Погода и ее предвидение - страница 11

Как же возникают в атмосфере горизонтальные движения воздуха? Исследования показали, что основной причиной возникновения воздушных течений является неравномерное распределение атмосферного давления. Если на какой-то площади создается высокое давление, то избыток масс воздуха над ней начинает оттекать к областям с более низким давлением. Разность давления и является той движущей силой, которая вызывает перемещение воздуха. Причиной неоднородного распределения давления является неравномерность распределения температуры воздуха. Эта неравномерность приводит к тому, что атмосфера в разных ее частях оказывается нагретой не одинаково. В результате в ней как бы создаются столбы воздуха с разной температурой. В более теплом воздухе давление его с высотой уменьшается медленнее, чем в более холодном, и на некоторой высоте давление в теплом воздухе окажется выше, чем давление на той же высоте в холодном воздухе. Это вызовет в верхнем слое ток более теплого воздуха в сторону холодного. В результате произойдет увеличение массы в столбе холодного воздуха и повышение давления у его основания. Это, в свою очередь, вызовет в нижнем слое движение холодного воздуха в сторону теплого. Очевидно, что эти рассуждения сохраняют силу вне зависимости от масштабов процесса. Следовательно, они могут быть применимы и при рассмотрении вопроса о циркуляции атмосферы всего земного шара, так как на Земле всегда имеются постоянный очаг тепла (экваториальная зона) и два постоянных очага холода (район полюсов).

Разберемся в этом подробнее.

Как уже говорилось, поверхность земного шара нагревается Солнцем неодинаково. Непосредственно лучами Солнца воздух нагревается очень незначительно, основная масса тепла поступает в атмосферу от нагретой Солнцем поверхности Земли. Атмосферный воздух нагревается от земной поверхности как от печки.

Степень нагрева земной поверхности лучами Солнца зависит от положения Земли относительно Солнца. В течение года наша планета совершает один оборот вокруг Солнца. При этом одну половину года к Солнцу наклонено северное полушарие Земли; в это время оно получает больше тепла, чем южное, и в северном полушарии стоит лето, а в южном зима (рис. 14). В следующие полгода к Солнцу наклонено южное полушарие, которое теперь получает больше тепла, чем северное; в этот период в северном полушарии стоит зима, а в южном лето (рис. 15).

Рис. 14. Положение Земли по отношению к солнечным лучам в день летнего солнцестояния.

Рис. 15. Положение Земли по отношению к солнечным лучам в день зимнего солнцестояния.

Из рисунков нетрудно видеть, что в период летнего солнцестояния (рис. 14) в Арктике Солнце не заходит за горизонт, стоит долгий полярный день, а на южном полюсе Антарктида погружается в полярную ночь. В период зимнего солнцестояния (рис. 15) в Арктике Солнце находится за горизонтом и здесь стоит полярная ночь. В это же время в Антарктиде господствует полярный день.

Земля шарообразна. Поэтому количество тепла, поступающее от Солнца, различно для разных мест на земном шаре. В зоне экватора солнечные лучи падают на земную поверхность почти отвесно, а ближе к полюсам под углом — они здесь как бы скользят по поверхности Земли. Ясно, что одно и то же количество солнечных лучей распределяется по большей поверхности, падая под углом, чем при отвесном падении.

Подсчеты показывают, что на полюс поступает солнечной энергии почти в три раза меньше, чем на экватор. Этим и объясняется жаркий климат в экваториальных областях Земли и холодный в полярных. Таким образом, на Земле есть постоянный очаг тепла (экваториальная зона) и два постоянных очага холода (районы полюсов).

Если бы Земля не вращалась и поверхность ее была совершенно однородной, циркуляция атмосферы была бы очень проста: в нижнем слое воздушные массы двигались бы от полюсов к экватору, а в верхних слоях — от экватора к полюсам. В действительности картина гораздо более сложна.

Во-первых, на движение воздуха оказывает влияние отклоняющая сила вращения Земли. Эта сила действует на всякое движущееся тело и всегда направлена перпендикулярно к направлению движения, причем в северном полушарии вправо, а в южном влево. Под ее влиянием реки в нашем полушарии подмывают больше правый берег и он поэтому обычно выше, чем левый. Известно также, что на двухпутных железнодорожных линиях правый рельс изнашивается быстрее, чем левый. Льды в арктических морях движутся не по направлению ветра, а отклоняясь от него вправо на 30–40 градусов. В силу этого же закона движение атмосферного воздуха также отклоняется в северном полушарии вправо, а в южном влево.