«Закономерности распределения атмосферных осадков. Пояса атмосферного давления на Земле» — тема урока № 11 по географии в 7 классе, предусмотренная Федеральной рабочей программой основного общего образования. На уроке школьники узнают, почему осадки распределяются по планете неравномерно, где формируются пояса высокого и низкого давления, как движение воздуха связано с дождями и засухами и почему широтная закономерность меняется под влиянием океанов, течений и рельефа.
Одни районы Земли получают несколько тысяч миллиметров осадков в год, а в других дождя может не быть годами. Влажные экваториальные леса, тропические пустыни, дождливые океанические побережья и холодные полярные пустыни возникают не случайно. Их положение объясняют нагрев поверхности, атмосферное давление, общая циркуляция воздуха, близость океана и расположение гор.
Что такое атмосферные осадки
Атмосферные осадки — вода в жидком или твёрдом состоянии, выпадающая из облаков либо осаждающаяся непосредственно на земной поверхности. Из облаков выпадают дождь, морось, снег, мокрый снег, снежная крупа и град. Роса, иней и изморозь образуются у поверхности, поэтому их называют наземными гидрометеорами.
Осадки являются частью мирового круговорота воды. Вода испаряется с океанов, водоёмов, почвы и растений, переносится воздушными потоками, конденсируется и возвращается на поверхность. Затем она стекает по рекам, просачивается в грунт, накапливается в снегу и ледниках или снова испаряется.
Как образуются осадки
Для возникновения дождя или снега одного водяного пара недостаточно. Воздух должен охладиться до состояния насыщения. Обычно это происходит при подъёме: давление с высотой уменьшается, воздушная масса расширяется и охлаждается. Водяной пар конденсируется на мельчайших частицах пыли, морской соли и дыма. Появляются облачные капли или кристаллы льда.
Маленькие капли удерживаются восходящими потоками. Чтобы выпасть, они должны укрупниться. Жидкие капли сталкиваются и сливаются. В холодных облаках кристаллы льда растут за счёт водяного пара, соединяются в снежинки и падают. Если нижний слой воздуха тёплый, снег успевает растаять и превращается в дождь.
Главная последовательность такова:
- испарение пополняет воздух водяным паром;
- влажный воздух поднимается и охлаждается;
- пар конденсируется или превращается в кристаллы льда;
- облачные частицы укрупняются;
- дождь, снег или другой вид осадков достигает поверхности.
Как измеряют количество осадков
Количество осадков измеряют слоем воды в миллиметрах. Один миллиметр означает, что на ровной непроницаемой поверхности образовался бы слой воды толщиной 1 мм. На площади один квадратный метр это соответствует одному литру воды.
На метеостанции используют осадкомер. Собранную воду измеряют, а снег предварительно растапливают. Автоматические приборы записывают время и интенсивность дождя. Метеорологические радиолокаторы наблюдают за облачными зонами, а спутники помогают оценивать осадки над океанами и труднодоступными территориями.
На климатической карте годовое количество показывают цветом и изогиетами — линиями, соединяющими точки с одинаковой суммой осадков. Для понимания климата важна не только годовая сумма, но и распределение по месяцам. Одинаковые 600 мм могут выпадать равномерно круглый год или почти полностью приходиться на короткий сезон дождей.
Что такое атмосферное давление
Атмосферное давление — сила, с которой воздух давит на земную поверхность и находящиеся на ней предметы. Его измеряют барометром, обычно в гектопаскалях или миллиметрах ртутного столба. С высотой давление уменьшается, потому что над наблюдателем остаётся меньший столб воздуха.
На картах точки с одинаковым давлением соединяют изобарами. Область пониженного давления называют циклоном или барическим минимумом, область повышенного — антициклоном или барическим максимумом. Эти подвижные системы не следует путать с планетарными поясами: циклоны и антициклоны перемещаются, а пояса отражают многолетнее преобладание высокого или низкого давления на определённых широтах.
