Формирование погоды
Погода формируется в нижнем слое атмосферы — тропосфере — под действием перемещения и взаимодействия воздушных масс, фронтов и вихрей, а также влияния подстилающей поверхности. Зарождение погоды часто происходит над мировым океаном: он передаёт воздуху тепло и водяной пар, но окончательный характер погоды складывается и над материками.
Что формирует погоду
Погода — это состояние атмосферы в определённом месте и в определённое время. Её описывают температурой и влажностью воздуха, атмосферным давлением, облачностью, осадками и ветром. Погода может измениться за несколько часов, потому что воздушные массы перемещаются, встречаются и преобразуются.
Воздушная масса — большой объём воздуха с относительно однородными температурой и влажностью, сформировавшимися над определённой территорией. Свойства массы зависят от поверхности, над которой она возникла, и от времени пребывания над ней.
Важнейшие участники формирования погоды — воздушные массы, атмосферные фронты и области высокого или низкого давления. Поверхность Земли воздействует на воздух снизу: суша быстро нагревается и остывает, океан медленнее меняет температуру, горы заставляют воздух подниматься, а леса и города изменяют влажность и тепловой баланс.
Почему погода зарождается над океаном
Океан занимает большую часть поверхности планеты и является огромным источником тепла и влаги. С его поверхности испаряется вода, а солнечная энергия нагревает верхние слои. Поэтому над океаном возникают влажные воздушные массы, а при переносе на материки они могут приносить облачность и осадки.
Особенно активно погодообразование идёт в районах, где встречаются воздушные массы разного происхождения: например, тёплый влажный воздух океана сталкивается с холодным воздухом высоких широт. В таких зонах усиливаются восходящие движения, образуются облака, выпадают осадки, меняются давление и ветер.
Океан часто является областью зарождения воздушных масс и источником влаги, но нельзя утверждать, что вся погода формируется только над океаном. Над материками воздух также нагревается, охлаждается, увлажняется или высушивается и приобретает новые свойства.
| Поверхность формирования | Основные свойства воздуха | Типичная погода |
|---|---|---|
| Океан | Влажный; температура меняется медленно | Облачность, осадки, небольшие суточные амплитуды температуры |
| Материк | Сухой или переменно влажный; температура меняется быстрее | Большие суточные и годовые амплитуды температуры |
| Снежная или ледяная поверхность | Холодный и сухой | Низкая температура, слабое испарение |
| Тёплая суша | Прогретый, часто сухой | Восходящие потоки, облака, ливни при достаточной влаге |
Фронты: границы воздушных масс
Атмосферный фронт — переходная зона между воздушными массами с разными свойствами. Ширина фронта обычно значительно меньше размеров самих масс. При прохождении фронта меняются температура, давление, ветер, облачность и осадки.
На тёплом фронте тёплый воздух надвигается на холодный и плавно поднимается по его поверхности. Возникает широкая полоса слоистых облаков; осадки обычно продолжительные и относительно равномерные. После прохождения тёплого фронта температура повышается.
На холодном фронте холодный воздух вклинивается под тёплый и быстро вытесняет его вверх. Образуются мощные кучево-дождевые облака, возможны ливни, грозы и шквалы. После прохождения холодного фронта температура обычно понижается, давление растёт, а воздух становится прозрачнее.
Какое изменение наиболее вероятно после прохождения холодного фронта?
Циклоны и антициклоны
Циклон — область пониженного атмосферного давления с восходящими движениями воздуха. У поверхности воздух направляется к центру, а в Северном полушарии движется против часовой стрелки. Подъём воздуха вызывает охлаждение, конденсацию водяного пара, облачность и осадки.
Антициклон — область повышенного давления с нисходящими движениями воздуха. У поверхности воздух расходится от центра, а в Северном полушарии движется по часовой стрелке. При опускании воздух прогревается и становится суше, поэтому устанавливается ясная погода, хотя зимой возможны туманы, низкая облачность и сильные морозы.
| Признак | Циклон | Антициклон |
|---|---|---|
| Давление в центре | Пониженное | Повышенное |
| Движение воздуха по вертикали | Восходящее | Нисходящее |
| Облачность | Большая | Небольшая, кроме устойчивых туманов |
| Осадки | Вероятны | Обычно отсутствуют |
| Погода | Переменная, ветреная | Устойчивая, часто ясная |
Не путайте направление движения воздуха и направление вращения вихря. В Северном полушарии циклон вращается против часовой стрелки, а антициклон — по часовой; в Южном полушарии направления обратные. При этом в центре циклона воздух поднимается, а в центре антициклона опускается.
Влияние подстилающей поверхности
После перемещения воздушная масса постепенно изменяет свойства. Над тёплой поверхностью она нагревается снизу, становится менее плотной и поднимается. Над холодной поверхностью воздух охлаждается, его относительная влажность увеличивается, могут возникать туманы и низкая облачность.
Рельеф также влияет на погоду. На наветренном склоне воздух поднимается, расширяется и охлаждается, поэтому облачность и осадки увеличиваются. На подветренном склоне воздух опускается, сжимается и прогревается; осадков меньше. Этот эффект называют дождевой тенью.
В формуле (1) \(\varphi\) — относительная влажность, \(e\) — фактическое содержание водяного пара, а \(e_s\) — максимально возможное содержание пара при данной температуре. При охлаждении воздуха величина \(e_s\) уменьшается, поэтому относительная влажность возрастает даже без дополнительного испарения.
Сначала найдите центры высокого и низкого давления, затем определите направление ветра и положение фронтов. После этого сопоставьте признаки: низкое давление и восходящий воздух — облачность и осадки; высокое давление и нисходящий воздух — ясная и сухая погода.
Разобранный пример
В пункте наблюдения передвигается холодный фронт. До его прохождения температура воздуха была \(+18\,^{\circ}\mathrm{C}\), давление понижалось, небо затягивалось кучево-дождевыми облаками. После прохождения температура стала \(+9\,^{\circ}\mathrm{C}\), давление повысилось. Какой процесс произошёл и какая погода вероятна после фронта?
Ответ должен связывать наблюдаемые признаки с причиной: «Прошёл холодный фронт, потому что температура понизилась, а давление повысилось. При прохождении возможны ливневые осадки и грозы; после фронта погода обычно становится прохладнее и яснее».
Как решать задания о формировании погоды
- Определите, какая воздушная масса действует: тёплая или холодная, морская или континентальная.
- Найдите источник её свойств: океан даёт влагу и смягчает температуру, материк усиливает сухость и амплитуды температур.
- Установите тип давления: низкое давление связано с подъёмом воздуха, высокое — с его опусканием.
- Если есть граница масс, определите фронт по направлению перемещения и изменению температуры.
- Сделайте прогноз осадков, облачности, ветра и температуры, объяснив его движением воздуха.
Быстрая проверка
Главное
- Погода формируется в тропосфере под совместным действием воздушных масс, фронтов, циклонов, антициклонов и подстилающей поверхности.
- Мировой океан поставляет воздуху тепло и водяной пар, поэтому над ним часто зарождаются морские воздушные массы и погодные процессы.
- Тёплый фронт обычно приносит постепенное потепление и длительные осадки, холодный — похолодание, ливни и грозы.
- Циклон связан с низким давлением, восходящим воздухом и неустойчивой погодой; антициклон — с высоким давлением, нисходящим воздухом и устойчивой погодой.
- Для прогноза погоды нужно связать давление и вертикальное движение воздуха с облачностью, осадками, температурой и ветром.