Климат и факторы климатообразования

Климат – многолетний режим погоды в той или иной местности. Климат – это результат климатообразующих процессов, непрерывно протекающих в атмосфере. К. определяется, главным образом, поступлением лучистой энергии Солнца на подстилающую поверхность и в атмосферу (точнее ее приходно-расходным балансом), а также различиями, обусловленными распределением суши и океана. На К. воздействуют и многие другие географические факторы.

Климатообразующие факторы подразделяют на ведущие и ведомые. К ведущим относят радиационный и циркуляционный факторы, а к ведомым – орографический и характер подстилающей поверхности.

Радиационный фактор – количество солнечной энергии, получаемое территорией. Радиационный режим территории характеризуют через суммарную солнечную радиацию и радиационный баланс. На климатические условия оказывают влияние их годовые величины и сезонные изменения.

Количество поступающей солнечной радиации определяется, прежде всего, географической широтой. Шарообразная форма нашей планеты определяет широтную закономерность изменения угла падения солнечных лучей от экватора к полюсам. К полюсам высота Солнца над горизонтом уменьшается, скользящие лучи распределяются на большую площадь и, на единицу площади приходится меньшее количество солнечной энергии. Поэтому от экватора к полюсам годовая величина радиационного баланса уменьшается. Величина суммарной солнечной радиации так же изменяется широтно, но на ее величину большое влияние оказывают и другие факторы. И, прежде всего – подстилающая поверхность и, связанная с ней, прозрачность воздушных масс для солнечных лучей.

Количество солнечной энергии определяет степень нагрева земной поверхности, от которой, в свою очередь, нагревается воздух, что и определяет температуру воздуха и влияет на величину атмосферного давления.

Вследствие вращения Земли вокруг Солнца, в течение года происходит изменение угла падения солнечных лучей, что сказывается на величине солнечной радиации и определяет выделение термических сезонов года: зимы, весны, лета, осени.

Под циркуляционным фактором понимают характер господствующих ветров и типы воздушных масс (Вм), которые они несут. Ветер – это горизонтальное перемещение Вм в нижних слоях тропосферы из области высокого давления в область низкого давления.

В связи с неравномерным нагревом поверхности земного шара, формируется 7 зон, отличающихся величиной атмосферного давления: экваториальная зона пониженного давления; 2 зоны повышенного давления над тридцатыми широтами (по 1 в каждом полушарии); 2 зоны пониженного давления в умеренных широтах (по 1 в каждом полушарии); 2 зоны повышенного давления над полюсами (северным и южным). Между этими областями развивается постоянный обмен Вм, т.е. формируется система постоянных ветров: пассатная циркуляция в тропических широтах, западный перенос в умеренных широтах, северо-восточный и юго-восточный постоянные ветры высоких широт в приполюсных областях.

Схема распределения давления и ветров на земном шаре.

 

В приокеанических секторах преобладают морские Вм, во внутриконтинентальных секторах – континентальные Вм. С морскими Вм связана пасмурная, дождливая погода, с континентальными Вм – ясная сухая погода.

В зоне столкновения Вм формируются атмосферные фронты, с которыми всегда связана ветреная, ненастная с осадками погода.

Орографический фактор – это абсолютная высота территории и наличие горных преград на пути движения Вм. На наветренных склонах гор всегда выпадают значительно больше атмосферных осадков, чем на подветренных склонах и на равнинах, лежащих за горами. От абсолютной высоты зависит годовой ход температуры, т.к. с подъемом вверх на каждый километр, температура понижается на 6 ⁰.

Подстилающая поверхность. При характеристике макроклиматических различий в пределах материка, учитывают только степень удаленности от побережий и характер морских течений у побережий. Приокеанические области отличаются более равномерным ходом температур в течение года, малой годовой амплитудой температур, большим количеством осадков. Для внутриконтинентальных областей характерны: четкая сезонная ритмика, большие годовые амплитуды температур, снижение годового количества атмосферных осадков, увеличение доли летних дождей.

Теплые течения повышают температуру воздуха в прибрежных районах (особенно ярко это проявляется в зимнее время в умеренном и субарктическом климатических поясах), увеличивают количество атмосферных осадков. Холодные течения снижают температуру воздуха и количество атмосферных осадков.

Влияние морских течений. С теплыми течениями связано повышение температуры воздуха в прибрежных районах и усиление выпадения осадков. Над теплыми течениями, как более нагретыми поверхностями, возрастает испарение, в воздух поступает больше водяного пара и, следовательно, количество атмосферных осадков возрастает.

