Общей циркуляцией атмосферы называют совокупность основных воздушных течений на Земном шаре. Общая циркуляция атмосферы включает воздушные течения тропо-, страто- и мезосферы. Наиболее изучена циркуляция тропосферы.
Если предположить, что поверхность Земли однородна и Земной шар освещается Солнцем одинаково в северных и южных полушариях (весна и осень), то циркуляция была бы очень простой. Над экватором будет экваториальная депрессия, у полюсов – области повышенного давления, и, следовательно, возникает меридианный перенос (от полюсов к экватору). Но т.к. Земля вращается вокруг оси, то направление движения воздуха происходит с запада на восток (геострофический ветер). Если учесть, что поверхность Земли неоднородна и нагревается и охлаждается неодинаково (особенно в умеренных широтах), то картина общей циркуляции очень усложняется и несколько изменяется по сезонам.
Летом (июль) картина поясов атмосферного давления смещается немного к северу, а зимой – немного к югу, т.к. изменяется угол падения солнечных лучей. Вслед за изменением положения поясов атмосферного давления происходит и смещение основных крупномасштабных атмосферных движений, входящих в общую циркуляцию.
Основными атмосферными движениями являются:
1) воздушные течения, вызванные разностью между температурой различных широтных зон;
2) струйные течения;
3) пассаты (тропические ветры) – их направление постоянно весь год;
4) муссоны – 2 раза в год меняют направление;
5) западные ветры (умеренных широт) – их направление постоянно весь год;
6) воздушные течения в циклонах и антициклонах.
Циклоны – восходящие атмосферные вихри с наклонной осью вращения, представляющие собой замкнутые области пониженного давления (барический минимум), с циклонической системой ветров от периферии к центру области (в северном полушарии против часовой стрелки). Антициклоны – нисходящие атмосферные вихри с наклонной осью, представляющие собой замкнутые области повышенного давления (барический максимум), с антициклонической системой ветров от центра к периферии области (в северном полушарии по часовой стрелке). Вихри эти относительно плоские, имеют в диаметре 1500-3000 км, а высота их 2-3 км (максимально до 15 км).
Циклоны образуются во фронтальной зоне. Признаками циклона в умеренных широтах являются пониженное атмосферное давление, выпадение осадков, усиление ветра, зимой - потепление, летом - похолодание. Циклоны обычно существуют несколько суток, движутся чаще всего с запада на восток со скоростью 20-40 км/ч (700 км в сутки). В начале развития циклон движется быстро, затем движение его замедляется, и циклон становится малоподвижным. Иногда циклон в конце своего развития вновь начинает развиваться, т.е. регенерирует. Это бывает в тех случаях, когда в область старого циклона вторгаются новые порции ХВ или ТВ. Так, на одном атмосферном фронте последовательно возникает до 3-4-х циклонов – серия циклонов. Прохождение серии циклонов составляет в среднем 5-6 суток, но может быть до 12 суток. Сотни фронтальных циклонов существуют одновременно в каждом полушарии, оказывая огромное влияние на погоду. В поднимающемся воздухе образуются облака, и как следствие – выпадают осадки.
В тропических широтах развиваются циклоны огромной силы, в которых возникают ураганные ветры. От циклонов умеренных широт они отличаются меньшими размерами – их поперечник не более 1000 км. В них возникают обильные ливни, сильные грозы. Образуются тропические циклоны над теплой (не ниже +27 о С) поверхностью океана, между 5 о ш. и 20 о ш. в каждом полушарии. Тропические циклоны со скоростью ветра более 30 м/с называются тропическими ураганами. Их максимальная скорость более 100 м/с.
В центре циклона (вихря) находится глаз бури – область затишья (диаметр около 30 км) – небо тут ясное, безоблачное, а вокруг – мощные «С в » облака, ливни и грозы. На Земле каждый год возникает до 70 тропических циклонов, причем в северном полушарии их бывает больше, чем в южном. Наиболее часто они зарождаются в Тихом океане, у берегов юго-восточной Азии (здесь их называют тайфунами) и в восточной акватории океана, к западу от Мексики. В Атлантическом океане наиболее часто – в Карибском море, в Индийском океане – в северной его части (Аравийское море, Бенгальский залив). Смещаясь в умеренные широты, тропический циклон теряет свои свойства и становится обычным циклоном (внетропический циклон).
