0° С, хотя зимой иногда случаются заморозки, особенно в районах, наиболее удаленных от экватора и расположенных на больших высотах. Количество осадков, необходимое для существования сомкнутой естественной травянистой растительности, здесь выше, чем в умеренных широтах. В приэкваториальной полосе дожди идут в основном летом, тогда как на внешних (северных и южных) окраинах пустынь максимум осадков приходится на зиму. Осадки большей частью выпадают в виде грозовых ливней, а зимой дожди приносятся циклонами.

Аридный климат низких широт. Это жаркий сухой климат тропических пустынь, простирающихся вдоль Северного и Южного тропиков и находящихся большую часть года под влиянием субтропических антициклонов. Спасение от изнуряющей летней жары можно найти лишь на побережьях, омываемых холодными океаническими течениями, или в горах. На равнинах средние летние температуры заметно превышают +32° С, зимние обычно выше +10° С. На большей части этого климатического района средняя годовая сумма осадков не превышает 125 мм. Бывает так, что на многих метеорологических станциях несколько лет подряд вообще не регистрируются осадки. Иногда средняя годовая сумма осадков может достигать 380 мм, но и этого все же достаточно лишь для развития разреженной пустынной растительности. Изредка осадки выпадают в форме непродолжительных сильных грозовых ливней, но вода быстро стекает, образуя ливневые паводки. Самые засушливые районы расположены вдоль западных берегов Южной Америки и Африки, где холодные океанические течения препятствуют формированию облаков и выпадению осадков. На этих побережьях часто бывают туманы, образующиеся за счет конденсации влаги в воздухе над более холодной поверхностью океана.

Переменно-влажный тропический  климат. Районы с таким климатом расположены в тропических субширотных поясах, на несколько градусов севернее и южнее экватора. Этот климат называется также муссонным тропическим, так как преобладает в тех частях Южной Азии, которые находятся под влиянием муссонов. Другие районы с таким климатом – тропики Центральной и Южной Америки, Африки и Северной Австралии. Средние летние температуры обычно около +27° С, а зимние – около +21° С. Самый жаркий месяц, как правило, предшествует летнему сезону дождей. Средние годовые суммы осадков колеблются от 750 до 2000 мм. В течение летнего дождливого сезона определяющее воздействие на климат оказывает внутритропическая зона конвергенции. Здесь часто бывают грозы, иногда в течение длительного времени сохраняется сплошная облачность с затяжными дождями. Зима сухая, так как в этот сезон господствуют субтропические антициклоны. В некоторых районах дожди не выпадают в течение двух-трех зимних месяцев. В Южной Азии влажный сезон совпадает с летним муссоном, который приносит влагу с Индийского океана, а зимой сюда распространяются азиатские континентальные сухие воздушные массы.

Влажный тропический климат, или климат влажных тропических лесов, распространен в экваториальных широтах в бассейнах Амазонки в Южной Америке и Конго в Африке, на полуострове Малакка и на островах Юго-Восточной Азии. Во влажных тропиках средняя температура любого месяца не менее +17° С, обычно средняя месячная температура около +26° С. Как в переменно-влажных тропиках, из-за высокого полуденного стояния Солнца над горизонтом и одинаковой продолжительности дня в течение всего года сезонные колебания температуры невелики. Влажный воздух, облачность и густой растительный покров препятствуют ночному охлаждению и поддерживают максимальные дневные температуры ниже +37° С, более низкие, чем в более высоких широтах.

Среднее годовое количество осадков  во влажных тропиках колеблется от 1500 до 2500 мм, распределение по сезонам  обычно довольно равномерное. Осадки, в основном, связаны с внутритропической  зоной конвергенции, которая располагается  немного севернее экватора. Сезонные смещения этой зоны к северу и югу  в некоторых районах приводят к формированию двух максимумов осадков  в течение года, разделенных более  сухими периодами. Ежедневно тысячи гроз прокатываются над влажными тропиками. В промежутках между  ними солнце светит в полную силу.

