Тема: Склад атмосфери та її розподіл.

Зміст:

1. Склад сухого повітря біля земної поверхні.

2. Водяна пара в повітрі.

3. Тиск водяної пари і відносна вологість.

4. Зміна складу повітря з висотою.

5. Розподіл озону в атмосфері.

6. Рідкі і тверді домішки в атмосферному повітрі.

7. Стратосфера і мезосфера.

8. Термосфера.

9. Іоносфера.

10. Повітряні маси і фронти.

1. Склад сухого повітря біля земної поверхні. Атмосфера складається з суміші газів, що називається повітрям, у якому знаходяться в завислому стані рідкі і тверді частинки. Загальна маса останніх незначна в порівнянні з усією масою атмосфери. Атмосферне повітря в земної поверхні, як правило, є вологим. Це значить, що до його складу, разом з іншими газами, входить водяна пара, тобто вода в газоподібному стані (H₂О). Утримання водяної пари в повітрі змінюється в значних межах, на відміну від інших складових частин повітря: у земної поверхні воно коливається між сотими частками відсотка і декількома відсотками. Це пояснюється тим, що при існуючих в атмосфері умовах водяна пара може переходити в рідкий і твердий стан і, навпаки, може надходити в атмосферу наново унаслідок випару з земної поверхні. Повітря без водяної пари називають сухим повітрям. У земної поверхні сухе повітря на 99% перебуває з азоту (78% по об'єму, або 76% по масі) і кисню (21% по об'єму, або 23% по масі). Обидва ці гази входять до складу повітря в земної поверхні у вигляді двохатомних молекул (N₂ і О₂). 1%, що залишився, припадає майже цілком на аргон (Аг). Усього 0,03% залишається на вуглекислий газ (СО₂). Численні інші гази входять до складу повітря в тисячних, мільйонних і ще менших частках відсотка. Це криптон (Кг), ксенон (Хе), неон (Nе), гелій (Не), водень (H₂), озон (О₃), йод (I), радон (Rn), метан (СH₄), аміак (NH₃), перекис водню (H₂О₂), закис азоту (N₂О) і ін. Всі перераховані вище гази завжди зберігають газоподібний стан при температурах, що спостерігаються в атмосфері, і тиску не тільки в земної поверхні, але й у високих шарах. Відсотковий склад сухого повітря в земної поверхні дуже постійний і практично однаковий усюди. Істотно змінюватися може тільки утримання вуглекислого газу. У результаті процесів дихання і горіння його об'ємне утримання в повітрі закритих, що погано вентилюються, помешкань, а також промислових центрів може зростати в декілька разів - до 0,1-0,2%. У зв'язку з цим, звичайно, зменшується, але дуже незначно, відсотковий вміст азоту і кисню. Цілком незначно змінюється відсотковий вміст азоту і кисню під впливом місцевих і тимчасових змін утримання в повітрі аміаку, йоду, радону й інших газів, що потрапляють в атмосферу з поверхні ґрунту або води.