В атмосфере могут образовываться и вихри малого диаметра – в несколько десятков или сотен метров. Ось такого вихря слабо наклонена. Воздух в вихре вращается со скоростью 50-200 м/с, скорость движения самого вихря – 10-20 м/с. Над морем вихрь называется смерчем, над сушей – тромбом (в Северной Америке – торнадо). Возникают такие вихри при неустойчивом вертикальном равновесии атмосферы.
Антициклоны развиваются в умеренных широтах между циклонами. Они тоже движутся с запада на восток со скоростью 30-40 км/ч. Развитие антициклона начинается с возникновения приземной области повышенного давления. В первой стадии развития молодой антициклон представляет собой сравнительно небольшой нисходящий вихрь до высоты 3 км. Во второй стадии – стадии максимального развития – в антициклонное движение включаются все более высокие слои – до высоты 8-12 км. В третьей стадии – стадии разрушения – антициклон малоподвижен.
Для антициклона характерно повышенное атмосферное давление. В антициклонах образуются температурные инверсии. Погода малооблачная и без осадков. В центре антициклона у земной поверхности – штили, на периферии могут быть ветры. Летом в умеренных широтах устанавливается жаркая погода, зимой – морозная. Антициклоны более устойчивы, чем циклоны, и более продолжительны.
Воздушные массы - это крупные массы воздуха тропосферы и нижней стратосферы, которые формируются над определенной территорией суши или океана и обладают относительно однородными свойствами - температурой, влажностью, прозрачностью. Они движутся как одно целое и в одном направлении в системе общей циркуляции атмосферы.
Воздушные массы занимают площадь в тысячи квадратных километров, их мощность (толщина) достигает до 20-25 км. Перемещаясь над поверхностью с иными свойствами, они нагреваются или охлаждаются, увлажняются или становятся суше. Теплой или холодной называют воздушную массу, которая теплее (холоднее) окружающей ее среды. Различают четыре зональных типа воздушных масс в зависимости от районов формирования: экваториальные, тропические, умеренные, арктические (антарктические) воздушные массы (рис. 13). Они отличаются, прежде всего, температурой и влажностью. Все типы воздушных масс, кроме экваториальных, делятся на морские и континентальные в зависимости от характера поверхности, над которой они сформировались.
Экваториальная воздушная масса формируется в экваториальных широтах, поясе пониженного давления. Обладает достаточно высокими температурами и влажностью, близкой к максимальной, и над сушей, и над морем. Континентальная тропическая воздушная масса формируется в центральной части материков в тропических широтах. Она обладает высокой температурой, низкой влажностью, сильной запыленностью. Морская тропическая воздушная масса образуется над океанами в тропических широтах, где преобладают довольно высокие температуры воздуха и отмечается высокая влажность.
Континентальная умеренная воздушная масса формируется над материками в умеренных широтах, господствует в Северном полушарии. Ее свойства изменяются по сезонам. Летом довольно высокая температура и влажность, характерны осадки. Зимой низкие и крайне низкие температуры и невысокая влажность. Морская умеренная воздушная масса формируется над океанами с теплыми течениями в умеренных широтах. Летом она прохладнее, зимой - теплее, отличается значительной влажностью.
Континентальная арктическая (антарктическая) воздушная масса формируется над льдами Арктики и Антарктиды, обладает крайне низкими температурами и небольшой влажностью, высокой прозрачностью. Морская арктическая (антарктическая) воздушная масса образуется над периодически замерзающими морями и океанами, ее температура несколько выше, влажность больше.
