В атмосфере — это перепады давления в слоях атмосферы, которых над землёй несколько. Внизу ощущается наибольшая плотность и насыщенность кислородом. При подъеме газообразного вещества в результате нагрева внизу происходит разрежение, которое стремится заполниться соседними слоями. Так ветры и ураганы возникают из-за дневных и вечерних перепадов температур.

Зачем нужен ветер?

Если бы отсутствовала причина движения воздуха в атмосфере, то жизнедеятельность любого организма прекратилась. Ветер помогает размножаться растениям, животным. Он перемещает облака и является движущей силой в круговороте воды на Земле. Благодаря смене климата происходит очищение местности от грязи, микроорганизмов.

Без пищи человек может выдержать около нескольких недель, без воды не более 3 дней, а без воздуха не более 10 минут. Все живое на Земле зависит от кислорода, перемещающегося вместе с воздушными массами. Непрерывность этого процесса поддерживается солнцем. Смена дня и ночи приводит к колебаниям температуры на поверхности планеты.

В атмосфере всегда происходит движение воздуха, давящего на поверхность Земли с давлением 1,033 г на миллиметр. Эту массу человек практически не ощущает, но при её горизонтальном перемещении мы воспринимает её как ветер. В жарких странах бриз является единственным облегчением от нарастающего пекла в пустыне и степях.

Как образуется ветер?

Основная причина движения воздуха в атмосфере — это смещение слоев под действием температуры. Физический процесс связан со свойствами газов: изменять свой объем, расширяться при нагревании и сужаться под действием холода.

Основная и дополнительная причина движения воздуха в атмосфере:

• Температурные перепады под влиянием солнца неравномерны. Это связано с формой планеты (в виде сферы). Одни участки Земли прогреваются меньше, другие больше. Создается разность атмосферного давления.
• Извержение вулканов резко повышает температуру воздуха.
• Нагрев атмосферы как результат жизнедеятельности человека: выбросы паров от автомобилей и промышленности повышают температуру на планете.
• Остывшие океаны и моря в ночное время вызывают движение воздуха.
• Взрыв атомной бомбы приводит к разрежению в атмосфере.

Механизм движения газообразных слоев на планете

Причиной движения воздуха в атмосфере является неравномерность температур. Нагретые от поверхности Земли слои поднимаются вверх, где плотность газообразного вещества повышается. Начинается хаотичный процесс перераспределения масс — ветер. Тепло постепенно отдается соседним молекулам, что приводит их тоже в колебательно-поступательное движение.

Причиной движения воздуха в атмосфере является взаимосвязь температуры и давления в газообразных веществах. Ветер продолжается до тех пор, пока не уравновесится исходное состояние слоев планеты. Но такое условие никогда не будет достигнуто, по причине следующих факторов:

• Вращательное и поступательное движение Земли вокруг Солнца.
• Неизбежная неравномерность прогреваемых участков планеты.
• Деятельность живых существ непосредственно влияет на состояние всей экосистемы.

Чтобы полностью исчез ветер, надо остановить планету, убрать все живое с поверхности и спрятать её в тень от Солнца. Такое состояние может произойти при полной гибели Земли, но прогнозы ученых пока утешительные: это ожидает человечество через миллионы лет.

Сильный морской ветер

Более сильное движение воздуха в атмосфере наблюдается на побережьях. Это связано с неравномерным прогревом почвы и воды. Менее нагреваются реки, моря, озера, океаны. Почва раскаляется моментально, отдавая тепло газообразному веществу над поверхностью.

Нагретый воздух резко устремляется вверх, а полученное разрежение стремится заполниться. А так как над водой плотность воздуха получается более высокой, то образуется в сторону побережья. Такой эффект особенно хорошо ощущается в жарких странах в дневное время. Ночью весь процесс меняется, уже наблюдается движение воздуха в сторону моря — ночной бриз.

Вообще, бризом именуют ветер, меняющий направление за сутки два раза на противоположные направления. Аналогичными свойствами обладают муссоны, только они дуют в жаркое время года со стороны моря, а в холодные сезоны - в сторону суши.

Как определяют ветер?

Основная причина движения воздуха в атмосфере — неравномерное распределение тепла. Правило верно при любых ситуациях в природе. Даже извержение вулкана сначала нагревает газообразные слои, а только потом поднимается ветер.

