Состав атмосферы. Воздушная оболочка нашей планеты – атмосфера защищает земную поверхность от губительного воздействия на живые организмы ультрафиолетового излучения Солнца. Предохраняет она Землю и от космических частиц – пыли и метеоритов.

Состоит атмосфера из механической смеси газов: 78 % ее объема составляет азот, 21 % – кислород и менее 1 % – гелий, аргон, криптон и другие инертные газы. Количество кислорода и азота в воздухе практически неизменно, потому что азот почти не вступает в соединения с другими веществами, а кислород, который хотя и очень активен и расходуется на дыхание, окисление и горение, все время пополняется растениями.

До высоты примерно 100 км процентное соотношение этих газов остается практически неизменным. Это обусловлено тем, что воздух постоянно перемешивается.

Кроме названных газов в атмосфере содержится около 0,03 % углекислого газа, который обычно концентрируется вблизи от земной поверхности и размещается неравномерно: в городах, промышленных центрах и районах вулканической активности его количество возрастает.

В атмосфере всегда находится некоторое количество примесей – водяного пара и пыли. Содержание водяного пара зависит от температуры воздуха: чем выше температура, тем больше пара вмещает воздух. Благодаря наличию в воздухе парообразной воды возможны такие атмосферные явления, как радуга, рефракция солнечных лучей и т. п.

Пыль в атмосферу поступает во время вулканических извержений, песчаных и пыльных бурь, при неполном сгорании топлива на ТЭЦ и т. д.

Строение атмосферы. Плотность атмосферы меняется с высотой: у поверхности Земли она наивысшая, с поднятием вверх уменьшается. Так, на высоте 5,5 км плотность атмосферы в 2 раза, а на высоте 11 км – в 4 раза меньше, чем в приземном слое.

В зависимости от плотности, состава и свойств газов атмосферу разделяют на пять концентрических слоев (рис. 34).

Рис. 34. Вертикальный разрез атмосферы (стратификация атмосферы)

1. Нижний слой называют тропосферой. Ее верхняя граница проходит на высоте 8-10 км на полюсах и 16–18 км – на экваторе. В тропосфере содержится до 80 % всей массы атмосферы и почти весь водяной пар.

Температура воздуха в тропосфере с высотой понижается на 0,6 °C через каждые 100 м и у верхней ее границы составляет -45-55 °C.

Воздух в тропосфере постоянно перемешивается, перемещается в разных направлениях. Только здесь наблюдаются туманы, дожди, снегопады, грозы, бури и другие погодные явления.

2. Выше расположена стратосфера, которая простирается до высоты 50–55 км. Плотность воздуха и давление в стратосфере незначительны. Разреженный воздух состоит из тех же газов, что и в тропосфере, но в нем больше озона. Наибольшая концентрация озона наблюдается на высоте 15–30 км. Температура в стратосфере повышается с высотой и на верхней границе ее достигает 0 °C и выше. Это объясняется тем, что озон поглощает коротковолновую часть солнечной энергии, в результате чего воздух нагревается.

3. Над стратосферой лежит мезосфера, простирающаяся до высоты 80 км. В ней температура вновь понижается и достигает -90 °C. Плотность воздуха там в 200 раз меньше, чем у поверхности Земли.

4. Выше мезосферы располагается термосфера (от 80 до 800 км). Температура в этом слое повышается: на высоте 150 км до 220 °C; на высоте 600 км до 1500 °C. Газы атмосферы (азот и кислород) находятся в ионизированном состоянии. Под действием коротковолновой солнечной радиации отдельные электроны отрываются от оболочек атомов. В результате в данном слое – ионосфере возникают слои заряженных частиц. Самый плотный их слой находится на высоте 300–400 км. В связи с небольшой плотностью солнечные лучи там не рассеиваются, поэтому небо черное, на нем ярко светят звезды и планеты.

В ионосфере возникают полярные сияния, образуются мощные электрические токи, которые вызывают нарушения магнитного поля Земли.

5. Выше 800 км расположена внешняя оболочка – экзосфера. Скорость движения отдельных частиц в экзосфере приближается к критической – 11,2 мм/с, поэтому отдельные частицы могут преодолеть земное притяжение и уйти в мировое пространство.

Значение атмосферы. Роль атмосферы в жизни нашей планеты исключительно велика. Без нее Земля была бы мертва. Атмосфера предохраняет поверхность Земли от сильного нагревания и охлаждения. Ее влияние можно уподобить роли стекла в парниках: пропускать солнечные лучи и препятствовать отдаче тепла.

Атмосфера предохраняет живые организмы от коротковолновой и корпускулярной радиации Солнца. Атмосфера – среда, где происходят погодные явления, с которыми связана вся человеческая деятельность. Изучение этой оболочки производится на метеорологических станциях. Днем и ночью, в любую погоду метеорологи ведут наблюдения за состоянием нижнего слоя атмосферы. Четыре раза в сутки, а на многих станциях ежечасно измеряют температуру, давление, влажность воздуха, отмечают облачность, направление и скорость ветра, количество осадков, электрические и звуковые явления в атмосфере. Метеорологические станции расположены всюду: в Антарктиде и во влажных тропических лесах, на высоких горах и на необозримых просторах тундры. Ведутся наблюдения и на океанах со специально построенных кораблей.

С 30-х гг. XX в. начались наблюдения в свободной атмосфере. Стали запускать радиозонды, которые поднимаются на высоту 25–35 км, и при помощи радиоаппаратуры передают на Землю сведения о температуре, давлении, влажности воздуха и скорости ветра. В наше время широко используют также метеорологические ракеты и спутники. Последние имеют телевизионные установки, передающие изображение земной поверхности и облаков.

Основным источником тепла, нагревающим земную поверхность и атмосферу, служит солнце. Другие источники – луна, звезды, разогретые недра Земли – поставляют столь малое количество тепла, что ими можно пренебречь.

Солнце излучает в мировое пространство колоссальную энергию в виде тепловых, световых, ультрафиолетовых и других лучей. Вся совокупность лучистой энергии Солнца называется солнечной радиацией. Земля получает ничтожную долю этой энергии – одну двухмиллиардную часть, которой, однако, достаточно не только для поддержания жизни, но и для осуществления экзогенных процессов в литосфере, физико-химических явлений в гидросфере и атмосфере.

Различают радиацию прямую, рассеянную и суммарную.

При ясной, безоблачной погоде поверхность Земли нагревается в основном прямой радиацией, которую мы ощущаем как теплые или горячие солнечные лучи.

Проходя через атмосферу, солнечные лучи отражаются от молекул воздуха, капелек воды, пылинок, отклоняются от прямолинейного пути и рассеиваются. Чем пасмурнее погода, тем плотнее облачность и тем большее количество радиации рассеивается в атмосфере. При сильной запыленности воздуха, например во время пыльных бурь или в промышленных центрах, рассеивание ослабляет радиацию на 40–45 %.

Значение рассеянной радиации в жизни Земли очень велико. Благодаря ей освещаются предметы, находящиеся в тени. Она же обусловливает цвет неба.

Интенсивность радиации зависит от угла падения солнечных лучей на земную поверхность. Когда солнце находится высоко над горизонтом, его лучи преодолевают атмосферу более коротким путем, следовательно, меньше рассеиваются и сильнее нагревают поверхность Земли. По этой причине в солнечную погоду утром и вечером всегда прохладнее, чем в полдень.

На распределение радиации на поверхности Земли огромное влияние оказывают ее шарообразность и наклон земной оси к плоскости орбиты. В экваториальных и тропических широтах солнце в течение всего года находится высоко над горизонтом, в средних широтах его высота меняется в зависимости от времени года, а в Арктике и Антарктике высоко над горизонтом оно не поднимается никогда. В результате в тропических широтах солнечные лучи рассеиваются меньше, а на единицу площади земной поверхности приходится их большее количество, чем в средних или высоких широтах. По этой причине количество радиации зависит от широты места: чем дальше от экватора, тем меньше ее поступает на земную поверхность.

Поступление лучистой энергии связано с годичным и суточным движением Земли. Так, в средних и высоких широтах ее количество зависит от времени года. На Северном полюсе, например, летом солнце не заходит за горизонт 186 дней, т. е. 6 месяцев, и количество поступающей радиации даже больше, чем на экваторе. Однако солнечные лучи имеют малый угол падения, и большая часть радиации рассеивается в атмосфере. В результате поверхность Земли нагревается незначительно.

Зимой солнце в Арктике находится за горизонтом, и прямая радиация на поверхность Земли не поступает.

На количество поступающей солнечной радиации влияет и рельеф земной поверхности. На склонах гор, холмов, оврагов и т. д., обращенных к солнцу, угол падения солнечных лучей увеличивается, и они сильнее нагреваются.