Воздушные массы находятся в постоянном движении, при их встрече образуются переходные зоны, или фронты. Атмосферный фронт - пограничная зона между двумя воздушными массами, обладающими разными свойствами. Ширина атмосферного фронта достигает десятков километров. Атмосферные фронты могут быть теплыми и холодными в зависимости от того, какой воздух надвигается на территорию и какой вытесняется (рис. 14). Чаще всего атмосферные фронты возникают в умеренных широтах, где встречаются холодный воздух из полярных широт и теплый из тропических широт.
Прохождение фронта сопровождается изменениями в погоде. Теплый фронт перемещается в сторону холодного воздуха. С ним связаны потепление, слоисто-дождевые облака, приносящие моросящие осадки. Холодный фронт перемещается в сторону теплого воздуха. Он приносит обильные кратковременные ливневые осадки, часто со шквалистыми ветрами и грозами, и похолодание.
Циклоны и антициклоны
В атмосфере при встрече двух воздушных масс возникают крупные атмосферные вихри - циклоны и антициклоны. Они представляют плоские вихри воздуха, охватывающие тысячи квадратных километров при высоте всего 15-20 км.
Циклон - атмосферный вихрь огромного (от сотен до нескольких тысяч километров) диаметра с пониженным давлением воздуха в центре, с системой ветров от периферии к центру против часовой стрелки в Северном полушарии. В центре циклона наблюдаются восходящие потоки воздуха (рис. 15). В результате восходящих потоков воздуха в центре циклонов формируются мощные облака и выпадают атмосферные осадки.
Летом во время прохождения циклонов температура воздуха снижается, а зимой повышается, начинается оттепель. Приближение циклона вызывает пасмурную погоду и изменение направления ветра.
В тропических широтах от 5 до 25° обоих полушарий возникают тропические циклоны. В отличие от циклонов умеренных широт они занимают меньшую площадь. Тропические циклоны возникают над теплой морской поверхностью в конце лета - начале осени и сопровождаются мощными грозами, выпадением ливневых осадков и ветрами штормовой силы, обладают огромной разрушительной силой.
В Тихом океане тропические циклоны называют тайфунами, в Атлантическом - ураганами, у берегов Австралии - вилли-вилли. Тропические циклоны переносят большое количество энергии от тропических широт в направлении умеренных, что делает их важной составляющей глобальных процессов циркуляции атмосферы. За свою непредсказуемость тропическим циклонам дают женские имена (например, «Катрин», «Джульетта» и др.).
Антициклон - атмосферный вихрь огромного диаметра (от сотен до нескольких тысяч километров) с областью повышенного давления у земной поверхности, с системой ветров от центра к периферии по часовой стрелке в Северном полушарии. В антициклоне наблюдаются нисходящие потоки воздуха.
Как зимой, так и летом для антициклона характерны безоблачное небо и безветрие. Во время прохождения антициклонов погода солнечная, летом жарко, а зимой очень холодно. Антициклоны образуются над ледовыми покровами Антарктиды, над Гренландией, Арктикой, над океанами в тропических широтах.
Свойства воздушных масс определяются районами их формирования. При их перемещении из мест своего формирования в другие они постепенно меняют свои свойства (температуру и влажность). Благодаря циклонам и антициклонам между широтами осуществляется обмен теплом и влагой. Смена циклонов и антициклонов в умеренных широтах приводит к резким изменениям погоды.
Погодой называют состояние нижнего слоя атмосферы в данное время и в данном месте.
Ее самая характерная особенность – изменчивость, нередко в течение суток погода меняется несколько раз.
Резкие изменения в погоде чаще всего связаны со сменой воздушных масс.
Воздушная масса – это огромный движущийся объем воздуха с определенными физическими свойствами: температурой, плотностью, влажностью, прозрачностью.
Нижние слои атмосферы, соприкасаясь с подстилающей поверхностью, приобретают некоторые ее свойства. Над разогретой поверхностью формируются теплые воздушные массы, над охлажденной – холодные. Чем дольше воздушная масса находится над поверхностью, с которой испаряется влага, тем больше становится ее влажность.
В зависимости от места формирования воздушные массы подразделяют на арктические, умеренные, тропические, экваториальные. Если формирование воздушных масс происходит над океаном, их называют морскими. Зимой они очень влажные и теплые, летом – прохладные. Континентальные воздушные массы имеют малую относительную влажность, более высокие температуры и отличаются сильной запыленностью.
