Экваториальных широтах преобладает пониженное атмосферное давление

Давление воздуха на нашей планете может изменяться в широких пределах. Если давление воздуха больше 760 мм рт. ст., то оно считаетсяповышенным, меньше —пониженным.

Так как с подъемом вверх воздух становится все более разреженным, атмосферное давление понижается (в тропосфере в среднем 1 мм на каждые 10,5 м подъема). Поэтому для территорий, расположенных на разной высоте над уровнем моря, средним будет свое значение атмосферного давления. Например, Москва лежит на высоте 120 м над уровнем моря, поэтому среднее атмосферное давление для нее — 748 мм рт. ст.

Атмосферное давление в течение суток дважды повышается (утром и вечером) и дважды понижается (после полудня и после полуночи). Эти изменения связаны с изменением температуры и перемещением воздуха. В течение года на материках максимальное давление наблюдается зимой, когда воздух переохлажден и уплотнен, а минимальное — летом.

Распределение атмосферного давления по земной поверхности носит ярко выраженный зональный характер. Это обусловлено неравномерным нагреванием земной поверхности, а следовательно, и изменением давления.

На земном шаре выделяются три пояса с преобладанием низкого атмосферного давления (минимумы) и четыре пояса с преобладанием высокого (максимумы).

В экваториальных широтах поверхность Земли сильно прогревается. Нагретый воздух расширяется, становится легче и поэтому поднимается вверх. В результате у земной поверхности близ экватора устанавливается низкое атмосферное давление.

У полюсов под воздействием низкой температуры воздух становится более тяжелым и опускается. Поэтому у полюсов атмосферное давление, повышенное по сравнению с широтами на 60-65°.

В высоких слоях атмосферы, наоборот, над жаркими областями давление высокое (хотя и ниже, чем у поверхности Земли), а над холодными — низкое.

Общая схема распределения атмосферного давления такова (рис. 3): вдоль экватора расположен пояс низкого давления; на 30-40° широты обоих полушарий — ПОЯСА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ; 60-70° широты — зоны низкого давления; в приполярных районах — области высокого давления.

В результате того, что в умеренных широтах Северного полушария зимой атмосферное давление над материками сильно повышается, пояс низкого давления прерывается. Он сохраняется только над океанами в виде замкнутых областей пониженного давления — Исландского и Алеутского минимумов. Над материками, наоборот, образуются зимние максимумы: Азиатский и Северо-Американский.

Рис. 3. Общая схема распределения атмосферного давления

Летом в умеренных широтах Северного полушария пояс пониженного атмосферного давления восстанавливается. Огромная область пониженного атмосферного давления с центром в тропических широтах — Азиатский минимум — формируется над Азией.

В тропических широтах материки всегда нагреты сильнее, чем океаны, и давление над ними ниже. Таким образом, над океанами в течение всего года существуют максимумы: Северо-Атлантический (Азорский), Северо-Тихоокеанский, Южно-Атлантический, Южно-Тихоокеанский и Южно-Индийский.

Линии, которые на климатической карте соединяют пункты с одинаковым атмосферным давлением, называютсяизобарами (от греч. isos — равный и baros — тяжесть, вес).

Чем ближе изобары друг к другу, тем быстрее изменяется атмосферное давлении на расстоянии. Величина изменения атмосферного давления на единицу расстояния (100 км) называется барическим градиентом.

На образование поясов атмосферного давления у земной поверхности влияют неравномерное распределение солнечного тепла и вращение Земли. В зависимости от времени года оба полушария Земли нагреваются Солнцем по-разному. Это обусловливает некоторое перемещение поясов атмосферного давления: летом — к северу, зимой — к югу.

Атмосферное давление

Воздух, окружающий Землю, имеет массу, и несмотря на то, что масса атмосферы примерно в миллион раз меньше массы Земли (общая масса атмосферы равна 5,2*1021 г, а 1 м3 воздуха у земной поверхности весит 1,033 кг), эта масса воздуха оказывает давление на все объекты, находящиеся на земной поверхности. Сила, с которой воздух давит на земную поверхность, называется атмосферным давлением.

На каждого из нас давит столб воздуха в 15 т. Такое давление способно раздавить все живое. Почему же мы его не ощущаем? Объясняется это тем, что давление внутри нашего организма равно атмосферному.

Таким образом, внутреннее и внешнее давление уравновешиваются.

Барометр

Атмосферное давление измеряется в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.). Для его определения пользуются специальным прибором — барометром (от греч. baros — тяжесть, вес и metreo — измеряю). Существуют ртутные и безжидкостные барометры.

