Файл: Степанов Н.Д. Меняется ли климат Урала.pdf

Кроме разного количества солнечного тепла, климат зависит от характера земной поверхности: особенностей рельефа местности, почвенного и растительного покро­ ва, а также от системы воздушных потоков. Рассмотрим подробнее, как все это влияет на климат.

СОЛНЕЧНОЕ ТЕПЛО

Главная причина различий в климате — солнечное тепло. Климат тем теплее, чем сильнее нагревается мест­ ность солнечными лучами. А это зависит от угла накло­ на солнечных лучей к поверхности земли и от продол­ жительности дня. Мы знаем, что всего теплее там, где солнце поднимается над горизонтом высоко, то есть на экваторе и в тропиках, а холоднее — где оно в течение года стоит низко над горизонтом — в полярных облас­ тях. Иначе говоря, климат в первую очередь зависит от географической широты местности.

Эта зависимость проста. Чем дальше от экватора, тем меньше высота солнца в любой из сезонов года, короче день в зимнее полугодие, тем меньше солнечно­ го тепла поступает на поверхность земли.

Посмотрите на рис. 1. Чем выше солнце над гори­ зонтом, то есть чем отвеснее падают его лучи на поверх­ ность земли, тем больше приходится тепла на одну и ту же площадь. Так, при падении солнечных лучей под уг­ лом в 30 градусов количество тепла, поступающего на горизонтальную поверхность, уменьшается вдвое по сравнению с тем, которое поступает на ту же поверх­ ность, если лучи падают отвесно.

Прежде чем достигнуть земной поверхности, солнеч­ ные лучи должны пройти атмосферу. Долголетние и

12

тщательные наблюдения позволили установить, что на грани атмосферы поступает почти неизменное количе­ ство солнечной энергии. Его так и назвали — «Солнечная постоянная».

Однако, проходя через атмосферу, солнечное излу­ чение сильно ослабляется. Несмотря на кажущуюся прозрачность, воздух всегда содержит водяные пары и углекислый газ, которые поглощают значительную часть солнечного излучения.

В среднем атмосфера задерживает около одной трети солнечных лучей. Чем ниже солнце над горизонтом, тем больший слой атмосферы пронизывают его лучи, тем больше они ослабляются.

13

Поэтому в нашей местности годовое количество теп­ ла, получаемое от прямых солнечных лучей, почти вдвое меньше, чем, например в Ташкенте. Разной высотой солнца утром, в полдень и вечером объясняется и раз­ ный нагрев поверхности земли в течение дня. В летний полдень, когда солнце высоко и его лучи падают круто, поверхность почвы в наших местах может нагреваться до 50—55 градусов. Зато утром и вечером солнечные лучи почти скользят по поверхности земли, едва нагре­ вая ее.

Количество солнечного тепла, которое получает и расходует та или иная местность, зависит не только от времени года и суток, но также от прозрачности атмос­ феры и свойств самой поверхности, на которую лучи па­ дают. Облака сильно ослабляют солнечные лучи, отра­ жая, рассеивая и частично поглощая их. Густые облака могут отражать до 60 процентов лучей и рассеивать остальные. Зато ночью облачность препятствует сильно­ му охлаждению земной поверхности, задерживая ее теп­ ло. Поэтому там, где больше пасмурных дней, не бывает сильной жары летом и суровых морозов зимой. Такая местность имеет мягкий климат. Неодинаково поглоща­ ются солнечные лучи разной земной поверхностью.

Вспомним, какой ослепительной белизной сверкает свежевыпавший снег мартовским солнечным днем. Он отражает 80—85 процентов солнечных лучей. Черное поле, наоборот, поглощает до 90, а поверхность воды — до 95 процентов их.

Так как воздух нагревается и охлаждается в основ­ ном от земной поверхности, то от характера ее во мно­ гом зависит распределение тепла в разных областях зем­ ли. В полярных областях создаются очаги холода, тогда как на экваторе и в тропиках — очаги тепла. Это вызы­

14

вает постоянное перемещение воздушных масс, а с ними и перенос тепла, сглаживающий контрасты темпера­ туры.

То же самое происходит в морях и океанах, где об­ разуются теплые и холодные течения. Одно из самых мощных в мире теплых течений — Гольфстрим называ­ ют печкой Европы. Зарождаясь в теплых водах тропи­ ческих морей, это течение переносит накопленное там солнечное тепло в северные моря и замирает лишь под толщей ледяного покрова Северного Ледовитого океана.

Так солнечное тепло становится силой, движущей и изменяющей погоду.

Особое значение для климатических различий имеет неодинаковое нагревание и охлаждение обширной по­ верхности морей и океанов, огромных пространств суши.

