5.2.1. Основы прогноза метеорологических условий
Как отмечалось в разделе 3.1, к метеорологическим условиям относят давление, температуру, влажность, направление и скорость движения приземного воздуха. Эти параметры оказывают определяющее влияние на перенос и термодинамическое преобразование загрязнителей биосферы.
Так как воздух содержит газы, прозрачные для солнечного излучения, его нагрев преимущественно происходит за счет теплообмена с земной и водной поверхностью. Одним из источников нагрева вод и суши является расположенная в глубине Земли раскаленная ядерными реакциями магма. Другой фактор нагрева земной и водной поверхности – излучение Солнца. На степень нагрева влияют: мощность солнечного излучения, угол падения лучей на земную поверхность, прозрачность атмосферы, коэффициент поглощения излучения поверхностями вод и суши. На экватор солнечные лучи падают практически перпендикулярно, а на Северный и Южный полюса – почти по касательной, кроме того, покрывающий полюса снег отражает до 95% попавшего на него излучения. В результате солнечное излучение нагревает поверхность полюсов в более чем 20 слабее по сравнению с экватором. Фактором, выравнивающим температуру различных частей биосферы, являются постоянные пространственные перемещения водных и воздушных масс.
Рассмотрим основные явления, вызывающие движение вод и воздуха в биосфере [10].
Движение воздушных масс преимущественно вызвано неравномерным нагревом повехности Земли. Например, экваториальная поверхность сильнее нагрета излучением Солнца, поэтому приземный слой воздуха там горячее. От нагревания воздух расширяется, снижает свою плотность и поднимается в верхние слои атмосферы. На его место поступает холодный воздух со стороны земных полюсов. В зоне от экваториального до субтропического пояса, как это показано на рис.
Кроме неравномерного по направлению от экватора к полюсам нагрева приземных слоев воздуха на атмосферную циркуляцию влияет вращение Земли вокруг своей оси. При этом зона нагрева поверхности Солнцем имеет пониженное давление и перемещается с востока на запад в течении суток, создавая поток приземного воздуха в восточном направлении. Дополнительный вклад в это движение воздуха вносит сила притяжения вращающейся вокруг Земли Луны. Результирующие направления циркуляции воздушных масс указаны пунктирными стрелками на рис. 59, из которого видно, что на территории России в умеренном климатическом поясе преимущественное направление движения приземного воздуха – с юго-запада на северо-восток [7].
На температуру поверхности Земли, а следовательно и на температуру приземного воздуха в конкретный момент времени влияет не только солнечная освещенность. Так поверхность суши нагревается и оствает быстрее поверхности водных масс. Поэтому в начале теплого периода года воздух над сушей теплей и приземный слой воздуха, насыщеный парами воды, движется с моря на сушу. В начеле холодного периода года направление ветра противоположное. Сухой воздух поступает с суши на море. Сформированные таким образом ветры называют муссонами, а движения приземного воздуха на побережье, вызванные суточными колебаниями температуры называют бризами.
Локальные перепады тамператур земной поверхности возможны из-за изменения прозрачности атмосферы, которая зависит от облачности, загрязнения воздуха пылью, пыльцой растений, вулканическими выбросами, антропогенными загрязнителями. Солнечное излучение непостоянно во времени. Это проявляется в виде так называемых “солнечных пятен”. Поэтому картина движения воздушных масс более сложна, по сравнению с представленной на рис. 59 [10].
Существенное влияние на метеорологические условия оказывают движения воздушных масс, называемые циклонами и антциклонами. Они вызываются силами прецессии, которые аналогичны силам, удерживающим ось вращающегося волчка в вертикальном положении и поэтому при локальных возмущениях стремятся повернуть на 90о замкнуто циркулирующие в вертикальной плоскости воздушные потоки, представленные на рис. 59 и называемые ячейками Гадлея. В результате в горизонтальной плоскости атмосферы постоянно возникают замкнутые вихри размером несколько тысяч километров.
При низком давлении воздуха в центре вихри называются циклонами. В Северном полушарии воздух в циклоне вращается против часовой стрелки, а в Южном полушарии – по часовой стрелке. Температура в захваченной циклоном местности обычно понижается, а влагосодержание воздуха возрастает.
Если в центре замкнутого и движущегося в горизонтальной плоскости вихря давление повышенное, то такое движение воздушных масс называют антициклоном. Направление движения воздуха в антициклонах противоположно движению воздушных масс циклонов. Для местностей, подвергающихся действию антициклонов, характерна малооблачная погода и отсутствие осадков.
Существенное значение в формировании климата играют представленные на рис. 60 океанические течения [10]. Они способны переносить тепло от экватора к полюсам и холод в обратном направлении. Например, южная часть Гренландии омывается направленным от Северного полюса Лабрадорским течением, а Санкт-Петербург находится в зоне действия теплого морского течения Гольфстрим.
Океанические течения обусловлены различными силами: космическими, атмосферными, тектоническими и другими. На направление океанических течений большое влияние оказывает сила вращения Земли, отклоняющая течения в Северном полушарии вправо, а в Южном – влево.