Климаты высокогорий. В высокогорных районах значительное разнообразие климатических условий обусловлено широтно-географическим положением, орографическими барьерами и различной экспозицией склонов по отношению к Солнцу и влагонесущим воздушным потокам. Даже на экваторе в горах встречаются снежники-перелетки. Нижняя граница вечных снегов опускается к полюсам, достигая уровня моря в полярных районах. Подобно ей и другие границы высотных термических поясов понижаются по мере приближения к высоким широтам. Наветренные склоны горных хребтов получают больше осадков. На горных склонах, открытых для вторжений холодного воздуха, возможно понижение температуры. В целом для климата высокогорий характерны более низкие температуры, более высокая облачность, большее количество осадков и более сложный ветровой режим, чем для климата равнин на соответствующих широтах. Характер сезонных изменений температур и осадков в высокогорьях обычно такой же, как и на прилегающих равнинах.

Климатические пояса и  локальные особенности климата. В конце 18 в. ученик М.В.Ломоносова и один из первых русских академиков И.И. Лепехин, наметил общую схему размещения растительности и животного мира по земной поверхности мира в зависимости от тепловых (климатических) поясов. В начале 19 в. немецкий естествоиспытатель и путешественник А. Гумбольдт установил зональность и высотную поясность растительности в связи с изменением количества приходящего на Землю тепла.

Первоначально на поверхности Земли  выделялось 5 климатических поясов: один жаркий, расположенный по обе  стороны от экватора между северным и южным тропическими кругами; два  умеренных – между тропическими и полярными кругами и два  холодных, располагающихся вокруг Северного  и Южного полюсов.

Позднее, когда накопилось достаточно сведений о температуре земной поверхности  в различных частях нашей планеты, число климатических поясов увеличилось  до 7, а границами между ними стали  считать не астрономические тропические  и полярные круги, а линии равных средних температур (изотерм). Границей жаркого пояса стала считаться  средняя годовая изотерма в 20°, умеренных  поясов – изотерма самого теплого  месяца в году +10°. Из холодных поясов выделили еще два пояса вечного  мороза, границу между которыми проводили  по изотерме самого теплого месяца в году 0°.

Если бы ось вращения Земли была перпендикулярна плоскости ее орбиты (т.е. к эклиптике), то на каждой географической широте облученность солнечным излучением оставалась бы всегда неизменной. В полярных зонах, из-за косого падения солнечных лучей, нагрев поверхность Земли максимально отличался бы от нагрева экваториальной зоны нормально падающими солнечными лучами. Тогда климат на всей Земле больше всего зависел бы от географической широты (т.е. от углового расстояния до экватора). Сравнительно небольшой наклон земной оси вращения Земли приводит к изменению потока излучения от Солнца на каждой широте в течение года (т.е. за время оборота Земли вокруг Солнца). Это изменение особенно сильно сказывается у полюсов (полярные зоны), в которых продолжительность ночи превышает сутки. Напротив, вблизи экватора Солнце может кульминировать в зените. В зависимости от пределов возможных положений Солнца над горизонтом в течение года условно принято разделять Земной шар на тепловые пояса: жаркий (между широтами тропиков от –23,5° до +23,5°) и два холодных, в которых северная и южная широты превышают 66,5°. Остальная часть Земли между жаркими и холодными, названы умеренными поясами. Сейчас, пользуясь данными о температуре и количестве поступающей солнечной энергии (радиации), выделяют 13 климатических поясов, которые обычно называют географическими: арктический, антарктический, субарктический, субантарктический, умеренные северный и южный, субтропические северный и южный, тропические северный и южный, субэкваториальные северный и южный, экваториальный. Климатические пояса, зависящие, в основном, от географической широты, хорошо прослеживаются как на суше, так и в океане.