Проверить все процессы можно путем установки флюгеров, или, проще, флажков, чувствительных к потоку воздуха. Плоская форма свободно вращающегося устройства не дает ему находиться поперек ветра. Оно старается развернуться в направлении движения газообразного вещества.

Часто ветер ощущается телом, по облакам, по дыму печной трубы. Слабые его потоки заметить сложно, для этого требуется намочить палец, он будет мерзнуть с наветренной стороны. Также можно использовать легкий кусок материи или воздушный шарик, заполненный гелием, так флаг поднимается на мачтах.

Мощность ветра

Важна не только причина движения воздуха, но и его сила, определяемая по десятибалльной шкале:

• 0 баллов — скорость ветра в абсолютный штиль;
• до 3 — слабый или умеренный поток до 5 м/сек;
• от 4 до 6 — сильный ветер скорость около 12 м/сек;
• от 7 до 9 баллов — озвучивается скорость до 22 м/сек;
• от 8 до 12 баллов и выше — именуется ураганом, сносит даже крыши с домов, рушатся постройки.

или торнадо?

Движение вызывает смешанные потоки воздуха. Встречный поток не способен преодолеть плотный барьер и устремляется вверх, пронизывая облака. Пройдя сгустки газообразных веществ, ветер спадает вниз.

Часто складываются условия, когда происходит закручивание потоков, постепенно усиливающихся подходящими ветрами. Торнадо набирает силу и скорость ветра становится такой, что в атмосферу легко может воспарить железнодорожный состав. Северная Америка является лидером по числу таких явлений в год. Смерчи становятся причиной миллионных убытков для населения, они уносят большое количество жизней.

Другие варианты образования ветра

Сильные ветры способны стереть с поверхности любые образования, даже горы. Единственным видом нетемпературной причины движения воздушных масс является взрывная волна. После срабатывания атомного заряда скорость движения газообразного вещества такова, что сносит многотонные конструкции, как пылинки.

Сильный поток атмосферного воздуха возникает при падении больших метеоритов или разломах земной коры. Аналогичные явления наблюдают во время цунами после подземных толчков. Таяние полярных льдов приводит к подобным состояниям в атмосфере.

Конденсация это изменение совтояния вещества из газообразного в жидкое или твёрдое. Но что такое конденсация в мастабе планеты?

В каждый момент времени атмосферапланеты Земля содержит свыше 13 миллиардов тонн влаги. Эта цифра практически постоянна, так как потери за счет выпадения осадков, в конечном счете, непрерывно восполняются испарением.

Скорость кругооборота влаги в атмосфере

Скорость кругооборота влаги в атмосфере оценивается колоссальной цифрой - около 16 миллионов тонн в секунду или 505 миллиардов тонн в год. Если бы вдруг весь водяной пар в атмосфере сконденсировался и выпал в виде осадков, то эта вода могла бы покрыть всю поверхность земного шара слоем примерно 2,5 сантиметра, иными словами, атмосфера содержит количество влаги, эквивалентное всего лишь 2,5 сантиметрам дождя.

Сколько времени находится молекула пара в атмосфере?

Так как на Земле в среднем за год выпадает 92 сантиметра, то, следовательно, в атмосфере влага обновляется 36 раз, то есть 36 раз атмосфера насыщается влагой и освобождается от нее. Это значит, что молекула водяного пара пребывает в атмосфере в среднем 10 дней.

Путь молекулы воды

Однажды испарившись, молекула водяного пара дрейфует обычно сотни и тысячи километров, пока не сконденсируется и не выпадет с осадками на Землю. Вода, снега или града на возвышенностях Западной Европы, преодолевает примерно 3000 км от Северной Атлантики. Между превращением жидкой воды в пар и выпадением осадков на Землю совершается несколько физических процессов.

С теплой поверхности Атлантики молекулы воды попадают в теплый влажный воздух, который в дальнейшем поднимается над окружающим его более холодным (более плотным) и более сухим воздухом.

Если при этом будет наблюдаться сильное турбулентное перемешивание воздушных масс, то в атмосфере появится слой перемешивания и облака на границе двух воздушных масс. Около 5% их объема составляет влага. Насыщенный паром воздух всегда легче, во-первых, потому, что он нагрет и поступает с теплой поверхности, во-вторых, потому, что 1 кубический метр чистого пара примерно на 2/5 легче 1 кубический метр чистого сухого воздуха при той же температуре и давлении. Отсюда следует, что влажный воздух легче сухого, а теплый и влажный тем более. Как мы увидим позже, это очень важный факт для процессов изменения погоды.

