Зональное изменение температуры воздуха по широте выражется в виде семи широтных тепловых поясов – один жаркий или тропический, два умеренных и два холодных и два морозных или полярных. Широтные пояса сменяются от экватора к полюсам.
Тепловые пояса Земли
Жаркий пояс расположен по обе стороны от экватора и ограничен среднегодовыми изотермами +20 °С. Эта область Земли получает больше всего солнечного тепла. В течение всего года здесь жарко, снег никогда не выпадает на равнинах, среднегодовая температура не опускается ниже +20 °С.
Умеренные пояса отделены от жаркого пояса среднегодовой изотермой +20 °С, а от холодных поясов – летней изотермой +10° С. Средняя температура самого теплого месяца не опускается здесь ниже +10 °С.
Холодные тепловые пояса расположены между летними изотермами +10 °С и 0 °С. Средняя температура самого теплого месяца здесь ниже +10 °С.
Морозные тепловые пояса расположены в полярных широтах, внутри летней изотермы 0 °С.
Изменения температуры воздуха отмечаются не только по широте, но и по долготе, с запада на восток, на одних и тех же широтах. Температуры воздуха внутри одного пояса могут сильно различаться. Так, например, средняя температура января в Братске составляет около –21 °С, а средняя температура января в городе Глазго, расположенном примерно на той же широте, составляет +4º °С. К месту можно вспомнить и те примеры, которые были приведены в предисловии.
Основной причиной столь неравномерного нагрева воздуха является чередование суши и воды, материков и океанов. Летом над материками, особенно вдали от берегов, воздух прогревается сильнее, а зимой сильнее остывает.
Если вы внимательно рассмотрите изотермы, то увидите, что средние значения температур воздуха в Северном полушарии несколько выше, чем в Южном при равном удалении от экватора. Изотерма наибольших среднегодовых температур Земли, называемая термическим экватором, расположена примерно на 10° северной широты, а не над географическим экватором, как можно было бы ожидать.
Причин тому три.
Во-первых, площадь суши Северного полушария вдвое больше, чем суши Южного полушария, а для средних значений температур быстрый нагрев суши важнее, чем высокая теплоемкость воды.
Во-вторых, весенне-летний период в Северном полушарии на неделю длиннее, чем в Южном. Это вызвано изменениями скорости движения Земли по орбите в течение года, которые обусловлены эллиптическим характером орбиты и законами движения.
В-третьих, в Южном полушарии расположен такой мощный «холодильник», как Антарктида, хранящий 90 % всех льдов суши. Количество этого льда поражает, оно равно 26 500 000 км3. Двадцать шесть с половиной миллионов кубических километров! Невозможно поверить, что когда-то эта территория была покрыта растительностью и населена множеством животных, вплоть до динозавров…
Ледяной покров Южного полюса гораздо мощнее ледяного покрова Северного полюса, потому что он лежит на промерзшей суше, а не на воде, которая хранит тепло и способствует таянию льдов.
Глава пятая. Циркуляция воздуха и осадки
«Дождь не падал с неба каплями, а лил потоком. Периодически этот поток превращался в сплошную стену, похожую на Ниагарский водопад. Казалось, что в небе опрокинули громадный бассейн, откуда вода разом хлынула на землю. Такой ливень в мгновение ока превращает равнины в озера, а ручьи – в многоводные реки; реки выходят из берегов и затопляют огромные пространства. В отличие от областей, лежащих в умеренном поясе, где мощь грозы обратно пропорциональна ее продолжительности, в Африке невероятно мощные грозы нередко растягиваются на несколько дней. Как может накопиться в тучах столько электричества? Откуда берется столь огромное количество водяных паров? Понять это невозможно, однако так оно и есть – мы словно бы переносимся в невероятную эпоху всемирного потопа».
Героям романа Жюля Верна «Пятнадцатилетний капитан» повезло – они укрылись от бури и ливня в огромном термитнике, где могли спокойно поразмыслить над тем, откуда берется столь огромное количество водяных паров.
Надо бы и нам разобраться с этим, а также с ветрами.
Перепады атмосферного давления вызывают перемещение воздуха из области высокого давления в область низкого, потому что давление в жидкостях и газах стремится к выравниванию. Горизонтальное движение воздуха относительно земной поверхности называется ветром.
Направление ветра определяют по той стороне горизонта, откуда он дует. Обратите внимание – «откуда он дует», а не «куда»! Северный ветер дует с севера на юг, а не с юга на север. Для определения направления ветра используют простой прибор, который называется флюгером. Этот прибор представляет собой пластину, свободно вращающуюся на вертикальном стержне.
Повторяемость ветров разных направлений на какой-либо территории называется режимом ветра. Режим ветра графически изображают в виде так называемой розы ветров – векторной диаграммы, у которой длины лучей, расходящихся от центра в разных направлениях, пропорциональны повторяемости ветров этих направлений.