ВОДА И СУША

Мы уже упоминали о различии климата Риги и Свердловска, хотя они расположены на одинаковой гео­ графической широте, а следовательно, имеют одинако­ вую продолжительность Дня и равную высоту солнца над горизонтом во все времена года. Разницу в климатах в этом случае можно объяснить лишь разным располо­ жением Прибалтики и Урала относительно теплых и хо­ лодных морей, соседством или удаленностью от больших пространств суши. На это более чем двести лет назад указывал еще М. В. Ломоносов: «Открытые моря и от льду свободные в лежащий на себе зимою воздух больше теплоты сообщают, нежели матерая земля, мерзлым за­ пертая черепом и засыпанная глубокими снегами». Для примера вспомним одно из простых явлений, с которым мы часто сталкиваемся в повседневной жизни.

15

В жаркий летний день на берегу большого озера или широкой реки от воды веет приятной прохладой, а ве­ чером и ночью у воды, наоборот, гораздо теплее, чем вдали от берега. Выходит, что вода смягчает жару днем и прохладу ночью. Как это происходит?

Дело в том, что вода и земля обладают разной теп­ лоемкостью. У воды она вдвое больше, чем у земли. Вода поглощает много тепла, медленнее нагревается и дольше сохраняет свое тепло. Земля же нагревается быстро и так же быстро остывает. Поэтому летом, когда к полудню поверхность земли успевает сильно нагреть­ ся, вода еще прохладна.

Нагретый от земли воздух расширяется, становится легким и поднимается вверх. Над водой воздух еще не успел нагреться, он прохладен и внизу устремляется на берег, замещая нагретый воздух.

Именно поэтому днем на берегу мы ощущаем слабый ветерок, который тянет с воды.

Но вот наступает ночь, и картина меняется. Поверх­ ность земли быстро остывает, охлаждается и прилегаю­ щий к ней воздух. В то же время вода остается долгое время теплой и нагревает над собой воздух, который поднимается кверху. В результате вверху он переме­ щается на берег, а внизу — на воду. Это можно легко проследить по движению дыма от костра. Ночью дым тянет к воде и стелется над ее поверхностью.

, То же самое, только в больших масштабах, получает­ ся в областях, расположенных вблизи морей и океанов. Под влиянием больших воздушных масс, перемещаю­ щихся с моря на сушу, вблизи морей образуется мягкий морской климат с теплой зимой и умеренно жарким ле­ том. С моря влажный воздух приносит частые туманы, облачность, осадки. У моря осень теплее весны.

16

В нашей же местности, удаленной от теплых морей, зима морозная, а лето сравнительно жаркое, но корот­ кое, в году бывает больше солнечных дней, меньше вы­ падает осадков. Осень, как правило, бывает холоднее весны. Такой климат в отличие от морского называют континентальным.

И все же влияние теплых вод Северной Атлантики не ограничивается только приморскими областями, а проникает далеко на восток, достигая и наших мест, главным образом в холодное время года.

Зимой теплые и влажные западные ветры приносят нам оттепели и обильные снегопады. Летом они сопро­ вождаются дождями и несколько умеряют жару, чего не бывает при восточных ветрах.

Говоря о ветрах, мы коснулись еще одной, очень важ­ ной причины, от которой зависит климат—системы воз­ душных потоков, которую в науке называют атмосфер­ ной циркуляцией. Под ней подразумеваются перемеще­ ния теплых и холодных, влажных и сухих масс воздуха, совершающиеся непрерывно и в больших масштабах. Частью циркуляции атмосферы является и рассмотрен­ ный нами обмен воздушными массами между морями п сушей. Воздушные течения очень изменчивы, и именно им мы обязаны не только непостоянством погоды, но и климатическими изменениями.

ВОЗДУШНЫЕ ТЕЧЕНИЯ

Причиной образования воздушных течений является различный приток солнечного тепла в полярных обла­ стях и на экваторе. Земная поверхность (главным обра­ зом, суша и океаны) нагревается неравномерно. И поэ-

тому температура , воздуха и давление его также раз­ личны. Над холодными участками земной поверхности давление воздуха выше, чем над теплыми. Из этих об­ ластей воздух стекает в места с низким давлением.

Перемещение воздуха прекращается, когда исчезает разность давления.

Наиболее крупные передвижения воздушных масс над землей происходят между очагами тепла на эквато­ ре и гигантскими холодильниками — Арктикой и Ан­ тарктидой.

Теплые воздушные течения направляются от тропи­ ков в полярные области, а холодные, наоборот, от поляр­ ных областей к тропикам. Однако под влиянием суточ­ ного вращения земли воздушные потоки отклоняются вправо от своего начального направления. Поэтому воз­ душные течения, первоначально направленные к северу, в наших широтах приобретают направление с запада на восток и носят название западно-восточного переноса.

