Обіг вологи в атмосфері

Волога надходить в атмосферу із земної поверхні. Тому основна її маса зосереджена у досить тонкому приземному шарі. За підрахунками Л.П. Кузнецової цей розподіл має такий характер (табл. 5.5). За цими даними визначений середній річний вміст вологи в шарі атмосфери 0-7 км, мм (мал. 5.11).

Враховуючи цей вміст вологи та швидкість вітру в різних широтах визначено річне перенесення водяної пари в атмосфері (мал. 5.12).

Табл. 5.5 Вміст вологи в різних шарах атмосфери над північною Євразією, %

Найбільше водяної пари в атмосфері переноситься всередині тропічних широт – більше 240 кг/(м. с.). Це пояснюється величезним вмістом водяної пари в атмосфері та постійною великою швидкістю східних вітрів. Ще більше вологи переноситься в мусонах Південно-Східної Азії – понад 260 кг/(м. с.). Над пустелями тропічних та субтропічних широт переноситься менш 80 кг/(м. с), а над районами центрально-азіатської гірської системи північніше Гімалаїв навіть менше 60 кг/(м. с.).

У помірних широтах найбільше водяної пари переноситься над теплою течією Гольфстрім. У високих широтах вміст вологи в атмосфері різко зменшується, тому й переноситься вологи мало. У районі Новосибірських островів переноситься близько 42 кг/(м. с.), а поблизу північних берегів Гренландії близько 26 кг/(м. с.). Сюди волога переноситься з Атлантичного та Тихого океанів, а влітку також із Євразії та Північної Америки. Поблизу берегів Антарктиди переноситься 60-40 кг/(м. с.), а в центрі материка до 1 кг/(м. с.). В цілому перенесення вологи в широтному напрямку в 3-4 рази більше, ніж у меридіональному.

У зв’язку з цим цікавим є питання, протягом якого часу водяна пара переноситься навколо земної кулі, як довго вона безперервно перебуває в атмосфері, яку відстань вона долає за добу тощо (табл. 5.5).

Табл. 5.5. Обіг вологи в атмосфері земної кулі.

Отже повна заміна водяної пари в атмосфері відбувається протягом 8,1 доби і водяна пара щороку обновлюється в атмосфері 45 разів. Середня зональна швидкість вітру становить 2,9 м/с (220 км/добу). На широтах з інтенсивною циклонічною діяльністю (близько 60⁰ пн. ш.) вона досягає 4,1 м/с (345 км/добу). Виявлено, що на суходолі протягом року лише 10 % опадів випадає за рахунок води, яка випарувалась на даній території. Решта 90 % опадів випадає з атмосфери за рахунок води, принесеної з океанів. Звідси можна зробити висновок, що будівництво штучних водосховищ практично не вплине на кількість опадів у даній місцевості.

Сніговий покрив

У високих широтах та майже на всій території помірних широт атмосферні опади зимою випадають у вигляді снігу і утворюють сніговий покрив. В Арктиці та Антарктиці сніговий покрив зберігається постійно. У помірних та тропічних широтах сніг зберігається постійно лише у горах на великих висотах. В умовах рівнини у помірних широтах він тане кожної весни.

В окремі роки сніг може випадати навіть на широті тропіка (20-25⁰пн. ш.), але він зразу тане. Майже щорічно сніг випадає на півдні Італії, на узбережжі Північної Африки, в Сирії, Ізраїлі і так само зразу тане. На південному березі Криму, на рівнинах Закавказзя, на півдні Туркменії сніг не випадає лише в окремі роки, але сніговий покрив зберігається лише кілька днів. У США сніг не випадає лише на півдні Флориди та Каліфорнії. На Мексиканському нагір’ї він випадає майже до 19⁰пн. ш., але встановлюється сніговий покрив значно північніше. На великій території помірних широт Євразії та Північної Америки до 25-30% атмосферних опадів випадають у вигляді снігу. Лише на великих висотах гірських систем усі опади бувають у вигляді снігу.