Перемещение воздушных масс

Воздух может подниматься по двум причинам: либо потому, что становится легче в результате нагревания и увлажнения, либо потому, что на него действуют силы, заставляющие его подниматься над некоторыми препятствиями, например над массами более холодного и плотного воздуха или над холмами и горами.

Охлаждение

Поднимающийся воздух, попав в слои с меньшим атмосферным давлением, вынужден расширяться и при этом охлаждаться. Расширение требует затрат кинетической энергии, которая берется за счет тепловой и потенциальной энергии атмосферного воздуха, а этот процесс неизбежно ведет к понижению температуры. Скорость охлаждения поднимающейся порции воздуха часто меняется, если эта порция перемешивается с окружающим воздухом.

Сухоадиабатический градиент

Сухой воздух, в котором отсутствует конденсация или испарение, а также перемешивание, не получающий энергию в другой форме, охлаждается или нагревается на постоянную величину (на 1°С через каждые 100 метров) по мере подъема или опускания. Эту величину называют сухоадиабатическим градиентом. Но если поднимающаяся воздушная масса влажная и в ней происходит конденсация, то при этом выделяется скрытая теплота конденсации и температура насыщенного паром воздуха падает значительно медленнее.

Влажноадиабатический градиент

Эта величина изменения температуры называется влажно-адиабатическим градиентом. Она не постоянна, а изменяется с изменением величины высвобождающейся скрытой теплоты, другими словами, она зависит от количества конденсируемого пара. Количество же пара зависит от того, насколько сильно понижается температура воздуха. В нижних слоях атмосферы, где воздух теплый и влажность высокая, влажно-адиабатический градиент чуть больше половины сухоадиабатического градиента. Но влажно-адиабатический градиент постепенно растет с высотой и на очень большой высоте в тропосфере практически равен сухоадиабатическому градиенту.

Плавучесть движущегося воздуха определяется соотношением между его температурой и температурой окружающего воздуха. Как правило, в реальной атмосфере температура воздуха падает с высотой неравномерно (это изменение называется просто градиентом).

Если масса воздуха теплее и поэтому менее плотная, чем окружающий воздух (а влагосодержание постоянно), то она поднимается вверх так же, как детский мяч, погруженный в бак. И наоборот, когда движущийся воздух холоднее окружающего, то плотность его выше и он опускается. Если воздух имеет ту же самую температуру, что и соседние массы, то их плотность равна и масса остается неподвижной или движется только вместе с окружающим воздухом.

Таким образом, в атмосфере присутствуют два процесса, один из которых способствует развитию вертикального движения воздуха, а другой замедляет его.

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Отвечая на вопрос, что такое воздушная масса, можно сказать, что это среда обитания человека. Мы ею дышим, видим, ощущаем ежедневно. Без окружающего воздуха человечество не смогло бы вести свою жизнедеятельность.

Роль потоков в природном круговороте

Что такое воздушная масса? Это приносящий смену погодных условий. За счет естественного движения окружающей среды перемещаются осадки на тысячи километров по земному шару. Снег и дождь, холод и тепло приходят по установленным закономерностям. Учёные могут предсказывать изменение климата, глубже вникая в закономерности природных катаклизмов.

Постараемся дать ответ на вопрос: что такое воздушная масса? К ярким её примерам относят циклоны, перемещающиеся непрерывно. С ними приходит потепление или похолодание. Они движутся с постоянной закономерностью, но в редких случаях происходит их отклонение от обычной траектории. В результате таких нарушений в природе обнаруживают катаклизмы.

Так, в пустыне выпадает снег от встречающихся циклонов различной температуры или формируются смерчи, ураганы. Это все относится к ответу на вопрос: что такое воздушная масса? От её состояния зависит, какая будет погода, насыщенность воздуха кислородом или влагой.

Смена тепла и холода: причины

Воздушные массы — это основной участник образования климата на земле. Нагрев слоёв атмосферы происходит благодаря энергии, получаемой от солнца. Благодаря перепадам температуры меняется плотность воздуха. Более разреженные области заполняются плотными объемами.

