Основы изучения географической оболочки земли и пространственно-временных закономерностей

Море в шторм отражает меньше радиации, чем море в штиль.

Альбедо (лат. albus -- белый) - способность поверхности отражать радиацию.

Географическое распределение суммарной радиации

Распределение годовых и месячных количеств суммарной солнечной радиации по земному шару зонально: изолинии потока радиации на картах не совпадают с широтными кругами. Отклонения эти объясняются тем, что на распределение радиации по земному шару оказывают влияние прозрачность атмосферы и облачность.

Годовые количества суммарной радиации особенно велики в малооблачных субтропических пустынях. Зато над приэкваториальными лесными областями с их большой облачностью они снижены. К более высоким широтам обоих полушарий годовые количества суммарной радиации убывают. Но затем они снова растут -- мало в Северном полушарии, но весьма значительно над малооблачной и снежной Антарктидой. Над океанами суммы радиации ниже, чем над сушей.

Радиационный баланс земной поверхности за год положительный повсюду на Земле, кроме ледяных плато Гренландии и Антарктиды. Это означает, что годовой приток поглощенной радиации больше, чем эффективное излучение за то же время. Но это вовсе не значит, что земная поверхность год от года становится все теплее. Избыток поглощенной радиации над излучением уравновешивается передачей тепла от земной поверхности в воздух путем теплопроводности и при фазовых преобразованиях воды (при испарении с земной поверхности и последующей конденсации в атмосфере).

Для земной поверхности не существует радиационного равновесия в получении и отдаче радиации, но существует тепловое равновесие: приток тепла к земной поверхности как радиационными, так и нерадиационными путями равен его отдаче теми же способами.

Как известно, радиационный баланс является разностью между суммарной радиацией и эффективным излучением. Эффективное излучение земной поверхности распределяется по земному шару более равномерно, чем суммарная радиация. Дело в том, что с ростом температуры земной поверхности, т. е. с переходом к более низким широтам, растет собственное излучение земной поверхности; однако одновременно растет и встречное излучение атмосферы вследствие большего влагосодержания воздуха и более высокой его температуры. Поэтому изменения эффективного излучения с широтой не слишком велики.

21. Географическая оболочка. Состав и строение

Географическая оболочка (ГО) - внешний слой планеты Земля, который представляет собой единое целое. Иногда его называют большим, или планетарным, природным комплексом. В состав ГО входят все внешние оболочки Земли: литосфера, гидросфера, атмосфера и биосфера. Вещество ГО одновременно пребывает в трех состояниях: в твердом, жидком, газообразном, ему свойственны разные формы свободной энергии. Для ГО как особой сложной природной системы, компоненты которой в природе неразрывны, характерны процессы геохимического, геофизического взаимодействия между компонентами в формах перемещения веществ, а также поглощения и накопления энергии, перехода энергии из одной формы в другую.

Состав и строение:

Географическая оболочка состоит из структурных частей - компонентов. Это горные породы, вода, воздух, растения, животные и почвы. Они различаются по физическому состоянию (твердое, жидкое, газообразное), уровню организации (неживое, живое, биокосное), химическому составу, активности (инертные - породы, почва, мобильные - вода, воздух, активное - живое вещество).

Географическая оболочка имеет вертикальную структуру, состоящую из отдельных сфер. Нижний ярус сложен плотным веществом литосферы, а верхние представлены более легким веществом гидросферы и атмосферы. Такая структура является результатом дифференциации вещества с выделением плотного вещества в центре Земли, а более легкого - по периферии.

Географическая оболочка в горизонтальном направлении расчленяется на отдельные природные комплексы, что определяется неравномерным распределением тепла на разных участках земной поверхности и ее неоднородностью. Природные комплексы, образовавшиеся на суше, называю территориальными, а в океане или другом водоеме - аквальными.

Географическая оболочка имеет своеобразную пространственную структуру. Она трехмерна и сферична. Это зона наиболее активного взаимодействия природных компонентов, в которой наблюдается наибольшая интенсивность разнообразных физико-географических процессов и явлений. На некотором расстоянии вверх и вниз от земной поверхности, взаимодействие компонентов ослабевает, а затем и вовсе исчезает.

22. Годовое движение Земли: смена времен года

Земля движется вокруг Солнца по эллиптической орбите со скоростью 30 км/с. Длина этой орбиты - 930 млн. км, а полный оборот Земля совершает за 365 суток 6 часов 9 минут и 9 секунд (звездный год). Земная ось наклонена к плоскости орбиты на 66,5? и этот наклон постоянно сохраняется. Вследствие этого солнечные лучи падают на земную поверхность неравномерно. Неравномерно поступает и тепло от Солнца. Это приводит к неодинаковой продолжительности дня и ночи на всех широтах (кроме экватора) и к смене времен года на нашей планете.

