Движение атмосферного воздуха: что является причиной

Движение воздуха в атмосфере — почему это происходит

Как и географическая широта, важный климатообразующий фактор – циркуляция атмосферы. Процесс представляет собой движение воздушных масс.

По протяженности воздушные массы могут распространяться на несколько тысяч километров. Высота таких образований достигает верхней границы тропосферы. В зависимости от скорости движения воздушные массы классифицируют на несколько категорий:

• движущиеся;
• местные.

Движущиеся массы воздуха, исходя из температурных параметров, подразделяют на:

• теплые;
• холодные.

Теплая воздушная масса перемещается на охлажденную подстилающую поверхность, а холодная – на более теплую поверхность. Местные воздушные массы в течение длительного времени сохраняют стабильность географического положения. Среди них выделяют устойчивые и неустойчивые массы, ориентируясь на сезон, а также сухие и влажные массы. Массы воздуха классифицируют по основным видам:

• экваториальные;
• тропические;
• умеренные;
• арктические или антарктические.

Каждый из перечисленных типов подразделяют на подтипы в зависимости от влажности:

• морские;
• континентальные.

Основной причиной движения воздуха в атмосфере являются перепады давления в ее слоях, которых над поверхностью земли несколько. В нижней части можно наблюдать высокую плотность и концентрацию кислорода. В процессе подъема газообразного вещества при нагреве в нижней части возникает разрежение, стремящееся заполниться смежными слоями. Таким образом, образуются ветры и ураганы, что является следствием перепадов температур днем и вечером.

При отсутствии причины движения воздуха в атмосфере жизнь на Земле была бы невозможна. В таких условиях прекращается жизнедеятельность любого организма. Благодаря ветру, осуществляется размножение растений и животных. Поток воздуха транспортирует облака и представляет собой движущую силу в круговороте воды на планете. С помощью смены климата местность очищается от грязи и микроорганизмов.

Не употребляя пищу, люди способны прожить в течение нескольких недель. При отсутствии воды человек может жить до трех дней. Если воздух отсутствует, то жизнь прекращается, спустя десять минут. Все живые организмы на планете Земля зависят от наличия кислорода, который в свою очередь транспортируется вместе с воздушными массами.

Данный процесс непрерывен и связан со сменой времени суток. Когда солнце скрывается за горизонтом и день сменяется ночью, происходит температурный перепад на поверхности планеты.

В атмосфере в любой момент можно наблюдать перемещение воздуха, который оказывает на поверхность Земли давление силой 1,033 грамм на миллиметр. Такая нагрузка практически не ощущается человеком. Однако, в том случае, когда она направлена не вертикально, а горизонтально, люди воспринимают ее, как ветер. К примеру, на территории жарких стран, благодаря бризу, снижается негативное воздействие от жары, сформированной в пустынях и степях.

Основные причины, как образуется ветер

Смещаясь при температурном воздействии, слои в атмосфере приводят к движению воздуха. Физическую сторону данного процесса можно объяснить с помощью свойств газов. Вещества в газообразном состоянии способны изменять свой объем, расширяясь во время повышения температуры и сужаясь в условиях холода.

Основной и дополнительной причинами, по которым происходит движение воздуха, являются:

• неравномерность температурных перепадов под влиянием солнца;
• сферическая форма Земли;
• интенсивный прогрев одних участков планеты по сравнению с другими;
• разница в атмосферном давлении;
• вулканическая активность;
• жизнедеятельность человека, включая выбросы в атмосферу;
• остывание океанов и морей;
• испытания атомных бомб в атмосфере.

Способы определения ветра

Основной причиной перемещения воздушных масс является неоднородное распределение тепла в атмосфере. Данное правило справедливо при любых ситуациях в природе. К примеру, во время извержения вулкана температура газообразных слоев повышается, а затем образуется ветер.

Наблюдать рассматриваемые процессы можно с помощью движения флюгера или флажка, которые чувствительны к ветру. Благодаря плоскости, которая свободно вращается, определяется поток воздуха. Устройство разворачивается в направлении ветра.

По-другому ощутить движение газообразного вещества можно телом, а также по движению облаков или дыма. Если поток слабый, то наблюдать его достаточно сложно. В данном случае можно намочить палец и поднять его вверх. С той стороны, откуда дует ветер, кожа начнет мерзнуть. Кроме того, можно воспользоваться легким куском ткани или воздушным шариком, заполненным гелием, чтобы распознать движение воздуха.

