Роль солнечного тепла, воздушных и океанических течений в образовании климата


Свойственные солнечному климату резкие различия в температуре воздуха разных широт в действительности не наблюдаются. Известно, что на экваторе температура воздуха в среднем за год составляет около 26 градусов, на широте 60 градусов (широта Ленинграда) она равна лишь градусу мороза, а на широте 80 градусов — около 17 градусов мороза.

Отчего же действительные температуры воздуха на экваторе значительно ниже температуры солнечного климата, а в средних и высоких широтах действительные температуры больше температур солнечного климата?

Это вызвано тем, что неравномерное распределение солнечного тепла по широтам, как об этом говорилось ранее, приводит к возникновению другой чрезвычайно важной причины образования погоды и климата — воздушных и океанических течений. В результате этого осуществляется весьма интенсивный перенос тепла и влаги из одного района в другой. Именно в силу этих причин значительная часть тепла из экваториальных районов переносится в средние и высокие широты, в то время как потоки холода распространяются из высоких широт в низкие. Естественно, что это приводит к некоторому выравниванию температурных различий широт.

Здесь важно указать на следующее: чем интенсивнее бывают воздушные и океанические течения, тем меньше становятся различия в температурном режиме широт, и наоборот: если эти течения ослабевают, такие различия усиливаются, все больше и больше приближаясь к условиям солнечного климата.

Система воздушных и океанических течений весьма сложна, так как они протекают на вращающейся Земле, поверхность которой к тому же очень неоднородна. На направление и скорость перемещения воздушных течений оказывает влияние не только то обстоятельство, что количество солнечного тепла, получаемого Землей, уменьшается в направлении от экватора к полюсу, но и различия в тепловых свойствах суши и водной поверхности. Известно, что поверхность суши нагревается и охлаждается быстрее, чем водная поверхность. Поэтому на одной и той же широте летом на суше бывает теплее, чем на океане. Зимой, наоборот, на океане теплее, чем на континенте.

Вследствие различия в нагревании между полярными, средними и экваториальными широтами, а также между континентами и океанами и даже между разными частями континента, расположенными в одних и тех же широтах, давление воздуха у Земли в различных районах оказывается неодинаковым. Неравномерное распределение давления воздуха по земной поверхности и приводит к возникновению воздушных течений из области высокого давления в область низкого давления.

Распределение давления по земной поверхности в настоящее время хорошо изучено; объяснены и многие причины особенностей размещения областей высокого и низкого давлений, исследованы пути перемещения важнейших воздушных течений и многое другое, имеющее отношение к образованию погоды и климата.

В чем же состоят важнейшие особенности климата наиболее крупных природных зон?

В экваториальном поясе большой поток солнечного тепла не только приводит к сильному нагреванию воздуха, но и создает здесь благодаря этому область пониженного давления. В связи с этим у Земли возникают очень устойчивые воздушные течения, направленные из обоих полушарий к экватору и называемые пассатами. Если бы не было влияния отклоняющего действия вращения Земли, эти воздушные течения в северном полушарии были бы представлены северными ветрами и в южном — южными. Но мы уже знаем, что как только в атмосфере возникают течения, на них начинает оказывать влияние отклоняющая сила вращения Земли. Благодаря ее влиянию воздушные течения в северном полушарии отклоняются вправо, а в южном полушарии — влево от первоначального направления своего движения. Поэтому пассаты северного полушария бывают выражены северо-восточными ветрами, а пассаты южного полушария — юго-восточными. Эта система ветров выражена очень хорошо и устойчиво удерживается в течение круглого года, отчего и условия погоды не испытывают здесь «неожиданных» изменений. Вблизи же самого экватора на протяжении всего года удерживаются слабые ветры переменного направления.

Слабые ветры, правильное чередование дня и ночи, большие суммы солнечного тепла, к тому же существенно не изменяющиеся в течение года, преобладание океанических пространств над сушей — все это и определяет важнейшие черты климата экваториального пояса.