Холодные течения, наоборот, препятствуют выпадению осадков. Это обусловлено устойчивой стратификацией атмосферы над ними.

Географическая широта (или радиационный фактор) как географический фактор формирования климата

Радиационный фактор – количество солнечной энергии, получаемое территорией. Радиационный режим территории характеризуют через суммарную солнечную радиацию и радиационный баланс. На климатические условия оказывают влияние их годовые величины и сезонные изменения.

Количество поступающей солнечной радиации определяется, прежде всего, географической широтой. Шарообразная форма нашей планеты определяет широтную закономерность изменения угла падения солнечных лучей от экватора к полюсам. К полюсам высота Солнца над горизонтом уменьшается, скользящие лучи распределяются на большую площадь и, на единицу площади приходится меньшее количество солнечной энергии. Поэтому от экватора к полюсам годовая величина радиационного баланса уменьшается. Величина суммарной солнечной радиации так же изменяется широтно, но на ее величину большое влияние оказывают и другие факторы. Прежде всего – подстилающая поверхность и, связанная с ней, прозрачность воздушных масс для солнечных лучей.

Поступающая на Землю солнечная радиация предопределяет степень нагрева земной поверхности, от которой, в свою очередь, нагревается воздух, и других, уже косвенно зависящих от нее элементов (атмосферного давления, испарения и др.). Поэтому солнечная радиация рассматривается как самый главный фактор климатообразования.

Вследствие вращения Земли вокруг Солнца, в течение года происходит изменение угла падения солнечных лучей, что сказывается на величине солнечной радиации и определяет выделение термических сезонов года: зимы, весны, лета, осени.

Распределение солнечной радиации по широтам, в ккал/ см ².

Широта	Суммарная радиация за год	Радиационный баланс за год	Суммарная радиация, ккал/см2 в месяц		Радиационный баланс, ккал/см2 в месяц
			лето	зима	лето	зима
0-20°	180-160	80-100	8-20	10-12	8-6	8-4
20-40°	160-120	80-60	20-14	12-6	8-12	4-1
40-60°	120-80	60-20	14-16	4-1	12-6	-2-0
60-90°	Менее 80	Менее 20	12	Менее 1	6	Менее 2

 

 

 

Годовое количество суммарной солнечной радиации в ккал/см² год (по Власовой).

 

Радиационный баланс земной поверхности за год в ккал/см² год (по Власовой).

 

Циркуляционный фактор формирования климата

Под циркуляционным фактором понимают господствующие ветры и несомые ими Вм.

Неравномерность поступления солнечной радиации в те или иные регионы Земли служит главной причиной циркуляции Вм атмосферы с образованием циклонов и антициклонов. Циркуляция атмосферы – важнейший климатообразующий процесс, способствующий переносу тепла и влаги из одних регионов в другие и определяющий характер климата в любой точке поверхности земного шара. Существование циркуляции атмосферы обусловлено, главным образом, неоднородным распределением атмосферного давления, вызванным в основном различным притоком солнечной радиации в тех или иных широтах, различными физическими свойствами земной поверхности (суша, море и лед), а также отклоняющим влиянием вращения Земли на воздушные потоки. Совокупность этих причин определяет местонахождение и перемещение постоянных и сезонных центров действия атмосферы, т.е. обширных областей атмосферы с преобладанием антициклонов (областей повышенного атмосферного давления) или циклонов (областей с пониженным атмосферным давлением). Размещение центров действия атмосферы отражает наиболее устойчивые особенности общей циркуляции атмосферы. Атмосферное давление само по себе не имеет большого непосредственного значения для климатов, но косвенное его значение нельзя недооценивать. В результате неравномерного распределения атмосферного давления возникает движение воздуха относительно земной поверхности. Это движение не что иное, как ветер.

Ветер – это горизонтальное перемещение воздуха в нижних слоях тропосферы из области высокого атмосферного давления в область низкого атмосферного давления.

Наблюдается неоднородное распределение атмосферного давления по широтам. В экваториальных широтах формируется зона пониженного атмосферного давления. Над тридцатыми широтами в северном и южном полушариях образуются зоны повышенного атмосферного давления. Для умеренных широт характерны зоны пониженного атмосферного давления. Над полюсами (северным и южным) формируются зоны повышенного атмосферного давления. Их наличие обусловливает развитие планетарной системы воздушных течений. К ним относятся: пассатная циркуляция в тропических широтах; западный перенос в умеренных широтах; северо-восточные и юго-восточные постоянные ветры высоких широт в приполюсных областях.