Свіжий сніговий покрив дуже пухкий. Між кристаликами снігу міститься багато повітря і тому теплопровідність його дуже мала. 1 м³ снігу важить 20-200 кг, тобто щільність свіжого снігу усього 0,02-0,2 кг/м³. Протягом зими сніг ущільнюється під впливом перевівання вітром, під впливом Сонця та дощу у період відлиг. Якщо сніг частково тане, а потім замерзає то утворюється снігова кора, а інколи під снігом утворюється крижана кірка. У зв’язку з цим у кінці зими чи на початку весни щільність снігового покриву зростає до 0,35-0,60 г/см³ і наближається до щільності льоду. Теплопровідність такого снігу різко збільшується.

Сніговий покрив встановлюється не зразу, особливо в західній і південній частині помірних широт. Він кілька разів появляється і зникає. Це період передзим′я. На північ і на схід цей період скорочується. У західній та південній частині помірних широт він може танути і знову появлятись кілька разів протягом зими. Стійкий сніговий покрив на північному сході Європи появляється уже у жовтні, а в Сибіру навіть у другій декаді вересня. На 1 грудня в середньому південна межа снігового покриву досягає лінії Кишинів – Дніпропетровськ – Астрахань – Аральське море – Ташкент. На південному березі Криму та в Середній Азії сніговий покрив появляється у першій декаді січня. У горах звичайно сніговий покрив встановлюється раніше.

Весною сніговий покрив тане як під дією сонячних променів, так і за рахунок адвекції тепла. Забруднений сніговий покрив нагрівається сонячними променями краще, а тому у містах він зникає раніше. В середньому до 1 квітня сніговий покрив тане повністю до лінії Мінськ – Чернігів – Воронеж – Уральськ – озеро Балхаш.

Тривалість залягання снігового покриву змінюється у великих межах (мал.. 5.13). На південних островах Північної землі він зберігається більше 9 місяців, у зоні Європейської тундри 200-240 днів, на заході лісової зони 80 днів, на сході в Азії до 280 днів, в степах та пустелях 20-120 днів, на південному березі Криму менше 10 днів, а на південно-східному березі Каспійського моря менше 4 днів.

Товщина (висота) снігового покриву залежить не лише від кількості опадів, а й від температурного режиму зимою. Найбільша його висота на рівнинах Євразії спостерігається на Камчатці, тут вона перевищує 120 см (мал. 5.14). Глибокий сніговий покрив на нижньому Єнісеї – понад 90 см. Опадів тут випадає мало, але сніг накопичується протягом 8 місяців і відлиг тут не буває. На північному сході Європи сніговий покрив перевищує 80 см. Звідси його висота на південь і захід зменшується. На схід від Єнісею висота снігового покриву зменшується до 20-30 см у районі Верхоянська, а на рівнинах Забайкалля і Приамур’я менше 20 см.

На Далекому сході його висота знову збільшується до 30-50 см, а північніше до 70 см, на Сахаліні до 70-80 см. Ізолінія середньої висоти снігового покриву 10 см проходить південніше Львова – Дніпропетровськ – Донецьк – озеро Баскунчак – вздовж Сирдар’ї – Ташкент. Південніше висота снігового покриву різко зменшується і утворюється він не кожного року. У горах висота снігового покриву значно збільшується. Наприклад на Кавказі в районі гори Ачішхо (1800 м) у кінці березня висота снігового покриву досягає 400-500 см, а в окремі зими навіть 700-800 см.

У виключно сніжні зими висота снігового покриву на північному сході Азії буває у 1,5-2 рази більшого у порівнянні з середніми багаторічними, а на території Східної Європи навіть у 4 рази більшого. Наявність снігового покриву є важливим фактором клімату.

Снігова лінія

Сніговою лінією називають межу в горах, вище якої в середньому багаторічному протягом усього року зберігається сніговий покрив. Висота її залежить від багатьох чинників, а саме від кількості опадів, від температурного режиму та орієнтації схилів. У полярних широтах висота снігової лінії дуже близька до рівня моря. Так, на землі Франца-Йосипа вже на висоті 50-100 м. У холоднішій вологій південній півкулі на о. Південна Жорджія (54⁰пд. ш.) вона на висоті 500 м, а Південні Шотландські острови ( 62⁰пд. ш.) завжди вкриті снігом.