Воздушные массы — это совокупность различных состояний газообразных слоёв атмосферы, зависящих от перераспределения тепла за счет смены дня и ночи. В тёмное время суток воздух охлаждается, появляется ветер, движущийся из более плотных слоёв в разреженные. Сила потока зависит от скорости снижения температуры, местности, влажности.

На движение масс влияют как горизонтальные перепады температур, так и вертикальные. Днём земля принимает тепло от солнца, начиная отдавать его нижним слоям атмосферы с вечера. Этот процесс продолжается всю ночь, а наутро водяной пар концентрируется в воздухе. Это становится причиной осадков: росы, дождя, тумана.

Какими бывают газообразные состояния?

Характеристика воздушных масс — это количественная величина, с помощью которой можно описать определённые состояния газообразных слоёв и дать им оценку.

Существует три основных показателя слоёв тропосферы:

• Температура даёт информацию о происхождении смещения масс.
• Влажность, повышенная в местах, расположенных неподалёку от морей, озёр и рек.
• Прозрачность определяется внешне. На этот параметр влияют взвешенные в воздухе твердые частицы пыли.

Выделяют следующие виды воздушных масс:

• Тропические — перемещаются в сторону умеренных широт.
• Арктические — холодные массы, движутся в сторону тёплых широт с северной части планеты.
• Антарктические — холодные, движутся с южного полюса.
• Умеренные, наоборот, тёплые массы воздуха и движутся к холодным полюсам.
• Экваториальные — самые тёплые, расходятся в области с более низкой температурой.

Подтипы

При движении воздушных масс происходит их преобразование из одного географического типа в другой. Существуют подтипы: континентальный, морской. Соответственно, первые преобладают со стороны суши, вторые приносят влагу с просторов морей и океанов. Наблюдается закономерность перепада температур у таких масс в зависимости от сезона: летом ветра с суши значительно теплее, а зимой греют морские.

Везде существуют господствующие воздушные массы, преобладающие постоянно за счет установленных закономерностей. Они определяют погоду в данной местности, и, как следствие, это приводит к различию растительности и животного мира. В последнее время трансформация воздушных масс существенно изменилась благодаря жизнедеятельности человека.

Преобразование воздушных масс проявляется отчётливее на побережьях, где встречаются потоки с суши и моря. В отдельных районах ветер не утихает ни на секунду. Чаще он сухой и не меняет направление длительное время.

Как происходит преобразование потоков в природе?

Воздушными массы становятся видимыми при определённых условиях. Примерами таких явлений становятся облака, тучи, туманы. Располагаться они могут как на высоте тысяч километров, так и прямо над землёй. Последние образуются при резком снижении температуры окружающего воздуха от повышенной влажности.

Солнце играет важную роль в бесконечном процессе движения воздушных масс. Смена дня и ночи приводит к тому, что потоки устремляются ввысь, поднимая с собой частицы воды. Высоко в небе они кристаллизуются и начинают падать. В летний сезон, когда достаточно тепло, ледышки успевают растаять в полёте, так наблюдают осадки в основном в виде дождя.

А зимой, когда над землей проходят холодные потоки, начинает идти снег или даже град. Поэтому в районах экваториальных и тропических широт тёплый воздух расправляет кристаллики. В регионах же северных районов эти осадки происходят практически каждый день. Холодные потоки подогреваются от нагретой земной поверхности, лучи солнца проходят сквозь воздушные слои. А вот тепло, отданное в ночное время, становится причиной образования облаков, утренней росы, тумана.

Как по определённым признакам узнают смену погоды?

Ещё в прошлом научились предсказывать осадки по явным приметам:

• Вдали становятся едва заметными или белые области в форме лучей.
• Резкое усиление ветра говорит о приближении холодных масс. Может пойти дождь, снег.
• Облака всегда собираются в зонах низкого давления. Существует верный способ определить эту область. Для этого нужно развернуться спиной к потоку и посмотреть немного левее от горизонта. Если там появились сгущения, то это явный признак ненастной погоды. Не стоит путать: облака в правой части не являются признаком ухудшения погодных условий.
• Появление белесой пелены, когда солнце начинает затуманиваться.

Ветер спадает, когда холодная область проходит. Более тёплые потоки заполняют образовавшееся разрежение, часто становится душно после дождя.