Для того, чтобы понять, какие ветры преобладают в данной местности, достаточно одного взгляда на розу ветров – это очень удобно.
Скорость ветра, чаще всего измеряемая в метрах в секунду (м/с), пропорциональна разнице атмосферного давления между участками «откуда» и «куда».
На нашей планете различают семь широтных ветровых поясов: один экваториальный, два тропических, два умеренных и два полярных. Для каждого пояса характерны одни и те же постоянные ветры, которые формируют глобальную систему зональных ветров.
Экваториальный пояс – штилевой, потому что здесь никакого ветра нет. Ветрам просто неоткуда взяться, потому что нагретый воздух на экваторе движется только вверх, строго вверх и никуда больше. Ширина штилевого экваториального пояса составляет около 300 километров.
В тропических поясах дуют пассаты – постоянные ветры, направленные из поясов высокого давления, находящихся в зоне 25–35° северной и южной широты, к экватору. Под влиянием вращения Земли вокруг своей оси пассаты отклоняются от своего первоначального направления. В Северном полушарии они дуют не строго с севера на юг, а с северо-востока на юго-запад. В Южном полушарии пассаты дуют с юго-востока на северо-запад. По мере приближения к экватору, пассаты отклоняются все сильнее и в конечном итоге приобретают устойчивое восточное направление.
Пассаты характеризуются большой устойчивостью направления и высокой скоростью движения воздушных масс. Название этих ветров происходит от испанского «венто де пасада» – «ветер, способствующий передвижению». В эпоху парусного мореплавания пассаты имели очень большое значение.
В умеренных поясах господствуют западные ветры. Воздух, опустившийся к земной поверхности в зоне 30 – 40-ых параллелей, частично перемещается к полюсам. Из-за вращения Земли воздушные потоки отклоняются вправо в Северном полушарии, где они дуют с юго-запада на северо-восток, и влево – в Южном, где они дуют с северо-запада на юго – восток. Постепенно, по мере приближения к полюсам, ветры умеренных широт приобретают устойчивое западное направление.
Для полярных поясов характерны ветры, движущиеся от полярных поясов высокого давления в сторону умеренных поясов низкого давления. Здесь также происходит отклонение направления движения воздушных потоков, в результате чего в Северном полушарии дуют не северные, а северо-восточные ветры. В Южном полушарии – юго-восточные.
На рисунке вы можете увидеть странную надпись «конские широты». Это не опечатка. Так называются участки Мирового океана между 30° и 35° северной и южной широты, для которых характерны частые штили, то есть – полное отсутствие ветров. В эпоху парусного мореплавания эти штили надолго задерживали суда в пути и недостаток пресной воды часто вынуждал моряков выбрасывать за борт лошадей, которых везли из Европы в Америку. Отсюда и произошло такое название этих широт.
Ветры, возникающие на границе материка и океана и дважды в год меняющие направление на противоположное, называют муссонами. Это название произошло от арабского слова «маусим», означающее время года.
Муссоны, как и пассаты, относятся к зональным ветрам, то есть к ветрам, дующим в широтном направлении. Муссоны возникают вследствие разницы в давлении воздуха над сушей и океаном. Зимой, когда воздух над сушей холоднее, чем над океаном, то есть – атмосферное давление над материком выше, муссоны дуют с материка на океан. В теплое время года, когда воздух над сушей нагревается сильнее, чем над океаном, муссоны дуют в обратном направлении – с океана на материк. Вследствие вращения Земли вокруг своей оси муссоны в Северном полушарии отклоняются вправо от своего первоначального направления, а в Южном – влево. Муссоны, дующие с океана на материк, приносят влажный воздух, в результате чего над сушей выпадает большое количество атмосферных осадков.
Муссоны делятся на внетропические и тропические.
Внетропические муссоны хорошо выражены в Северном полушарии и слабо – в Южном. Причина различия заключается в том, что для образования муссонов нужно, чтобы площадь материков была примерно равна площади океанов, что наблюдается в Северном полушарии. В Южном же полушарии площадь материков гораздо меньше площади океанов и потому внетропические муссоны здесь слабые.
Формирование тропических муссонов, то есть периодическое изменение направления ветра в тропиках, объясняется смещением экваториального пояса низкого давления к северу или югу в зависимости от времени года. В июне Солнце стоит в зените над северным тропиком. Соответственно, все пояса атмосферного давления смещаются к северу. В январе, когда Солнце стоит в зените над южным тропиком, пояса атмосферного давления смещаются к югу.
Для того, чтобы было понятнее, давайте рассмотрим как будет вести себя юго-восточный пассат Южного полушария в июле, когда экваториальный пояс низкого давления вслед за Солнцем смещается к 15 – 20° северной широты.