З просуванням до екватора висота снігової лінії збільшується. Так, в Альпах вона на висоті 2500-3200 м, на Кавказі 2700-3900 м. При зростанні континентальності клімату висота снігової лінії різко збільшується. На Памірі вона досягає висоти 4500-5500 м, на Каракорумі 5600-5900 м. Поблизу тропіків снігова лінія на висоті 5300 м, а на окремих гірських вершинах досягає майже 6000 м. Поблизу екватора кількість опадів збільшується і вона опускається до 4600 м.

В одних і тих же горах висота снігової лінії значно змінюється. Так, на заході Кавказу вона на висоті 2700-2900 м, а при віддаленні від Чорного моря в Дагестані вона піднімається до 3500-3650 м. На південних схилах її висота більша ніж на північних. Так, на Алтаї на південних схилах вона на висоті 4800 м, а на північних близько 4000 м. Зрозуміло, південні схили отримують значно більше тепла. Але може бути і навпаки. Так, на південних схилах Ельбруса вона розташована на висоті 3500-3600 м, а на північних – близько 3850 м. Справа в тому, що на південних схилах тут випадає дуже багато опадів і вплив кількості опадів переважує вплив південного схилу.

У тропічних широтах найбільше опадів випадає на східних схилах і, відповідно, снігова лінія тут нижча. У помірних широтах, навпаки, вологіші західні схили гір, які розташовані назустріч західним вітрам. Тому снігова лінія тут найнижча. Протягом року в горах нижня межа снігу постійно змінюється. Весною вона далеко спускається вниз, а влітку піднімається до снігової лінії.

Хуртовини

При малій своїй масі сніжинки мають доволі великі розміри, а тому легко переносяться вітром. Вітер переносить не лише падаючі сніжинки, а й піднімає їх у повітря із земної поверхні. У зв’язку з перенесенням снігу у природі існує цілий ряд явищ, які в українській мові мають різні назви.

Хуртовина (завірюха, віхола) – це випадіння снігу із хмар при сильному вітрі. В одних випадках чітко видно, що сніг в основному падає зверху, в інших випадках не можна відрізнити скільки снігу падає зверху і скільки піднімається вітром із земної поверхні. В різних районах Росії хуртовини називаються пургою або бураном. Якщо сніг випадає з купчасто-дощових хмар і тому має зливовий характер, то хуртовини бувають сильними, але короткочасними. Особливо сильні хуртовини спостерігаються на узбережжі Антарктиди, де спостерігаються дуже сильні вітри, а сніговий покрив сухий через низькі температури.

Заметіль(метелиця), при якій сніг піднімається вітром з поверхні снігового покриву. Вона може бути сильною і слабкою. Якщо сніг переноситься безпосередньо над сніговим покривом у шарі атмосфери товщиною кілька десятків сантиметрів, то це буде слабка заметіль. Для виникнення заметілі одного вітру недостатньо. Якщо температура повітря позитивна або близька до 0⁰С і сніговий покрив вологий, то сніг не переноситься. У помірних широтах протягом зими бувають відлиги. Це підвищення максимальної температури повітря вище 0⁰С на фоні сталої від’ємної середньодобової температури. Тому при замерзанні підталого снігу на його поверхні утворюється снігова кора, яка й захищає сніг від перенесення. Найкращі умови для виникнення заметілі – це наявність свіжовипавшого снігу і особливо коли він випав на снігову кору.

Хуртовини й заметілі відносять до небезпечних явищ погоди, які різко зменшують горизонтальну видимість та перерозподіляють сніговий покрив. У процесі перенесення снігу утворюються замети. Це вали та кучугури снігу на дорогах та перед перешкодами. Товщина шару снігу на дорогах та перед перешкодами може бути в 2-5 разів більшою, ніж на відкритому полі. Це вимагає великих витрат на очистку доріг від снігу. В Україні найменше хуртовин буває на півдні – 5-10 днів. На північному сході України їх буває понад 25 днів, а в Карпатах щорічно спостерігається 30-35 днів. В окремі роки на північному сході хуртовини бувають протягом 44-49 днів, а в Кримських горах та Карпатах може бути 50-70 днів.