Температура воздуха. Температура воздуха – степень нагретости воздуха, определяемая при помощи термометров и термографов является одной из важнейших характеристик погоды и климата, оказывающая прямое воздействие на человека, животных, растения, на работу механизмов и т.д. Максимальная температура +58° С отмечена в сентябре 1922 в районе Триполи (Северная Африка), минимальная –89° С в июле 1983 года на станции «Восток» в Антарктиде.

Температура воздуха во многом зависит  от того, каким образом солнечные  лучи попадают на данный участок земной поверхности. Поверхность прогревается и начинает передавать тепло в  атмосферу. Разность температур создает  перепады давления воздуха на земную поверхность. Перепады давления создают  движение воздуха, называемое ветром. Возникают зоны высокого и низкого давления. При разнице в атмосферном давлении воздух перемещается из зон высокого давления в зоны низкого давления, чтобы уравнять давление на всей поверхности.

Области высокого и низкого давления постоянно перемещаются по земной поверхности, создавая движение воздуха и перенеся с собой воздушные массы. При  встрече двух воздушных масс с  различными характеристиками воздух не может свободно перемещаться, и между  ними образуется своего рода граница, именуемая атмосферным фронтом. Погода в районах действия атмосферных  фронтов сопровождается облачностью, осадками, увеличением скорости ветра  и резким изменением температуры  воздуха.

Проходя через земную атмосферу  и встречая на своем пути облака, пыль и водяные пары, солнечные  лучи частично поглощаются или отражаются в мировое пространство. До земной поверхности доходит лишь около 40% солнечной энергии, поступающей на верхнюю границу атмосферы. Вместе с тем приходящая лучистая энергия Солнца дает земной поверхности свет, тепло и энергию почти для всех химических превращений земного вещества, совершающихся на земной поверхности. Количество поступающей солнечной энергии закономерно убывает от экватора к полюсам в зависимости от угла падения солнечных лучей и длины их пути через атмосферу. В этом же направлении изменяется и атмосферное тепло.

Поверхность Земли обладает различной  отражающей способностью падающих на нее солнечных лучей (величинойальбедо). По этой причине различные части поверхности по-разному поглощают тепло и нагреваются. Неравномерное нагревание земной поверхности приводит в движение воздушные и водные массы, стремящиеся выровнять температуру. Взаимосвязанные воздушные и морские течения переносят с места на место огромное количество тепла. Особенно большую роль в переносе (адвекции) тепла играют теплые и холодные морские течения, так как вода поглощает и накапливает тепла значительно больше, чем воздух. Поэтому более сильные отклонения от средних температур наблюдаются на морских побережьях.

Сезонные климатические  явления. В следствии неравномерного распределения солнечного тепла и атмосферных осадков на земной поверхности, климат Земли очень разнообразен. Известный ученый Б.П. Алисов выделил на Земле 13 климатических поясов, которые отличаются друг от друга температурными условиями и воздушными массами. Основные климатические пояса соответствуют распространению четырех типов воздушных масс. Особенно большие контрасты температуры у поверхности Земли – между экватором и полюсами из-за различия прихода солнечной энергии на разных широтах. В области экватора находится экваториальный климатический пояс. Здесь преобладают экваториальный воздух и пониженное атмосферное давление. В тропических поясах господствуют тропический воздух, высокое давление, нисходящее движение воздуха. В умеренных поясах преобладают западные ветры. Здесь значительно холоднее, чем в тропических поясах. Переходные пояса находятся между остальными поясами. Приставка «суб» в переводе с латинского означает «под». Субэкваториальный пояс – подэкваториальный пояс и т.д. В переходных поясах воздушные массы меняются с сезоном. На распределение температуры влияет расположение континентов и океанов. Из-за высоких теплоемкости и теплопроводности океанических вод океаны значительно ослабляют колебания температуры, которые возникают в результате изменений прихода солнечной радиации в течение года. В связи с этим в средних и высоких широтах температура воздуха над океанами летом заметно ниже, чем над континентами, а зимой – выше.