Отметим прежде всего то, что температура воздуха лишь незначительно изменяется из месяца в месяц, колеблясь в пределах 25—28 градусов средней месячной величины. Температура воздуха в отдельные дни лишь в редких случаях поднимается выше 30 градусов, так как в экваториальном поясе большое количество солнечного тепла затрачивается на испарение с водной поверхности океанов и с поверхности богатого растительного покрова девственных лесов. Воздух здесь очень влажен, большая же влажность воздуха уменьшает колебания температуры в течение суток. Лишь в редких случаях различие между дневной и ночной температурой достигает 15 градусов, обычно это различие составляет не более 5— 10 градусов, причем ночные температуры, как правило, не опускаются ниже 20 градусов.

Обращает на себя внимание почти постоянное образование облачности в дневное время, приводящее к частому выпадению ливневых осадков, нередко сопровождающихся грозой. Осадки и грозы здесь чрезвычайно интенсивны.

Большое количество тепла и влаги обеспечивает произрастание пышной вечнозеленой растительности, состоящей из высокоствольных деревьев, перевитых лианами, папоротников и пр. Животный мир также весьма разнообразен и богат.

Постоянно удерживающиеся высокие температуры в сочетании с большой влажностью воздуха создают из-за чрезмерной духоты в общем тяжелые условия для пребывания непривычных к этому климату людей. С другой стороны, в этих условиях «тепличного» климата даже небольшие понижения температуры ощущаются местными жителями, например неграми, довольно сильно. Так, путешественники рассказывают, что негры, проживающие в Центральной Африке, в более прохладные ночи специально нагревают свои постели, хотя понижения температуры не выходят за пределы +20 градусов. В другое время бывает жарко и душно.

Как же можно избежать в экваториальном поясе влияния жаркой и влажной погоды? В этом отношении людям неоценимую услугу оказывают горы. Вы уже знаете, что с увеличением высоты обычно понижается температура воздуха. Поэтому люди стараются устраивать свои поселения в горах, поднимаясь при этом до значительных высот: 2000— 3000 метров.

Перемещаясь от экватора несколько к северу или к югу, мы встретим существенные изменения в климате, проявляющиеся в основном в чередовании влажных и засушливых периодов. Здесь тропический лес переходит в саванну, иначе называемую тропической лесостепью. Чередование влажных и засушливых периодов связано с изменяющейся высотой Солнца над горизонтом и е деятельностью так называемых муссонных ветров, о природе возникновения которых мы скажем ниже.

В то время как в экваториальных широтах у поверхности Земли развиты пассаты, в атмосфере на некоторой высоте существуют воздушные течения противоположного направления — антипассаты. Под влиянием отклоняющего действия вращения Земли они вначале имеют юго-западное направление в северном полушарии и северо-западное — в южном. Но уже на широте около 30 градусов они принимают западное направление, создавая здесь на некоторой высоте кольцо западных ветров, мешающих проникновению антипассатов в более высокие широты. Но так как от экватора к широте 30 градусов поступают непрерывно все новые и новые порции антипассатных воздушных течений, здесь происходит накапливание воздуха. В связи с этим давление воздуха у Земли на этих широтах оказывается повышенным.

Здесь возникают области субтропических антициклонов, опоясывающих на этих широтах земной шар. В зоне субтропических антициклонов чаще всего удерживается сухая и жаркая погода. Это свойство климата привело к образованию известных пустынных областей, как например, пустыня Сахара в северном полушарии и Австралийская пустыня — в южном.

Часть воздуха из областей субтропических антициклонов оттекает к экватору в виде пассатных ветров, часть же воздуха направляется в средние широты.

Мы уже указывали, что воздушные течения, развитые между широтами 30 градусов и экватором, очень устойчивы. Но и они нередко нарушаются под воздействием неоднородности земной поверхности, там, где материки граничат с океанами. Это вызывается тем, что над огромными пространствами материков и океанов возникают области повышенного или пониженного давления сезонного характера. Так, зимой над холодными континентами образуются области высокого давления, а над более теплыми поверхностями океанов — области пониженного давления. Летом размещение областей низкого и высокого давлений бывает обратным, а именно: над океанами возникают области повышенного, а над континентами — области пониженного давления.

Поэтому во многих районах земного шара, где большие массивы суши граничат с океанами, развивается система ветров, имеющих правильный периодический, сезонный, характер. Эти ветры носят название муссонов.