2. Водяна пара в повітрі. Відсотковий вміст водяної пари у вологому повітрі в земної поверхні складає в середньому від 0,2% у полярних широтах до 2,5% в екватора, а в окремих випадках коливається майже від нуля до 4%. У зв'язку з цим стає перемінним і відсоткове співвідношення інших газів у вологому повітрі. Чим більше в повітрі водяної пари, тим менша частина її об'єму доводиться на постійні гази при тих же тиску і температурі. Водяна пара безупинно надходить в атмосферу шляхом випари з водних поверхонь і вологого ґрунту, а також у результаті транспірації рослинами, при цьому в різних місцях і в різний час він надходить у різних кількостях. Від земної поверхні водяна пара поширюється нагору, а повітряними плинами переноситься з одних місць Землі в інші. У атмосфері може виникати стан насичення. У такому стані водяна пара міститься в повітрі в кількості, гранично можливій при даній температурі. Водяну пара при цьому називають як ту, що насичує, а повітря, що містить його, насиченим. Стан насичення звичайно досягається при зниженні температури повітря. Коли цей стан досягнутий, те при подальшому зниженні температури частина водяної пари стає надлишковою і конденсується, переходить у рідкий або твердий стан. У повітрі виникають водяні краплі і крижані кристали хмар і туманів. Хмари можуть знову випаровуватися; в інших випадках краплі і кристали хмар, збільшуючись, можуть випадати на земну поверхню у виді опадів. Внаслідок усього цього утримання водяної пари в кожній ділянці атмосфери безупинно змінюється. З водяною парою в повітрі і з її переходами з газоподібного стану в рідке і тверде зв'язані найважливіші процеси погоди й особливості клімату. Наявність водяної пари в атмосфері істотно позначається на теплових умовах атмосфери і земної поверхні. Водяна пара сильно поглинає довгохвильову інфрачервону радіацію, що випромінює земна поверхня. У свою чергу і сама вона випромінює інфрачервону радіацію, велика частина якої йде до земної поверхні. Це зменшує нічне охолодження земної поверхні і тим самим також нижніх шарів повітря. На випар води з земної поверхні затрачаються великі кількості тепла, а при конденсації водяної пари в атмосфері це тепло передається в повітря. Хмари, що виникають у результаті конденсації, відбивають і поглинають сонячну радіацію на її шляху до земної поверхні. Опади, що випадають із хмар, є найважливішим елементом погоди і клімату. Нарешті, наявність водяної пари в атмосфері має важливе значення для фізіологічних процесів, які відбуваються як у живій природі взагалі, так і у окремо взятій живій істоті чи рослині.

3. Тиск водяної пари і відносна вологість.Утримання водяної пари в повітрі називають вологістю повітря. Основні характеристики вологості - це парціальний тиск водяної пари (тиск водяної пари) і відносна вологість. Водяна пара, як усякий газ, має пружність (тиск). Тиск водяної пари е пропорційно його щільності (масі в одиниця об'єму) і його абсолютній температурі. Він виражається в тих же одиницях, що і тиск повітря і всіх його складових частин, тобто в гектопаскалях (мілібарах). В даний час у науковій літературі обов'язковим є вжиток Міжнародної системи одиниць (СІ - система інтернаціональна), у котрій основною одиницею тиску служить паскаль (1 Па = 1 Н/м²; 1 гПа=102 Па). Тиск водяної пари в стані насичення називають тиском насиченої водяної пари. Це максимальний тиск водяної пари, можливий при даній температурі. Наприклад, при температурі 0°С тиск насиченої пари дорівнює 6,1 гПа. Якщо повітря містить водяної пари менше, ніж потрібно для насичення його при даній температурі, можна визначити, наскільки повітря близьке до стану насичення. Для цього обчислюють відносну вологість. Так називають відношення фактичного тиску Е₁ водяної пари, що знаходиться в повітрі, до тиску насиченої пари Е₂ при температурі повітря. Наприклад, при температурі 20°С тиск насиченої пари дорівнює 23,4 гПа. Якщо при цьому фактичний тиск водяної пари в повітрі буде 11,7 гПа, то відносна вологість повітря дорівнює (11,7:23,4) х100=50%. Тиск водяної пари в земної поверхні змінюється від сотих часток гектопаскаля (при дуже низьких температурах взимку в Антарктиді і Якутії) до 35 гПа і більше (у екватора). Чим тепліше повітря, тим більше водяної пари він може містити в стані насичення і, відповідно, тим більше може бути в ньому тиск водяної пари. Відносна вологість повітря може приймати всі значення, від нуля, у випадку сухого повітря (Е₁= 0), до 100% для стану насичення (Е₁ = Е₂).