Совокупность всех этих факторов приводит к тому, что на земной поверхности нет места, где интенсивность радиации была бы постоянной.

Неодинаково происходит и нагревание суши и воды. Поверхность суши нагревается и охлаждается быстро. Вода же нагревается медленно, но зато дольше удерживает тепло. Объясняется это тем, что теплоемкость воды больше теплоемкости горных пород, слагающих сушу.

На суше солнечные лучи нагревают только поверхностный слой, а в прозрачной воде тепло проникает на значительную глубину, в результате чего нагревание происходит медленнее. На его скорость влияет и испарение, так как на него нужно много тепла. Вода остывает медленно, в основном потому, что объем прогреваемой воды во много раз больше объема нагревающейся суши; к тому же при ее охлаждении верхние, остывшие слои воды опускаются на дно, как более плотные и тяжелые, а на смену им из глубины водоема поднимается теплая вода.

Накопленное тепло вода расходует более равномерно. В результате море в среднем теплее суши, а колебания температуры воды никогда не бывают такими резкими, как колебания температуры суши.

Солнечные лучи, проходя через прозрачные тела, нагревают их очень слабо. По этой причине прямые солнечные лучи почти не нагревают воздух атмосферы, а нагревают поверхность Земли, от которой прилегающим слоям воздуха передается тепло. Нагреваясь, воздух становится более легким и поднимается вверх, где перемешивается с более холодным, в свою очередь нагревая его.

По мере поднятия вверх воздух охлаждается. На высоте 10 км температура постоянно держится на отметке 40–45 °C.

Понижение температуры воздуха с высотой – это общая закономерность. Однако нередко наблюдается и повышение температуры по мере поднятия вверх. Такое явление называют температурной инверсией, т. е. перестановкой температур.

Возникают инверсии либо при быстром охлаждении земной поверхности и прилегающего воздуха, либо, наоборот, при стекании тяжелого холодного воздуха по склонам гор в долины. Там этот воздух застаивается и вытесняет более теплый вверх по склонам.

В течение суток температура воздуха не остается постоянной, а непрерывно изменяется. Днем поверхность Земли нагревается и нагревает прилегающий слой воздуха. Ночью Земля излучает тепло, охлаждается, и происходит охлаждение воздуха. Наиболее низкие температуры наблюдаются не ночью, а перед восходом солнца, когда земная поверхность уже отдала все тепло. Аналогично этому наиболее высокие температуры воздуха устанавливаются не в полдень, а около 15 ч.

На экваторе суточный ход температур однообразен, днем и ночью они почти одинаковы. Очень незначительны суточные амплитуды на морях и у морских побережий. А вот в пустынях днем поверхность земли часто нагревается до 50–60 °C, а ночью нередко охлаждается до 0 °C. Таким образом, суточные амплитуды превышают здесь 50–60 °C.

В умеренных широтах наибольшее количество солнечной радиации поступает на Землю в дни летних солнцестояний, т. е. 22 июня в Северном полушарии и 21 декабря в Южном. Однако самым жарким месяцем является не июнь (декабрь), а июль (январь), так как в день солнцестояния огромное количество радиации расходуется на нагревание земной поверхности. В июле (январе) радиация уменьшается, но эта убыль компенсируется сильно нагретой земной поверхностью.

Аналогично этому самый холодный месяц не июнь (декабрь), а июль (январь).

На море, в связи с тем что вода более медленно охлаждается и нагревается, смещение температур еще больше. Здесь самый жаркий месяц август, а самый холодный – февраль в Северном полушарии и соответственно самый жаркий – февраль и самый холодный – август в Южном.

Годовая амплитуда температур в значительной степени зависит от широты места. Так, на экваторе амплитуда в течение года остается почти постоянной и составляет 22–23 °C. Самые высокие годовые амплитуды характерны для территорий, расположенных в средних широтах в глубине континентов.

Любая местность характеризуется также абсолютными и средними температурами. Абсолютные температуры устанавливают путем многолетних наблюдений на метеостанциях. Так, самое жаркое (+58 °C) место на Земле находится в Ливийской пустыне; самое холодное (-89,2 °C) – в Антарктиде на станции «Восток». В Северном полушарии самая низкая (-70,2 °C) температура отмечена в поселке Оймякон в Восточной Сибири.

Средние температуры определяют как среднеарифметическое нескольких показателей термометра. Так, чтобы определить среднесуточную температуру, производят измерения в 1; 7; 13 и 19 ч, т. е. 4 раза в сутки. Из полученных цифр находят среднеарифметическую величину, которая и будет среднесуточной температурой данной местности. Затем находят среднемесячные и среднегодовые температуры как среднеарифметическое среднесуточных и среднемесячных.

На карте можно обозначить точки с одинаковыми значениями температур и провести линии, соединяющие их. Эти линии называют изотермами. Наиболее показательны изотермы января и июля, т. е. самого холодного и самого теплого месяца в году. По изотермам можно определить, как распределяется тепло на Земле. При этом прослеживаются отчетливо выраженные закономерности.

1. Самые высокие температуры наблюдаются не на экваторе, а в тропических и субтропических пустынях, где преобладает прямая радиация.

2. В обоих полушариях температуры понижаются от тропических широт к полюсам.

3. В связи с преобладанием моря над сушей ход изотерм в Южном полушарии более плавный, а амплитуды температур между самым жарким и самым холодным месяцем меньше, чем в Северном.

Расположение изотерм позволяет выделить 7 тепловых поясов:

1 жаркий, расположенный между годовыми изотермами 20 °C в Северном и Южном полушариях;

2 умеренных, заключенных между изотермами 20 и 10 °C самых теплых месяцев, т. е. июня и января;

2 холодных, расположенных между изотермами 10 и 0 °C также самых теплых месяцев;

2 области вечного мороза, в которых температура самого теплого месяца ниже 0 °C.

Границы поясов освещенности, проходящие по тропикам и полярным кругам, не совпадают с границами тепловых поясов.

В воздухе атмосферы всегда содержится некоторое количество водяного пара, который образуется в результате испарения с поверхности суши и океана. Скорость испарения зависит прежде всего от температуры и ветра. Чем выше температура и больше емкость пара, там сильнее испарение.

Количество воды, которое может испариться с той или иной поверхности, называется испаряемостью. Испаряемость зависит от температуры воздуха и количества в нем водяного пара. Чем выше температура воздуха и чем меньше он содержит водяного пара, тем выше испаряемость.

В полярных странах при низкой температуре воздуха она ничтожна. Невелика она и на экваторе, где воздух содержит ограниченное количество водяного пара. Максимальна испаряемость в тропических пустынях, где она достигает 3000 м.

Воздух может принимать водяной пар до известного предела, пока не станет насыщенным. Если насыщенный воздух нагреть, он вновь приобретет способность принимать водяной пар, т. е. опять станет ненасыщенным. При охлаждении ненасыщенного воздуха он приближается к насыщению. Таким образом, способность воздуха содержать в себе большее или меньшее количество водяного пара зависит от температуры (рис. 35).

Количество водяного пара, которое содержится в воздухе в данный момент (в г на 1 м 3), называют абсолютной влажностью.

Отношение количества водяных паров, содержащихся в воздухе в данный момент к тому их количеству, которое он может вместить при данной температуре, называется относительной влажностью и измеряется в процентах.

Момент перехода воздуха от ненасыщенного состояния к насыщенному называют точкой росы. Чем ниже температура воздуха, тем меньше он может содержать водяного пара и тем выше относительная влажность. Это означает, что при холодном воздухе быстрее наступает точка росы.

Рис. 35. Зависимость количества водяного пара в насыщенном воздухе от его температуры

При наступлении точки росы, т. е. при полном насыщении воздуха водяным паром, когда относительная влажность приближается к 100 %, происходит конденсация водяных паров – переход воды из газообразного состояния в жидкое.

Таким образом, процесс конденсации водяных паров происходит либо при сильном испарении влаги и насыщении воздуха водяным паром, либо при понижении температуры воздуха и относительной влажности. При отрицательных температурах водяной пар, минуя жидкое состояние, превращается в твердые кристаллики льда и снега. Этот процесс называется сублимацией водяных паров.

Конденсация и сублимация водяного пара определяют образование осадков.

При конденсации водяного пара в атмосфере на высоте от нескольких десятков до сотен метров и даже километров образуются облака.

Это происходит в результате испарения водяного пара с поверхности Земли и его поднятия восходящими потоками теплого воздуха. В зависимости от своей температуры облака состоят из капелек воды или кристалликов льда и снега. Эти капли и кристаллы настолько малы, что их удерживают в атмосфере даже слабые восходящие потоки воздуха.

