Файл: Колобков Н.В. Атмосфера и ее жизнь.pdf

чанин Шеклтон, норвежец Р. Амундсен в 1911 г. достиг Южного полюса, англичанин Р. Скотт погиб на обратном пути с полюса.

Из зарубежных государств более или менее регуляр­ но изучала Антарктиду Англия. Она и сейчас имеет там семь станций. Столько же научных станций соз­ дала Аргентина. Открыли станции Австралия, Фран­ ция и др.

Много было сделано для исследования Антарктиды во время Международного геофизического года и Междуна­ родного года геофизического сотрудничества (1957— 1959 гг.). В этих исследованиях приняли участие более десяти стран. Наша страна послала комплексную экс­ педицию, в которую вошли научные сотрудники многих научно-исследовательских институтов и Академии наук

СССР. В восточной части Антарктиды нашими экспеди­ циямиорганизована обсерватория и построен поселок Мирный, а также ряд станций в районе Южного геомаг­ нитного полюса, «полюса недоступности» и в других рай­ онах внутренней части Антарктиды.

Исследования научных станций на материке сочета­ ются с океанографическими и геофизическими наблюде­ ниями в водах Антарктики. Экспедиция располагает спе­ циальным авиационным отрядом в составе нескольких самолетов и вертолетов. Она снабжена также трактора­ ми, вездеходами и верными помощниками человека в по­ лярных странах — собаками. Мощные радиостанции свя­ зывают советские научные станции на далеком материке с родной страной.

Исследования, проведенные в Антарктике за по­ следние годы, дали человечеству много научных матери­

алов.

На всей площади шестого континента в среднем за год выпадает около 130 мм осадков, что эквивалент­

45

но 1830 куб. км воды. На айсберги ежегодно расхо­ дуется 730 куб. км осадков. Следовательно, ледяной панцирь Антарктиды ежегодно нарастает на 1100

куб. км.

В Антарктиде зарегистрированы наиболее низкие тем­ пературы воздуха. Во внутренней части материка на вы­ соте около 3000 м над уровнем моря средняя годовая температура равна —36,5°. Это самая низкая средняя годовая температура воздуха на Земле. На станции «Юж­ ный полюс» перед восходом солнца 20 августа 1957 г. была зарегистрирована температура —74,4°, на станции «Советская» 10 августа 1958 г. —86,7°; 25 августа на станции «Восток» температура понизилась до —87,4°. На этой же станции 24 августа 1960 г. была зафиксирована самая низкая на земном шаре температура —88,3°. Эти температуры присущи приземному слою воздуха. С высо­ той температура быстро повышается, но лишь до высоты 4—5 км; затем она вновь начинает понижаться. В целом в Антарктике температура много ниже, чем в Арктике. Все это объясняется различием в характере подстилаю­ щей поверхности, атмосферной циркуляции и океаниче­ ских течений в Арктике и Антарктике.

С помощью сейсмических методов установлено, что максимальная толщина льда в Антарктиде достигает 4000 м и что местами ледяная броня континента прони­ кает ниже уровня моря. Однако материалы экспедиций дают право утверждать, что Антарктида все же материк, а не архипелаг.

Сотрудничество ученых многих стран в решении про­ блем шестого континента укрепляет международные свя­ зи ученых и является мощным стимулом для дальнейших успешных исследований во имя мирного созидательного труда и прогресса.

46

ВОЗДУШНЫЕ ТЕЧЕНИЯ В АТМОСФЕРЕ

В атмосфере никогда не бывает покоя. Неравномерное нагревание подстилающей поверхности приводит к воз­ никновению воздушных течений. Лес нагревается слабее, чем луг; луг — слабее, чем вспаханное поле или песча­ ный берег реки. От различно нагретых участков земли по-разному нагреваются и массы воздуха, лежащие над ними. Нагретый воздух всегда стремится расшириться; плотность его при этом уменьшается, он становится лег­ че и устремляется вверх. Его замещает рядом лежащий, более холодный, а значит, более плотный воздух. Так воз­ никают местные ветры.

Примерно так же возникают и воздушные течения большого масштаба. Разность плотностей воздуха при­ водит к разности в давлении. Как плотность, так и дав­ ление воздуха меняются над Землей постоянно. Сегодня давление в каком-то месте повышается, завтра, наобо­ рот, начинает падать. Все время возникает разность дав­ лений, и благодаря этому дуют ветры того или иного на­ правления. Подобно тому как вода в реке течет в сторо­ ну уклона, так и воздух имеет стремление двигаться от более высокого давления к более низкому. Чем больше разность в атмосферном давлении над какими-либо со­ седними районами, тем сильнее ветер. По своей силе ветры различны — от чуть заметного дуновения до опу­ стошительного урагана.

Следует помнить, что возникновение ветра — явле­ ние очень сложное. Хотя неравномерное нагревание зем­ ной поверхности является первопричиной возникновения ветра, но ветер далеко не всегда дует из холодных мест в теплые. Гораздо более постоянна зависимость ветра от установившегося распределения атмосферного давле­ ния.