4. Зміна складу повітря з висотою. Відсотковий уміст складових частин сухого повітря в нижніх ста кілометрах із висотою майже не змінюється. Повітря, що знаходиться в постійному русі, добре перемішується по вертикалі, і атмосферні гази не розшаровуються по щільності, як це було б в умовах спокійної атмосфери (де частка більш легких газів повинна була б зростати з висотою). Приблизно до висоти 100-200 км переважним газом атмосфери все-таки залишається азот. Однак вище 100 км таке розшарування газів по щільності починається і поступово збільшується з висотою. Вище починає переважати кисень, причому кисень в атомарному стані: під дією ультрафіолетової радіації Сонця його двохатомні молекули розпадаються на заряджені атоми. Вище 1000 км атмосфера складається, головним чином, із гелію і водню, причому гелій - також в атомарному стані, тобто у вигляді заряджених атомів, - переважає. Починаючи з 2400 км, в атмосфері зустрічається, в основному, водень, що полишає атмосферу Землі і дисипує в космічний простір по причині настільки малої питомої ваги, що земне тяжіння не здатне його втримати в атмосфері. Відсотковий вміст водяної пари в повітрі змінюється з висотою. Водяна пара постійно надходить в атмосферу знизу, а розповсюджуючись нагору, конденсується, згущається. Тому тиск і густина водяної пари убувають із висотою швидше, ніж тиск і густина інших газів повітря. Загальна густина повітря стає вдвічі менше, ніж у земної поверхні, на висоті 5-6 км, а густина водяної пари в середньому убуває удвічі вже на висоті 1,5-2 км. На висоті 5-6 км тиск водяної пари і, отже, його утримання в повітрі в 10 разів менше, ніж у земної поверхні, а на висоті 10-12 км в сто разів менше. Таким чином, вище 10-15 км утримання водяної пари в повітрі мізерно мале і хмари, від яких можна чекати опадів, тут не утворюються.

5. Розподіл озону в атмосфері. Зміна з висотою утримання озону в повітрі особливо цікаво. У земної поверхні озон міститься в незначних кількостях. З висотою утримання його зростає, причому не тільки у відсотковому відношенні, але і по абсолютних значеннях. Максимальне утримання озону спостерігається на висотах 25-30 км; вище воно убуває і на висотах біля 70 км сходить нанівець. Процес утворення озону з кисню відбувається в шарах від 70 до 15 км при поглинанні киснем ультрафіолетової сонячної радіації. Частина двохатомних молекул кисню розкладається на атоми, а атоми приєднуються до збережених молекул, створюючи трьохатомні молекули озону. Одночасно відбувається зворотний процес перетворення озону в кисень. У шари нижче 15 км озон заноситься із шарів , що лежать вище, при перемішуванні повітря. Зростання утримання озону з висотою практично не позначається на частці азоту і кисню, тому що в порівнянні з ними озону й у верхніх шарах дуже мало. Якби можна було зосередити весь атмосферний озон під нормальним тиском, він утворив би шар тільки біля 3 мм товщиною (приведена товщина озону). Але й у такій незначній кількості озон важливий тому, що, сильно поглинаючи сонячну радіацію, він підвищує температуру тих шарів атмосфери, у яких він знаходиться. Ультрафіолетову радіацію Сонця з довжинами хвиль від 0,15 до 0,29 мкм (один мікрометр - мільйонна частка метра) він поглинає повністю. Ця радіація робить фізіологічно шкідливу дію, і озон, поглинаючи її, охороняє від неї живі організми на земній поверхні.