Безжидкостные барометры получили название барометры-анероиды (от греч. а — отрицательная частица, nerys — вода, т. е. действующий без помощи жидкости) (рис. 1).

Рис. 1. Барометр-анероид: 1 — металлическая коробочка; 2 — пружина; 3 — передаточный механизм; 4 — стрелка-указатель; 5 — шкала

Нормальное атмосферное давление

За нормальное атмосферное давление условно принято давление воздуха на уровне моря на широте 45° и при температуре 0 °С. В этом случае атмосфера давит на каждый 1 см2 земной поверхности с силой 1,033 кг, а масса этого воздуха уравновешивается ртутным столбиком высотой 760 мм.

Опыт Торричелли

Величина 760 мм была впервые получена в 1644 г. Эванджелистом Торричелли (1608-1647) и Винченцо Вивиани (1622-1703) — учениками гениального итальянского ученого Галилео Галилея.

Э. Торричелли запаял с одного конца длинную стеклянную трубку с делениями, наполнил ртутью и опустил в чашку с ртутью (так был изобретен первый ртутный барометр, который получил название трубки Торричелли). Уровень ртути в трубке понизился, так как часть ртути вылилась в чашку и установилась на уровне 760 миллиметров. Над столбиком ртути образовалась пустота, которая получила название Торричеллиевой пустоты (рис. 2).

Э. Торричелли полагал, что давление атмосферы на поверхность ртути в чашке уравновешивается весом столба ртути в трубке. Высота этого столба над уровнем моря — 760 мм рт. ст.

Рис. 2. Опыт Торричелли

Это принято считать за одну атмосферу (атм.). В международной системе единиц (СИ) 1 атм. = 101 325 Паскалей (Па). Блез Паскаль (1623-1662) — французский ученый, в честь которого названа единица давления.

1 Па = 10-5 бар; 1 бар = 0,98 атм.

Повышенное и пониженное атмосферное давление

Давление воздуха на нашей планете может изменяться в широких пределах. Если давление воздуха больше 760 мм рт. ст., то оно считается повышенным, меньше — пониженным.

Так как с подъемом вверх воздух становится все более разреженным, атмосферное давление понижается (в тропосфере в среднем 1 мм на каждые 10,5 м подъема). Поэтому для территорий, расположенных на разной высоте над уровнем моря, средним будет свое значение атмосферного давления. Например, Москва лежит на высоте 120 м над уровнем моря, поэтому среднее атмосферное давление для нее — 748 мм рт. ст.

Атмосферное давление в течение суток дважды повышается (утром и вечером) и дважды понижается (после полудня и после полуночи). Эти изменения связаны с изменением температуры и перемещением воздуха. В течение года на материках максимальное давление наблюдается зимой, когда воздух переохлажден и уплотнен, а минимальное — летом.

Распределение атмосферного давления по земной поверхности носит ярко выраженный зональный характер. Это обусловлено неравномерным нагреванием земной поверхности, а следовательно, и изменением давления.

На земном шаре выделяются три пояса с преобладанием низкого атмосферного давления (минимумы) и четыре пояса с преобладанием высокого (максимумы).

В экваториальных широтах поверхность Земли сильно прогревается. Нагретый воздух расширяется, становится легче и поэтому поднимается вверх. В результате у земной поверхности близ экватора устанавливается низкое атмосферное давление.

У полюсов под воздействием низкой температуры воздух становится более тяжелым и опускается. Поэтому у полюсов атмосферное давление, повышенное по сравнению с широтами на 60-65°.

В высоких слоях атмосферы, наоборот, над жаркими областями давление высокое (хотя и ниже, чем у поверхности Земли), а над холодными — низкое.

Общая схема распределения атмосферного давления такова (рис. 3): вдоль экватора расположен пояс низкого давления; на 30-40° широты обоих полушарий — пояса высокого давления; 60-70° широты — зоны низкого давления; в приполярных районах — области высокого давления.

В результате того, что в умеренных широтах Северного полушария зимой атмосферное давление над материками сильно повышается, пояс низкого давления прерывается. Он сохраняется только над океанами в виде замкнутых областей пониженного давления — Исландского и Алеутского минимумов. Над материками, наоборот, образуются зимние максимумы: Азиатский и Северо-Американский.

Рис. 3. Общая схема распределения атмосферного давления

Летом в умеренных широтах Северного полушария пояс пониженного атмосферного давления восстанавливается. Огромная область пониженного атмосферного давления с центром в тропических широтах — Азиатский минимум — формируется над Азией.

В тропических широтах материки всегда нагреты сильнее, чем океаны, и давление над ними ниже. Таким образом, над океанами в течение всего года существуют максимумы: Северо-Атлантический (Азорский), Северо-Тихоокеанский, Южно-Атлантический, Южно-Тихоокеанский и Южно-Индийский.

