Факторы, влияющие на циркуляцию атмосферы

Содержание

Введение ………………………………………………………………………..2

Глава 1. Общая характеристика атмосферы …………………………......4

1.1. Основные особенности атмосферы……………………………………….9

1.2. Циркуляция атмосферы: причины, виды, основные пояса ветров в атмосфере ………………………………………………………………….........11

Глава 2. Факторы, влияющие на циркуляцию атмосферы.

2.1. Атмосферные фронты………………………………………………………17

2.2. Циклоны и антициклоны…………………………………………………...28

2.3. Изучение темы «Циркуляция  атмосферы в школьном курсе  географии»……………………………………………………………………….37

Заключение……………………………………………………………………..46

Список используемой литературы…………………………………………..48

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Ввиду того, что в результате циркуляционных процессов в атмосфере происходят катастрофические погодные явления, приносящие огромный ущерб человечеству, изучение атмосферной циркуляции является важной и актуальной задачей для ученых.

Циркуляция атмосферы – система замкнутых течений воздушных масс, проявляющихся в масштабах полушарий или всего земного шара. Подобные течения приводят к переносу вещества и энергии в атмосфере, как в широтном, так и в меридиональном направлениях, из-за чего являются важнейшим климатообразующим процессом, влияя на погоду в любом месте планеты.

Главной причиной возникновения воздушных течений в атмосфере служит неравномерное распределение тепла на поверхности Земли, что приводит к неодинаковому нагреванию почвы и воздуха в различных поясах земного шара. В земной атмосфере наблюдаются воздушные движения самых различных масштабов – от величины десятков и сотен метров (местные ветры) до сотен и тысяч километров (циклоны, антициклоны, муссоны, пассаты, планетарные зоны).

Изменчивость погоды общеизвестна и ее капризы ежедневно подтверждаются синоптическими картами и сводками погоды, которые появляются в интернете, газетах и демонстрируются по телевидению.

Основная причина циркуляции атмосферы является солнечная энергия и неравномерность её распределения на поверхности планеты, в результате чего различные участки почвы и воздуха имеют различную температуру и, соответственно, различное атмосферное давление (барический градиент). Кроме солнца на движение воздуха влияет вращение Земли вокруг своей оси и неоднородность её поверхности, что вызывает трение воздуха о почву и его увлечение.

Цель работы: характеристика глобальной циркуляции атмосферы и, связанные с ней, циклоны и антициклоны.

Задачи:

1) определить значение и роль факторов в циркуляции атмосферы

2) рассмотреть виды циркуляции воздушных масс

3) выявить значение деятельности циклонов и антициклонов в глобальной циркуляции атмосферы

Объект: процесс глобальной циркуляции атмосферы

Предмет: система научно-доказанных работ в процессе изучения циркуляции

Методы: Для решения поставленных нами задач использовался комплекс взаимодополняющих методов исследования: методы теоретического анализа литературы по исследуемой проблеме; методы изучения, обобщения и анализа опыта существующих результатов практики управления; количественные и качественные методы сбора эмпирической информации

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 1. Общая характеристика атмосферы.

Атмосфера - газовая оболочка, окружающая небесное тело. Ее характеристики зависят от размера, массы, температуры, скорости вращения и химического состава данного небесного тела, а также определяются историей его формирования, начиная с момента зарождения. Атмосфера Земли образована смесью газов, называемой воздухом. Ее основные составляющие - азот и кислород в соотношении приблизительно 4:1.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.Химический состав атмосферы. (http://college.ru/astronomy/course/content/chapter4/section4/paragraph3/theory.html)

На человека оказывает воздействие главным образом состояние нижних 15-25 км атмосферы, поскольку именно в этом нижнем слое сосредоточена основная масса воздуха. Наука, изучающая атмосферу, называется метеорологией, хотя предметом этой науки являются также погода и ее влияние на человека. Состояние верхних слоев атмосферы, расположенных на высотах от 60 до 300 и даже 1000 км от поверхности Земли, также изменяется. Здесь развиваются сильные ветры, штормы и проявляются такие удивительные электрические явления, как полярные сияния. Многие из перечисленных феноменов связаны с потоками солнечной радиации, космического излучения, а также магнитным полем Земли. Высокие слои атмосферы - это также и химическая лаборатория, поскольку там, в условиях, близких к вакууму, некоторые атмосферные газы под влиянием мощного потока солнечной энергии вступают в химические реакции. Наука, изучающая эти взаимосвязанные явления и процессы, называется физикой высоких слоев атмосферы.

Рис. 2. Строение атмосферы. (http://www.google.ru/imgres)

Слои атмосферы.