6. Рідкі і тверді домішки в атмосферному повітрі. Крім перерахованих вище атмосферних газів, у повітря місцями можуть проникати інші гази, особливо з'єднання, що виникають при згорянні палива (окисли сірки, вуглецю, фосфору й ін.). Найбільша кількість таких домішок надходить у повітря великих міст і промислових районів. До складу атмосфери входять також тверді і рідкі частки, завислі в атмосферному повітрі: водяні краплі і кристали, що виникають в атмосфері при конденсації водяної пари, пил ґрунтового й органічного походження, тверді частки диму, сажа, попіл і краплі кислот, що потрапляють у повітря при лісових пожежах, спалюванні палива і вулканічних виверженнях, частки морської солі, що потрапляють у повітря при розбризкуванні морської води під час хвилювання (звичайно в силу своєї гігроскопічності це не тверді частки, а дрібні краплі насиченого розчину солі у воді), мікроорганізми (бактерії), пилок, спори, нарешті, космічний пил, що потрапляє в атмосферу (біля 1 млн. т у рік) із міжпланетного простору, а також виникає при згорянні метеорів в атмосфері. Особливе місце серед атмосферних домішок займають продукти штучного радіоактивного розпаду, що заражають повітря при іспитових вибухах атомних і термоядерних бомб. Невелику частину перерахованих домішок складає великі частки пилу, радіусом більш 5 мкм. Майже 95% часток має радіуси менше 5 мкм. Внаслідок такої малості вони можуть тривалий час утримуватися в атмосфері в завислому стані. Видаляться з атмосфери вони головним чином при випаданні опадів, приєднуючись до крапель і сніжинок. Є ряд методів і приладів для визначення їхнього утримання в повітрі. Всі ці домішки, або аерозолі, у найбільшій кількості містяться в самих нижніх шарах атмосфери: адже основне їхнє джерело - земна поверхня. Особливо забруднений ними повітря великих міст. Не говорячи про шкідливі газові домішки (SО₂, СО і ін.), на кожний кубічний сантиметр повітря тут доводяться десятки тисяч аерозольних часток, а за рік на кожний квадратний кілометр випадають з атмосфери сотні тонн аерозолів. У сільських місцевостях кількість часток аерозольних домішок у приземному повітрі обчислюється тільки тисячами в кубічному сантиметрі, а над океанами - тільки сотнями. З висотою число завислих часток швидко убуває; на висотах 5-10 км їх усього десятки на кубічний сантиметр. У загальному в атмосферному стовпі над кожним квадратним сантиметром земної поверхні міститься 108-109 аерозольних часток. Загальна їхня маса в атмосфері не менше 108 т. Це величезна маса, але вона мала в порівнянні з усією масою атмосфери, що, як ми побачимо далі, визначається в 5 х1015 т. Бактерії в центральних частинах океанів зустрічаються в кількості декількох одиниць на кубічний метр повітря; у великих містах їх уже тисяча і десятки тисяч у тому ж об'ємі. Від кількості і роду аерозольних домішок залежать явища поглинання і розсіювання радіації в атмосфері, тобто її велика або менша прозорість для радіації. Наявність завислих часток створює в атмосфері також ряд оптичних явищ, властивих колоїдним розчинам. Найбільші великі аерозольні частки, що мають гігроскопічні властивості, грають в атмосфері роль ядер конденсації, тобто центрів, до яких приєднуються молекули водяної пари, створюючи водяні краплі. Аерозольні домішки можуть легко переноситися повітряними течіями на великі відстані. Піщаний пил, що потрапляє в повітря над пустелями Африки і Передньої Азії, неодноразово випадав у великих кількостях на території Південної і Середньої Європи. Дим лісових пожеж у Канаді переносився сильними повітряними течіями на висотах 8-13 км через Атлантику до берегів Європи, ще зберігаючи достатню концентрацію. Дим і попіл великих вулканічних вивержень неодноразово поширювалися у високих шарах атмосфери на величезні відстані, закутуючи всю земну кулю. Помутніння повітря й аномально червоний колір зорі спостерігалися протягом багатьох місяців після виверження. Після падіння Тунгуського метеорита в 1908 р. також спостерігалося помутніння повітря на великих відстанях. Радіоактивні продукти, що потрапляють в атмосферу при термоядерних вибухах, поширюються у високих шарах атмосфери над величезними просторами земної кулі. Тропосфера. Атмосфера складається з декількох концентричних шарів, що відрізняються один від іншого по Нижня частина атмосфери, до висоти 10-15 км, у якій зосереджено 4/5 усієї маси атмосферного повітря, зветься тропосферою. Для неї характерно спад температури з висотою в середньому на 0,65 °C/100 м (в окремих випадках розподіл температури по вертикалі варіює в широких межах).

У тропосфері міститься майже уся водяна пара атмосфери і виникають майже всі хмари. Сильно розвинена тут і турбулентність, особливо поблизу земної поверхні, а також у так називаних струменевих течіях у верхній частині тропосфери. Висота, до якої простирається тропосфера, над кожним місцем Землі змінюється день у день.

Крім того, навіть у середньому вона різна під різними широтами й у різні сезони року. У середньо річному тропосфера простирається над полюсами до висоти біля 9 км, над помірними широтами до 10-12 км і над екватором до 15-17 км. Середня річна температура повітря в земної поверхні біля 26°С на екваторі і біля -23 °С на Північному полюсі.