Почему на Земле возникают пояса давления
Солнце нагревает планету неравномерно. В низких широтах лучи падают ближе к отвесному направлению, поэтому поверхность получает больше энергии. У полюсов лучи скользят под малым углом, проходят более длинный путь через атмосферу и распределяют энергию по большей площади.
Нагретый воздух расширяется, становится менее плотным и поднимается. У поверхности давление понижается. Холодный воздух плотнее и опускается, создавая повышенное давление. Однако реальная картина определяется не только температурой: вращение Земли, движение воздушных масс и взаимодействие океана с сушей образуют систему планетарной циркуляции.
Основные пояса атмосферного давления
На идеализированной схеме выделяют семь поясов: один экваториальный пояс низкого давления, два тропических, или субтропических, пояса высокого давления, два субполярных пояса низкого давления и два полярных пояса высокого давления.
| Пояс давления | Примерное положение | Движение воздуха | Погода и осадки |
|---|---|---|---|
| Экваториальный, низкое давление | Около экватора | Воздух нагревается и поднимается | Облачность, частые ливни, много осадков |
| Тропические, высокое давление | Около 25–35° с. ш. и ю. ш. | Воздух опускается и прогревается | Ясная сухая погода, мало осадков |
| Субполярные, низкое давление | Около 55–65° с. ш. и ю. ш. | Воздух сходится и поднимается | Циклоны, облачность, фронтальные осадки |
| Полярные, высокое давление | Арктика и Антарктика | Холодный плотный воздух опускается | Низкая влажность, небольшое количество осадков |
Границы поясов не являются прямыми неподвижными линиями. Они изгибаются, прерываются над материками и океанами и смещаются по сезонам. Поэтому таблица показывает главную закономерность, а не точное состояние атмосферы в каждый день.
Экваториальный пояс низкого давления
У экватора поверхность круглый год сильно нагревается. Испарение велико, воздух содержит много водяного пара. Пассаты Северного и Южного полушарий сходятся в межтропической зоне конвергенции. Воздух поднимается, охлаждается, и образуются мощные кучево-дождевые облака.
Ливни часто начинаются во второй половине дня после сильного прогрева. Они бывают короткими, но очень интенсивными, сопровождаются грозами. Во многих районах Амазонии, бассейна Конго и островов Юго-Восточной Азии годовая сумма превышает 2000 мм. На наветренных горных склонах она может быть намного больше.
Низкое давление само по себе не «создаёт» воду. Большое количество осадков появляется потому, что здесь одновременно есть источник влаги, сильный нагрев и устойчивый подъём воздуха.
Тропические пояса высокого давления
Воздух, поднявшийся у экватора, растекается в верхней тропосфере к северу и югу. В районе тропических широт он опускается. При опускании воздух сжимается и нагревается, его относительная влажность уменьшается, а облака рассеиваются. Так формируются пояса высокого давления с преобладанием сухой ясной погоды.
Именно в этих широтах расположены Сахара, пустыни Аравийского полуострова, Намиб, Калахари, центральной Австралии и Атакама. Во внутренних частях пустынь годовая сумма часто меньше 100 мм. В отдельных районах осадки не выпадают несколько лет подряд.
Не вся территория между 20-й и 35-й параллелями является пустыней. Восточные побережья материков могут получать влажный воздух с тёплых океанов, а летом сюда смещается зона тропических дождей. На климат также влияют муссоны, циклоны и горы.
Субполярные пояса низкого давления
В умеренных и субполярных широтах встречаются воздушные массы с разными свойствами. На атмосферных фронтах тёплый воздух поднимается над холодным, охлаждается и образует облака. Здесь часто проходят циклоны, приносящие продолжительные дожди и снегопады.
Над океанами субполярные минимумы особенно устойчивы. В Северном полушарии известны Исландский и Алеутский минимумы. Над материками зимой сильное охлаждение создаёт области высокого давления, поэтому единый пояс становится прерывистым.