Питання до самоперевірки.

1. Випаровування води, сумарне випаровування.

2. Тиск насиченої водяної пари.

3. Тиск насичення на плоскою поверхнею води та над льодом.

4. Швидкість випаровування води, теплота випаровування.

5. Випаровуваність.

6. Географічний розподіл випаровування та випаровуваності.

7. Характеристики вологості повітря.

8. Добові та річні зміни тиску водяної пари та відносної вологості повітря.

9. Конденсація та сублімація водяної пари.

10. Ядра конденсації.

11. Продукти конденсації та сублімації.

12. Міжнародна класифікація хмар.

13. Коротка характеристика форм хмар.

14. Мікроструктура та водність хмар.

15. Збільшення розмірів елементів хмар.

16. Добовий та річний хід хмарності.

17. Тривалість сонячного сяйва.

18. Світлові (оптичні) явища у хмарах.

19. Серпанок, туман, імла. Типи туманів.

20. Географічний розподіл туманів

21. Наземні гідрометеори.

22. Умови утворення атмосферних опадів.

23. Класифікація атмосферних опадів за генезисом та за зовнішнім виглядом.

24. Активний вплив людини на атмосферні процеси.

25. Електризація хмар та опадів.

26. Гроза. Блискавка. Грім. Громовідвід. Куляста блискавка.

27. Вогні святого Ельма.

28. Добовий та річний хід атмосферних опадів.

29. Тривалість та інтенсивність атмосферних опадів.

30. Географічний розподіл атмосферних опадів.

31. Які атмосферні явища утворюються в результаті адвекції тепла.

32. Показники зволоження території.

33. Мінливість умов зволоження території. Посушливі явища.

34. Водний баланс земної кулі.

35. Обіг вологи в атмосфері.

36. Сніговий покрив.

37. Хуртовини.

38. Снігова лінія.

Тести до І модуля

1. За кількістю в атмосфері вуглекислий газ стоїть на:

1) четвертому місці;

2) другому;

3) третьому.

2. Мезосфера – це шар атмосфери:

1) другий знизу;

2) третій;

3) четвертий.

3. Густина чистого сухого повітря залежить від:

1) температури;

2) тиску;

3) тиску і температури.

4. Густина вологого повітря:

1) більша ніж сухого;

2) менша;

3)однакова;

5. Сонячна стала – це інтенсивність сонячної радіації:

1) в атмосфері;

2) на земній поверхні;

3) за межами атмосфери.

6. Сумарна сонячна радіація – це:

1) сума прямої і розсіяної радіації;

2) сума прямої і відбитої;

3) засвоєної і розсіяної.

7. Сумарна сонячна радіація – це кількість тепла, яку одержує

1) перпендикулярна до променів поверхня;

2) горизонтальна поверхня;

3) вертикальна поверхня.

8. Розсіювання сонячної радіації в чистій атмосфері відповідно до закону

Релея залежить від:

1) висота Сонця;

2) температури повітря;

3) довжини хвилі променів.

9. Відповідно до закону Бугера, послаблення сонячної радіації в атмосфері

залежить від:

1) хмарності;

2) висоти Сонця;

3) довжини хвилі.

10. При заході та сході Сонце жовто-червоне, тому що:

1) при малій висоті Сонце випромінює тільки жовто-червоні промені;

2) це обумовлено оптичною масою атмосфери;

3) решта променів розсіюються в атмосфері.

11.При ясній погоді вранці в потоці сумарної радіації переважає:
1) пряма радіація;

2) розсіяна;

3) ультрафіолетова.

12. В чистій атмосфері найбільше розсіюються:

1) фіолетові промені;

2) червоні;

3) жовто-блакитні.

13. Альбедо – це відношення:

1) сумарної радіації до засвоєної;

2) сумарної до відбитої;

3) відбитої до сумарної.