Океанические течения различаются [7]:
▫ по происхождению – вызываемые ветром, неравномерным распределением температуры и солености воды, наклоном уровня (стоковые течения рек) и т.д.;
▫ по характеру изменчивости – постоянные, временные и периодические (приливного происхождения);
▫ по расположению – поверхностные, подповерхностные, промежуточные, глубинные, придонные;
▫ по физико-химическим свойствам – теплые, холодные, опресненные и соленые;
▫ по преобладающему направлению течения – зональные, идущие на запад и восток, и меридиональные, несущие воды на север и юг.
Наиболее выражены поверхностные океанские течения, преимущественно ветрового происхождения. При этом течения, изменяющие свою силу от сезона к сезону в зависимости от направления прибрежных муссонов, называют муссонными. Также распространены течения, возникающие из-за разной плотности водных масс, обусловленной их физико-химическими свойствами.
Движение водных масс и их температура влияют не только на процессы нагрева воздуха, но и определяют насыщение атмосферы водными парами. При этом интенсивность испарения зависит от температуры как водных массивов, так и нижних слоев атмосферы. С моря обычно дуют ветры насыщенные влагой. Охлаждение воздушных масс при их подъеме в верхние слои атмосферы приводит к формированию облаков и осадков. Причем подъем и охлаждение влагонасыщенных воздушных масс возможен не только за счет атмосферной циркуляции, связанной с ячейками Гадлея, но и за счет рельефа земной поверхности.
Например, юго-западные ветры, дующие с акватории Тихого океана на территорию США, проходя через горные хребты Съерра-Невада, обезвоживаются. Поэтому за хребтами расположена пустыня Мохаве с знаменитой Долиной Смерти. Годовое количество осадков в этой пустыне не превышает 45 – 150 мм.Таким образом на температуру приземного воздуха и климат в разных географических зонах Земли влияют океанические течения, движение воздушных масс, прозрачность атмосферы, коэффициенты отражения излучения водной и земной поверхностью, испарение и конденсация паров воды, рельеф местности, изменяющаяся во времени мощность солнечного излучения и прочие факторы.
Прогноз метеорологических условий осуществляется преимущественно методами моделирования. Математические модели биосферных метеорологических условий составляются с учетом основных закономерностей формирования климата в разных географических зонах Земли [7]. При этом любые изменения погоды и климата определяются физическими процессами в атмосфере: океаническими течениями; взаимодействием атмосферы с земной поверхностью, Солнцем и космосом; неоднородностью свойств атмосферы в пространстве и изменчивостью во времени. Значительное усложнение математической модели вызвано присутствием в атмосфере паров воды и прочих веществ, влияющих на прозрачность, теплоемкость и теплопроводность воздуха. Поэтому математические модели биосферных метеорологических условий довольно громоздки и сложны, а для работы с ними используются высокопроизводительные компьютеры.
Однако какой бы сложной ни была модель, она всегда проще объекта, что вызывает погрешности математического описания физических процессов в атмосфере и является источником погрешностей прогнозов, сделанных путем исследований математической модели.
Исходными данными для составления прогноза является информация о состоянии основных параметров биосферы в разных точках земного шара и предположений об их изменении в будущем. Данные предположения основываются на вероятностной составляющей, которая выявляется в процессе изучения прогнозируемого объекта или явления. При этом точность предсказания во многом зависит от успешного выявления закономерностей развития биосферных процессов.
В настоящее время вероятность правильности метеорологических прогнозов, особенно долгосрочных, невысока. Погрешность прогнозов вызвана случайными составляющими, которые на современном уровне знаний практически не поддаются предсказанию. К ним относятся вспышки солнечной активности, извержения вулканов, крупные лесные пожары, последствия производственных аварий и т.д.
Еще по теме 5.2.1. Основы прогноза метеорологических условий:
- 2. Территориальное проявление действия и использования экономических законов — основа регионального народнохозяйственного прогнозирования
- Формирование мышления в дошкольный период в условиях обогащенной образовательной среды С. А. Киселева (Смоленск)
- УСЛОВИЯ РАЗВИТИЯ ХОЗЯЙСТВА
- ВНУТРЕННИЕ РАЗЛИЧИЯ
- Метеорологические условия и распространение загрязняющих веществ. Потенциал загрязнения атмосферы
- Глобальное потепление: апокалипсис или просто приятный климат? (ролевая игра)
- ИССЛЕДОВАНИЕ ИНТРОДУКЦИОННЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙМЕЛКОЛУКОВИЧНЫХ В УСЛОВИЯХ ГОРОДА СУРГУТА
- Глава 14. Влияние на организм человека метеорологических условий
- Сельскохозяйственное производство
- ИЗ ОПЫТА РАБОТЫ ФАКУЛЬТАТИВА ПО ОСНОВАМ МАРКСИСТСКО-ЛЕНИНСКОЙ ФИЛОСОФИИ
- § 3. Организация контроля состоянияи загрязнения природной среды в городах
- Метеорологические условия и распространение загрязняющих веществ
- 3.1. Методики и приборы контроля параметров метеорологических условий
- 3.1.1. Понятие метеорологических условий и правила их определения
- 5.1. Классификация методов прогноза состава и состояния биосферы
- 5.2.1. Основы прогноза метеорологических условий
- 5.2.2. Организация наблюдений за метеорологическими условиями и уровнем загрязнения атмосферного воздуха
- 5.2.4. Прогноз загрязнения атмосферы
- 5.3.6. Прогноз качества водных ресурсов