Линии, которые на климатической карте соединяют пункты с одинаковым атмосферным давлением, называются изобарами (от греч. isos — равный и baros — тяжесть, вес).

Чем ближе изобары друг к другу, тем быстрее изменяется атмосферное давлении на расстоянии. Величина изменения атмосферного давления на единицу расстояния (100 км) называется барическим градиентом.

На образование поясов атмосферного давления у земной поверхности влияют неравномерное распределение солнечного тепла и вращение Земли. В зависимости от времени года оба полушария Земли нагреваются Солнцем по-разному. Это обусловливает некоторое перемещение поясов атмосферного давления: летом — к северу, зимой — к югу.

Циркуляция атмосферы

Систему перемещения воздуха над материками и океанами под влиянием энергии Солнца называют циркуляцией атмосферы. В результате неравномерного нагревания земной поверхности, а также влияния отклоняющей силы вращения Земли вокруг своей оси образуются пояса с разным атмосферным давлением. Воздух перемещается из поясов с более высоким атмосферным давлением в пояса с более низким атмосферным давлением. Это является основной причиной циркуляции атмосферы.

Необходимо учитывать, что пояса атмосферного давления могут смещаться по сезонам года. На это влияют различия в нагревании материков и океанов. Летом материки нагреваются быстрее и больше, чем океаны; теплый легкий воздух устремляется вверх, создавая над поверхностью материка разреженное пространство, — давление понижается. Поэтому воздух перемещается с океанов с более высоким давлением на сушу, где наблюдается низкое давление. Зимой, наоборот, суша охлаждается быстрее, а океан остается длительное время более теплым, и воздух перемещается с суши на море. Также надо отметить, что летом Северное полушарие нагревается больше, зимой — меньше. Поэтому пояса давления летом смещаются к северу, а зимой — к югу. Это отражается и на перемещении воздуха между поясами.

В экваториальных широтах из-за высокой солнечной радиации в течение года давление всегда пониженное. Это объясняется тем, что нагревающийся от земной поверхности воздух над экватором постоянно поднимается (восходящие воздушные потоки) и растекается к северу и югу от экватора в сторону тропических широт. Вследствие вращения Земли вокруг оси движущийся воздух отклоняется к востоку. В верхних слоях тропосферы на высоте 10—12 км он постепенно охлаждается. Над тропиками между 20 и 30 с. и ю. ш. остывший на высоте воздух начинает опускаться (нисходящие воздушные потоки). Поэтому в тропических широтах воздух, опускаясь, образует в приземном слое (у поверхности) повышенное давление. Здесь в течение года наблюдаются сплошные пояса повышенного давления.

В полярных широтах, над ледниками Антарктиды и Гренландии, дрейфующими ледяными полями Арктики в течение года наблюдаются низкие температуры воздуха и повышенное давление в течение года (воздух холодный и тяжелый).

Из поясов высокого давления (тропических и полярных широт) воздух у поверхности Земли движется к умеренным широтам. Здесь он нагревается и поднимается. Вследствие этого в умеренных широтах обоих полушарий формируются пояса пониженного давления.

Таким образом, распределение атмосферного давления по земной поверхности носит ярко выраженный зональный характер. На Земле формируются пояса низкого (экваториальный и умеренные) и высокого давления (тропические и полярные). Возникающие пояса давления являются причиной перемещения воздуха в разных широтах, над сушей и морем, и определяют общую циркуляцию атмосферы (рис. 10).

Постоянные и сезонные ветры

Распределение поясов высокого и низкого давления на Земле вызывает возникновение постоянных ветров — пассатов, западных ветров умеренных широт, полярных восточных ветров, сезонных ветров — муссонов.

Ветры тропических широт

Пассаты — это ветры, которые дуют круглый год преимущественно над океаном от тропиков Северного и Южного полушарий к экватору, т. е. из области высокого давления в область низкого давления (см. рис. 10). Под влиянием вращения Земли вокруг оси пассаты отклоняются в Северном полушарии вправо, т. е. дуют с северо-востока на юго-запад, а в Южном — влево и направлены с юго-востока на северо-запад.

Ветры умеренных широт

От тропических поясов высокого давления воздух поступает не только к экватору, но и в умеренные широты, где преобладает низкое давление. Вследствие вращения Земли воздушные течения постепенно отклоняются к востоку. Так они приобретают преимущественно западное направление. Такие ветры, действующие постоянно, называют западными ветрами. Они усиливаются в зимнее время и в течение года обеспечивают западный перенос воздуха.