Существование постоянных центров действия определяет формирование постоянных ветров. Для тропического пояса характерна пассатная циркуляция.

Схема распределения давления и ветров на Земле

 

Пассат – это постоянный ветер тропических широт, его возникновение связано с оттоком воздуха из области высокого давления над тридцатыми широтами в область экваториальной депрессии. Область экваториальной депрессии устанавливается над термическим экватором – это зона внутритропической конвергенции, т.е. схождения пассатов северного и южного полушарий. Термический экватор перемещается вслед за смещением зенитального положения Солнца. Одновременно на его положение оказывают влияние, формирующиеся под влиянием сильного прогрева в летний период над внутренними районами материков, сезонные области пониженного давления.

Под воздействием силы Кориолиса пассаты в северном полушарии имеют северо-восточное направление, в южном полушарии – юго-восточное. Пассаты тропической зоны характеризуются удивительным постоянством направления и относительно равномерной скоростью. Поэтому в тропических широтах образуется пояс восточных ветров. Зона тропических восточных ветров по обе стороны экватора, включая и внутритропическую зону конвергенции, занимает наибольшую по сравнению с остальными звеньями общей циркуляции атмосферы площадь.

Для внетропической зоны характерен западный перенос воздуха и в этих широтах формируется поле западных ветров. Западные ветры – это постоянные ветры умеренных широт. Их формирование обусловлено падением температуры воздуха и атмосферного давления от субтропиков (области высокого давления над тридцатыми широтами) к субполярным широтам. Меридианально направленные (вследствие существования барического градиента) воздушные течения отклоняются силой Кориолиса вправо в северном полушарии и влево – в южном, т.е. в обоих случаях с запада на восток. Зона западного переноса Вм отличается интенсивной циклонической деятельностью.

Зоны общей циркуляции меняют свое положение в соответствии с годовым ходом высоты Солнца, что является причиной устойчивого чередования преобладающих направлений ветра на окраинах этих зон. Хотя их смещение и незначительно, но оно играет большую роль в формировании климатических условий переходных климатических поясов (субарктического, субтропического, субэкваториального).

Ветер – одно из основных понятий метеорологии. Различают прямое воздействие ветра: рельефообразующий фактор, влияет на форму растений, способствует переносу семян растений, вызывает морские течения, регулирует дальность распространения морских и материковых влияний и т.д. Но большее значение, чем прямое воздействие ветра, имеют его косвенные эффекты, ибо именно ветру мы обязаны сменами погоды, связанными с перемещением различных Вм с их разнообразными свойствами.

Воздушные массы (Вм) – это относительно однородные части тропосферы, соизмеримые с большими частями материков и океанов и обладающие определенными общими свойствами (температурой, влажностью, давлением и др.), их формирование происходит над однородной подстилающей поверхностью в однородных радиационных условиях. Перемещаются Вм как целое в одном из течений общей циркуляции атмосферы (что в значительной степени определяет изменение погоды) и отделяются друг от друга атмосферными фронтами.

По происхождению различают: арктические (антарктические), умеренные, тропические и экваториальные Вм с подразделением их (кроме экваториальных) на морской и континентальный типы.

В зоне столкновения Вм формируются атмосферные фронты, с которыми всегда связана ветреная, ненастная с осадками погода.

Фронтальные зоны обладают большой неустойчивостью атмосферы. Для арктического и полярного атмосферных фронтов характерно образование циклонов, крупных атмосферных вихрей. Циркуляция воздуха в вихрях направлена в северном полушарии против, а южном – по часовой стрелке, с отклонением к центру циклона в нижних слоях атмосферы. В различных частях циклона отмечаются значительные температурные контрасты. Прохождение циклонов обычно сопровождается усилением облачности и осадков, изменением температуры воздуха и резкой сменой погоды.

Схема развития фронтального циклона (по С.П. Хромову)

 

Во внутритропической зоне конвергенции (зоны столкновения в атмосфере пассатов северного и южного полушарий, или пассата и экваториального муссона) наблюдаются сильные восходящие токи воздуха, приводящие к образованию мощной облачности и выпадению обильных ливневых осадков.