На верхній межі тропосфери над екватором середня температура біля -70 °С, над Північним полюсом зимою біля -65 °С, а влітку біля -45 °С. Тиск повітря на верхній межі тропосфери відповідно її висоті в 5-8 разів менше, ніж у земної поверхні. Отже, основна маса атмосферного повітря знаходиться саме в тропосфері.

Рисунок к

Процеси, що відбуваються в тропосфері, мають безпосереднє і вирішальне значення для погоди і клімату біля земної поверхні.

Самий нижній тонкий шар тропосфери, товщиною 50-100 м, що безпосередньо примикає до земної поверхні, носить назву приземного шару.

7. Стратосфера і мезосфера. Над тропосферою до висоти 50-55 км лежить стратосфера, характерна тим, що температура в ній у середньому зростає з висотою. Перехідний шар між тропосферою і стратосферою (товщиною 1-2 км) зветься носить назву тропопаузи. Вище були приведені дані про температуру на верхній межі тропосфери. Ці температури характерні і для нижньої стратосфери. Таким чином, температура повітря в нижній стратосфері над екватором завжди дуже низька; притім улітку багато нижче, чим над полюсом. Нижня стратосфера більш-менш ізотермічна.

Але починаючи з висоти біля 25 км температура в стратосфері швидко зростає з висотою, досягаючи на висоті біля 50 км максимальних, притім позитивних значень (від 1 до 5°С). Внаслідок зростання температури з висотою турбулентність у стратосфері мала.

Водяної пари в стратосфері мізерно мало. Однак на висотах 22-27 км спостерігаються іноді у високих широтах дуже тонкі, так називані перламутрові хмари. Вдень вони не значні, а вночі здаються світними, тому що висвітлюються сонцем, що знаходиться під обрієм. Ці хмари складаються із переохолоджених водяних крапель. Стратосфера характеризується ще тим, що переважно в ній міститься атмосферний озон. З цього погляду вона може бути

названа озоносферою. Зростання температури з висотою у стратосфері пояснюється саме поглинанням сонячної радіації озоном. 2.

Над стратосферою лежить шар мезосфери, приблизно до 85-95 км. Тут температура з висотою падає до декількох десятків градусів нижче нуля (рис. 2). Внаслідок швидкого спаду температури з висотою в мезосфері сильно розвинута турбулентність. На висотах, близьких до верхньої межі мезосфери (82-85 км), спостерігаються ще особливого роду хмари, що також висвітлюються сонцем у нічні години, так звані сріблясті хмари. Вони вперше спостерігались в червні 1885 року і потім були описані приват-доцентом В.К. Цераським. Скоріше за все, мабуть, вони складаються з крижаних кристалів, а ядрами конденсації (сублімації) для яких служать частки метеоритної речовини.

На верхній межі мезосфери тиск повітря разів у 200 менше, ніж у земної поверхні. Таким чином, у тропосфері, стратосфері і мезосфері разом до висоти 80 км, знаходиться більше чим 99,5% усієї маси атмосфери. На шари, що лежать вище, припадає незначна кількість повітря.

8. Термосфера. Верхня частина атмосфери, над мезосферою, характеризується дуже високими температурами і тому зветься термосферою. У ній розрізняються, однак, дві частини: іоносфера, що простирається від мезосфери до висот порядку тисячі кілометрів, і лежача над нею зовнішня частина - екзосфера, що переходить у земну корону. Повітря в термосфері надзвичайно розріджене. Але і при такій малій щільності кожний кубічний сантиметр повітря на висоті 300 км ще містить біля одного мільярда (109) молекул або атомів, а на висоті 600 км - більше 10 мільйонів (107). Це на декілька порядків більше, ніж вміст газів у міжпланетному просторі.

9. Іоносфера, як говорить сама назва, характеризується дуже сильним ступенем іонізації повітря. Утримання іонів тут у багато разів більше, ніж у шарах, що нижче лежать, незважаючи на сильну загальну розрідженість повітря. Ці іони являють собою в основному заряджені атоми кисню, заряджені молекули окису азоту і вільні електрони. Їхнє утримання на висотах 100-400 км - порядку 1015-106 на кубічний сантиметр. У іоносфері виділяється декілька шарів, або областей, із максимальною іонізацією, особливо на висотах 100-120 км (шар Е) і 200-400 км (шар F). Але й у проміжках між цими шарами ступінь іонізації атмосфери залишається дуже високою.