Форма облаков очень разнообразна и зависит от многих факторов: высоты, скорости ветра, влажности и т. д. Вместе с тем можно выделить группы облаков, сходных по форме и высоте. Наиболее известны из них кучевые, перистые и слоистые, а также их разновидности: слоисто-кучевые, перисто-слоистые, слоисто-дождевые и др. Облака, перенасыщенные водяным паром, имеющие темно-фиолетовый или почти черный оттенок, называют тучами.

Степень покрытия неба облаками, выраженную в баллах (от 1 до 10), называют облачностью.

Высокая степень облачности предвещает, как правило, выпадение осадков. Их выпадение наиболее вероятно из высокослоистых, кучево-дождевых и слоисто-дождевых облаков.

Воду, выпавшую в твердом или жидком состоянии в виде дождя, снега, града или сконденсировавшуюся на поверхности различных тел в виде росы, инея, называют атмосферными осадками.

Дождь образуется тогда, когда мельчайшие капельки влаги, содержащиеся в облаке, сливаются в более крупные и, преодолевая силу восходящих потоков воздуха, под действием силы тяжести выпадают на Землю. Если в облаке оказываются мельчайшие частицы твердых тел, например пыль, то процесс конденсации ускоряется, поскольку пылинки играют роль ядер конденсации.

В пустынных районах при низкой относительной влажности конденсация водяного пара возможна только на большой высоте, где температура ниже, однако дождинки, не долетая до земли, испаряются в воздухе. Это явление получило название сухих дождей.

Если конденсация водяного пара в облаке происходит при отрицательных температурах, образуются осадки в виде снега.

Иногда снежинки из верхних слоев облака опускаются в нижнюю его часть, где температура выше и содержится огромное количество переохлажденных капель воды, удерживаемых в облаке восходящими потоками воздуха. Соединяясь с капельками воды, снежинки теряют форму, вес их увеличивается, и они выпадают на землю в виде снежной пурги – шарообразных снежных комочков диаметром 2–3 мм.

Необходимое условие образования града – наличие облака вертикального развития, нижний край которого находится в зоне положительных, а верхний – в зоне отрицательных температур (рис. 36). При этих условиях образовавшаяся снежная пурга восходящими потоками поднимается в зону отрицательных температур, где превращается в льдинку шарообразной формы – градину. Процесс поднятия и опускания градины может происходить многократно и сопровождаться увеличением ее массы и размера. Наконец градина, преодолевая сопротивление восходящих потоков воздуха, выпадает на землю. Градины неодинаковы по размеру: они могут быть величиной от горошины до куриного яйца.

Рис. 36. Схема образования града в облаках вертикального развития

Количество атмосферных осадков измеряют с помощью осадкомера. Многолетние наблюдения за количеством выпадающих осадков позволили установить общие закономерности их распространения по поверхности Земли. Наибольшее количество осадков выпадает в экваториальной полосе – в среднем 1500–2000 мм. В тропиках количество их снижается до 200–250 мм. В умеренных широтах происходит увеличение выпадающих осадков до 500–600 мм, а в полярных областях количество их не превышает 200 мм в год.

В пределах поясов также наблюдается значительная неравномерность в выпадении осадков. Она обусловлена направлением ветров и особенностями рельефа местности. Например, на западных склонах Скандинавских гор выпадает 1000 мм осадков, а на восточных – в два с лишним раза меньше. Есть на Земле места, где осадки практически отсутствуют. Например, в пустыне Атакама осадки выпадают раз в несколько лет, а по многолетним данным, величина их не превышает 1 мм в год. Очень сухо и в Центральной Сахаре, где среднее ежегодное количество осадков менее 50 мм.

В то же время в некоторых местах выпадает гигантское количество осадков. Например, в Черрапунджи – на южных склонах Гималаев их выпадает до 12 000 мм, а в отдельные годы – до 23 000 мм, на склонах горы Камерун в Африке – до 10 000 мм.

Такие осадки, как роса, иней, туман, изморозь, гололед, образуются не в верхних слоях атмосферы, а в ее приземном слое. Охлаждаясь от поверхности Земли, воздух уже не может удерживать водяной пар, он конденсируется и оседает на окружающих предметах. Так образуется роса. При температуре предметов, расположенных у поверхности Земли, ниже 0 °C образуется иней.

При наступлении более теплого воздуха и его соприкосновении с холодными предметами (чаще всего проводами, ветками деревьев) выпадает изморозь – налет рыхлых кристалликов льда и снега.

При концентрации водяных паров в приземном слое атмосферы образуется туман. Особенно часты туманы в крупных промышленных центрах, где капельки воды, сливаясь с пылью и газами, образуют ядовитую смесь – смог.

Когда температура поверхности Земли ниже 0 °C, а из более верхних слоев выпадают осадки в виде дождя, начинается гололедица. Смерзаясь в воздухе и на предметах, капельки влаги образуют ледяную корку. Иногда льда так много, что под его тяжестью рвутся провода, ломаются ветки деревьев. Особенно опасна гололедица на дорогах и зимних пастбищах. Похож на гололедицу гололед. Но он формируется иначе: на землю выпадают жидкие осадки, а при понижении температуры ниже 0 °C вода на земле замерзает, образуя скользкую ледяную пленку.

Масса 1 м 3 воздуха на уровне моря при температуре 4 °C в среднем составляет 1 кг 300 г, что обусловливает существование атмосферного давления. Живые организмы, в том числе и здоровый человек, не ощущают этого давления, так как оно уравновешивается внутренним давлением организма.

За давлением воздуха и его изменениями ведутся систематические наблюдения на метеостанциях. Давление измеряют барометрами – ртутными и пружинными (анероидами). Измеряется давление в паскалях (Па). Давление атмосферы на широте 45° на высоте 0 м над уровнем моря при температуре 4 °C считается нормальным, оно соответствует 1013 гПа, или 760 мм ртутного столба, или 1 атмосфере.

Давление с высотой уменьшается в среднем на 1 гПа на каждые 8 м высоты. Пользуясь этим, можно, зная давление у поверхности Земли и на какой-то высоте, вычислить эту высоту. Разница давлений, например в 300 гПа, означает, что предмет находится на высоте 300 х 8 = 2400 м.

Давление атмосферы зависит не только от высоты, но и от плотности воздуха. Холодный воздух плотнее и тяжелее теплого. В зависимости от того, какие воздушные массы господствуют в данной местности, в ней устанавливается высокое или низкое атмосферное давление. На метеостанциях или в пунктах наблюдения оно фиксируется автоматическим прибором – барографом.

Если на карте соединить все точки с одинаковым давлением, то получившиеся линии – изобары покажут, как оно распределяется на поверхности Земли.

На картах изобар отчетливо проявляются две закономерности.

1. Давление изменяется от экватора к полюсам зонально. На экваторе оно пониженное, в тропических областях (особенно над океанами) – повышенное, в умеренных – переменное от сезона к сезону, а в полярных вновь повышается.

2. Над материками зимой устанавливается повышенное, а летом – пониженное давление. Это обусловлено тем, что суша зимой охлаждается и воздух над ней уплотняется, а летом, наоборот, над сушей воздух более теплый и менее плотный.

Из области, где давление повышено, воздух перемещается, «течет» туда, где оно ниже. Движение воздуха называется ветром. Для наблюдения за ветром – его скоростью, направлением и силой – используют флюгер и анемометр. По результатам наблюдений за направлением ветра строят розу ветров (рис. 37) за месяц, сезон или год. Анализ розы ветров позволяет установить преобладающие направления ветров для данной местности.

Рис. 37. Роза ветров

Скорость ветра измеряют в метрах в секунду. При штиле скорость ветра не превышает 0 м/с. Ветер, скорость которого более 29 м/с, называется ураганом. Самые сильные ураганы отмечены в Антарктиде, где скорость ветра достигала 100 м/с.

Силу ветра измеряют в баллах, она зависит от его скорости и плотности воздуха. По шкале Бофорта штилю соответствует 0 баллов, а урагану максимальное количество баллов – 12.

Зная общие закономерности распределения атмосферного давления, можно установить направление основных потоков воздуха в нижних слоях атмосферы Земли (рис. 38).

Рис. 38. Схема общей циркуляции атмосферы

1. Из тропических и субтропических областей повышенного давления основной поток воздуха устремляется к экватору, в область постоянно низкого давления. Под влиянием отклоняющей силы вращения Земли эти потоки отклоняются вправо в Северном полушарии и влево – в Южном. Эти постоянно дующие ветры называют пассатами.

2. Часть тропического воздуха перемещается в умеренные широты. Это движение особенно активизируется летом, когда там господствует более низкое давление. Эти потоки воздуха в Северном полушарии также отклоняются вправо и принимают вначале юго-западное, а затем и западное направление, а в Южном – северо-западное, переходящее в западное. Таким образом, в умеренных широтах обоих полушарий преобладает западный перенос воздуха.