В исследованиях ветра учитывают не только его направление, но и рассчитывают силу воздушного потока. Вычисления соотносят с десятибалльной шкалой:

• 0 баллов – соответствует абсолютному штилю;
• до 3 баллов – при слабом или умеренном ветре со скоростью до 5 метров в секунду;
• от 4 до 6 баллов – сильный ветер, скорость которого примерно равна 12 метров в секунду;
• от 6 до 9 баллов – сигнал к штормовому предупреждению, скорость ветра составляет до 22 метров в секунду;
• от 8 до 12 баллов и выше – показатели, характерные для урагана разрушительного действия.

Постоянные и сезонные ветры

При изучении движения воздуха выделяют его определенные виды. Ветры условно подразделяют на:

• постоянные;
• сезонные;
• местные.

К категории постоянных ветров относят:

• пассаты;
• западные ветры, характерные для умеренных широт;
• восточные ветры полярных регионов.

Планета Земля вращается непрерывно. По этой причины ветры Северного полушария отклоняются в правую сторону, а Южного – влево. Такое явление носит название «эффект Кориолиса».

Пассатами Северного полушария являются северо-восточные ветры, а Южного – юго-восточные ветры. Пассаты обладают достаточно высокой скоростью от 5 до 6 метров в секунду. Воздушные потоки теряют силу, приближаясь к экватору.

Западные ветры не стихают в течение всего года и набирают большую силу в зимнее время. Для Северного полушария такими ветрами являются юго-западные ветры, а Южного – северо-западные.

Стоковые ветры Северного полушария – северо-восточные ветры, Южного – юго-восточные ветры.

Рассмотрев такое явление, как бриз, можно исследовать простую ячеистую циркуляцию атмосферы.

Такой ветер способен менять направление дважды в течение суток. В дневное время дневной или морской бриз дует с моря на сушу, а ночной или береговой бриз – имеет обратное направление. Для крупных городов характерны городские бризы.

Днем температура суши повышается. Вода при этом холоднее. По этой причине воздух над сушей становится менее плотным, и он поднимается вверх. Процесс конвекции заключается в поднятии менее плотной массы воздуха над более плотной.

В итоге давление воздуха над сушей будет повышаться, а у поверхности – снижаться. Над морем давление выше, чем у поверхности суши, что служит причиной движения горизонтального воздушного потока с моря к берегу. Таким образом, на высоте будет наблюдаться обратное перемещение воздушных масс от берега к морю. В результате рассматриваемых процессов формируется ячейка атмосферной циркуляции.

Горные районы характеризуются ветрами, дующими с суточной периодичностью. Они схожи с бризами и называются горно-долинными ветрами и ветрами склонов. В дневное время наблюдается нагрев склонов гор и прилегающих к ним воздушных масс. В результате образуется восходящая конвекция воздуха.

Разница в давлении на горных склонах и в долинах приводит к образованию ветра, который дует снизу вверх. Его называют анабатическим ветром. В процессе можно наблюдать формирование ячейки атмосферной циркуляции. В ночное время ситуация кардинально меняется. Из-за охлаждения воздушных масс в горах ветер начинает дуть вниз. В данном случае он называется катабатическим ветром. Наиболее известными горными ветрами являются:

• фён – представляет собой теплый и сухой ветер, спускающийся с гор, покрытых ледниками;
• бора – является холодным ветром, который образуется в невысоких горах и дует по направлению к теплому морю.

Такой же принцип формирования характерен для стоковых ветров, формирующихся на границе ледника и моря.

Муссоны относятся к местным ветрам и обладают суточной периодичностью.

Как задается направление движения воздушных масс

Нагреваясь у поверхности Земли, воздушные массы устремляются вверх в зоны с высокой плотностью газообразного вещества. В условиях, когда массы перераспределяются хаотично, формируется ветер. Смежные области получают тепло и начинают колебательно-поступательное движение.

Из-за взаимосвязи между температурой и давлением газообразных веществ возникает движение воздуха в атмосфере. В тот момент, когда эти показатели достигнут равновесного значения, ветер стихнет. Однако подобная ситуация невозможна, так как:

• Земля движется вокруг Солнца;
• участки планеты нагреваются и остывают неравномерно;
• состояние всей экосистемы зависит от деятельности живых организмов.

Барические системы определяют принцип циркуляции атмосферы. Они носят название центров действий атмосферы. Около поверхности земли воздух прогревается, воздушные массы начинают перемещаться. Благодаря таким механизмам, газообразные вещества транспортируются на десятки и сотни километров:

• конвекция в вертикальном направлении;
• горизонтальный ветер возникает, когда воздушные массы перемещаются из областей с высоким давлением к зонам низкого давления.

