6.2 Основные характеристики погоды и климата

Характеристики состояния атмосферы, то есть погода и климат, опре­деляются путём непосредственных постоянных наблюдений на метеороло­гических станциях за солнечной радиацией, давлением, температурой, ат­мосферными осадками, влажностью воздуха и другими метеорологическими явлениями и процессами (туманами, грозами и др.). Главным источником всех климатообразующих процессов, а также формирования погоды и климата является солнечная радиация - излучение Солнца, распространяющееся в пространстве в виде электромагнитных волн со скоростью 300.000 км/с. Поскольку в течение года, суток высота Солнца не постоянна, то не постоянно и количество тепла, получаемого от него поверхностью Земли. Естественно, эти колебания больше на высоких широтах и меньше на низких. В горах с высотой местности интенсивность радиации повышается.

Следует различать прямую солнечную радиацию, которая проникает на Землю через атмосферу, не рассеиваясь, и рассеянную. Вместе они составляют суммарную радиацию. Соотношение между прямой и рассеянной радиацией меняется в значительных пределах в зависимости от облачности, высоты Солнца, запыленности атмосферы. Часть солнечной радиации отражается обратно в атмосферу. Эта величина называется альбедо. Наибольшей отражательной способностью обладает снег.

Тепловой режим подстилающей поверхности и воздуха весьма разно­образен. Максимальные температуры любой поверхности Земли (песка, воды, хвойного леса, пашни и т. д.) наблюдаются после 13 ч, а минимальные - примерно в момент восхода Солнца. Облачность же нарушает этот обычный в ясный день ход температуры в течение суток. Температура земной поверхности зависит от широты местности, характера ландшафта. Например, температура почвогрунтов под пашней зависит от их теплоёмкости и теплопроводности. Если на поверхности почвы максимальная температура наблюдается в 13 ч, то на глубине 10 см максимум её наступает около 16 ч, на глубине 20 см — около 19 ч и т.д. В течение суток наступление максимальных и минимальных температур с глубиной запаздывает примерно на 3 ч на каждые 10 см.

На суточный и годовой ход температуры воздуха в приземном слое влияют широта местности, характер подстилающей поверхности и её физические свойства. Например, наибольшая суточная амплитуда температуры наблюдается в субтропических широтах, а наименьшая — в полярных. Годовой ход температуры воздуха зависит в первую очередь от широты. От экватора к полюсам годовая амплитуда колебаний температуры воздуха увеличивается. Например, если над экватором годовая амплитуда над сушей составляет всего 10° (над океаном 1°), то в умеренном поясе над океаном — 10°, в центре материка до 60° — в Якутии.

Атмосфера оказывает давление на каждый квадратный метр земной поверхности, лежащей на уровне океана, - 10 333 кг. Такое давление, которое уравновешивается столбиком ртути высотой 760 мм, и принято считать нормальным. В системе СИ единица измерения давления — Паскаль (Па); 1 мм ртутного столба = 133,32 Па; нормальное давление — 101 325 Па. С высотой давление убывает закономерно. Так, на высоте 5 км оно в 2 раза меньше, чем на уровне океана, на высоте 10 км - в 4 раза, на высоте 15 км — в 8 раз. На земной поверхности наблюдается очень сложное распределение давления, определяемое с помощью изобар (линий, соединяющих точки с одинаковым давлением). Система замкнутых изобар с пониженным давлением в центре называется циклоном, а с повышенным давлением в центре — антициклоном.

Основная причина изменения давления — перемещение воздуха, его отток из одного места и приток в другое. Это перемещение связано с различным характером подстилающей поверхности, её различным нагревом. Неравномерный нагрев вызывает движение воздуха — его циркуляцию: подъём над нагретым участком и отток на некоторой его высоте в стороны, опускание над соседними, менее нагретыми участками. В итоге образуются теплые и холодные воздушные массы, относительно однородные по температуре и влажности и распространяющиеся на несколько тысяч километров в горизонтальном направлении и на несколько километров по высоте. Циркуляция этих воздушных масс, выражаемая циклонами и антициклонами, и определяет характер погоды и климата на земной поверхности. Например, циклоны со своей циклонической системой ветров от центра пониженного давления к периферии обусловливают неустойчивый характер погоды с осадками, сильными ветрами. Скорость движения циклона в среднем 30 км/ч, а размеры в поперечнике достигают 3.000 км.

В антициклонах преобладают нисходящие движения воздуха и в связи с ними малооблачная и сухая погода. Циклоны и антициклоны осуществляют обмен воздуха из высоких широт в низкие и наоборот, обусловливая тем самым определенный характер погоды.

Важная характеристика погоды и климата — атмосферные осадки, выпадающие в виде дождя, снега, града, крупы, мороси. Количество их из­меряется толщиной слоя воды в мм, а характер зависит от условий образования. Например, обложные осадки выпадают равномерно и долго в виде дождя из слоисто-дождевых облаков: ливневые — из кучево-слоистых облаков в виде дождя, снега, града, моросящие — из слоистых и слоисто-кучевых облаков. Различают два типа суточного хода осадков: континентальный, который имеет два максимума — утром и после полудня, и морской с максимумом ночью. Годовой ход осадков зависит от широты, относительной влажности воздуха, характера воздушных масс, рельефа и т. д. Наибольшее их количество выпадает в экваториальных широтах - до 2000 мм и год, на наветренных склонах гор (например, в Гималаях в местечке Черапунджи) - до 12.000мм в год. Меньше их выпадает в пустынях - 100 мм и менее в год. Для океана в целом баланс воды отрицателен — испарение превышает осадки; на суше — наоборот. Общий баланс выравнивается за счет стока в океан "излишков" воды.

Для оценки атмосферной увлажненности территории мало знать только годовую сумму осадков. Пользуются коэффициентом увлажнения, который представляет собой отношение суммы осадков Р к испаряемости Еза тот же период: К = (Р/Е) 100%. Обычно увлажненность выражается в процентах. Например, в полупустынной зоне К меньше 30%, в степях больше 30, но меньше 60%; больше 100% коэффициент увлажнения в экваториальных областях.