3. Из полярных областей высокого давления воздух перемещается в умеренные широты, принимая северо-восточное направление в Северном и юго-восточное – в Южном полушариях.

Пассаты, западные ветры умеренных широт и ветры из полярных областей называются планетарными и распределяются зонально.

4. Это распределение нарушается на восточных побережьях материков Северного полушария в умеренных широтах. В результате сезонного изменения давления над сушей и прилегающей водной поверхностью океана зимой здесь дуют ветры с суши на море, а летом – с моря на сушу. Эти ветры, изменяющие свое направление по сезонам, называют муссонами. Под действием отклоняющего влияния вращающейся Земли летние муссоны принимают юго-восточное направление, а зимние – северо-западное. Муссонные ветры особенно характерны для Дальнего Востока и Восточного Китая, в меньшей мере они проявляются на восточном побережье Северной Америки.

5. Кроме планетарных ветров и муссонов имеются локальные, так называемые местные ветры. Они возникают из-за особенностей рельефа, неравномерности нагревания подстилающей поверхности.

Бризы – береговые ветры, наблюдающиеся в ясную погоду на берегах водоемов: океанов, морей, крупных озер, водохранилищ и даже рек. Днем они дуют с водной поверхности (морской бриз), ночью – с суши (береговой бриз). Днем суша нагревается сильнее, чем море. Воздух над сушей поднимается, потоки воздуха с моря устремляются на его место, образуя дневной бриз. В тропических широтах дневные бризы – довольно сильные ветры, приносящие влагу и прохладу с моря.

Ночью поверхность воды нагрета сильнее, чем суша. Воздух поднимается вверх, а на его место устремляется воздух с суши. Образуется ночной бриз. По силе он обычно уступает дневному.

В горах наблюдаются фены – теплые и сухие ветры, дующие по склонам.

Если на пути движущегося холодного воздуха поднимаются подобно плотине невысокие горы, может возникнуть бора. Холодный воздух, преодолев невысокий барьер, с огромной силой обрушивается вниз, причем при этом происходит резкое понижение температуры. Бора известна под разными названиями: на Байкале это сарма, в Северной Америке – чинук, во Франции – мистраль и т. д. В России бора особенной силы достигает в Новороссийске.

Суховеи – это сухие и знойные ветры. Они характерны для засушливых районов земного шара. В Средней Азии суховей называют самумом, в Алжире – сирокко, в Египте – хатсином и т. д. Скорость ветра-суховея достигает 20 м/с, а температура воздуха – 40 °C. Относительная влажность при суховее резко падает и понижается до 10 %. Растения, испаряя влагу, высыхают на корню. В пустынях суховеи нередко сопровождаются пыльными бурями.

Направление и силу ветра необходимо учитывать при строительстве населенных пунктов, промышленных предприятий, жилищ. Ветер – один из важнейших источников альтернативной энергии, его используют для выработки электроэнергии, а также для работы мельниц, водокачек и др.

Погодой называют состояние нижнего слоя атмосферы в данное время и в данном месте.

Ее самая характерная особенность – изменчивость, нередко в течение суток погода меняется несколько раз.

Резкие изменения в погоде чаще всего связаны со сменой воздушных масс.

Воздушная масса – это огромный движущийся объем воздуха с определенными физическими свойствами: температурой, плотностью, влажностью, прозрачностью.

Нижние слои атмосферы, соприкасаясь с подстилающей поверхностью, приобретают некоторые ее свойства. Над разогретой поверхностью формируются теплые воздушные массы, над охлажденной – холодные. Чем дольше воздушная масса находится над поверхностью, с которой испаряется влага, тем больше становится ее влажность.

В зависимости от места формирования воздушные массы подразделяют на арктические, умеренные, тропические, экваториальные. Если формирование воздушных масс происходит над океаном, их называют морскими. Зимой они очень влажные и теплые, летом – прохладные. Континентальные воздушные массы имеют малую относительную влажность, более высокие температуры и отличаются сильной запыленностью.

Россия расположена в умеренном поясе, поэтому на западе преобладают морские умеренные воздушные массы, а над большей частью остальной территории – континентальные. За Северным полярным кругом формируются арктические воздушные массы (рис. 39).

Рис. 39. Основные виды воздушных масс на европейской части России

При соприкосновении различных воздушных масс в тропосфере возникают переходные области – атмосферные фронты, длина их достигает 1000 км, а высота – нескольких сотен метров.

Теплый фронт (рис. 40, 1) образуется при активном движении теплого воздуха в сторону холодного. Тогда легкий теплый воздух натекает на отступающий клин холодного воздуха и поднимается по плоскости раздела. При подъеме он охлаждается. Это приводит к конденсации водяных паров и возникновению перистых и слоисто-дождевых облаков, а затем к выпадению осадков.

При приближении теплого фронта за сутки появляются его предвестники – перистые облака. Они плывут, как перья, на высоте 7-10 км. В это время атмосферное давление понижается. С приходом теплого фронта обычно связаны потепление и выпадение обложных, моросящих осадков.

Рис. 40. Теплый (1) и холодный (2) фронты

Холодный фронт (рис. 40, 2) образуется при перемещении холодного воздуха в сторону теплого. Холодный воздух, как более тяжелый, подтекает под теплый и выталкивает его вверх. При этом возникают слоисто-кучевые дождевые облака, громоздящиеся, как горы или башни, а осадки из них выпадают в виде ливней со шквалами и грозами. С прохождением холодного фронта связаны похолодание и усиление ветра.

На фронтах иногда образуются мощные завихрения воздуха, аналогично водоворотам при встрече двух потоков воды. Размеры этих воздушных завихрений могут достигать 2–3 тыс. км в поперечнике. Если давление в их центральных частях ниже, чем по краям, – это циклон.

В центральной части циклона воздух поднимается и растекается к его окраинам (рис. 41, 1). При подъеме воздух расширяется, охлаждается, конденсируются водяные пары и возникает облачность. При прохождении циклонов обычно наступает пасмурная погода с выпадением дождей летом и со снегопадами зимой.

Циклоны обычно перемещаются с запада на восток со средней скоростью около 30 км/ч, или 700 км в сутки.

Рис. 41. Схема движения воздуха в циклоне (1) и антициклоне (2)

Тропические циклоны отличаются от циклонов умеренных широт меньшими размерами и исключительно бурной погодой. Диаметр тропических циклонов обычно 200–500 км, давление в центре опускается до 960–970 гПа. Им сопутствуют ураганные ветры до 50 м/с, причем ширина штормовой зоны достигает 200–250 км. В тропических циклонах образуются мощные облака и выпадают обильные осадки (до 300–400 мм в сутки). Характерная особенность тропических циклонов – наличие в центре небольшой, с поперечником около 20 км, области затишья с ясной погодой.

Если, наоборот, давление повышено в центре, то этот вихрь называют антициклоном. В антициклонах отток воздуха у поверхности Земли происходит от центра к краям, направляясь по движению часовой стрелки (рис. 41, 2). Одновременно с оттоком воздуха из антициклона в его центральную часть поступает воздух из верхних слоев атмосферы. Он при опускании нагревается, поглощая водяной пар, и облачность рассеивается. Поэтому в районах, где появляются антициклоны, устанавливается ясная, безоблачная погода со слабыми ветрами, жаркая летом и холодная зимой.

Антициклоны охватывают большие площади, чем циклоны. Они более устойчивы, двигаются с меньшей скоростью, медленнее разрушаются, часто долго задерживаются на одном месте. С приближением антициклона атмосферное давление повышается. Этот признак следует использовать при предсказании погоды.

По территории России непрерывно проходят серии циклонов и антициклонов. С этим и связана изменчивость погоды.

Синоптическая карта – карта погоды, составляемая на определенный срок. Составляется она несколько раз в день на основании данных, получаемых от сети метеорологических станций Гидрометеорологической службы России и зарубежных стран. На этой карте цифрами и условными знаками показаны сведения о погоде – давление воздуха в миллибарах, температура воздуха, направление и скорость ветра, облачность, положение теплых и холодных фронтов, циклоны и антициклоны, характер осадков.

Рис. 42. Синоптические карты

Для прогнозирования погоды сопоставляют карты (например, на 3 и 4 ноября) и устанавливают изменения в положении теплых и холодных фронтов, смещения циклонов и антициклонов и характер погоды в каждом из них (рис. 42). В настоящее время для уточнения предсказаний погоды широко используют космические станции.

Признаки устойчивой и ясной погоды

1. Давление воздуха высокое, почти не меняется или медленно повышается.

2. Резко выражен суточный ход температуры: днем жарко, ночью прохладно.