Путь движения Солнца между этими четырьмя точками (равноденствия и солнцестояния) делится на секторы по 90? каждый. Прохождение Солнцем по каждому из секторов вызывает на Земле смену времен года (осень, зима, весна, лето). Когда Земля поворачивает к Солнцу свое Северное полушарие, во всех странах, расположенных севернее экватора, наступает лето и удлиняется день, а в странах к югу от экватора наступает зима и укорачивается день.

Эллиптичность орбиты годового движения Земли приводит к изменениям скорости ее движения вокруг Солнца. Находясь в перигелии (ближе всего к Солнцу), Земля имеет максимальную скорость движения, поэтому осень и зима в Северном полушарии короче остальных сезонов, в Южном полушарии - лето короче, а зима длиннее.

Основной причиной смены времён года является наклон земной оси по отношению к плоскости эклиптики. Без наклона оси продолжительность дня и ночи в любом месте Земли была бы одинакова, и днем солнце поднималось бы над горизонтом на одну и ту же высоту в течение всего года.

В наше время ось планеты образует с орбитальной плоскостью угол 66,56°.

Астрономически времена года разделены моментами летнего солнцестояния, осеннего равноденствия, зимнего солнцестояния и весеннего равноденствия. В период между мартовским и сентябрьским равноденствиями (от 20 (21) марта до 22 (23) сентября) из-за наклона земной оси Северное полушарие обращено к Солнцу большую часть суток, поэтому северные широты получают больше тепла и света, чем южные. Летом дни становятся длиннее, а положение Солнца в полдень -- выше, чем в Южном полушарии, где в это время зима. Спустя полгода Земля переходит на противоположную точку своей орбиты. Наклон оси остаётся таким же, однако теперь Южное полушарие оказывается обращённым к Солнцу большую часть суток, там дни дольше, Солнце в полдень -- выше, больше и тепла и света. В Северном полушарии в это время зима. Из-за эллиптической формы земной орбиты времена года имеют разную продолжительность.

23. Влажность воздуха. Её характеристики

Влажность воздуха - это содержание водяного пара в воздухе. В нижних слоях атмосферы всегда содержится водяной пар. Как и всякий газ, он обладает упругостью (парциальным давлением). Парциальное давление может быть измерено в миллиметрах ртутного столба (мм рт, ст.), миллибарах (мб) и гектопаскалях (гПа). Предельным значением парциального давления водяного пара, находящегося в воздухе, является парциальное давление насыщенного пара, называемое также упругостью насыщения.

Упругость насыщения растет с температурой, то есть при более высокой температуре воздух способен содержать больше водяного пара, чем при более низкой температуре.

Максимально возможное количество пара, которое может содержаться в воздухе, зависит от упругости насыщения и, следовательно, от температуры воздуха.

Влажность воздуха количественно выражается следующими характеристиками:

Упругость пара е - парциальное давление водяного пара, находящегося в воздухе при данной температуре, выражается в миллиметрах ртутного столба, миллибарах или гектопаскалях

E' = A(t-t')P, (5.1)

где E' - упругость насыщающего пара при температуре смоченного термометра;

А - коэффициент, зависящий от скорости ветра (для станционного психрометра А = 0,0007947);

t - температура сухого термометра;

t' - температура смоченного термометра;

P - атмосферное давление.

Абсолютная влажность a - количество водяного пара в граммах, содержащееся в 1 м куб. воздуха.

Относительная влажность f - отношение упругости пара к упругости насыщения Е при данной температуре, выраженное в процентах.

При неизменной упругости пара с понижением температуры относительная влажность увеличивается, а с повышением температуры - уменьшается.

Дефицит упругости d, или недостаток насыщения, - разность между упругостью насыщения при данной температуры и фактической упругостью пара:

d = Е - е.

Точка росы td - это температура, при которой содержащийся в воздухе водяной пар достигает насыщения.

Например, при t° = 27° упругость пара 23,4 милибар и воздух не является насыщенным. Чтобы он стал насыщенным, нужно было бы понизить его температуру до +20°. Эта температура +20° в данном случае и является точкой росы для воздуха. При насыщении точка росы равна фактической температуре.