В умеренных широтах господствует западный перенос. Западные побережья материков первыми встречают влажные воздушные массы с океана и обычно получают больше осадков, чем внутренние районы на тех же широтах. Особенно ярко это заметно в Западной Европе, на северо-западе Северной Америки и юге Чили.
Полярные пояса высокого давления
В полярных районах поверхность получает мало солнечной энергии. Воздух сильно охлаждается, становится плотным и опускается. Холодный воздух способен содержать мало водяного пара, а испарение с поверхности невелико. Поэтому Арктика и особенно внутренняя Антарктида получают мало осадков.
Осадки выпадают главным образом в виде снега. Низкая температура не позволяет ему быстро таять, поэтому за тысячи лет формируются ледниковые щиты. Большой запас льда не означает обильных современных осадков: центральную Антарктиду называют полярной пустыней.
Связь давления, движения воздуха и осадков
Основную связь можно сформулировать так: при подъёме воздух расширяется и охлаждается, поэтому облака и осадки образуются легче; при опускании он сжимается и нагревается, поэтому относительная влажность падает и облачность уменьшается.
| Процесс | Изменение воздуха | Вероятный результат |
|---|---|---|
| Подъём | Расширение и охлаждение | Конденсация, облака, осадки |
| Опускание | Сжатие и нагревание | Рассеивание облаков, сухая погода |
| Схождение потоков у поверхности | Воздуху приходится подниматься | Пониженное давление и облачность |
| Расхождение потоков у поверхности | Воздух поступает сверху | Повышенное давление и ясная погода |
Это правило объясняет глобальную картину, но не заменяет прогноз. В конкретном месте количество осадков зависит от влажности воздушной массы, температуры, фронтов, рельефа и продолжительности подъёма.
Ячейки общей циркуляции атмосферы
В каждом полушарии условно выделяют три крупные циркуляционные ячейки. Ячейка Хэдли действует между экватором и тропическими широтами. У экватора воздух поднимается, наверху движется к тропикам, там опускается и у поверхности возвращается к экватору в виде пассатов.
Ячейка Феррела находится в умеренных широтах. У поверхности здесь преобладают западные ветры. Её движение связано с постоянной работой циклонов и антициклонов, которые переносят тепло к высоким широтам.
Полярная ячейка охватывает высокие широты. Воздух опускается у полюса, движется к субполярной зоне как полярный восточный ветер, встречается с более тёплым воздухом и поднимается.
Из-за вращения Земли потоки отклоняются: вправо в Северном полушарии и влево в Южном. Это проявление силы Кориолиса. Она меняет направление ветра, но не является источником его энергии.
Почему пояса смещаются по сезонам
В течение года область наибольшего нагрева перемещается вслед за высотой Солнца. В июле пояса в среднем сдвигаются к северу, в январе — к югу. Наиболее заметно движется межтропическая зона конвергенции.
Сезонное смещение создаёт чередование влажного и сухого времени года в субэкваториальных широтах. Когда зона восходящего воздуха приходит, начинается сезон дождей. Когда её сменяет тропический воздух с высоким давлением, устанавливается сухой сезон.
Над крупными материками сезонные перемены усиливаются. Летом суша нагревается быстрее океана, давление над ней снижается и влажный воздух движется с моря. Зимой материк остывает, формируется высокое давление, и ветер направляется к океану. Так развивается муссонная циркуляция.
Широтная закономерность распределения осадков
Если представить Землю без гор и различий между сушей и океаном, получится чередование влажных и сухих зон:
- у экватора осадков много из-за подъёма тёплого влажного воздуха;
- в тропических широтах осадков мало из-за нисходящего движения;
- в умеренных и субполярных широтах количество снова возрастает благодаря циклонам и фронтам;
- у полюсов осадков мало из-за холода, слабого испарения и высокого давления.
В природе эта схема хорошо заметна, но сильно изменена материками, океанами, течениями и горами. Поэтому по одной широте могут лежать влажный лес, степь и пустыня.
Влияние океанов и удалённости от них
Океан является главным источником водяного пара. Воздух над ним увлажняется, а ветер переносит влагу на сушу. Побережья, куда воздушные потоки приходят с океана, обычно получают больше осадков. По мере движения в глубь материка воздух теряет влагу, поэтому климат становится суше.