3. Ветер слабый, к полудню усиливается, вечером утихает.

4. Небо весь день безоблачно или покрыто кучевыми облаками, исчезающими к вечеру. Относительная влажность воздуха снижается днем и возрастает к ночи.

5. Днем небо ярко-синее, сумерки короткие, звезды слабо мерцают. Вечером заря желтая или оранжевая.

6. Сильные росы или иней ночью.

7. Туманы над низинами, усиливающиеся ночью и исчезающие днем.

8. Ночью в лесу теплее, чем в поле.

9. Дым из печных труб и костров поднимается вверх.

10. Ласточки летают высоко.

Признаки неустойчивой ненастной погоды

1. Давление резко колеблется или непрерывно понижается.

2. Суточный ход температуры выражен слабо или с нарушением общего хода (например, ночью температура повышается).

3. Ветер усиливается, резко меняет свое направление, движение нижних слоев облаков не совпадает с движением верхних.

4. Облачность возрастает. На западной или юго-западной стороне горизонта появляются перисто-слоистые облака, которые распространяются по всему небосводу. Они сменяются высокослоистыми и слоисто-дождевыми облаками.

5. С утра душно. Кучевые облака растут вверх, превращаясь в кучево-дождевые, – к грозе.

6. Утренние и вечерние зори красные.

7. К ночи ветер не стихает, а усиливается.

8. Вокруг Солнца и Луны в перисто-слоистых облаках возникают светлые круги (гало). В облаках среднего яруса – венцы.

9. Утренней росы нет.

10. Ласточки летают низко. Муравьи прячутся в муравейники.

Климат – это многолетний режим погоды, характерный для данной местности.

Климат оказывает влияние на режим рек, образование различных типов почв, растительность и животный мир. Так, в областях, где земная поверхность получает много тепла и влаги, растут влажные вечнозеленые леса. Области, расположенные около тропиков, тепла получают почти столько же, сколько на экваторе, а влаги – значительно меньше, поэтому они покрыты скудной пустынной растительностью. Большая часть нашей страны занята хвойными лесами, которые приспособились к суровому климату: холодной и продолжительной зиме, короткому и умеренно теплому лету, среднему увлажнению.

Формирование климата зависит от многих факторов, прежде всего от географического положения. Широта места определяет угол падения солнечных лучей и соответственно количество тепла, поступающего от Солнца. Количество тепла зависит также от характера подстилающей поверхности и от распределения суши и воды. Вода, как известно, медленно нагревается, но и медленно остывает. Суша, напротив, быстро нагревается и также быстро остывает. В результате над водной поверхностью и над сушей формируются различные режимы погоды.

Таблица 3

Колебания температуры в городах, расположенных между 50 и 53°с. ш.

Из этой таблицы видно, что Бантри на западном побережье Ирландии, находящийся под непосредственным влиянием Атлантического океана, имеет среднюю температуру самого теплого месяца 15,2 °C, а холодного – 7,1 °C, т. е. ее годовая амплитуда равна 8,1 °C. С удалением от океана повышается средняя температура самого теплого месяца и понижается самого холодного, т. е. растет амплитуда годовых температур. В Нерчинске она достигает 53,2 °C.

Большое влияние на климат оказывает рельеф: горные хребты и котловины, равнины, речные долины, овраги создают особые условия климата. Горы чаще всего являются климаторазделами.

Влияют на климат и морские течения. Теплые течения переносят огромное количество тепла из низких широт в более высокие, холодные – холод из более высоких широт в низкие. В местах, омываемых теплыми течениями, годовая температура воздуха выше на 5-10 °C, чем на этих же широтах, омываемых холодными течениями.

Таким образом, климат каждой территории зависит от широты места, подстилающей поверхности, морских течений, рельефа и высоты места над уровнем моря.

Русский ученый Б. П. Алисов разработал классификацию климатов земного шара. В основу ее положены типы воздушных масс, их формирование и изменение при движении под воздействием подстилающей поверхности.

Климатические пояса. В зависимости от преобладающего климата выделяют следующие климатические пояса: экваториальный, два тропических, два умеренных, два полярных (арктический, антарктический) и переходные – два субэкваториальных, два субтропических и два субполярных (субарктический и субантарктический).

Экваториальный пояс охватывает бассейны рек Конго и Амазонки, побережье Гвинейского залива, Зондские острова. Высокое положение солнца в течение круглого года обусловливает сильный нагрев поверхности. Среднегодовые температуры здесь от 25 до 28 °C. В дневные часы температура воздуха редко поднимается до 30 °C, но сохраняется высокая относительная влажность – 70–90 %. Нагретый воздух, насыщенный водяными парами, в условиях пониженного давления поднимается вверх. На небе появляются кучевые облака, которые к полудню закрывают все небо. Воздух продолжает подниматься, кучевые облака переходят в кучево-дождевые, из которых после полудня выпадают интенсивные ливневые дожди. В этом поясе годовое количество осадков превышает 2000 мм. Есть места, где их количество увеличивается до 5000 мм. Осадки в течение года распределяются равномерно.

Высокие температуры в течение круглого года, большое количество осадков создают условия для развития богатой растительности – влажных экваториальных лесов.

Субэкваториальный пояс занимает огромные пространства – Бразильское нагорье в Южной Америке, Центральную Африку к северу и востоку от бассейна Конго, большую часть полуостровов Индостан и Индокитай, а также Северную Австралию.

Самой характерной особенностью климата этого пояса является смена воздушных масс по сезонам: летом вся эта область занята экваториальным воздухом, зимой – тропическим. В результате этого выделяют два сезона – влажный (летний) и сухой (зимний). В летний сезон погода мало чем отличается от экваториальной. Теплый и влажный воздух поднимается вверх, что создает условия для образования облаков и обильного выпадения осадков. Именно в этом поясе расположены места с наибольшим количеством осадков (северо-восток Индии и Гавайские острова). В зимний период условия резко изменяются, господствует сухой тропический воздух, устанавливается сухая погода. Травы выгорают, а деревья сбрасывают листву. Большую часть территорий субэкваториального пояса занимает зона саванн и редколесий.

Тропический пояс размещается по обе стороны от тропиков как на океанах, так и на материках. Здесь круглый год господствует тропический воздух. В условиях высокого давления и малой облачности он отличается высокими температурами. Средняя температура самого теплого месяца превышает 30 °C, а в отдельные дни поднимается до 50–55 °C.

Осадков на большей части территории выпадает мало (менее 200 мм), здесь располагаются величайшие пустыни в мире – Сахара, Западно-Австралийская, пустыня Аравийского полуострова.

Но не везде в тропических поясах климат засушлив. На восточных побережьях материков, там, где с океанов дуют пассаты, выпадает много осадков (Большие Антильские острова, восточное побережье Бразилии, восточное побережье Африки). Климат этих областей мало чем отличается от экваториального, хотя годовые колебания температуры значительны, так как велика разница в высоте солнца по сезонам. Благодаря большому количеству осадков и высоким температурам здесь растут влажные тропические леса.

Субтропический пояс занимает большие пространства между 25-й и 40-й параллелями северной и южной широты. Для этого пояса характерна смена воздушных масс по сезонам года: летом вся область занята тропическим воздухом, зимой – воздухом умеренных широт. Здесь выделяют три климатических района: западный, центральный и восточный. Западный климатический район охватывает западные части материков: побережье Средиземного моря, Калифорнию, центральную часть Анд, юго-запад Австралии. Летом сюда смещается тропический воздух, который создает область высокого давления. В результате устанавливается сухая и солнечная погода. Зима теплая, влажная. Такой климат иногда называют средиземноморским.

Совершенно другой климатический режим наблюдается в Восточной Азии и в юго-восточной части Северной Америки. Летом сюда поступают влажные массы тропического воздуха с океана (летние муссоны), принося большую облачность и осадки. А зимние муссоны приносят потоки сухого континентального воздуха умеренных широт. Температура самого холодного месяца выше 0 °C.

В центральном районе (Восточная Турция, Иран, Афганистан, Большой бассейн в Северной Америке) весь год преобладает сухой воздух: летом – тропический, зимой – континентальный воздух умеренных широт. Лето здесь знойное, засушливое; зима короткая, влажная, хотя общее количество осадков не превышает 400 мм. Зимой бывают морозы, выпадает снег, но устойчивого снежного покрова не образуется. Суточные амплитуды температур велики (до 30 °C), большая разница и между самым теплым и самым холодным месяцами. Здесь, в центральных областях материков, расположены пустыни.

Умеренный пояс занимает области к северу и к югу от субтропиков примерно до полярных кругов. В Южном полушарии преобладает океанический климат, а в Северном выделяют три климатических района: западный, центральный и восточный.