Россия расположена в умеренном поясе, поэтому на западе преобладают морские умеренные воздушные массы, а над большей частью остальной территории – континентальные. За Северным полярным кругом формируются арктические воздушные массы.
При соприкосновении различных воздушных масс в тропосфере возникают переходные области – атмосферные фронты, длина их достигает 1000 км, а высота – нескольких сотен метров.
Теплый фронт образуется при активном движении теплого воздуха в сторону холодного. Тогда легкий теплый воздух натекает на отступающий клин холодного воздуха и поднимается по плоскости раздела. При подъеме он охлаждается. Это приводит к конденсации водяных паров и возникновению перистых и слоисто-дождевых облаков, а затем к выпадению осадков.
При приближении теплого фронта за сутки появляются его предвестники – перистые облака. Они плывут, как перья, на высоте 7-10 км. В это время атмосферное давление понижается. С приходом теплого фронта обычно связаны потепление и выпадение обложных, моросящих осадков.
Холодный фронт образуется при перемещении холодного воздуха в сторону теплого. Холодный воздух, как более тяжелый, подтекает под теплый и выталкивает его вверх. При этом возникают слоисто-кучевые дождевые облака, громоздящиеся, как горы или башни, а осадки из них выпадают в виде ливней со шквалами и грозами. С прохождением холодного фронта связаны похолодание и усиление ветра.
На фронтах иногда образуются мощные завихрения воздуха, аналогично водоворотам при встрече двух потоков воды. Размеры этих воздушных завихрений могут достигать 2–3 тыс. км в поперечнике. Если давление в их центральных частях ниже, чем по краям, – это циклон.
В центральной части циклона воздух поднимается и растекается к его окраинам.При подъеме воздух расширяется, охлаждается, конденсируются водяные пары и возникает облачность. При прохождении циклонов обычно наступает пасмурная погода с выпадением дождей летом и со снегопадами зимой. Циклоны обычно перемещаются с запада на восток со средней скоростью около 30 км/ч, или 700 км в сутки.
Тропические циклоны отличаются от циклонов умеренных широт меньшими размерами и исключительно бурной погодой. Диаметр тропических циклонов обычно 200–500 км, давление в центре опускается до 960–970 гПа. Им сопутствуют ураганные ветры до 50 м/с, причем ширина штормовой зоны достигает 200–250 км. В тропических циклонах образуются мощные облака и выпадают обильные осадки (до 300–400 мм в сутки). Характерная особенность тропических циклонов – наличие в центре небольшой, с поперечником около 20 км, области затишья с ясной погодой.
Если, наоборот, давление повышено в центре, то этот вихрь называют антициклоном. В антициклонах отток воздуха у поверхности Земли происходит от центра к краям, направляясь по движению часовой стрелки. Одновременно с оттоком воздуха из антициклона в его центральную часть поступает воздух из верхних слоев атмосферы. Он при опускании нагревается, поглощая водяной пар, и облачность рассеивается. Поэтому в районах, где появляются антициклоны, устанавливается ясная, безоблачная погода со слабыми ветрами, жаркая летом и холодная зимой.
Антициклоны охватывают большие площади, чем циклоны. Они более устойчивы, двигаются с меньшей скоростью, медленнее разрушаются, часто долго задерживаются на одном месте. С приближением антициклона атмосферное давление повышается. Этот признак следует использовать при предсказании погоды.
По территории России непрерывно проходят серии циклонов и антициклонов. С этим и связана изменчивость погоды.
Синоптическая карта – карта погоды, составляемая на определенный срок. Составляется она несколько раз в день на основании данных, получаемых от сети метеорологических станций Гидрометеорологической службы России и зарубежных стран. На этой карте цифрами и условными знаками показаны сведения о погоде – давление воздуха в миллибарах, температура воздуха, направление и скорость ветра, облачность, положение теплых и холодных фронтов, циклоны и антициклоны, характер осадков.