У нас преобладает западный перенос воздушных масс, и поэтому погода или непогода приходят к нам чаще всего с запада, а на наш климат оказывает боль­ шое влияние Северная Атлантика с ее теплым морским течением.

Над просторами вечных льдов Арктики воздух силь­ но охлажден. Приближаясь к нашим широтам, холод­ ные воздушные потоки встречаются с массами теплого воздуха, возникают гигантские вихри-циклоны и анти­ циклоны, образуются очень подвижные атмосферные фронты *, происходят глубокие вторжения холодных воздушных масс далеко на юг, а теплых — на север.

1 Фронтом в метеорологии называют границу раздела между массами теплого и холодного воздуха.

18

Днем 30 января 1956 года, например, во всей сред­ ней полосе, в том числе и у нас, температура была ниже 25 градусов холода, а ночью местами она понижалась до 30 и 40 градусов мороза. В тот же день на станции «Северный полюс-4» было лишь 4 градуса холода, столько же, сколько в Ялте.

Все это создает в наших широтах очень сложную картину постоянно и быстро меняющихся воздушных те­ чений. От них зависит не только большая изменчивость погоды, свойственная нашему климату, но и сам климат.

Посредством циклонов и антициклонов происходит обмен воздушными массами, а следовательно, теплом и влагой, между северными и южными широтами. Без та­ кого обмена климат в наших местах был бы значитель­ но холоднее. Подсчитано, что в любое время года темпе­ ратура была бы на 14—15 градусов ниже обычной.

Что же представляют собой циклоны, антициклоны и атмосферные фронты? Как они образуются и какое влия­ ние оказывают на погоду и климат? Разберем все это подробнее.

Наверное, многим приходилось наблюдать, как на водной глади глубокой и быстрой реки образуются кру­ тящиеся воронки, которые то исчезают, то появляются вновь, перемещаясь по течению. Нечто подобное проис­ ходит и в воздушном океане, только в несравненно бо­ лее крупных масштабах.

При сближении теплых и холодных воздушных масс возникают области пониженного или повышенного дав­ ления воздуха.

Если в центре области давление понижено, то воз­ дух со всех сторон стекает к центру. Под влиянием вра­ щения Земли потоки его отклоняются вправо так, что они устремляются внутрь этой области по спирали. Воз-

пикает подобие воронки с закручивающимися потоками воздуха, так называемый циклон.

В центре циклона сходящиеся потоки вынуждены подниматься вверх, от этого воздух охлаждается, обра­ зуются облака и осадки. Поэтому в циклоне почти всег­ да летом дожди, а зимой — снегопады и метели.

Циклон, занимающий в поперечнике до 1000 километ­ ров и больше, развиваясь, втягивает в себя огромные мас­ сы воздуха соседних областей. С севера втягиваются массы холодного, а с юга — теплого воздуха.

Нетрудно представить себе, что происходит с пого­ дой, когда циклон проходит вблизи наших мест или пря­ мо над нами.

У всех еще в памяти очень сильные морозы, которые стояли у нас в марте 1963 года. Даже в самом конце ме­ сяца, в ночь на 1 апреля температура на поверхности снега в Свердловске падала до 37 градусов ниже нуля, а во многих других местах — до 40—42 градусов.

Очень холодная погода была связана с быстрым про­ хождением через Урал нескольких циклонов, образовав­ шихся над южными морями.

В зимнее время южные циклоны обычно несут по­ тепление и снегопады. Но на этот раз они принесли с собой холодный воздух. Той зимой холод проникал да­ леко на юг. Газеты сообщали о необычных морозах, сне­ гопадах и метелях даже в странах Средиземного моря. Южные циклоны, проходя через Урал, втягивали в свой круговорот еще более холодные массы воздуха с севера. Потоки холодного воздуха день за днем обрушивались на нашу местность. Средняя температура за сутки 31 марта, близкая к 21 градусу ниже нуля, оказалась са­ мой низкой для этого дня за все 128 лет метеорологи­ ческих наблюдений.

20

Рис . 2. Теплый фронт.

Погода в циклоне очень неустойчива еще и потому, что сходящиеся в нем потоки теплого и холодного воз­ духа образуют фронты, представляющие собой границу, разделяющую их. Причем, если масса теплого воздуха, перемещаясь, оттесняет более холодную, то границу раз­ дела называют теплым фронтом. Если же, наоборот, хо­

лодная масса воздуха теснит теплую, то фронт называют холодным.

На рис. 2 показан теплый фронт. Нетрудно заметить, что поверхность фронта не вертикальна. Она имеет очень малый наклон к горизонту и простирается, на сотни ки­ лометров над поверхностью земли.

Холодный воздух отступает, перемещается и фронт. Теплый воздух медленно поднимается вверх по неболь­ шому уклону. При этом он охлаждается, образуются

2!