На западе Европы и Канады, юге Анд преобладает влажный морской воздух умеренных широт, приносимый западными ветрами с океанов (500-1000 мм осадков в год). Осадки распределяются в течение года равномерно, засушливых периодов не наблюдается. Под влиянием океанов ход температур плавный, годовые амплитуды невелики. Похолодания приносят арктические (антарктические) массы воздуха, при поступлении которых температура зимой понижается. В это время наблюдаются обильные снегопады. Лето длинное, прохладное, резких изменений температур воздуха не бывает.

На востоке (северо-восток Китая, Дальний Восток) климат муссонный. Зимой поступают холодные континентальные массы воздуха, формирующиеся над материком. Температура самого холодного месяца колеблется от -5 до -25 °C. Летом влажные муссоны приносят на материк большое количество осадков.

В центре (средняя полоса России, Украина, север Казахстана, юг Канады) формируется континентальный воздух умеренных широт. Нередко зимой сюда поступает арктический воздух с очень низкими температурами. Зима длинная, морозная; снежный покров удерживается свыше трех месяцев. Лето дождливое, теплое. Количество осадков по мере продвижения в глубь континента уменьшается (с 700 до 200 мм). Самая характерная особенность климата этого района – резкие перепады температур в течение года, неравномерное распределение осадков, что иногда вызывает засухи.

Субарктический и субантарктический пояса. Эти переходные пояса расположены к северу от умеренного пояса (в Северном полушарии) и к югу от него (в Южном полушарии) – субарктический и субантарктический. Для них характерна смена воздушных масс по сезонам: летом – воздух умеренных широт, зимой – арктический (антарктический). Лето здесь короткое, прохладное, со средней температурой самого теплого месяца от 0 до 12 °C, с небольшим количеством осадков (в среднем 200 мм), с частыми возвратами холодов. Зима длинная, морозная, с метелями и глубокими снегами. В Северном полушарии в этих широтах размещается зона тундры.

Арктический и антарктический пояса. В полярных поясах формируются холодные массы воздуха в условиях повышенного давления. Для этих поясов характерны длинные полярные ночи и полярные дни. Их продолжительность на полюсах доходит до шести месяцев. Хотя солнце летом и не заходит за горизонт, но поднимается оно невысоко, его лучи скользят по поверхности и дают мало тепла. За короткое лето снега и льды не успевают растаять, поэтому в этих областях сохраняется ледяной покров. Он покрывает мощным слоем Гренландию и Антарктиду, а ледяные горы – айсберги – плавают в приполярных районах океанов. Холодный воздух, скапливающийся над полярными областями, переносится сильными ветрами в умеренный пояс. На окраине Антарктиды ветры достигают скорости 100 м/с. Арктика и Антарктида – «холодильники» Земли.

На территории даже небольшого района климатические условия не бывают однородными. Под влиянием местных факторов: мелких форм рельефа, экспозиции склонов, почвенно-грунтовых особенностей, характера растительного покрова – создаются особые условия, получившие название микроклимата.

Изучение микроклимата имеет важное значение для развития многих отраслей сельского хозяйства, особенно полеводства, садоводства, овощеводства.

Воздух прозрачен, и поэтому солнечные лучи свободно проходят сквозь него, практически его не нагревая. Они нагревают земную поверхность, От неё уже нагревается и воздух, находящийся близко к ней (тропосфера) Рассмотрим главную причину различия температур на Земле.

Дни недели Температура воздуха Атмосферное давление Облачность/ осадки Понедельник -7 о 755 мм.рт.ст.ясно Вторник -8 о 753 мм.рт.ст.ясно Среда -7 о 754 мм.рт.ст.ясно Четверг -7 о 752 мм.рт.ст.ясно Пятница -3 о 744 мм.рт.ст.Переменная облачность Суббота -1 о 740 мм.рт.ст.снег Воскресенье 0 о 0 о 739 мм.рт.ст.снег Понедельник +1 о 738 мм.рт.ст.облачно Вторник +1 о 738 мм.рт.ст.снег Среда 0 о 0 о 739 мм.рт.ст.облачно Температура воздуха Дни недели -8 о -7 о -6 о -5 о -4 о -3 о -2 о -1 о 0 о 0 о -9 о +1 о +2 о Понедельник Вторник Среда ЧетвергПятница ВоскресеньеСуббота Понедельник Вторник Среда

Дни недели Температура воздуха Атмосферное давление Облачность/ осадки Понедельник -7 о 755 мм.рт.ст.ясно Вторник -8 о 753 мм.рт.ст.ясно Среда -7 о 754 мм.рт.ст.ясно Четверг -7 о 752 мм.рт.ст.ясно Пятница -3 о 744 мм.рт.ст.Переменная облачность Суббота -1 о 740 мм.рт.ст.снег Воскресенье 0 о 0 о 739 мм.рт.ст.снег Понедельник +1 о 738 мм.рт.ст.облачно Вторник +1 о 738 мм.рт.ст.снег Среда 0 о 0 о 739 мм.рт.ст.облачно Понедельник Вторник Среда ЧетвергПятница ВоскресеньеСуббота Понедельник Вторник Среда Температура воздуха Дни недели -8 о -7 о -6 о -5 о -4 о -3 о -2 о -1 о 0 о 0 о -9 о +1 о +2 о Атмосферное д а в л е н и е мм. рт. ст. снег Суббота Воскресенье Вторник облачно Понедельник Среда Переменная облачность Пятница

Температура воздуха Дни недели -8 о -7 о -6 о -5 о -4 о -3 о -2 о -1 о 0 о 0 о -9 о +1 о +2 о Атмосферное д а в л е н и е мм. рт. ст. Понедельник Вторник Среда ЧетвергПятница ВоскресеньеСуббота Понедельник Вторник Среда Атмосферное давление высокое, ясно и холодно. Атмосферное давление пониженное, стало теплее, пасмурно и временами идет снег. Погода резко меняется

Иванова Надежда Ивановна
Должность: учитель географии
Учебное заведение: МКОУ Кумылженская СШ№1 имени Знаменского А.Д.
Населённый пункт: станица Кумылженская Волгоградская область
Наименование материала: Конспект урока
Тема: Как нагревается воздух
Дата публикации: 18.08.2016
Раздел: среднее образование