24. Географическая оболочка. Ритмичность - закономерность развития географической оболочки

Географическая оболочка (ГО) - внешний слой планеты Земля, который представляет собой единое целое. Иногда его называют большим, или планетарным, природным комплексом. В состав ГО входят все внешние оболочки Земли: литосфера, гидросфера, атмосфера и биосфера. Вещество ГО одновременно пребывает в трех состояниях: в твердом, жидком, газообразном, ему свойственны разные формы свободной энергии. Для ГО как особой сложной природной системы, компоненты которой в природе неразрывны, характерны процессы геохимического, геофизического взаимодействия между компонентами в формах перемещения веществ, а также поглощения и накопления энергии, перехода энергии из одной формы в другую.

Ритмичность географической оболочки:

Ритмичность - это повторяемость природных явлений во времени; но не буквальное их повторение, т.к. каждое последующее явление отличается от предыдущего.

Закону ритмики подвержен весь процесс развития географической оболочки.

Временные закономерности развития географической оболочки изучены во много раз меньше пространственных. Феномен временной ритмичности многоаспектный и далеко не всегда чётко и просто определяется. Во многом ритмичность не выявляется с первого взгляда из-за интерференции составляющих (отдельных ритмов), что не позволяет сделать чётких выводов и вывести строгие законы.

Многие короткие временные ритмы не требуют никаких доказательств, но мы сталкиваемся с их появлением множество раз, например, суточный (циркадный) ритм; приливно - отливный ритм; 11-летный цикл солнечной активности.

1. Наиболее продолжительные ритмы - эпохи горообразования (165-180 млн. лет). Вероятнее всего, данный ритм связан с движение Солнечной системы вокруг общего центра масс Галактики.

Четкой взаимосвязи между положением Солнечной системы относительно центра масс Галактики и интенсивностью горообразования пока не выявлено.

2. Ритмы, обусловленные изменением сил гравитационного взаимодействия в системе Солнце - Земля - Луна (приливно-отливные ритмы). В настоящее время практически доказано существование как короткопериодных, так и длиннопериодных ритмов, изучены их проявления в географической оболочке.

3. Ритмы, вызванные циклическими изменениями солнечной активности. В разной степени от солнечной активности зависят:

· напряженность земного магнетизма;

· частота полярных сияний;

· количество ультрафиолетовой радиации;

· напряженность атмосферного электричества;

· климатические характеристики (температура воздуха, атмосферное давление, количество осадков);

· уровень озёр, рек, грунтовых вод;

· солёность и ледовитость морей;

· биологическая продуктивность вод и т.д.

Ритмичность процессов - одна из основных общегеографических закономерностей, которая характеризует географическую оболочку как общепланетарный природный комплекс.

25. Годовое движение Земли, пояса освещенности

Земля движется вокруг Солнца по эллиптической орбите со скоростью 30 км/с. Длина этой орбиты - 930 млн. км, а полный оборот Земля совершает за 365 суток 6 часов 9 минут и 9 секунд (звездный год). Земная ось наклонена к плоскости орбиты на 66,5? и этот наклон постоянно сохраняется. Вследствие этого солнечные лучи падают на земную поверхность неравномерно. Неравномерно поступает и тепло от Солнца. Это приводит к неодинаковой продолжительности дня и ночи на всех широтах (кроме экватора) и к смене времен года на нашей планете.

Следствием наклона земной оси вращения Земли и ее годового вращения вокруг Солнца является то, что на Земле существуют 5 поясов освещенности или радиации, ограниченные тропиками и полярными кругами. Они выделяются по продолжительности освещенности и количеству получаемого тепла.

Экваториальный (жаркий) пояс лежит между Северными и Южными тропиками. В этом поясе Солнце по одному разу в год (в дни солнцестояния) бывает в зените над каждым из тропиков. Этот пояс отличается наибольшим количеством тепла, равномерно распределяющимся в течение года. На экваторе день всегда равен ночи.

Два умеренных пояса (Северный и Южный) освещенности расположены между тропиками и полярными круга­ми. В этих поясах высота Солнца всегда меньше 90°, но больше 0°. В течение суток обязательно происходит смена дня и ночи, причем продолжительность их зависит от широты и времени года. Четко выражены сезоны года, и, чем дальше от тропиков, тем заметнее изменяется их продолжительность.

Два полярных пояса (Северный и Южный) - к северу от Северного полярного круга и к югу от Южного полярно­го круга - характеризуются наличием полярных дней и ночей.

Обращение Земли вокруг Солнца вызывает сезонные ритмические явления в географической оболочке. Ритмикой называют повторяемость во времени комплекса явлений, которые развиваются в одном направлении.

26. Атмосфера. Воздушные массы и атмосферные фронты

Атмосфера - это внешняя газовая оболочка Земли, которая начинается у ее поверхности и простирается в космическое пространство приблизительно на 3000 км.