Положення іоносферних шарів і концентрація іонів у них увесь час змінюються. Спорадичні скупчення електронів з особливо великою концентрацією називаються електронними хмарами. Від ступеня іонізації залежить електропровідність атмосфери. Тому в іоносфері електропровідність повітря в загальному в 1012 разів більше, ніж у земної поверхні.

Радіохвилі випробують в іоносфері поглинання, переломлення і відбиток. Хвилі довжиною більш 20 м узагалі не можуть пройти крізь іоносферу: вони відбиваються вже шарами з невеликою концентрацією іонів у нижній частині іоносфери (на висотах 70-80 км). Середні і короткі хвилі відбиваються іоносферними шарами, що лежать вище. Саме внаслідок відбитка від іоносфери можливий далекий зв'язок на коротких хвилях.

Багатократний відбиток від іоносфери і земної поверхні дозволяє коротким хвилям зигзагоподібно поширюватися на великі відстані, огинаючи поверхню земної кулі. Тому що положення і концентрація іоносферних шарів безупинно змінюються, змінюються й умови поглинання, відбитки і поширення радіохвиль. Тому для надійного радіозв'язку необхідне безупинне вивчення стану іоносфери. Спостереження над поширенням радіохвиль саме є засобом для такого дослідження.

У іоносфері спостерігаються полярні сяйва і близьке до них по природі світіння нічного неба - постійна люмінесценція атмосферного повітря, а також різкі коливання магнітного поля - іоносферна магнітна буря. Колір полярного сяйва залежить від того, який газ піддається бомбардуванню корпускулярними частками. Так, наприклад, азот дає яскраво-червоний, синій і фіолетовий кольори, а кисень - зелений і рожевий. Іонізація в іоносфері зобов'язана своїм існуванням дії ультрафіолетової радіації Сонця. Її поглинання молекулами атмосферних газів приводить до виникнення заряджених атомів і вільних електронів, про що говорилося раніше. Коливання магнітного поля в іоносфері і полярні сяйва залежать від коливань сонячної активності. З змінами сонячної активності пов'язані зміни в потоці корпускулярної радіації, що йде від Сонця в земну атмосферу.

Температура в іоносфері зростає з висотою до дуже великих значень. На висотах біля 800 км вона досягає 1000°С. Говорячи про високі температури іоносфери, мають на увазі те, що частки атмосферних газів рухаються там із дуже великими швидкостями. Однак густина повітря в іоносфері так мала, що тіло, що знаходиться в іоносфері, наприклад, штучний супутник, не буде нагріватися шляхом теплообміну з повітрям. Температурний режим супутника буде залежати від безпосереднього поглинання ним сонячної радіації і від віддачі його власного випромінювання в навколишній простір.

Атмосферні шари вище 800-1000 км виділяються під назвою екзосфери (зовнішньої атмосфери). Швидкості руху часток газів, особливо легких, тут дуже великі, а внаслідок надзвичайної розрідженості повітря на цих висотах частки можуть облітати Землю по еліптичних орбітах, не зштовхуючись між собою. Окремі частки можуть при цьому мати швидкості, достатні для того, щоб перебороти силу тяжіння. Для незаряджених часток критичною швидкістю буде 11 200 м/с. Такі особливо швидкі частки можуть, рухаючись по гіперболічних траєкторіях, вилітати з атмосфери у світовий простір, зникати, розсіюватися, диссипувати. Тому екзосферу називають ще сферою розсіювання.

Розсіюванню піддаються переважно атоми водню, що є пануючим газом у найбільш високих шарах екзосфери. 4. Недавно передбачалося, що екзосфера, і з нею взагалі земна атмосфера, кінчається на висотах порядку 2000-3000 км. Але зі спостережень за допомогою ракет і супутників створилося уявлення, що водень, що зникає з екзосфери, утворює навколо Землі так звану земну корону, що простирається більш ніж до 20 000 км. Звичайно, густина газу в земній короні мізерно мала. На кожний кубічний сантиметр тут доводиться в середньому усього біля тисячі часток. Але в міжпланетному просторі концентрація часток (переважно протонів і електронів) принаймні в десять разів менше. За допомогою супутників і геофізичних ракет встановлено існування у верхній частині атмосфери й у навколоземному космічному просторі радіаційного пояса Землі, що починається на висоті декількох сотень кілометрів і простягається ще на десятки тисяч кілометрів від земної поверхні.