Для прогнозирования погоды сопоставляют карты (например, на 3 и 4 ноября) и устанавливают изменения в положении теплых и холодных фронтов, смещения циклонов и антициклонов и характер погоды в каждом из них. В настоящее время для уточнения предсказаний погоды широко используют космические станции.
Признаки устойчивой и ясной погоды
1. Давление воздуха высокое, почти не меняется или медленно повышается.
2. Резко выражен суточный ход температуры: днем жарко, ночью прохладно.
3. Ветер слабый, к полудню усиливается, вечером утихает.
4. Небо весь день безоблачно или покрыто кучевыми облаками, исчезающими к вечеру. Относительная влажность воздуха снижается днем и возрастает к ночи.
5. Днем небо ярко-синее, сумерки короткие, звезды слабо мерцают. Вечером заря желтая или оранжевая.
6. Сильные росы или иней ночью.
7. Туманы над низинами, усиливающиеся ночью и исчезающие днем.
8. Ночью в лесу теплее, чем в поле.
9. Дым из печных труб и костров поднимается вверх.
10. Ласточки летают высоко.
Признаки неустойчивой ненастной погоды
1. Давление резко колеблется или непрерывно понижается.
2. Суточный ход температуры выражен слабо или с нарушением общего хода (например, ночью температура повышается).
3. Ветер усиливается, резко меняет свое направление, движение нижних слоев облаков не совпадает с движением верхних.
4. Облачность возрастает. На западной или юго-западной стороне горизонта появляются перисто-слоистые облака, которые распространяются по всему небосводу. Они сменяются высокослоистыми и слоисто-дождевыми облаками.
5. С утра душно. Кучевые облака растут вверх, превращаясь в кучево-дождевые, – к грозе.
6. Утренние и вечерние зори красные.
7. К ночи ветер не стихает, а усиливается.
8. Вокруг Солнца и Луны в перисто-слоистых облаках возникают светлые круги (гало). В облаках среднего яруса – венцы.
9. Утренней росы нет.
10. Ласточки летают низко. Муравьи прячутся в муравейники.
Смежные воздушные массы разделены между собой сравнительно узкими переходными зонами, сильно наклоненными к земной поверхности. Эти зоны носят название фронтов.
Длина таких зон - тысячи километров, ширина - лишь десятки километров. Вверх фронты распространяются на несколько километров, нередко до самой стратосферы. При этом теплая масса лежит над холодной.
Фронты разделяющие основные воздушные массы, называют главными фронтами .
К ним относятся арктический (антарктический) - между арктическим (антарктическим) воздухом и воздухом умеренных широт;
полярный - между воздухом умеренных широт и тропическим;
тропический - между тропическим и экваториальным воздухом.
Кроме главных фронтов, существуют вторичные фронты , разделяющие несколько различающиеся объемы воздуха внутри одной и той же воздушной массы.
Если более теплая воздушная масса натекает на более холодную, то фронт между ними называют теплым . Если же наоборот, холодный воздух клином продвигается под теплый, то фронт называют холодным .
С фронтами связаны особые явления погоды. Восходящие движения воздуха в зонах фронтов приводят к образованию обширных облачных систем, из которых выпадают осадки на больших площадях. Огромные атмосферные волны, возникающие в воздушных массах по обе стороны от фронта, приводят к образованию крупномасштабных атмосферных возмущений вихревого характера с пониженным и повышенным давлением - циклонов и антициклонов , определяющих режим ветра и другие особенности погоды (рис. 2.1 в конце).
Интенсивная циклоническая деятельность является основной особенностью атмосферной циркуляции во внетропических и особенно в средних широтах.
Циклонической деятельностью называют постоянное возникновение, развитие и перемещение в атмосфере внетропических широт циклонов и антициклонов.
Циклоном называют область пониженного давления. Минимальное давление наблюдается в центре циклона, а к его периферии оно возрастает.
Циклоны возникают на атмосферных фронтах. В циклон вовлекаются обе воздушные массы, разделяемые фронтом. На поверхности фронта возникают волны, причем более теплая масса, вторгаясь в более холодную область, двигается вперед и наступает на холодный воздух, образуя теплый фронт. В тылу теплой массы наступает холодный воздух, вытесняя теплый воздух вверх - создается холодный фронт.