47

При своем движении массы воздуха приобретают определенную температуру и влажность, зависящие от характера подстилающей поверхности и солнечного на­ грева. Движущиеся массы воздуха становятся «носи­ телями погоды». Соприкосновение обширных масс воз­ духа, обладающих различными свойствами, приводит часто к образованию огромных атмосферных вихрей, называемых циклонами и антициклонами. Прохожде­ ние их также обусловливает определенную смену по­ годы. Изучение физических свойств масс воздуха, циклонов и антициклонов, наблюдение за их перемеще­ нием и будущими изменениями погоды составляет зада­ чу синоптической метеорологии. Отсюда ясно, почему метеорологи так много внимания уделяют перемещению холодных и теплых воздушных масс и атмосферной цир­ куляции.

Значительна энергия ветра. Уже сейчас ветровые электродвигатели широко применяются в колхозах и в совхозах. Эти двигатели выполняют всевозможные рабо­ ты: вращают динамомашины, станки, мельницы, перека­ чивают воду и пр. На арктических станциях ветровые двигатели заряжают аккумуляторы, питают электроэнер­ гией радиостанции и пр. В настоящее время выпускают­ ся ветровые двигатели мощностью в сотни лошадиных сил. Однако энергетические ресурсы ветра используются пока в скромных масштабах.

Направление ветра определяется по той стороне го­ ризонта, откуда дует ветер. Различают 16 направлений ветра (румбов). Под скоростью ветра подразумевают число метров, проходимых воздушным потоком в одну секунду (м1сек). Скорость выражают также и в кило­ метрах в час (км/час). В морском флоте измеряется сила ветра в баллах по двенадцатибалльной шкале. Ветер со скоростью 20 м/сек называется штормом,

48

25 м1сек — сильным штормом, 30 м/сек и более — ураганом.

На берегу моря, большого озера и в горных районах возникают местные ветры. Так, на берегу моря можно наблюдать бризы. Днем обычно приятный свежий ветер дует с моря на берег, ночью, наоборот, ветер направлен с берега на море. Появление бриза объясняется разли­ чием в скорости нагревания и охлаждения воздуха над сушей и морем. Днем поверхность суши, а следователь­ но, и прилегающие к ней слои воздуха нагреваются бы­ стрее, чем море и воздух над ним. Создается разность температур. Воздух над сушей, как более теплый, подни­ мается вверх, а на его место устремляется более холод­ ный воздух с моря. Ночью, наоборот, воздух над сушей охлаждается быстрее, чем над морем. Поэтому воздух с берега устремляется на море.

При приближении циклона бризы исчезают. Это мо­ жет служить точной приметой наступающего ухудшения погоды.

Подобно бризам, возникают горно-долинные ветры. Днем они дуют из долины вверх по горным склонам, а ночью, наоборот, с гор в долины. Высота, захватываемая горно-долинными ветрами, не превышает 1—3 км.

Понятие о воздушных массах

На Земле существует, с одной стороны, область с по­ стоянно жаркой погодой — экваториальная и тропиче­ ские зоны, с другой — области гигантских холодильни­ ков— Арктика и Антарктика. Между экваториальной и полярными областями всегда сохраняется разность тем­ ператур. Как мы видели ранее, это ведет к возникнове­ нию воздушных течений, в результате которых разность

49

температур уменьшается. Такое движение воздушных масс в северном и южном полушариях в конечном итоге приводит к межширотному обмену воздуха.

Если нанести на географическую карту распределение ветров и температур у поверхности Земли, то можно уви­ деть теплые и холодные воздушные течения. Холодный воздух Арктики стремится проникнуть в южные широты, а на его место поступает теплый воздух с юга. При этом можно заметить, что воздух перемещается не отдельными струями, а громадными потоками, и внутри каждого из них наблюдается своя температура, влажность, облач­ ность и т. д. Такие же течения существуют и в высоких слоях атмосферы. Большие объемы воздуха, сохраняю­ щие некоторое время свои физические свойства, называ­ ются воздушными массами.

Воздушные массы могут простираться вверх до стра­ тосферы и распространяться в горизонтальном направле нии на сотни и даже тысячи километров. Каждая воздуш ная масса образуется в результате длительного пребы­ вания над однородной подстилающей поверхностью и при определенном притоке солнечной радиации. Длительное однообразное состояние среды чаще всего происходит в малоподвижных антициклонах, где из-за слабых ветров воздух долгое время остается в одном и том же районе при одинаковых условиях солнечного нагревания и ноч­ ного охлаждения. Воздушные массы, которые формиру­ ются в районе Арктики, называются арктическими, а в малоподвижных субтропических антициклонах, распо­ ложенных в поясе высокого давления вдоль 30-х широт,— тропическими. Воздушные массы, формирующиеся в про­ межуточной области, т. е. в зоне умеренных широт, на­ зывают умеренным воздухом. Кроме того, каждая из этих воздушных масс подразделяется на морскую и кон­ тинентальную разновидности.

