Атмосфера и Солнце. Климатообразующие процессы

Атмосферные процессы связаны с влияниями, идущими как сверху, из космоса, так и снизу, от земной поверхности. Источни­ком энергии атмосферных процессов в основном является сол­нечная радиация (солнечное излучение), приходящая к Земле из мирового пространства. Именно лучистая энергия Солнца превращается в атмосфере и на земной поверхности в теплоту, энергию движения и другие виды энергии. Но солнечные лучи больше нагревают земную поверхность, чем непосредственно воздух, а уже между земной поверхностью и атмосферой происходит теплообмен и влагообмен, что в значительной степени и определяет погодные условия.

Как известно, существуют три основных цикла атмосферных процессов, определяющих климат. Это климатообразующие процессы: теплооборот, влагооборот и атмосферная циркуляция.

Суть теплооборота, создающего тепловой режим атмосферы, со­стоит в следующем. Сквозь атмосферу проходит поток солнечной радиации. Атмосфера частично поглощает солнечные лучи, преобразуя их энергию в теплоту, частично рассеивает их, изменяя по спектральному составу; частично лучи отражаются обратно об­лаками, атмосферным воздухом и примесями. Прямая солнечная радиация, прошедшая сквозь атмосферу, а также рассеянная в атмосфере радиация, падая на земную поверхность, частично от нее отражаются, но большей частью поглощаются ею, и на­гревают верхние слои почвы и водоемов. В результате земная и водная поверхность сама испускает инфракрасную радиацию, которая в большей части поглощается атмосферой и нагревает ее. Атмо­сфера, в свою очередь, излучает инфракрасную радиацию, большая часть которой поглощается земной поверхностью. В то же время земная и атмосферная радиация непрерывно уходит за пределы атмосферы вместе с отраженной солнечной радиацией, уравновешивая приток солнечной радиации к Земле. Кроме теплообмена путем излучения, между земной поверх­ностью и атмосферой происходит теплообмен путем теплопроводности. В передаче тепла внутри атмосферы особо важную роль играет вертикальное перемешивание воздуха. Значительная часть тепла, поступающего на земную поверхность, затрачивается еще на испарение воды, переходя в скрытую форму. Потом, при конденсации в ат­мосфере, это тепло, выделяясь, идет на нагревание воздуха.

Температура воздуха имеет важнейшее значение для жизни и хозяйственной деятельности. Температура воздуха изменяется в течение суток и в течение года в зависимости, от вращения Земли и связанных с ним изменений в притоке солнечной радиации. Существуют и нерегулярные колебания температуры, связанные с воздушными течениями, которые первопричиной имеют, опять же, неравномерность прогрева земной поверхности солнечной радиацией.

Кроме теплооборота, между атмосферой и земной поверхностью происходит постоянный оборот воды, или влагооборот. С поверхности океанов и других водоемов, влажной почвы и растительности в атмосферу испаряется вода, на что затра­чивается большое количество тепла, прежде всего из почвы и верхних слоев воды. Водяной пар (вода в газообразном состоянии) является важной составной частью атмосферного воздуха.

При существующих в атмосфере условиях водяной пар мо­жет испытывать и обратное преобразование: он конденсируется (сгущается), вследствие чего возникают облака и туманы. В процессе конденсации в атмосфере освобождаются огромные количества скрытого тепла. Из облаков при определенных условиях выпадают осадки. Возвращаясь на земную поверхность, осадки тем самым в целом для всего земного шара уравновешивают испарение. Количество выпадающих осадков и их распределение по се­зонам влияют на растительный покров и земледелие. От рас­пределения и колебания количества осадков зависят также условия стока, режим рек, уровень озер и другие явления.

Неравномерное распределение тепла в атмосфере, как уже говорилось, приводит к неравномерному распределению атмосферного давления, а от рас­пределения давления зависит движение воздуха, или воздушные течения. С перемещениями воздуха в системе общей циркуляции свя­заны основные изменения погоды: воздушные массы, переме­щаясь из одних областей Земли в другие, приносят с собой свои условия температуры, влажности, облачности и пр. Кроме общей циркуляции атмосферы, существуют местные циркуляции: бризы; горно-долинные ветры и др.; иногда возникают также вихри малого масштаба - смерчи. Ветер вызывает волнение воды, порождает океа­нические течения и дрейф льдов, является важным фактором эрозии и рельефообразования.

Все перечисленные выше климатообразующие процессы происходят в различной географической обстановке. Поэтому конкретные особенности этих процессов, а с ними и типы климатов, определяются такими географическими факторами климата, как широта, распре­деление суши и моря, строение поверхности суши, почва, растительный и снежный покров, морские льды, океанические течения и пр. Распределе­ние климатических условий по земному шару зависит от рас­пределения этих географических факторов.

В заключение заметим, что климат испытывает существенные и даже коренные изме­нения на протяжении геологических эпох. Эти изменения связаны с изменениями в строении земной поверхности и в составе атмосферы, и с астрономическими факторами (как, например, изменения наклона земной оси и скорости ее вращения, изменения солнечной активности и др.). Изменения климатических условий заметны не только на масштабах геологических эпох – они проявляются внутри тысячелетий и даже столетий. Так, во многих частях Земли в начале XX столетия было отмечено некоторое потепление климата, которое к середине века сменилось похолоданием. В настоящее время (конец XX – начало XXI века) вновь происходит потепление. Проблема потепления климата, широко муссируемая ныне в СМИ, заключается не столько в обнаружении факта потепления (это как раз вполне заурядное явление изменения климата), сколько в невозможности установить точно, связано ли это потепление с человеческой промышленной деятельностью, а если да, то в какой степени и как будет изменяться климат в будущем.