Обусловлено следующими факторами:

Сила барического градиента (градиент давления);

Сила Кориолиса;

Геострофический ветер;

Градиентный ветер;

Сила трения.

Барический градиент приводит к тому, что ветер, возникающий благодаря движению воздуха по направлению барического градиента из области более высокого давления в область более низкого давления. Давление атмосферы составляет 1,033 кг/см², измеряется в мм рт.ст., мБ и в гПа.

Изменение давления происходит при перемещении воздуха вследствие его нагревания и охлаждения. Главная причина переноса воздушных масс – конвективные потоки – подъём тёплого воздуха и замещение его снизу холодным (вертикальный конвекционный поток). Встречая слой воздуха повышенной плотности, они растекаются, образуя горизонтальные конвекционные потоки.

Сила Кориолиса – отталкивающая сила. Возникает при вращении Земли. Под её действием ветер отклоняется в Северном полушарии – вправо, в Южном – влево, т.е. в Северном отклоняется к востоку. Ближе к полюсам отклоняющая сила возрастает.

Геострофический ветер .

В умеренных широтах сила градиента давления и сила Кориолиса уравновешиваются, при этом воздух не перемещается из области повышенного давления в область пониженного, а перетекает между ними параллельно изобарам.

Градиентный ветер - это круговое движение воздуха параллельно изобарам под воздействием центробежных и центростремительных сил.

Воздействие силы трения.

Трение воздуха о земную поверхность нарушает баланс между силой горизонтального барического градиента и силой Кориолиса, замедляет движение воздушных масс, изменяет их направление так, что поток воздуха движется не по изобарам, а пересекает их под углом.

С высотой действие трения ослабляется, отклонение ветра от градиента возрастает. Изменение скорости и направление ветра с высотой называется спиралью Экмана.

Средняя многолетняя спираль ветра у Земли составляет 9,4 м/с, она максимальна у Антарктиды (до 22 м/с), иногда порывы достигают 100 м/с.

С высотой скорость ветра увеличивается и достигает сотен м/с. Направление ветра зависит от распределения давления и отклоняющего действия вращения Земли. Зимой ветры направлены с материка на океан, летом – с океана на материк. Местные ветры называют бриз, фен, бора.

С самого детства меня завораживали невидимые движения вокруг нас: слабый ветерок, кружащий осенние листья в тесном дворике или мощный зимний циклон. Оказывается, эти процессы имеют вполне понятные физические законы.

Какие силы заставляют воздушные массы двигаться

Теплый воздух легче, чем холодный – этот простой принцип способен объяснить движение воздуха на планете. Начинается всё на экваторе. Здесь солнечные лучи падают на поверхность Земли под прямым углом, и маленькой частичке экваториального воздух достается чуть больше тепла, чем соседним. Эта теплая частица становится легче, чем соседние, а значит, начинает всплывать вверх до тех пор, пока не растеряет всё тепло и не начнет снова опускаться. Но движение вниз уже происходит в тридцатых широтах Северного или Южного полушария.

Если бы не существовало дополнительных сил, так бы воздух и двигался от экватора к полюсам. Но существуют не одна, а сразу несколько сил, которые заставляют воздушные массы перемещаться:

• Сила плавучести. Когда теплый воздух всплывает, а холодный остается внизу.
• Сила Кориолиса. О ней расскажу чуть ниже.
• Рельеф планеты. Сочетания морей и океанов, гор и равнин.

Отклоняющая сила вращения Земли

Метеорологам было бы легче, если бы наша планета не вращалась. Но она вращается! Это порождает отклоняющую силу вращения Земли или силу Кориолиса. Из-за движения планеты та самая «легкая» частица воздуха не только вытесняется, скажем, на север, но и смещается вправо. Либо она вытесняется на юг и отклоняется влево.

Так зарождаются постоянные ветра западных или восточных направлений. Возможно, вы слышали о течении Западных Ветров или о Ревущих сороковых? Эти постоянные движения воздуха возникли именно благодаря силе Кориолиса.

Моря и океаны, горы и равнины

Окончательную неразбериху вносит рельеф. Распределение суши и океана изменяет классическую циркуляцию. Так, в Южном полушарии суши намного меньше, чем в Северном, и ничто не мешает воздуху двигаться над водной гладью в нужном ему направлении, нет ни гор, ни крупных городов, тогда как Гималаи в корне меняют циркуляцию воздуха в своем районе.