В умеренных широтах западный перенос делает западные побережья особенно влажными. Внутренние районы Евразии и Северной Америки удалены от океанов и получают меньше осадков. На восточных побережьях тропиков и субтропиков влагу часто приносят пассаты и летние муссоны.
Влияние морских течений
Тёплое течение согревает нижний слой воздуха и усиливает испарение. Если ветер направлен к суше, влажность и вероятность осадков возрастают. Холодное течение охлаждает воздух снизу, делает его устойчивым и подавляет развитие мощных дождевых облаков.
На западных берегах материков в тропиках холодные течения участвуют в формировании прибрежных пустынь. Так Перуанское течение связано с сухостью Атакамы, а Бенгельское — с пустыней Намиб. У побережья могут часто возникать туманы, но дождей выпадает мало.
Влияние рельефа
Горы заставляют воздушный поток подниматься. На наветренном склоне воздух охлаждается, водяной пар конденсируется, выпадают орографические осадки. Перевалив через хребет, воздух опускается, нагревается и становится суше. За горами формируется дождевая тень.
Количество осадков зависит от высоты и направления хребта, скорости ветра и влажности воздушной массы. Если горы стоят поперёк пути влажного потока, различие между склонами бывает очень большим. Так Гималаи и прилегающие хребты усиливают ливни на южных склонах, а внутренние районы Центральной Азии остаются сухими.
Высота не всегда означает больше осадков. После определённого уровня воздух уже теряет значительную долю влаги, а очень холодные высокогорья получают мало снега. Поэтому для вывода нужно учитывать положение склона относительно ветра.
Три главных механизма выпадения осадков
Конвективные осадки
Сильно нагретая поверхность прогревает влажный воздух, и он быстро поднимается. Возникают кучево-дождевые облака, ливни и грозы. Такие осадки характерны для экваториального пояса и летних дней на материках.
Фронтальные осадки
На границе воздушных масс тёплый воздух вытесняется вверх над холодным. На тёплом фронте осадки чаще продолжительные и охватывают большую территорию. Холодный фронт способен принести короткий сильный ливень, шквал и грозу.
Орографические осадки
Они возникают при вынужденном подъёме воздуха по горному склону. Наветренная сторона получает много влаги, а подветренная оказывается в дождевой тени. Этот механизм способен заметно изменить широтную закономерность.
Где выпадает больше всего осадков
Самые влажные места находятся не строго на экваторе, а там, где тёплый влажный воздух дополнительно поднимается по горным склонам. Очень большие суммы наблюдают в северо-восточной Индии, на наветренных склонах Гавайских островов, в Колумбии и некоторых районах Новой Гвинеи.
Одним из известных примеров является район Маусинрама и Черапунджи. Летний муссон несёт воздух от Бенгальского залива, а рельеф плато Шиллонг заставляет его быстро подниматься. Поэтому здесь средняя годовая сумма измеряется многими тысячами миллиметров.
Где осадков меньше всего
Крайне сухие районы возникают при сочетании нескольких причин. В Атакаме действуют субтропическое высокое давление, холодное Перуанское течение и дождевая тень Анд. В Сахаре главную роль играет нисходящий воздух тропического пояса, удалённость внутренних районов от источников влаги и континентальность.
Внутренняя Антарктида ещё суше по содержанию водяного пара. Низкая температура ограничивает испарение, а холодный воздух содержит мало влаги. Осадки здесь редки, хотя поверхность покрыта огромной толщей льда, накопленной за очень долгое время.