Цей пояс складається з електрично заряджених часток - протонів і електронів, захоплених магнітним полем Землі і які рухаються з дуже великими швидкостями. Їхня енергія - порядку сотень тисяч електрон-вольт. Радіаційний пояс постійно втрачає частки в земній атмосфері і поповнюється потоками сонячної корпускулярної радіації.

10. Повітряні маси і фронти. У процесі загальної циркуляції атмосфери повітря тропосфери розчленовується на окремі повітряні маси, що більш-менш довгостроково зберігають свою індивідуальність, переміщуючись з одних областей Землі в інші. У горизонтальному напрямку повітряні маси вимірюються тисячами кілометрів. Повітряні маси по своїх температурах і по інших властивостях носять на собі відбиток тієї області Землі, де повітряна маса сформувалася. Переважання в даному районі і той або інший сезон визначених повітряних мас створює характерний кліматичний режим цього району. Основними типами повітряних мас є чотири типи з різним зональним положенням центрів. Це маси арктичного (у південній півкулі - антарктичного), помірного (полярного), тропічного й екваторіального повітря. Для кожного з цих типів характерний свій інтервал значень температури в земної поверхні і на висотах, свої значення вологості, дальності видимості й ін. Звичайно, властивості повітряних мас, насамперед температура, безупинно змінюються при їхньому переміщенні з одних районів в інші. Відбувається трансформація повітряних мас. Повітряні маси, що переміщаються з більш холодної земної поверхні на більш теплу (звичайно з високих широт у низькі), називають холодними масами. На своєму шляху холодна повітряна маса викликає похолодання в тих районах, у які вона приходить. Але на шляху вона сама прогрівається, притім переважно знизу, від земної поверхні. Тому в ній виникають великі вертикальні градіенти температури, розвивається конвекція з утворенням купчастих і купчасто-дощових хмар і випаданням зливових опадів.

Повітряні маси, що переміщаються на більш холодну поверхню (у більш високі широти), називаються теплими масами. Вони приносять потеплення, але самі прохолоджуються знизу, від чого в їхніх нижніх шарах створюються малі вертикальні градіенти температури. Конвекція в них не розвивається, переважають шаруваті хмари і тумани. Розрізняються ще місцеві повітряні маси, що довгостроково знаходяться в однім районі. Властивості місцевих мас визначаються нагріванням або охолодженням знизу в залежності від сезону. Суміжні повітряні маси розділені між собою порівняно вузькими перехідними зонами, сильно нахиленими до земної поверхні. Ці зони звуться фронтами. Довжина таких зон - тисячі кілометрів, ширина - лише десятки кілометрів. Нагору фронти простежуються на декілька кілометрів, нерідко до самої стратосфери.

Фронти між повітряними масами зазначених вище основних географічних типів називають головними фронтами, на відміну від менше значних вторинних фронтів між масами того самого географічного типу. Головні фронти між арктичним і помірним повітрям звуться арктичними фронтами, між помірним і тропічним повітрям - полярними фронтами, між тропічним і екваторіальним повітрям - тропічними фронтами. З фронтами зв'язані особливі явища погоди. Висхідні рухи повітря в зонах фронтів приводять до утворення великих хмарних систем, із яких випадають опади на великих площах. Величезні атмосферні хвилі, що виникають у повітряних масах по обидві сторони від фронту, приводять до утворення атмосферних збурень вихрового характеру - циклонів і антициклонів, що визначають режим вітру й інші особливості погоди. Особливо важливі в цьому відношенні полярні фронти. Про все це буде докладніше говоритися в наступному. Фронти постійно виникають і зникають (розмиваються) унаслідок визначених особливостей атмосферної циркуляції. Разом із ними формуються, змінюють властивості і, нарешті, втрачають свою індивідуальність повітряні маси

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.009 сек.