Атмосферные процессы

   Известно, что суша занимает приблизительно лишь 29% поверхности нашей планеты, океаны и моря - 71 %. Это соотношение определяет многие черты природы земного шара. Если бы площадь океана была существенно меньше, происходили бы очень резкие колебания температуры, увеличилась бы площадь пустынь и полупустынь. Большее распространение океана уменьшило бы площадь континентов и вызвало бы избыточное увлажнение значительных пространств. Соотношение площадей 29:71 в пользу океана обеспечивает разнообразие условий на суше, развитие лесных ландшафтов, степей, саванн, пустынь, большую водоносность рек.

   Чтобы понять, каким образом на зыбкой, подвижной постоянно изменяющейся поверхности океана могут сформироваться физико-географические различия, необходимо кратко рассмотреть некоторые физические, химические, геологические и биологические явления в жизни океана. Механизм формирования физико-географических различий в океане несколько иной, чем на поверхности суши. На суше, на устойчивой неподвижной поверхности, каждый год повторяется более или менее одинаковый цикл изменений погоды. Под ее влиянием формируются гидрологический режим, растительный и почвенный покров - весь природный комплекс.

   Главный источник энергии и первопричина движений в атмосфере и гидросфере - это Солнце. Оно согревает Землю в основном в низких широтах, отсюда тепло переносится в более высокие широты. Океан получает тепло, и часть его переходит в атмосферу. Различия в степени нагрева поверхности Земли порождают пространственные изменения в атмосферном давлении и ветер, который вызывает движение поверхностных слоев океана, вовлекая в него огромные массы воды с большим запасом тепла или холода. В результате океанскими течениями тепла переносится значительно больше, чем воздухом. Это связано с большой теплоемкостью воды: теплозапас всей атмосферы над океаном равен теплозапасу слоя воды толщиной всего лишь 4 м.

   Проанализируем основные черты атмосферной циркуляции над океаном. Из-за падения солнечных лучей под разным углом возникают термические контрасты между высокими и низкими широтами. Теплый, более легкий, воздух поднимается в полосе максимального нагрева, т. е. в приэкваториальных районах. Струи восходящих потоков воздуха можно наблюдать простым глазом как мощные облака вертикального развития (кучевые, кучево-дождевые и др.), особенно в послеполуденные часы. Круглый год вследствие прогрева и подъема воздуха у поверхности создается пониженное атмосферное давление. Место поднимающегося воздуха занимает воздух, приходящий к экватору из более высоких широт.

   У полюсов постоянно, особенно зимой, происходит охлаждение поверхности, а от нее и атмосферы. Давление повышается. Если бы не вращение Земли вокруг оси, то все было бы просто: над поверхностью холодный воздух от полюсов шел бы к экватору, а поднявшийся воздух двигался бы от экватора к полюсам. Вращение Земли усложняет картину. Когда поднявшийся воздух отходит от экватора, начинает действовать отклоняющая Сила вращения Земли, и потоки воздуха отклоняются в Северном полушарии вправо, в южном - влево. На широте около 30° потоки воздуха движутся уже на восток. Здесь создается скопление воздуха, обусловленное динамическими причинами. Атмосферное давление повышается. Над сушей из-за сильного летнего нагрева поверхности создаются области низкого давления, и, таким образом, сплошное кольцо высокого давления на широтах 30-40° над материком летом разрывается. Над океанами, где летний прогрев меньше, высокое давление сохраняется круглый год.

   Избыточные массы воздуха на широтах 30-40° опускаются к поверхности Земли и вдоль нее растекаются к полюсу и экватору. Та часть воздуха, что направляется к экватору,- это пассат: северо-восточный в северном полушарии, юго-восточный в южном. У экватора пассаты обоих полушарий встречаются и затухают. Здесь преобладают штиль или слабые ветры.

   Теплый воздух у экватора поглощает с поверхности океана и увлекает за собой вверх большие количества влаги. В низких широтах испаряется около 80% влаги на всем земном шаре. Поднимающийся воздух охлаждается, содержащийся в нем водяной пар конденсируется, образуются мощные облака высотой до 10 км и более, выпадают обильные дожди: либо ливни с грозами (из кучевых облаков), либо продолжительные обложные (из слоистых). Экваториальная полоса - зона обильных осадков: в год выпадает 2-4 м.

   На широтах около 30-40° опускающийся воздух из-за сжатия нагревается, его относительная влажность падает. Это зоны очень сухого воздуха и скудных осадков, порядка 100-200 мм в год. На суше здесь располагаются пустыни. Часть опустившегося воздуха движется не к экватору, а в более высокие широты. Иногда, особенно летом, он проникает в виде потока теплого тропического (морского или континентального, в зависимости от места формирования) воздуха в относительно высокие широты, например в район Москвы.

   Над полярными районами господствуют холодный воздух и высокое давление. Плотный и тяжелый арктический и антарктический воздух скатывается в зоны умеренных широт, особенно зимой. Интенсивность холодных вторжений меняется в течение года.

   В умеренных широтах под влиянием подстилающей поверхности происходит более или менее глубокое преобразование (трансформация) арктического (или соответственно антарктического) и тропического воздуха. Но иногда, особенно в годы интенсивной меридиональной циркуляции атмосферы в северном полушарии, вторгающийся арктический или тропический воздух долго сохраняет свои свойства.

   Граница, разделяющая теплые и холодные воздушные массы, т. е. атмосферный фронт умеренных широт, изменяет положение на протяжении года и даже в течение нескольких дней. На фронте образуются волнообразные изгибы, они углубляются и превращаются в гигантские воздушные вихри с пониженным атмосферным давлением в центре - циклоны, С ними связано усиленна ветра, образование облачности, выпадение осадков. Общий перенос воздуха идет в направлении с запада на восток.