Распределение осадков на материках
| Район | Количество осадков | Главная причина |
|---|---|---|
| Амазония и бассейн Конго | Большое круглый год | Экваториальный подъём влажного воздуха |
| Сахара и Аравийский полуостров | Очень малое | Тропическое высокое давление |
| Южная и Юго-Восточная Азия | Резко возрастает летом | Влажный муссон и горный рельеф |
| Западная Европа | Умеренное в течение года | Западный перенос с Атлантики и циклоны |
| Внутренняя Центральная Азия | Небольшое | Удалённость от океанов и дождевая тень |
| Центральная Антарктида | Крайне малое | Холодный сухой воздух и высокое давление |
Как читать карту атмосферного давления
Сначала нужно определить, показаны средние многолетние значения или погода на конкретную дату. На климатической карте находят экваториальный, тропические, субполярные и полярные пояса. На синоптической карте рассматривают отдельные циклоны, антициклоны и фронты.
Затем отмечают центры высокого и низкого давления, направление изменения изобар и предполагаемый ветер. В Северном полушарии воздух вокруг циклона движется против часовой стрелки и к центру, вокруг антициклона — по часовой стрелке и от центра. В Южном полушарии направления противоположны.
После этого давление сопоставляют с картой осадков. Зоны низкого давления чаще связаны с подъёмом и облачностью, высокого — с нисходящим воздухом. Отклонения объясняют океаном, течениями, рельефом и сезоном.
Как объяснить количество осадков по плану
- Определить широту и климатический пояс территории.
- Установить, какой пояс давления преобладает летом и зимой.
- Выяснить направление постоянных ветров и сезонных потоков.
- Оценить близость океана и положение относительно побережья.
- Учесть тёплые и холодные морские течения.
- Определить положение гор и наветренных склонов.
- Сравнить годовую сумму с распределением по месяцам.
- Сделать вывод о причинах влажности или сухости.
Пример объяснения: запад и восток тропического материка
Представим материк в тропических широтах. На его западном берегу проходит холодное течение, а воздух находится под влиянием высокого давления. Испарение слабее, атмосфера устойчива, дождевые облака развиваются редко. Здесь может возникнуть прибрежная пустыня.
На восточный берег пассаты приносят воздух с тёплого океана. Испарение велико, а при встрече с возвышенностями воздух поднимается. Осадков выпадает значительно больше, развиваются влажные леса. Различие объясняется не широтой, которая одинакова, а течениями, ветром и рельефом.
Частые ошибки
- «Чем жарче, тем больше осадков». Для дождя нужна не только жара, но и влага с подъёмом воздуха. Поэтому жаркие тропические пустыни очень сухие.
- «Высокое давление означает сильный дождь». Обычно при высоком давлении воздух опускается, облачность уменьшается.
- «У полюсов много снега, значит осадков много». Лёд накапливался долго, а современная годовая сумма в полярных пустынях невелика.
- «Все места на одной широте получают одинаковые осадки». Океаны, течения, ветры и горы сильно меняют широтную схему.
- «Циклон и пояс низкого давления — одно и то же». Циклон является отдельной подвижной системой, а пояс — многолетней планетарной зоной.
Вопросы для самопроверки
- Почему воздух при подъёме охлаждается?
- Сколько основных поясов атмосферного давления выделяют на Земле?
- Почему у экватора осадков много?
- Как нисходящий воздух связан с образованием тропических пустынь?
- Почему в центральной Антарктиде мало осадков?
- Как холодное течение влияет на осадки у тропического побережья?
- Чем наветренный склон отличается от подветренного?
- Почему пояса давления смещаются в течение года?
- Как западный перенос влияет на климат западных берегов в умеренных широтах?
- Какие сведения нужно сопоставить, чтобы объяснить осадки конкретной территории?
Краткие выводы урока
Атмосферные осадки распределяются по Земле закономерно, но неравномерно. У экватора восходящий влажный воздух создаёт частые ливни. В тропических поясах воздух опускается, поэтому распространены сухие области. В умеренных и субполярных широтах осадки связаны с циклонами и фронтами. У полюсов холодный воздух содержит мало влаги.
Планетарную схему меняют океаны, морские течения, сезонные ветры и горы. Поэтому количество осадков любой территории объясняют сразу несколькими причинами: широтой, поясом давления, движением воздушных масс, источником влаги и рельефом.