Циркуляция бывает двух типов:

• общая, рассматривается в масштабах океанов и материков Земли;
• местная, которая зависит от рельефа и подстилающей поверхности.

Трансформация воздушных масс, как влияют на климат

Более интенсивное движение воздушных масс характерно для прибрежных регионов. Это объясняется тем, что почва и вода нагреваются неравномерно. В меньшей степени повышается температура рек, морей, озер и океанов. Почва, напротив, прогревается достаточно быстро, передавая тепло газообразному веществу над поверхностью.

Нагреваясь, воздух перемещается вверх, а образованное разрежение стремится заполниться. Более плотный воздух над водой способствует движению ветра в сторону побережья. Такой эффект можно наблюдать, как правило, в странах с жарким климатом в дневные часы. В ночное время ситуация противоположная. Ночной бриз дует в сторону моря.

Еще одним связанным с движением воздушных масс явлением являются смерчи и торнадо, которые также оказывают существенное влияние на климат. Грозовые тучи в процессе движения смешивают воздушные потоки. Встречные потоки не способны преодолеть барьер высокой плотности и устремляются вверх, сквозь облака. После того как ветер прошел сгустки газообразных веществ, он спадает вниз.

Нередко условия складываются таким образом, что потоки закручиваются и усиливаются подходящими ветрами. Так торнадо набирает силу, а ветер приобретает очень большую скорость.

Благодаря наличию газовой оболочки планеты, которая носит название атмосфера, формируются экологические системы и создаются климатические условия. Атмосфера выполняет важную защитную функцию. С ее помощью планета ограждается от негативного воздействия различных солнечных излучений и мелких космических тел, которые в процессе прохождения атмосферы сгорают, не достигая земной поверхности.

Атмосфера представляет собой достаточно динамичную и неоднородную газовую структуру. Крупные воздушные массы образуются в ее глубинах и непосредственно влияют на климатический режим отдельных регионов и планеты в целом.

В слоях тропосферы, то есть нижней части атмосферы, формируются огромные воздушные массы, сравнимые по размерам с материками или океанами. Такие масштабные образования играют роль колыбели для циклонов с высокой мощностью, торнадо и смерчей, обладающих большой разрушительной силой.

В процессе движения воздушные массы перемещаются из одних регионов планеты в другие и определяют на данных территориях:

• климатический режим;
• погодные условия.

Нередко при движении огромных объемов воздуха возникают стихийные бедствия. Каждая подобная воздушная масса характеризуется одинаковыми свойствами:

• степень прозрачности;
• температура;
• уровень влажности;
• концентрация пыли и инородных включений.

Масса газообразного вещества приобретает качества и специфику того региона, над которым она была образована. Перемещаясь, такие объемы воздуха меняют погодные условия в других регионах. При этом происходит процесс трансформации в самих воздушных массах. Их параметры адаптируются под характеристики конкретной области.

Ярким примером влияния воздушных масс на климат является циркуляция воздушных масс над территорией России, которые неоднократно изменяют свои свойства, пересекая несколько климатических поясов.

Больше 50% площади страны находится под влиянием объемов воздуха, образованных над Атлантикой. С ними на европейскую часть страны поступает основная масса осадков. Благодаря теплым средиземноморским циклонам, в районах Сибири существенно смягчаются холода в зимнее время.

Атмосферная циркуляция представляет собой сложный процесс, в котором массы воздуха разного типа четко и тесно взаимосвязаны. К примеру, объемы газообразного вещества, образованные над регионами планеты с низкой температурой, сталкиваются с более теплыми фронтами и перемешиваются с ними.

Это приводит к образованию нового атмосферного фронта с кардинально отличающимися характеристиками. Подобный эффект особенно проявляется в зоне умеренного климата, когда в данную область вторгается холодный воздух из Арктики. Смешиваясь с нагретым воздухом из Атлантического фронта, они формируют новые воздушные массы, которые являются причиной для таких явлений, как:

• похолодание;
• кучевые облака;
• сильные ливни.

В некоторых случаях подобные холодные атмосферные фронты проходят над Россией и не встречают на своем пути теплые массы воздуха. Тогда они достигают южных регионов европейского континента. Однако такие фронты зачастую сталкиваются с барьером в виде отрогов Альпийских гор.

Для Азии характерно свободное движение арктического воздуха на просторных территориях до горных хребтов южной Сибири. Этот процесс объясняет достаточно холодный климат в регионе.