Влияние подстилающей поверхности на климат

Подстилающая поверхность как фактор климатообразования обнаруживается в распределении суши и океана. Контраст между морем и сушей проявляется как основной для большинства элементов климата. Поверхности суши и воды обладают разной способностью к поглощению, сохранению и отдаче тепла; испарению влаги и т.п. Различают морские и континентальные климаты. Континентальный климат характерен для внутренних областей Евразии и отличается от морского большей годовой и суточной амплитудой температуры воздуха, меньшей облачностью, относительно небольшим количеством осадков, большей запыленностью атмосферы. Морской климат формируется в условиях преобладающего влияния на атмосферу океанических пространств. Распространен над теми частями материков, которые находятся под сильным воздействием Вм океанического происхождения (например, над Западной Европой). Морской климат отличается сравнительно небольшими колебаниями температуры и значительным влагосодержанием воздуха, прохладным летом и мягкой зимой (в умеренных широтах), большей облачностью, вызванной интенсивной циклонической деятельностью, сильными ветрами.

Распределение суши и моря особенно большую роль играет в формировании климатов северных материков, расположенных большей частью в тех широтах, где количество тепла сильно изменяется по сезонам. С западными ветрами Вм, сформировавшиеся над океанами, проникают на территорию континентов. Летом они несколько понижают температуру прибрежных районов, но довольно быстро прогреваются над теплой поверхностью земли. Зимой теплый и влажный мУВ в циклонах проникает в глубь суши, температуры зимних месяцев на западе континентов оказываются аномально высокими и убывают при движении на восток. Западные побережья Северной Америки и Евразии получают зимой большое количество осадков.

Климаты восточных окраин Северной Америки и Евразии также формируются под сильным влиянием океанов. Неравномерное нагревание воды и суши в условиях большой разницы температур зимнего и летнего сезонов способствует возникновению муссонной циркуляции. Восточная Азия является классической областью муссонов. Муссон – ветер, дважды в год меняющий свое направление из-за разницы давления над сушей и океаном. Летние влажные (океанические) муссоны обычно направлены с океана на сушу, зимние (континентальные) муссоны – с суши на океан. Именно на восточных побережьях Евразии соседствует самый крупный материк со своеобразным «ячеистым» рельефом и самый обширный океан, и это соседство определяет резкую смену барического поля и направления воздушных потоков по сезонам.

Большое климатообразующее значение для Северной Америки имеет Гудзонов и Мексиканский заливы. Гудзонов залив, который называют «мешком со льдом», глубоко вдается в континент на севере (почти до 55⁰ с.ш.). От Мексиканского залива, одного из самых теплых на Земле (даже зимой температура поверхностных вод у берегов Северной Америки – +18+20⁰С), его отделяет расстояние менее 2500 км. Вм, которые формируются над этими водными поверхностями, обладают резко различающимися свойствами. При их контакте образуются весьма активные фронтальные зоны.

Подстилающая поверхность, как фактор климатообразования, это и характер морских течений у берегов материков. Большое значение для формирования климатов Южных материков имеет влияние омывающих их океанов, где имеются сходные системы циркуляции водных масс. В тропических широтах вдоль западных берегов всех трех континентов проходят холодные течения: Перуанское, Бенгельское, Канарское, Западно-Австралийское, а вдоль восточных – теплые: Гвианское, Бразильское, Мозамбикское, Игольного мыса, Восточно-Австралийское.

Холодные течения способствуют тому, что Вм, перемещающиеся по восточной периферии субтропических максимумов из высоких широт в низкие, долго сохраняют свои свойства и в них развивается мощный инверсионный слой (слой пониженных температур в приземном слое), который препятствует конвекции. Вдоль западных берегов материков формируется полоса аридного тропического климата. Над теплыми течениями у восточных побережий материков воздух из низких широт и без того насыщенный влагой, получает дополнительные порции водяного пара, становится неустойчиво стратифицированным, и приподнятые восточные окраины всех трех тропических материков получают довольно много осадков.

Теплое Северо-Атлантическое течение за год отдает берегам Британии и Скандинавии от 20 до 40 ккал/см², что составляет 1/2 – 1/3 годовых значений суммарной солнечной радиации.

Влияние морских течений на климат

Подстилающая поверхность, как фактор климатообразования, это и характер морских течений у берегов материков.

В береговых зонах материков температурный режим территорий, увеличение или сокращение количества атмосферных осадков зависит от характера морских течений.

С теплыми течениями связано повышение температуры воздуха в прибрежных районах (особенно ярко это проявляется в зимнее время в умеренном и субарктическом климатических поясах) и усиление выпадения осадков. Над теплыми течениями, как более нагретыми поверхностями, возрастает испарение, в воздух поступает больше водяного пара и, следовательно, количество атмосферных осадков возрастает.