Урок по теме «Как нагревается атмосферный воздух» Цели урока Образовательные: продолжить формирование у учащихся знаний об атмосфере; создать условия для формирования у учащихся представления о закономерностях нагревания атмосферного воздуха от земной поверхности; познакомить детей с понятиями: температура воздуха, суточная амплитуда температур; научить устанавливать причинно-следственные связи между температурой воздуха, высотой Солнца над горизонтом и характером подстилающей поверхности; научить учащихся выполнять практические задания по измерению температуры воздуха. Развивающие: создать условия для развития познавательного интереса, интеллектуальных и творческих способностей учащихся; способствовать развитию навыков самостоятельной работы с географическими текстами, учебником, схемами, делать обобщения и выводы; продолжить формирование географического мышления. Воспитательные: продолжить воспитывать интерес к окружающему миру; способствовать развитию коммуникативных умений; формирование эмоционально – ценностного отношения к миру, повышение интереса к изучению предмета. Планируемые результаты. Личностные: осознание ценности географических знаний, как важнейшего компонента научной картины мира. Метапредметные: умение организовывать свою деятельность, определять ее цели и задачи, умение вести самостоятельный поиск, анализ, отбор информации, умение взаимодействовать с людьми и работать в коллективе; высказывать суждения, подтверждая их фактами; овладение практическими умениями работы с учебником. Предметные: знание и объяснение существенных признаков понятий, использование их для решения учебных задач. Универсальные учебные действия (УУД). Личностные: осознавать необходимость изучения темы. Регулятивные: планировать свою деятельность под руководством учителя, оценивать работу одноклассников, работать в соответствии с поставленной задачей, сравнивать полученные результаты с ожидаемыми. Познавательные: извлекать, отбирать и анализировать информацию, добывать новые знания из источников ЭОР, перерабатывать информацию для получения необходимого результата. Коммуникативные: уметь общаться и взаимодействовать друг с другом (в малой группе и в коллективе). Тип урока – урок усвоения новых знаний. Формы организации деятельности учащихся – групповая (класс делится на 3 группы), индивидуальные, проблемные, практические задания. Оборудование для учителя: - презентация к уроку; компьютер, проектор.
Ход урока. 1. Организационный этап. Цель: эмоционально – положительный настрой на урок, создание атмосферы успеха, доверия. Мы продолжаем изучать геосферы Земли. На предыдущем уроке завершили изучение темы «Литосфера». Давайте вспомним, из чего она состоит? (земной коры и верхней мантии). Оболочка, которую мы начнем изучать сегодня, начала формироваться из газов, которые выделялись из земной коры. Как называется эта оболочка? (атмосфера) Тема эта для вас знакома, т.к. она изучалась в первой части «Начального курса географии». Мы узнали, что атмосферный воздух состоит из газов, определили границы атмосферы, рассмотрели ее структуру. Мы выяснили, что атмосфера обеспечивает существование жизни на Земле, оказывает большое влияние на разные стороны жизни людей. Вопрос: Для чего нужен кислород живым организмам? (окисление органических веществ, выделение энергии). Энергия необходима для всех процессов жизнедеятельности. 2. Постановка целей и задач урока. Мотивация учебной деятельности. Тема сегоднешнего урока тоже связана с энергией. Давайте вспомним источники энергии, благодаря, которым происходят все процессы на Земле (внутренняя энергия Земли и энергия Солнца). Атмосфера – очень подвижная оболочка, все, что в ней происходит, происходит благодаря солнечной энергии. Солнце – главный источник, источник тепла и света.
Тема урока «Как нагревается воздух»
Давайте сформулируем вопросы по новой теме: 1. Как нагревается воздух? 2. Почему разные участки земной поверхности нагреваютяс неодинаково? 3. Какие факторы влияют на температуру воздуха? 4. Как изменяется температура в течение суток? 5. Что такое суточная амплитуда колебания температур? Цель урока: изучить закономерности нагревания воздуха. Чтобы понять, как нагревается воздух, какое свойство воздуха мы должны вспомнить (прозрачность). Какое утверждение вы считаете правильным: 1) Солнечные лучи нагревают воздух; 2) Воздух нагревается от земной поверхности. Солнечные лучи проходят через прозрачную атмосферу, не нагревая ее, они достигают земной поверхности, нагревают ее, а от нее в последующем нагревается воздух. Закономерность1: атмосферный воздух нагревается от поверхности Земли. 3. Первичное усвоение новых знаний. Учитель: Известно, что к верхней границе атмосферы доходит около одной двухмиллиардной доли энерги, излучаемой Солнцем. Но даже такая малая часть солнечной энергии не достигает целиком поверхности Земли. По подсчетам ученых, на каждый квадратный сантиметр поверхности, расположенной на верхней границе атмосферы, ежеминутно приходит примерно столько солнечной энергии, сколько необходимо для нагрева 1г воды на 2 ° С. Это значит, что на 1 км ² поверхности верхней границы атмосферы поступает количество солнечной энергии, равной мощности тысячи очень крупных электростанций. 3.1. Самостоятельная работа по изучению нового материала. Следующий этап - исследовательская работа в группах. 1 группа изучает распределение солнечной энергии (рис. 73 стр.124) 20 % солнечной энергии поглощается и рассеивается в тропосфере, 31% отражается от земной поверхности, 45% потока энергии Солнца доходит до Земли и поглощается ею, т.е. расходуется на нагрев. Закономерность 2: 45% солнечной энергии расходуется на нагрев земной поверхности.
2 группа отвечает на вопрос: Что такое подстилающая поверхность? Как она влияет на распределение солнечного тепла? Поверхность Земли, которая взаимодействует с атмосферой, обмениваясь с ней теплом и влагой, называется
подстилающей поверхностью.
Различные участки земной поверхности отражают и поглощают разное количество солнечной энергии. Свежевыпавший снег отражает – 70 – 90%, почвы 5 – 10%, вода до5%. Закономерность 3: различные участки земной поверхности нагреваются неодинаково. 3 группа отвечает на вопрос: Как зависит величина нагрева поверхности от угла падения солнечных лучей? Величина нагрева поверхности зависит от угла падения лучей, т.к. одно и тоже количество тепла приходится на разную площадь поверхности. Чем больше угол падения лучей (т.е. Солнце стоит выше над горизонтом), тем большее количество тепла и света попадает на единицу площади поверхности и тем выше температура нагрева подстилающей поверхности. Высота Солнца над горизонтом зависит от географической широты. Вопрос: Как изменяется высота Солнца над горизонтом в зависимости от географической широты. Закономерность 4: Температура изменяется от экватора к полюсам. 3.2. Нагревание атмосферного воздуха. (учащиеся самостоятельно определяют закономерность изменения температуры с высотой) Тропосфера 1км. – на 6 °C. На границе между тропосферой и стратосферой t от -83° до - 53°C. В нижней части стратосферы уменьшение температуры с высотой прекращается, и она остается приблизительно постоянной, а выше 25 км. t начинает возрастать, достигая максимального значения около 0°C на границе стратосферы и мезосферы. Практическое задание: 1. Определить географическое положение вулкана Килиманджаро, высоту. 2. Вычислить температуру воздуха на вершине, если у подножия t + 25 ° C. 1000м - 6 ° C 5895м - ? 1) 5895 * 6:1000 = 35 ° 2) 25 – 35 = -10 ° С Закономерность 5: Температура воздуха изменяется с высотой. Чем выше над Землей, тем меньше воздуха: в горах на высоте 3000 м над уровнем моря уже трудно дышать. На высочайшую вершину планеты Эверест даже тренированные альпинисты поднимаются с кислородными масками. Если же пассажир самолета, летящего на высоте 10 км, подышит воздухом, находящимся за бортом, он потеряет сознание. Практически весь воздух атмосферы сосредоточен в слое до 10-12 км над поверхностью Земли.
Справочно-информационный материал

Некоторые сведения о температуре
Максимальная среднегодовая температура (+34,4° С) зарегистрирована в 1960 г. в Данлоле (Эфиопия). Минимальная среднегодовая температура (-57,8° С) зарегистрирована в 1958 г. на полюсе Недоступности (Антарктида). Среднегодовая температура на Земле +14° С (в приземном слое). Самое холодное постоянно обитаемое место на Земле (-68° С) - Оймякон (Россия).
Пункты

Температура
Самые жаркие районы земли Северная Америка Долина Смерти (Калифорния) + 56,7 (10.07.1913) Африка Триполи (Северная Африка) + 58 (13.09.1922)
Самые холодные работы земли Северная Америка остров Гренландия - 66,1 Евразия Верхоянск - 69,8 Евразия Оймякон - 72 (1933) Антарктида станция «Восток» - 88,3 (1958) Закономерности нагревания воздуха Факторы Атмосферный воздух нагревается от поверхности Земли Географическая широта (угол падения солнечных лучей) 45% солнечной энергии расходуется на нагрев земной поверхности. Подстилающая поверхность Различные участки земной поверхности нагреваются неодинаково. Высота над уровнем моря Температура изменяется от экватора к полюсам. Температура воздуха изменяется с высотой. Задание на установление причинно – следственных связей. (установить зависимость между географической широтой, высотой Солнца над горизонтом, подстилающей поверхностью и t воздуха). Географическая широта > высота Солнца над горизонтом > нагрев земной поверхности > температура воздуха. Температура воздуха - одна из важнейших характеристик погоды и климата. Температура воздуха - степень нагрева воздуха, определяемая при помощи термометра. 3.3 Изменение температуры в течение суток. Анализ таблицы стр. 126 (Суточный ход t воздуха в Москве 3 июня 2005 г. при облачной погоде). Время московское 01:00 04:00 07:00 10:00 13:00 16:00 19:00 22:00 01:00 (04.06) Температур а воздуха, ° С +10 +9 +8 +12 +14 +16 +15 +13 +12 Вывод: Ночью температура воздуха понижается, т.к. земная поверхность не нагревалась солнечными лучами. После восхода Солнца, t продолжает понижаться, нагрев земной поверхности в первые часы рассвета незначителен. Минимум суточного хода t воздуха был зарегистрирован через два часа после восхода Солнца - +8 ° С, затем подстилающая поверхность начала нагреваться, наибольший нагрев земной поверхности приходиться на солнечный полдень, когда высота Солнца наибольшая. Повышение t происходит в течение 2-3 послеполуденных часов, когда подстилающая поверхность продолжала отдавать свое тепло приземнорму слою воздуха. Поэтому максимум был зарегистрирован в 16.00 - +16 ° С. Затем t снова начала понижаться.
Суточная амплитуда t воздуха
- это разница между самыми высокими и самыми низкими значениями температуры воздуха. А = 16 - 8 ° С = 8 ° С
3.4 Первичное закрепление.
Вопросы
1) Как нагревается воздух атмосферы? 2) Как изменяется температура воздуха с высотой? 3)Как узнать суточную амплитуду температуры воздуха? 4) Почему утром и вечером холоднее, чем днем? 5) Почему в тропиках теплее, чем на полюсе? 6) При какой погоде - облачной или безоблачной - суточная амплитуда температуры бывает выше? Почему? 7) Какое из утверждений является верным: а) теспература воздуха с высотой повышается, б) температура воздуха с высоой понижается? 8) Температура воздуха определяется с помошью: а) барометра, б) термометра, в) флюгера
Проблемный вопрос
В центральных районах Сахары почти 4 месяца t воздуха в тени составляет более 40 ° С. В то же время на экваторе, где угол падения солнечных лучей самый большой, температура не бывает выше +26 ° С. Как вы это можете объяснить. 3.5 Информация о Д/З. § 24, рабочая тетрадь. В субботу пронаблюдать температуру воздуха в 9ч, 12ч, 15ч, 18ч, 21ч. Данные занести в таблицу, вычислить амплитуду t, построить график. Часы 9 ч 12 ч 15 ч 18 ч 21 ч t 3.6. Рефлексия Подведите итоги сегодняшнего урока. Что мы узнали нового? Все ли цели урока достигнуты? Кому, на ваш взгляд, можно сегодня поставить оценки за урок? Какие оценки вы поставили бы себе сами?