50

Все эти воздушные массы весьма отличаются друг от друга своими физическими свойствами и характером по­ годы. Прохождение тех или иных воздушных масс ока­ зывает значительное влияние на погоду данной местно­ сти. Так, например, приход морского полярного воздуха (с Атлантического океана) на место континентального арктического воздуха, обусловливает зимой смену ясной и морозной погоды пасмурной и теплой. Повышение тем­ пературы может достигать 20—30° и более. Летом, наобо­ рот, с поступлением морского полярного воздуха связано заметное похолодание и переход к неустойчивой погоде с ливневыми осадками. Вторжение арктического воздуха на территорию СССР весной и осенью обычно приводит к ночным заморозкам.

Подобных примеров можно привести очень много. Воздушная масса, получившая определенный физиче­

ский облик в очаге формирования, при известных усло­ виях покидает свой очаг,, неся с собой приобретенные свойства (температуру, влажность и др.). Вместе с тем, проходя над различной подстилающей поверхностью (суша, покрытая растительностью или снегом, море, горы), она непрерывно подвергается ее воздействию, а также воздействию изменившихся условий солнечного нагревания и ночного охлаждения. Следовательно, свой­ ства воздушной массы не являются постоянными, а осо­ бенно при ее движении претерпевают значительные из­ менения. Такойпроцесс называют трансформацией (преобразованием) воздушной массы.

Погода, приносимая воздушной массой, является как бы результатом сложных воздействий: во-первых, при формировании воздушной массы, во-вторых, при ее дви­ жении. Поэтому воздушные массы изучают и классифи­ цируют с двух точек зрения: 1) происхождения и 2) про­ цесса трансформации — прогревания, охлаждения и т. д.

51

Идея о воздушных массах была высказана в шести­ десятых годах прошлого столетия английским ученым Р. Фицроем. Он показал, что все явления погоды сред­ них широт создаются сменой и «борьбой» воздушных тече­ ний разного происхождения и разных свойств. Он иссле­ довал свойства полярных и тропических воздушных масс, особенности их движения и их взаимодействие, приводя­ щее к образованию циклонических возмущений. В двад­ цатых годах нашего столетия учение о воздушных мас­ сах было развито главным образом норвежскими учены­ ми (В. и Я. Бьеркнесы, Т. Бержерон и др.).

Изучением воздушных масс, особенно классификаци­ ей и изменением их свойств, занимались также советские ученые (С. П. Хромов, А. И. Аскназий, А. Ф. Дюбюк и др.). Ученые установили, что огромная территория на­ шей Родины является обширнейшим полем, где проис­ ходят изменения физических свойств (трансформация) воздушных масс и атмосферных фронтов.

С точки зрения трансформации воздушные массы де­ лятся на теплые и холодные. Очевидно, масса воздуха, движущаяся к северу, будет поступать в более холодную среду и охлаждаться, а масса, движущаяся к югу,— на­ греваться. Роль подстилающей поверхности важна пото­ му, что нагревание или охлаждение в воздушной массе идет снизу вверх. Оно начинается в нижних слоях воз­ духа, а затем уже с некоторым запаздыванием и ослаб­ лением распространяется на более высокие слои. Когда приходит теплая воздушная масса, наступает потепление, сама же масса начинает охлаждаться. Это охлаждение медленно распросцэаняется вверх, отчего разность тем­ ператур в приземном и вышележащем слоях уменьшает­ ся и даже возникает инверсия температуры. Теплая мас­ са становится устойчивой, так как инверсия гасит конвек­ цию и ослабляет завихрения воздуха.

52

Вследствие значительного охлаждения нижних слоев теплой массы воздуха начинается сгущение водяного пара, появляется туман (обычно в холодное время года). При отсутствии тумана наблюдаются низкие слоистые облака, а иногда морось, зимой слабый снег или снежные иглы.

Летом поступление теплой массы сопровождается яс­ ным небом, иногда кучевыми облаками. Как исключение, в жаркую погоду могут быть грозы.

Холодная масса воздуха, поступая в более теплый район, вызывает там похолодание, но сама начинает про­ греваться и приобретает все свойства неустойчивого воз­ духа, т. е. оживленную конвекцию, завихренность те­ чений, шквалистость ветра. Сгущение водяного пара приводит к развитию кучево-дождевых облаков с лив­ нями и грозами, а зимой со шквалистым снегопадом. Туманы благодаря оживленной конвекции не возни­ кают.

Однако погода меняется не только от условий охлаж­ дения и прогрева масс воздуха при движении над под­ стилающей поверхностью с теми или иными физическими свойствами. Очень важны при этом условия динамики атмосферы, вызывающие вертикальные движения воз­ духа. При восходящем движении воздух охлаждается, наступает конденсация водяного пара, образуются обла­ ка и осадки. При нисходящем движении, наоборот, воз­ дух нагревается, водяные пары удаляются от состояния насыщения и наступает ясная погода. Поэтому совсем не безразлично знать характер вертикального движения воздуха, ибо массы воздуха с одними и теми же на­ чальными свойствами (например, воздух умеренных ши­ рот, пришедший со стороны Атлантики) могут обусло­ вить как пасмурную с осадками, так и сухую и ясную погоду.

53