История возникновения и развития атмосферы довольно сложная и продолжительная, она насчитывает близко 3 млрд. лет. За этот период состав и свойства атмосферы неоднократно изменялись, но на протяжении последних 50 млн. лет, как считают ученые, они стабилизировались.

С высотой резко уменьшаются плотность и давление атмосферы, а температура изменяется неравномерно и сложно, в том числе из-за влияния на атмосферу солнечной активности и магнитных бурь.

Наиболее интенсивнее тепловые процессы происходят в тропосфере, причем атмосфера нагревается снизу, от поверхности океана и суши.

Воздушные массы - большие по объему массы воздуха, занимающие пространства, соизмеримые с частями материков и океанов и имеющие одинаковые свойства.

Воздушные массы под влиянием подстилающей поверхности постепенно теряют свои свойства, приобретая новые качества, этот процесс называется трансформацией воздушных масс.

Существует две основные классификации воздушных масс: географическая и термодинамическая.

По географической классификации в зависимости от очага формирования воздушные массы делятся на арктические, умеренные, тропические и экваториальные. Кроме того, с учетом подстилающей поверхности они подразделяются на морские и континентальные.

Согласно термодинамической классификации воздушные массы делятся на устойчивые и неустойчивые. Устойчивая воздушная масса всегда бывает теплее подстилающей поверхности. Если теплая воздушная масса сухая, в ней наблюдается малооблачная погода. Совершенно противоположная картина наблюдается во влажной воздушной массе, натекающей на холодную поверхность: дымки, туманы, низкие слоистые облака, моросящие осадки.

Неустойчивая воздушная масса является более холодной, чем подстилающая поверхность. При движении над теплой земной поверхностью или вследствие дневного прогрева солнцем холодная масса прогревается снизу и становится неустойчивой. Происходит увеличение вертикальных градиентов температуры, способствующее развитию конвекции, образуются мощно-кучевые и кучево-дождевые облака, возникают грозы. Грозовая деятельность может сопровождаться выпадением ливневых осадков, усилением ветра.

Атмосферные фронты - промежуточные, переходные зоны между разнородными воздушными массами в тропосфере.

Зона атмосферных фронтов очень узка по сравнению с разделяемыми ею воздушными массами, поэтому её приближённо рассматривают как поверхность раздела двух воздушных масс разной температуры и называют фронтальной поверхностью.

В передней части циклона главный атмосферный фронт принимает характер тёплого: при его продвижении тёплый воздух занимает место отступающего холодного воздуха.

В тыловой части циклона атмосферный фронт принимает характер холодного фронта с продвижением холодного клина вперёд и с вытеснением тёплого воздуха перед ним в высокие слои тропосферы.

Атмосферные фронты характерны для внетропических широт Земли, в особенности для умеренных широт, где между собой граничат основные воздушные массы тропосферы. Основная причина возникновения атмосферных фронтов - фронтогенез - наличие таких систем движения в тропосфере, которые приводят к сближению (сходимости) масс воздуха, обладающих разной температурой.

27. Температура воздуха. Карта изотерм (анализ карты)

Температура воздуха - одно из свойств воздуха в природе, выражающееся количественно.

Температура воздуха, а также почвы и воды в большинстве стран выражается в градусах международной температурной шкалы, или шкалы Цельсия (?С), общепринятой в физических измерениях. Ноль этой шкалы приходится на температуру, при которой тает лёд, а +100?С -- на температуру кипения воды.

В США и ряде других стран используется шкала Фаренгейта (F). В этой шкале интервал между точками таяния льда и кипения воды разделён на 180?, причём точке таяния льда приписано значение +32?F. Таким образом, величина одного градуса Фаренгейта равна 5/9?С, а нуль шкалы Фаренгейта приходится на ?17,8?С. Нуль шкалы Цельсия соответствует +32 ?F, а +100?С = +212?F.

Кроме того, в теоретической метеорологии применяется абсолютная шкала температур (шкала Кельвина), K. Нуль этой шкалы отвечает полному прекращению теплового движения молекул, то есть самой низкой возможной температуре. По шкале Цельсия это будет ?273,15?0,03?С. Величина единицы абсолютной шкалы равна величине градуса шкалы Цельсия.

Виды температуры воздуха:

- Активная температура - температура воздуха, больше чем биологический минимум на протяжении всего периода вегетации;

- Максимальная температура - самая высокая температура воздуха на протяжении определённого промежутка времени;

- Минимальная температура - самая низкая температура воздуха на протяжении определённого промежутка времени.

Наиболее низкие температуры воздуха у поверхности земли наблюдаются на полюсах планеты. При этом могут подразумеваться либо абсолютные минимумы температуры, либо минимумы средних годовых величин.