Все жизненные процессы на Земле обусловлены тепловой энергией. Главным источником, от которого Земля и атмосфера получают тепловую энергию, является Солнце. Оно излучает энергию в виде различных лучей - электромагнитных волн. Излучение Солнца в виде электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью 300000 км/с, называется солнечной радиацией , которая состоит из лучей различной длины, несущих к Земле свет и тепло.

Радиация бывает прямая ирассеянная . Не будь атмосферы, земная поверхность получала бы только прямую радиацию. Поэтому радиацию, приходящую непосредственно от Солнца в виде прямых солнечных лучей и при безоблачном небе называютпрямой . Она несет наибольшее количество тепла и света. Но, проходя через атмосферу, солнечные лучи частично рассеиваются, отклоняются от прямого пути в результате отражения от молекул воздуха, капелек воды, пылинок и переходят в лучи, идущие во всех направлениях. Такая радиация называетсярассеянной . Поэтому светло бывает и в тех местах, куда прямые солнечные лучи (прямая радиация) не проникают (полог леса, теневая сторона скал, гор, зданий и т.д.). Рассеянная радиация обусловливает и цвет неба. Всю солнечную радиацию, приходящую к земной поверхности, т.е. прямую и рассеянную, называютсуммарной . Земная поверхность, поглощая солнечную радиацию, нагревается и сама становится источником излучения тепла в атмосферу. Оно называетсяземным излучением , илиземной радиацией и в значительной мере задерживается нижними слоями атмосферы. Поглощенная земной поверхностью радиация Солнца расходуется на нагревание воды, почв, грунтов, воздуха, испарение и излучение в атмосферу. Земная, а не солнечная радиация определяет температурный режим тропосферы, т.е. солнечные лучи, проходящие через все слои атмосферы, ее не нагревают. Самое большое количество тепла получают и нагреваются до наиболее высоких температур нижние слои атмосферы, непосредственно прилегающие к источнику тепла - земной поверхности. По мере удаления от земной поверхности нагревание ослабевает. Именно поэтому температура воздуха в тропосфере с высотой понижается в среднем 0,6 ° С на каждые 100 м подъема. Это общая закономерность для тропосферы. Бывают случаи, когда вышележащие слои воздуха оказываются теплее нижележащих. Такое явление называетсятемпературной инверсией .

Нагревание земной поверхности существенно различается не только по высоте. Количество суммарной солнечной радиации напрямую зависит от угла падения солнечных лучей. Чем ближе эта величина к 90 ° , тем больше солнечной энергии получает земная поверхность.

В свою очередь, угол падения солнечных лучей на определенную точку земной поверхности определяется ее географической широтой . Сила прямой солнечной радиации зависит от длины пути, который проходят солнечные лучи в атмосфере. Когда Солнце в зените (в районе экватора), его лучи падают на земную поверхность отвесно, т.е. преодолевают атмосферу кратчайшим путем (под 90 °) и интенсивно отдают свою энергию малой площади. По мере удаления от экваториальной зоны на юг или на север длина пути солнечных лучей увеличивается, т.е. уменьшается угол их падения на земную поверхность. Лучи все больше и больше начинают как бы скользить по Земле и приближаются к касательной линии в районе полюсов. При этом тот же пучок энергии рассеивается на б у льшую площадь, увеличивается количество отраженной энергии. Таким образом, у экватора, где солнечные лучи падают на земную поверхность под углом 90 ° , постоянно высокие температуры воздуха, а по мере передвижения к полюсам становится все холоднее. Именно на полюсах, где солнечные лучи падают под углом » 180 ° (т.е. по касательной), тепла меньше всего.

Такая неравномерность распределения тепла на Земле в зависимости от широты места позволяет выделить пять тепловых поясов: один жаркий, два умеренных и два холодных.

Условия нагревания солнечной радиацией воды и суши весьма различны. Теплоемкость воды в два раза больше, чем суши. Это значит, что при одинаковом количестве тепла суша нагревается вдвое быстрее воды, а при охлаждении происходит обратное. Кроме того, вода при нагревании испаряется, на что затрачивается немалое количество тепла. На суше тепло сосредоточивается только в верхнем ее слое, в глубину передается лишь небольшая его часть. В воде же лучи нагревают сразу значительную толщу, чему способствует и вертикальное перемешивание воды. В результате вода накапливает тепла гораздо больше, чем суша, удерживает его дольше и расходует более равномерно, чем суша. Она медленнее нагревается и медленнее охлаждается.

Поверхность суши неоднородна. Ее нагревание в значительной мере зависит от физических свойств почв и горных пород, растительности, снежного покрова, льда, экспозиции (угла наклона участков суши по отношению к падающим солнечным лучам) склонов. Особенности подстилающей поверхности обусловливают различный характер изменения температур воздуха в течении суток и года. Наиболее низкие температуры воздуха в течении суток на суше отмечаются незадолго до восхода Солнца (отсутствие притока солнечной радиации и сильное земное излучение ночью). Наиболее высокие - после полудня (14-15 ч). В течении года в Северном полушарии наиболее высокие температуры воздуха на суше отмечаются в июле, а самые низкие - в январе. Над водной поверхностью суточный максимум температуры воздуха смещен и отмечается в 15-16 ч, а минимум через 2-3 ч после восхода Солнца. Годовой максимум (в Северном полушарии) приходится на август, а минимум - на февраль.

Малое количество солнечных лучей (до 5%) отражается от водной поверхности в часы, когда Солнце расположено высоко над горизонтом.
Существует 2 основных источника энергии всех процессов, происходящих на поверхности Земли:
Зависимость нагрева подстилающей поверхности Земли от угла падения солнечных лучей.
Величина нагрева поверхности Земли зависит от угла падения солнечных лучей.
Незначительное количество солнечных лучей (5-10%) отражается от влажной почвы.
Как нагревается атмосферный воздух
Выполнила: учитель географии
Есина Алёна Викторовна
Владивосток, 2013г
Спасибо за внимание!
Подстилающая поверхность
- это поверхность Земли (почва, вода, снег, лед, растительность), которая взаимодействует с атмосферой, обмениваясь с ней теплом и влагой.
Также более всего (70-90%) солнечные лучи отражает водная поверхность, когда Солнце находится у горизонта.
Распределение солнечной энергии
Чем выше над Землей, тем меньше воздуха: в горах на высоте 3000 м над уровнем моря уже трудно дышать. На высочайшую вершину планеты Эверест даже тренированные альпинисты поднимаются с кислородными масками. Если же пассажир самолета, летящего на высоте 10 км, подышит воздухом, находящимся за бортом, он потеряет сознание. Практически весь воздух атмосферы сосредоточен в слое до 10-12 км над поверхностью Земли. Здесь воздух, поднимающийся вверх, «поворачивает» вниз и, происходит изменение погоды: образуются облака, рождаются грозы, ливни, снегопады.
Более всего (70-90%) отражает солнечные лучи
свежевыпавший снег.
К

верхней границе атмосферы доходит около одной двухмиллиардной доли энергии, излучаемой Солнцем. Но даже такая малая часть солнечной энергии целиком не достигает поверхности Земли.

Также величина нагрева зависит от способности подстилающей поверхности
ОТРАЖАТЬ
и
ПОГЛОЩАТЬ
солнечную энергию.
Днём земная поверхность нагревается солнечными лучами: чем выше Солнце над горизонтом, тем сильнее она нагревается. Атмосфера нагревается не солнечными лучами, главным образом она нагревается за счет энергии, поглощенной подстилающей поверхностью.

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Загрязнение атмосферного воздуха

Цель. Ознакомить учащихся с источниками загрязнения атмосферы; видами загрязнений и последствиями.Задачи. Учащиеся смогут распознавать естественные и антропогенные источники загрязнения атмосферы; дат...