Ветры полярных областей

В полярных областях Земли воздух перемещается от полярных областей высокого давления в сторону пониженного давления умеренных широт. Это преобладающие северо-восточные ветры в Северном полушарии и юго-восточные — в Южном. Под влиянием вращения Земли ветры усиливаются и принимают восточное направление (откуда дуют) и способствуют общему восточному переносу воздуха. Антарктические ветры, в отличие от арктических, устойчивы и имеют большие скорости.

Сезонные ветры

Постоянно действующая общая циркуляция атмосферы нарушается сезонной циркуляцией. В отличие от постоянных ветров сезонное перемещение воздуха связано с меридиональным перемещением воздуха и вызвано температурными различиями между сушей и морем и неодинаковым давлением над ними. Такие сезонные ветры, меняющие свое направление два раза в год, называют муссонами. Летние муссоны дуют с прохладных океанов с высоким давлением на нагретые материки с низким давлением. Они приносят прохладный насыщенный влагой воздух и вызывают выпадение осадков. Зимний муссон дует с материков с высоким давлением на океан с низким давлением. Он несет холодный и сухой воздух, малооблачную сухую погоду (рис. 11). Действие внетропических муссонов проявляется в восточных частях материков, где с ними соседствуют огромные пространства океанов (на Дальнем Востоке России, в Японии, на Аляске). (Найдите на карте атласа области действия пассатов, западных ветров, полярных восточных ветров, муссонов.)

В тропических широтах Земли муссоны связаны с различиями в температуре и давлении зимой и летом между Северным и Южным полушариями. Они способствуют обмену воздуха между полушариями (Тропическая Африка к северу от экватора, Восточная Африка к югу от экватора, Индостан, Индокитай, Восточный Китай и др).

Распределение осадков на Земле

Атмосферные осадки на земной поверхности распределяются неравномерно (рис. 12). Главные причины неравномерного распределения осадков — температура воздуха и общая циркуляция атмосферы. Распределение осадков на Земле также зависит от положения территории относительно Мирового океана, близости теплых или холодных течений, рельефа. (Изучите факторы распределения атмосферных осадков на земном шаре.)

Температура воздуха и общая циркуляция атмосферы определяют зональное выпадение атмосферных осадков.

Для экваториального пояса характерно максимальное количество осадков — до 2000 мм в год. На склонах некоторых гор выпадает до 6000—7000 мм, а, например, на склонах вулкана Камерун (Африка) — 10 000 мм. Большое количество осадков обусловлено высокой влажностью, а также господством восходящих потоков воздуха, благоприятствующих образованию облаков. Абсолютный максимум осадков приходится на предгорья Гималаев (Черапунджи — 12 000 мм). В тропических поясах выпадает за год наименьшее количество осадков (100—250 мм). Это Сахара, пустыни Аравии, Западной Австралии и другие территории земного шара. Минимальное количество характерно для пустыни Атакама (0,01 мм). Особенно бедны осадками западные побережья материков, омываемые холодными течениями (Перуанским, Калифорнийским, Бенгельским, Западно-Австралийским). Восточные побережья материков в тропиках (Флорида, юго-восточные части Азии и Африки, Восточная Австралия) орошаются дождями, приносимыми пассатами и муссонами.

В умеренных широтах в условиях пониженного атмосферного давления количество осадков увеличивается. Значительное количество осадков в умеренных широтах Северного полушария связано с западными ветрами. Однако существуют различия из-за большой площади материков. На западе (Западная Европа, северо-запад Северной Америки, западные склоны Анд) под влиянием морских воздушных масс осадки достигают 2000—3000 мм и более. В центральной части количество осадков составляет от 600 мм на западе до 300 мм на востоке. В районах действия муссонов (восточные побережья Северной Америки и Евразии) количество осадков увеличивается до 1000 мм.

Холодные области полярных широт в обоих полушариях отличаются малым количеством осадков (менее 250 мм). Основными причинами являются слабая солнечная радиация, низкие температуры воздуха, ничтожная величина испарения.

На всей Земле за год выпадает 520 тыс. км3 осадков. Из них над океанами — 79 % и над сушей — 21 %. В области экватора осадков выпадает много, почти половина всех осадков Земли. В тропических и полярных поясах (в областях высокого давления) осадков выпадает мало — там располагается большинство тропических и арктических пустынь земного шара.

Над земной поверхностью формируются постоянные ветры — пассаты (в тропических широтах), западные ветры (в умеренных широтах), восточные ветры полярных областей и сезонные — муссоны. В поясах низкого атмосферного давления осадков выпадает много, а в поясах высокого — мало.