Холодные течения, наоборот, препятствуют выпадению осадков. Это обусловлено следующими моментами: при прохождении над холодным течением снижается температура нижних слоев воздуха в воздушной массе (в них развивается мощный инверсионный слой – слой пониженных температур в приземном воздухе), который препятствует конвекции и она приобретает устойчивую стратификацию, т.е. внизу воздух тяжелый холодный, а вверху – легкий теплый. Поэтому внутри воздушной массы приостанавливается вертикальное перемешивание воздуха и становится невозможным снижение его температуры до точки росы. Тем самым не происходит его полного насыщения, и атмосферные осадки не могут образоваться, хотя относительная влажность составляет примерно 80%. Холодные течения также снижают температуру воздуха.

Влияние рельефа местности на климат

Орография местности существенно влияет на К. многих районов суши, поскольку экспозиционные различия склонов и барьерная (по отношению к преобладающим воздушным потокам) роль горных хребтов вызывает различные местные различия в распределении воздушных течений, температуры воздуха, облачности, осадков.

Основу поверхности Евразии составляют большие и малые, замкнутые и полузамкнутые котловины. В них создаются условия для формирования климатов с хорошо выраженными картами чертами континентальности. Поэтому степень континентальности климатов материка весьма высока. Здесь наблюдаются высокие годовые амплитуды температур, небольшое количество осадков, в режиме которых чаще преобладает летний максимум. Черты континентальности проявляются в котловинах, даже расположенных недалеко от океана, в зоне западного переноса воздуха умеренных широт. На территории Верхнерейнской котловины годовые амплитуды температур достигают 20-25⁰С, а количество осадков не превышает 500-600 мм с летним максимумом, в то время, как в соседних районах (Шварцвальд, Вогезы) преобладают черты, типичные для морских климатов.

По иному проявляется климатообразующая роль орографической структуры рельефа на территории Северной Америки. Наличие горных барьеров по западной и восточной окраинам – главная особенность материка в этом отношении. По центру континента расположена полоса равнин. Над ними между горными поднятиями даже в зимнее время формируется барическая ложбина (полоса пониженного атмосферного давления). В нее затягивается воздух из высоких и низких широт, образуются фронты, происходит формирование циклонов. Это ослабляет степень континентальности внутриматериковых климатов.

Определенное влияние на климаты оказывает барьерная роль гор. Субмеридионально вытянутые горные хребты в умеренных широтах, способствуют трансформации воздуха, перемещающегося с океанов на сушу. Кордильеры, Скандинавские горы, отрезок Анд в умеренном поясе существенно меняют характер воздействия западного переноса на климаты территорий, находящихся восточнее этих горных систем. Переваливая через горные хребты мУВ прогревается и иссушается, трансформируется из морского в континентальный.

Субширотный горный пояс Евразии – Альпийско-Гималайский – расположен ближе к южным побережьям. Горные системы этого пояса играют барьерную роль для экваториальных муссонов на юге и юго-востоке и для меридионального переноса вм на остальной территории. Меридиональный перенос затрудняется и горными системами Центральной Азии и юга Сибири, вытянутыми также субширотно.

Существенные различия в климатах экваториально-тропических широт южных материков, в значительной степени зависят от разного строения поверхности этих континентов. По востоку Австралии располагается горная система Большого Водораздельного хребта, на восточных склонах которой выпадает большое количество осадков, приносимых мТВм с пассатными ветрами, перевалив через хребты и, опускаясь во внутренние, сильно прогретые равнины Австралии, они нагреваются, удаляются от точки насыщения и выпадение осадков становится невозможным. Это является одной из важнейших причин сухости Австралии. Материк Южной Америки, наоборот, открыт восточным ветрам и атлантические Вм, насыщенные влагой, свободно входят на материк. С их продвижением на запад связано постепенное уменьшение осадков. Вдоль тихоокеанского побережья Южной Америки расположена одна из самых протяженных и высоких горных систем материков – Анды. Анды в экваториально-тропических широтах «запирают» Вм и не выпускают их с материка не «выжав» их до конца (Вм приходится подниматься на большую высоту – средняя высота Анд 5000 м, при этом происходит их охлаждение, когда температура снижается до точки росы, начинаются процесса конденсации и выпадают орографические дожди). Поэтому Южная Америка – самый влажный материк планеты.

Литература

1. Зубащенко Е.М. Региональная физическая география. Климаты Земли: учебно-методическое пособие. Часть 1. / Е.М. Зубащенко, В.И. Шмыков, А.Я. Немыкин, Н.В. Полякова. – Воронеж: ВГПУ, 2007. – 183 с.