Рекорды максимальной температуры:

Всемирная метеорологическая организация считает рекордом 56,7?C, зафиксированные 10 июля 1913 года на ранчо Гринленд в долине Смерти (штат Калифорния, США).

21 июля 1983 г. на станции Восток, Антарктика, на высоте 3420 м над уровнем моря была зарегистрирована рекордно низкая температура: ?89,6?C. Среднегодовая температура на станции Восток ?60,2 ?C.

Карты изотерм -- линий равных значений температуры в данный момент или в среднем за определенный промежуток времени (сутки, месяц, сезон и т. д.).

Чтобы наблюдения, произведенные в разных пунктах, были сравнимы между собой, измеренную температуру приводят к уровню моря, исходя из того, что в тропосфере на каждые 100 м высоты она понижается в среднем на 0,6°.

28. Ветер. Местные ветры (бриз, бора, фён)

Ветер - это движение воздуха в горизонтальном направлении.

Ветры могут влиять и на формирование рельефа, вызывая эоловые отложения, которые формируют различные виды грунтов (например, лёсс) или эрозию. Они могут переносить пески и пыль из пустынь на большие расстояния. Ветры разносят семена растений и помогают передвижению летающих животных, которые приводят к расширению видов на новой территории. Связанные с ветром явления разнообразными способами влияют на живую природу.

Ветер возникает в результате неравномерного распределения атмосферного давления и направлен от зоны высокого давления к зоне низкого давления. Вследствие непрерывного изменения давления во времени и пространстве скорость и направление ветра постоянно меняются. С высотой скорость ветра меняется из-за убывания силы трения.

Для визуальной оценки скорости ветра служит шкала Бофорта. Метеорологическое направление ветра указывается азимутом точки, откуда дует ветер; тогда как аэронавигационное направление ветра -- куда дует, таким образом значения различаются на 180°. Многолетние наблюдения за направлением и силой ветра изображают в виде графика -- розы ветров.

Местные ветры -- ветры, отличающиеся какими-либо особенностями от главного характера общей циркуляции атмосферы, но, как и постоянные ветры, закономерно повторяющиеся и оказывающие заметное влияние на режим погоды в ограниченной части ландшафта или акватории.

К местным ветрам относятся бриз, меняющий своё направление дважды в сутки, горно-долинные ветры, бора, фён, суховей, самум и многие другие.

Возникновение местных ветров связано главным образом с разностью температурных условий над крупными водоемами (бризы) или горами, их простиранием относительно общих циркуляционных потоков и расположением горных долин (фен, бора, горно-долинные), а также с изменением общей циркуляции атмосферы местными условиями (самум, сирокко, хамсин).

Бриз -- ветер, который дует на побережье морей и больших озёр. Направление бриза меняется дважды в сутки: дневной (или морской) бриз дует с моря на разогретое дневными лучами Солнца побережье. Ночной (или береговой) бриз имеет обратное направление. Скорость бриза небольшая, и составляет 1--5м/с, редко больше. Бриз заметен только в условиях слабого общего переноса воздуха, как правило в тропиках, а в средних широтах -- в устойчивую безветренную погоду. На большей высоте наблюдается обратное течение -- антибриз. Бризовая циркуляция затрагивает области побережья и моря шириной 10-50 км. Морской бриз понижает температуру воздуха в дневное время и делает воздух более влажным. Бриз чаще бывает летом, когда разница температур между сушей и водоёмом достигает наибольших значений.

Борам - сильный холодный порывистый местный ветер, возникающий в случае, когда поток холодного воздуха встречает на своём пути возвышенность; преодолев препятствие, бора с огромной силой обрушивается на побережье. Вертикальные размеры боры -- несколько сот метров. Затрагивает, как правило, небольшие районы, где невысокие горы непосредственно граничат с морем. Иногда бора вызывает значительные разрушения в прибрежной полосе.

Фён -- сильный, порывистый, тёплый и сухой местный ветер, дующий с гор в долины.

Холодный воздух с высокогорий быстро опускается вниз по сравнительно узким межгорным долинам, что приводит к его адиабатическому нагреванию. При опускании на каждые 100 м воздух нагревается примерно на 1°C. Спускаясь с высоты 2500 м, он нагревается на 25 градусов и становится тёплым, даже горячим. Обычно фён продолжается менее суток, но иногда длительность доходит до 5 суток, причём изменения температуры и относительной влажности воздуха могут быть быстрыми и резкими.

Фёны особенно часты весной, когда резко возрастает интенсивность общей циркуляции воздушных масс.

Размещено на Allbest.ru