Атмосфера имеет слоистую структуру. 
Тропосфера.

Нижняя часть атмосферы, до высоты 10-15 км, в которой сосредоточено 4/5 всей массы атмосферного воздуха, носит название тропосферы. Для нее характерно, что температура здесь с высотой падает в среднем на 0.6°/100 м. В тропосфере содержится почти весь водяной пар атмосферы и возникают почти все облака. Сильно развита здесь и турбулентность, особенно вблизи земной поверхности, а также в так называемых струйных течениях в верхней части тропосферы. 
В среднем годовом тропосфера простирается над полюсами до высоты около 9 км, над умеренными широтами до 10-12 км и над экватором до 15-17 км. Средняя годовая температура воздуха у земной поверхности около +26° на экваторе и около -23° на северном полюсе. На верхней границе тропосферы над экватором средняя температура около -70°, над северным полюсом зимой около -65°, а летом около -45°. 
Давление воздуха на верхней границе тропосферы соответственно ее высоте в 5-8 раз меньше, чем у земной поверхности. Следовательно, основная масса атмосферного воздуха находится именно в тропосфере. Процессы, происходящие в тропосфере, имеют непосредственное и решающее значение для погоды и климата у земной поверхности.

В тропосфере сосредоточен весь водяной пар и именно поэтому все облака образуются в пределах тропосферы. Температура уменьшается с высотой. 
Солнечные лучи легко проходят через тропосферу, а тепло, которое излучает нагретая солнечными лучами Земля, накапливается в тропосфере. Такой механизм прогревания атмосферы от Земли, нагретой солнечной радиацией, называется парниковый эффект. Именно потому, что источником тепла для атмосферы является Земля, температура воздуха с высотой уменьшается .

Граница между турбулентной тропосферой и спокойной стратосферой называется тропопауза. Здесь образуются быстро движущиеся ветры, называемые "реактивные потоки".

Стратосфера очень важна для жизни на Земле, так именно в этом слое находится небольшое количество озона, которое поглощает сильное ультафиолетовое излучение, вредное для жизни. Поглощая ульрафиолетовое излучение озон нагревает стратосферу.

Стратосфера.

Над тропосферой до высоты 50-55 км лежит стратосфера, характеризующаяся тем, что температура в ней в среднем растет с высотой. Температура воздуха в нижней стратосфере над экватором всегда очень низкая; притом летом намного ниже, чем над полюсом. 
Нижняя стратосфера более или менее изотермична. Но, начиная с высоты около 25 км, температура в стратосфере быстро растет с высотой, достигая на высоте около 50 км максимальных, притом положительных значений (от +10 до +30°). Вследствие возрастания температуры с высотой турбулентность в стратосфере мала. 
Водяного пара в стратосфере ничтожно мало. Однако на высотах 20-25 км наблюдаются иногда в высоких широтах очень тонкие, так называемые перламутровые облака. Днем они не видны, а ночью кажутся светящимися, так как освещаются солнцем, находящимся под горизонтом. Эти облака состоят из переохлажденных водяных капелек.Стратопауза-слой атмосферы, являющийся пограничным между двумя слоями, стратосферой и мезосферой. В стратосфере температура повышается с увеличением высоты, а стратопауза является слоем, где температура достигает максимума. Температура стратопаузы — около 0 °C.

Мезосфера.

Над стратосферой лежит слой мезосферы, примерно до 80 км. Здесь температура с высотой падает до нескольких десятков градусов ниже нуля . Вследствие быстрого падения температуры с высотой в мезосфере сильно развита турбулентность. На высотах, близких к верхней границе мезосферы (75-90 км), наблюдаются еще особого рода облака, также освещаемые солнцем в ночные часы, так называемые серебристые. Наиболее вероятно, что они состоят из ледяных кристаллов. 
Мезопа́уза — слой атмосферы, разделяющий мезосферу и термосферу. На Земле располагается на высоте 80—90 км над уровнем моря. В мезопаузе находится температурный минимум, который составляет около −100 °C.

Термосфера.