14. Ефективне випромінювання – це різниця:

1) між засвоєною і відбитою радіацією;

2) між випромінюванням Землі і атмосфери;

3) між випромінюванням атмосфери і Землі.

15. Тиск насиченої водяної пари залежить від:

1) температури;

2) кількості опадів;

3) атмосферного тиску.

16. Випаровуваність в умовах недостатнього зволоження:

1) менша ніж випаровування;

2) більша;

3) однакова.

17. У результаті адвекції тепла на холодну підстильну поверхню утворю

ються:

1) тумани;

2) приморозки;

3) грози.

18. Якщо вертикальний градієнт температури більший за сухоадіабатичний, то це буде:

1) байдужий стан атмосфери;

2) не стійкий;

3) стійкий.

19. Гало виникає у хмарах:

1) середнього ярусу;

2) нижнього;

3) верхнього.

20. Яке із цих явищ відносять до наземних гідрометеорів

1) роса;

2) туман;

3) серпанок.

21. До законів випромінювання радіації відносять:

1) закон Кірхгофа.

2) закон Релея.

3) закон Бугера.

22. Сонячний промінь з довжиною хвилі 0,38 мкм відносять до:

1) інфрачервоної ділянки спектру.

2) видимої.

3) ультрафіолетової.

23. Сонячна стала – це потік сонячної радіації...

1) поблизу земної поверхні при максимальній відстані між

Землею і Сонцем.

2) на верхній межі атмосфери при середній відстані між

Землею і Сонцем.

3) на верхній межі атмосфери при мінімальній відстані між

Землею і Сонцем.

24.Відповідно до Закону Стефана-Больцмана інтенсивність випромінюван-

ня радіації залежить:

1) від маси тіла в четвертій степені.

2) довжини хвилі в четвертій степені.

3) температури тіла в четвертій степені.

25. Збільшення глибини в арифметичні прогресії супроводиться:

1) збільшенням амплітуди температури грунту в геометричній

прогресії;

2) зменшенням амплітуди температури грунту в

арифметичній прогресії;

3) зменшенням амплітуди температури грунту в геометричній

прогресії.

26. Період коливання температури при збільшенні глибини грунту:

1) збільшується незалежно від типу грунту;

2) не змінюється;

3) зменшується.

27. Якщо мінімальна температура на поверхні грунту буде о 5⁰⁰, то на

глибині 20 см мінімальна температура настане:

1) о 6⁰⁰;

2) о 9⁰⁰;

3) о 11⁰⁰.

28. Поверхня грунту найтеплішою буває в липні, то на глибині 3 м грунт

найтеплішим буде:

1) у серпні;

2) у вересні;

3) у жовтні.

29. Радіаційні приморозки виникають в результаті:

1) слабкого радіаційного нагрівання земної поверхні при хмар

ній погоді;

2) радіаційного охолодження поверхні грунту та повітря при великому вмісті водяної пари у повітрі;

3) радіаційного охолодження поверхні грунту та повітря при ясній погоді і малому вмісті водяної пари у повітрі.

30. Найбільші річні амплітуди температури повітря спостерігаються:

1) в Арктиці;

2) в Якутії;

3) в Сахарі.

31. Найбільші добові амплітуди температури повітря спостерігаються:

1) в Арктиці;

2) в помірних широтах;

3) у тропічних широтах.

32. Вертикальний градієнт температури повітря – це...

1) підвищення температури на кожні 100 м висоти;

2) зміна температури на кожні 100 м висоти;

3) зниження температури на кожні 100 м висоти.

33. Теплоємність води у 3-4 рази більша, ніж теплоємність грунту, тому:

1) водні басейни нагріваються і охолоджуються скоріше;

2) повільніше;

3) нагріваються скоріше, а охолоджуються повільніше.

34. Альбедо води і Землі співвідносяться так:

1) альбедо води на 10-20% більше, ніж альбедо суходолу

влітку;

2) на 10-20% менше, ніж альбедо суходолу взимку;

3) на 10-20% менше, ніж альбедо суходолу влітку.