Постепенно волна развивается и вокруг центра циклона возникает вращательное движение воздуха, направленное в северном полушарии против часовой стрелки. В центре циклона вследствие развития восходящих движений воздуха давление все более понижается.
При прохождении теплого и холодного фронтов наблюдается определенная смена форм облаков. Приближение теплого фронта обнаруживается по появлению нитевидных перистых облаков, которые затем переходят в перисто-слоистые, высокослоистые и, наконец, в слоисто-дождевые, дающие обложные осадки. На холодном фронте образуется кучево-дождевые облака, выпадают ливневые осадки, усиливается ветер. Между двумя фронтами в циклоне находится сектор теплого воздуха. Обычно холодный фронт движется быстрее теплого и через несколько дней догоняет его, образуя сложный фронт окклюзии (смыкания). Процесс развития циклона на этом заканчивается. Диаметр ра звитого циклона может достигать 1000-1500 км (рис. 2.2 в конце).
Циклон перемещается примерно в направлении движения теплой воздушной массы. В умеренных широтах северного полушария это движение обычно происходит на восток или северо-восток. Летом циклоны движутся со скоростью 400-800 км в сутки, а зимой - до 1000 км в сутки.
Область повышенного давления называется антициклоном . Максимум давления находится в центре антициклона, к периферии давление понижается. Антициклон охватывает территории диаметром 2-3 тыс. км и более. В связи с нисходящими движениями воздуха, развивающимися в центральной части антициклона, здесь создается сухая, ясная или малооблачная погода. Ветер в центральной части антициклона обычно слабый. В северном полушарии воздух у земной поверхности в антициклоне движется по часовой стрелке (рис 2.3, 2.4).
Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Подписи к слайдам:
Движение воздушных масс. Атмосферные фронты. Циклоны и антициклоны.
Теплый атмосферный фронт
Холодный фронт
Холодный фронт Тёплый фронт 1. Образуется при вторжении холодного воздуха в область, занятую тёплым. 2. Проникает клином, выталкивая ТВ вверх. 3. Погода меняется быстро. Ливень, гроза, шквалистый ветер. 4. После прохождения фронта похолодание. Образуется при вторжении тёплого воздуха в область, занятую холодным. 2. Поднимается плавно над ХВ, оттесняя его. 3. Погода меняется постепенно, идут затяжные дожди. 4. После прохождения фронта -- медленное потепление. Атмосферный фронт -это полоса, разделяющая разные по своим свойствам воздушные массы
Циклоны Антициклоны Атмосферный вихрь с низким давлением в центре Атмосферный вихрь с высоким давлением в центре Движение воздуха от окраин к центру против часовой стрелки Движение воздуха от центра к окраинам по часовой стрелке В центре-восходящее движение воздуха В центре-нисходящее движение воздуха Погода изменчивая, ветреная, облачная, с осадками. Погода устойчивая, безветрен- ная, безоблачная, без осадков. Летом -тёплая, зимой - морозная.
Синоптическая карта 1.Какое время года изображено на карте? 2. Где на территории страны самое низкое давление? 3. Сколько циклонов (антициклонов) зафиксировано на карте? 4. Где отмечается наиболее низкая температура и чему она равна? 5. Какое состояние неба преобладает над страной? 6. Где над территорией страны отмечается безоблачное небо? 7. Для чего составляются синоптические карты?
По теме: методические разработки, презентации и конспекты
Представлена презентация по теме: "Классификация химических реакций" в 8 классе. Рассмотрены вопросы: 1.Что такое химические реакции? ...
Опыт возник и осуществляется в условиях общеобразовательной средней школы № 4 г. Лабинска Лабинского района.В течении 3 лет систематизировался материал по применению видеометодов (мультимедийных...
Данная презентация может быть использована учителем для объяснения нового материала по теме Сокращение алгебраических дробей по учебника А.Г. Мордковича Алгебра 7 класс...