В районах же, расположенных вблизи экватора, муссоны возникают из-за различий в нагреве двух полушарий. В самом деле, когда в северном полушарии лето, в это время в южном полушарии зима. Поэтому пассат южного полушария, как холодное воздушное течение, нередко переходит через экватор, вызывая явление летнего муссона в северном полушарии.

Летом муссоны дуют с океана на материк, а зимой с материка на океан. Муссоны иногда бывают чрезвычайно интенсивны, захватывая большие области земного шара. В качестве примера такого муссона, наблюдающегося в зоне пассатных ветров, укажем на муссон Индийского океана. Летний муссон Индийского океана по сути дела и является пассатом южного полушария, перешедшим через экватор. По направлению своего движения он противоположен пассатным ветрам северного полушария. Перемещаясь с океана на сушу, он несет с собой много влаги, вызывая над южными районами Индии образование облаков и осадков. Муссон, встречая на своем пути преграду в виде высоких Гималайских гор, поднимается, что приводит к быстрой конденсации водяного пара. Поэтому осадки здесь местами доходят до 10 000 миллиметров в год. и даже несколько более, как, например, в Черрапундже. Если бы эти осадки никуда не стекали и не испарялись, то за год они составили бы слой воды толщиной более 10 метров!

Осадки, связанные с летним муссоном, чрезвычайно важны для сельского хозяйства Индии, так как за периодом летних дождей, продолжающимся с июня по декабрь, следует засушливый период, вызываемый развитием зимнего муссона. Зимний муссон приносит прохладную и сухую погоду, приводящую нередко к возникновению засух.

Муссонные ветры в этих широтах в летний период как бы разрывают кольцо засушливости, опоясывающее Землю как в северном, так и в южном полушариях вдоль широты 30 градусов.

Обратимся теперь к условиям климата средних широт северного полушария. Они во многом зависят от того, что количество солнечного тепла, получаемое этими широтами, значительно меньше по сравнению с тем, что получает Земля в более низких широтах. Поэтому здесь и лето и в особенности зима в общем холоднее.

Затем полуденная высота Солнца над горизонтом, а также продолжительность дня и ночи сильно меняются в течение года. Это основная причина того, что сезоны года здесь выражены чрезвычайно ярко.

Не менее существенным в образовании свойств климата районов, расположенных в средних широтах, являются особенности в режиме воздушных течений. Напомним снова о том, что в средних широтах хорошо выражена циклоническая деятельность, и затем укажем на преобладание на этих широтах воздушных течений, двигающихся с запада на восток.

Очень важным обстоятельством оказывается также то, что в средних широтах северного полушария наряду с большими океаническими пространствами размещены огромные массивы континентов. Поэтому различия в температурах воздуха над океаном и сушей бывают весьма резкими. Особенно эти различия велики в зимнее время года. Уже благодаря одному этому в средних широтах местности, лежащие вблизи океанов и вдали от них, имеют существенные различия в климате. Первые обладают сравнительно прохладным летом и теплой зимой, вторые характеризуются жарким летом и холодной зимой.

Эти различия между морскими и континентальными районами действительно велики. Так, например, от Ленинграда (где еще ощущается отепляющее влияние Гольфстрима) на восток вдоль широты 60 градусов зима становится все более суровой. Если в Ленинграде средняя месячная температура воздуха января равна примерно 4 градусам мороза, то в Якутии она доходит до 40 градусов мороза. А в отдельные дни в районе полюса холода (Верхоянск — Оймякон) она понижается до 70 градусов мороза.

Наряду с холодными зимами в континентальных районах средних широт мы встречаемся и с районами, где лето бывает очень жарким. Так, в пустынях Средней Азии температура воздуха может подниматься до 45—50 градусов в тени. Передвигаясь от средних широт далее к северу, мы попадаем в район с еще более продолжительной и холодной зимой и очень коротким летом.

И, наконец, на Крайнем Севере, на отдельных островах Арктики и в Гренландии, мы встречаемся с климатом, получившим название климата вечного мороза, где средние месячные температуры воздуха даже самого теплого месяца не поднимаются выше нуля. Правда, и здесь летом в отдельные дни благодаря кратковременному влиянию теплых воздушных течений температура воздуха поднимается выше 0 градусов, вызывая кратковременную оттепель.