Верхняя часть атмосферы, над мезосферой, характеризуется очень высокими температурами и потому носит название термосферы. В ней различаются, однако, две части: ионосфера, простирающаяся от мезосферы до высот порядка тысячи километров, и лежащая над нею внешняя часть - экзосфера, переходящая в земную корону. 
Ионосфера, как говорит само название, характеризуется очень сильной степенью ионизации воздуха - содержание ионов здесь во много раз больше, чем в нижележащих слоях, несмотря на сильную общую разреженность воздуха. В ионосфере выделяется несколько слоев, или областей, с максимальной ионизацией, в особенности на высотах 100- 120 км (слой Е) и 200-400 км (слой F). Но и в промежутках между этими слоями степень ионизации атмосферы остается очень высокой. Положение ионосферных слоев и концентрация ионов в них все время меняются. Спорадические скопления электронов с особенно большой концентрацией носят название электронных облаков. 
В ионосфере наблюдаются полярные сияния и близкое к ним по природе свечение ночного неба - постоянная люминесценция атмосферного воздуха, а также резкие колебания магнитного поля - ионосферные магнитные бури. 
Ионизация в ионосфере обязана своим существованием действию ультрафиолетовой радиации Солнца.  
Температура в ионосфере растет с высотой до очень больших значений. На высотах около 800 км она достигает 1000°. 
Термопауза  — верхний слой атмосферы планеты, расположенный над термосферой, характеризующийся переходом к постоянной температуре.

Экзосфера.

Выше 800-1000 км атмосфера переходит в экзосферу и постепенно в межпланетное пространство. Экзосферу называют еще сферой рассеяния. 
Ускользанию подвергаются преимущественно атомы водорода, который является господствующим газом в наиболее высоких слоях экзосферы. 
Недавно предполагалось, что экзосфера, и с нею вообще земная атмосфера, кончается на высотах порядка 2000-3000 км. Но из наблюдений с помощью ракет и спутников создалось представление, что водород, ускользающий из экзосферы, образует вокруг Земли так называемую земную корону, простирающуюся более чем до 20 000 км. С помощью спутников и геофизических ракет установлено существование в верхней части атмосферы и в околоземном космическом пространстве радиационного пояса Земли, начинающегося на высоте нескольких сотен километров и простирающегося на десятки тысяч километров от земной поверхности. Этот пояс состоит из электрически заряженных частиц - протонов и электронов, захваченных магнитным полем Земли и движущихся с очень большими скоростями. Их энергия - порядка сотен тысяч электрон-вольт. Радиационный пояс постоянно теряет частицы в земной атмосфере и пополняется потоками солнечной корпускулярной радиации.

1.1 Основные особенности атмосферы Земли.

Атмосферные процессы определяются как внешними воздействиям, так и внутренними связями. Источниками энергии атмосферных процессов в основном является солнечное излучение, приходящее к Земле из внешнего  пространства. Рассмотрим основные особенности атмосферы Земли, которые должны быть учтены при построении модели, пригодной для расчета глобальных движений в атмосфере.

Основной источник  тепла для Земли – Солнце. Коротковолновая солнечная радиация проходит через атмосферу Земли практически беспрепятственно. Лишь небольшое количество тепла отражается или поглощается примесями, содержащимися в воздухе, - это аэрозоль, примеси пыли, пар воды и т.п. Основная часть коротковолновой солнечной радиации поглощается подстилающей поверхностью и затем отдается в атмосферу в виде длинноволнового излучения. Таким образом, несмотря на то, что тепло на Землю приходит сверху, атмосфера Земли подогревается  снизу. В результате температура тропосферы уменьшается с высотой.

На характер движения воздуха относительно земной поверхности заметное влияние оказывает тот факт, что движение это происходит в очень тонкой газовой оболочке. Основная масса воздуха, около 80 %, сосредоточена в тропосфере – примерно в десятикилометровом слое. Радиус планеты равен 6371 км, высота тропосферы меняется и составляет приблизительно 16-18 км на экваторе, 10-12 км – в средних широтах, 7-10 км – в полярных областях. Такое соотношение между радиусом планеты и толщиной тропосферы позволяет использовать приближение мелкой воды при описании движений в тропосфере.

Положение Земли в эклиптике, параметры ее орбиты и вращения обуславливают неравномерный по широте нагрев атмосферы ( а также многие временные масштабы изменения процессов переноса тепла и массы: сутки, год, времена года и др.). Главной причиной возникновения воздушных течений в атмосфере служит неравномерное распределение тепла на поверхности Земли, приводящее к неодинаковому нагреванию воздуха в различных широтах Земли. На низких географических широтах (в тропиках) поступает значительно больше солнечной энергии, чем на средних и тем более высоких широтах (на полюсах). Таким образом, поступающая солнечная энергия является  первопричиной всех движений в воздушной оболочке Земли. В атмосфере наблюдаются движения самых различных масштабов:

• планетарного масштаба: зональный поток и меридиональная циркуляция;

• крупномасштабные: центры действия атмосферы, воздушные течения тропических широт (муссоны, пассаты); циклонические движения: циклоны и антициклоны средних широт, тропические циклоны;