35. Середній вертикальний градієнт температури повітря у тропосфері

становить:

1) 1⁰/100 м;

2) 0,5⁰/100 м;

3) 0,65⁰/100 м.

36. Горизонтальне перенесення повітря з його властивостями називається:

1) адвекцією;

2) конвекцією;

3) коагуляцією.

37. Коефіцієнт зволоження території – це:

1) Відношення випаровування то випаровуваності.

2) Кількості опадів до випаровуваності.

3) Випаровуваності до опадів.

38. В гірських районах Шотландії, Уельса, Адріатичного узбережжя випа-

дає опадів до:

1) 4000-5000 мм.

2) 2000-3000 мм.

3) 5000-6000 мм.

39. В окремих районах Єгипту та Судану середня річна кількість опадів

становить:

1) 100-200 мм.

2) 10-50 мм.

3) десяті долі мм.

40. Найбільше опадів випадає на схилах Гімалаїв (Черапунджі). В серед-

ньому тут випадає:

1) До 10 000 мм.

2) До 11 000 мм.

3) До 9 000 мм.

41.Інтенсивні атмосферні опади випадають:

1) з кристалічних хмар;

2) з краплинних;

3) зі змішаних.

42.Облогові опади випадають із таких хмар:

1) Ns, As;

2) Ci, Ac, Sc;

3) Cb, Cu, St.

43.Грози виникають у хмарах:

1) Cb;

2) St;

3) Ns.

44.Суть активного впливу людини на переохолоджені хмари полягає:

1) у перетворені переохолодженої хмари на кристалічну;

2) у перетворені звичайної хмари на переохолоджену;

3) у перетворені переохолодженої хмари на змішану хмару.

45.Серпанок – це помутніння атмосфери з горизонтальною видимістю

1-10 км, обумовлене наявністю в повітрі:

1) крапель і кристалів льоду;

2) пилу;

3) скупчення водяної пари.

46. Найбільше туманів спостерігається:

1) над холодними течіями;

2) над теплими;

3) у горах.

47. Найкращі умови для утворення роси:

1) вітер, ясно;

2) тихо, ясно;

3) тихо, хмарно.

48. Нічні відклади кристалів льоду на гілках дерев називаються:

1) іній;

2) твердий наліт;

3) паморозь.

49. Змішані хмари зберігаються при температурі повітря:

1) від 0 до -10⁰;

2) від -10 до -40⁰;

3) від позитивних до -5⁰.

50. Опади зливового характеру зумовлюють хмари:

1) Sc;

2) Ns;

3) Cb.

51. До хмар нижнього ярусу належать:

1) St, Sc, Ns;

2) As, Ac, Cu;

3) Cb, Cі, Cs.

52. У помірних широтах водність хмар становить:

1) 3 – 10 г;

2) 0,008 – 0,1 г;

3) 0,01 – 3 г.

53. Відносна вологість повітря:

1) найменша вранці, коли найнижча температура повітря;

2) найменша вночі, коли найменша швидкість вітру;

3) найменша в середині дня, коли найвища температура

повітря.

54. Альбедо Землі, як планети, становить:

1) 28%;

2) 34%;

3) 40%.

55. Конденсація водяної пари відбувається на:

1) скупченні молекул повітря;

2) ядрах сублімації;

3) ядрах конденсації.

56. Хмари верхнього ярусу складаються:

1) з кристаликів льоду;

2) з краплин води;

3) з суміші краплин та кристалів.

57. Тиск насиченої водяної пари залежить лише від:

1) кількості атмосферних опадів;

2) температури;

3) атмосферного тиску.

58. Тиск насичення над кристаликами льоду в атмосфері:

1) менший, ніж над краплями води;

2) більший;

3) однаковий.

59. Випаровуваність в умовах сухого клімату:

1) менша, ніж випаровування;

2) однакова;

3) більша.

60. Абсолютна вологість повітря – це ...

1) найбільший можливий вміст водяної пари в повітрі;

2) маса водяної пари в 1 м³ повітря;

3) маса водяної пари в атмосфері.