Текст книги "Вопросы о погоде"
Автор книги: Павел Астапенко
сообщить о нарушении
Текущая страница: 26 (всего у книги 32 страниц)
17.14. Подвержены ли высокогорные области капризам погоды в той же мере, что и равнины?
Да, подвержены, и ничуть не в меньшей степени. Примером может служить высокогорная страна Непал в Гималаях, в самом сердце Азии. Для земледельцев Непала 1979 год оказался вдвойне неблагоприятным: весной была длительная засуха, сменившаяся затем не прекращавшимися в течение месяца дождями. В результате урожай зерновых составил менее 20% обычного. Осенью, в октябре, снова прошли проливные дожди, на сей раз с сильным градом, уничтожившие половину посевов риса, проса и бобовых культур на западе страны.
17.15. В чем особенность климата горных плато в средних широтах?
Типичным для горных плато умеренных широт можно считать климат степей Монголии, расположенных на высоте несколько более 1000 м. Лето здесь теплое, а зима холодная и малоснежная. Осадков немного, и выпадают они преимущественно летом. Например, в Улан-Баторе (47,9° с. ш., 106,8° в. д., высота 1300-1500 м над уровнем моря) средняя температура июля 17°C, января -24°C, осадков 240 мм, выпадают они почти все в период с мая по сентябрь.
17.16. Каковы особенности погоды и климата высокогорных областей Азии?
Высокогорные области Азии (выше 3000 м над уровнем моря) в субтропических широтах имеют одну общую характерную климатическую особенность: исключительно сильное влияние процессов, развивающихся в средней тропосфере, в связи с чем здесь не наблюдается трансформация воздуха умеренных широт в тропический воздух, тогда как над прилегающими равнинами пришедший с умеренных широт воздух интенсивно прогревается, приобретая свойства тропической воздушной массы. Отсюда невысокие летние температуры воздуха – вдвое более низкие, чем на тех же широтах на низменностях (в июле в среднем ниже 15°C). Второй особенностью является большая сухость воздуха, свойственная средней тропосфере: влагосодержание воздушных масс здесь примерно в четыре раза меньше, чем в нижней тропосфере. Резкий недостаток водяного пара в воздухе служит причиной больших суточных колебаний температуры, являющихся третьей особенностью климата высокогорных областей Азии. Что касается количества выпадающих осадков, то здесь решающую роль играет ориентация склонов горных хребтов относительно ветров, несущих влагу с океанов. Так, в горах Гиндукуша, Памира и Западного Тибета ощущается влияние Атлантики; основные осадки выпадают зимой, хотя и летом местами их выпадает достаточно (например, на Памирском плато). В горах Восточного Тибета под влиянием муссонов Тихого и Индийского океанов осадки выпадают летом, и их достаточно много, чтобы питать крупнейшие реки Юго-Восточной Азии – Меконг, Янцзыцзян и Хуанхэ. В Лхасе на высоте 3700 м над уровнем моря (30° с. ш., 91° в. д.) за год выпадает 1600 мм осадков, из которых на зимние месяцы приходится менее 20 мм.
17.17. Каков климат невысоких субтропических нагорий Азии?
Вне досягаемости летних муссонов на нагорьях высотой 1000 – 2000 м над уровнем моря климат засушливый, с жарким летом и холодной зимой. Типичный пример – Синцзян (КНР), где в Кашгаре на высоте 1230 м средняя температура июля 28°C, января -6°C, годовое количество осадков менее 100 мм; в Урумчи на высоте 880 м в июле средняя температура 24°C, в январе -19°C, осадков выпадает за год около 100 мм. Это условия, характерные для пустынь, где земледелие возможно лишь при искусственном орошении, но в местах с источниками воды существуют цветущие оазисы с богатой растительностью.
17.18. В чем своеобразие климата горного плато Абиссинии?
Абиссинское нагорье имеет высоту более 2000 м над уровнем моря, находится в тропиках северного полушария и в зоне муссонной циркуляции. Такое сочетание географической широты места, высоты его над уровнем моря и близости к океану способствовало формированию своеобразного климата, сочетающего некоторые черты климата тропиков и умеренных широт. Годовая амплитуда колебаний температуры очень мала, осадков выпадает достаточно, но почти исключительно летом, лето – умеренно теплое, но не жаркое, зима – мягкая, теплая, с редкими небольшими морозами и отдельными случаями выпадения незначительного количества снега. Например, в Аддис-Абебе в самом теплом месяце – апреле – средняя температура 17°C (это соответствует температуре в Ленинграде в июле), в самом холодном месяце – декабре – она составляет 13°C. Минимальные зимние температуры воздуха могут достигать -3°C. Годовая сумма осадков 1260 мм, месячная норма июля 300 мм, декабря 5 мм. Однако к востоку от горных цепей Абиссинии климат меняется, здесь на пути влажных масс воздуха с запада, с Атлантического океана, встают горы; в восточных районах Абиссинии и на побережье Красного моря в Сомали климат жаркий, засушливый.
17.19. Везде ли в горах велики годовые амплитуды температуры воздуха?
Годовые амплитуды температуры воздуха в горах больше, чем на равнинах, на всех широтах за исключением экваториальных. Например, в г. Кито в Эквадоре, находящемся у самого экватора, на высоте 2850 м над уровнем моря, годовая амплитуда температуры практически равна нулю! В самом теплом месяце средняя температура составляет 12,7°C, а в самом холодном 12,5°C. Однако суточные амплитуды температуры воздуха в высокогорных районах экваториальной области значительно выше, чем на равнинах или на морских побережьях: они составляют около 15°C. Так, в Кито они могут превышать 20°C (максимальная около 20°C, минимальная около 3°C). Интересно, что в отличие от субтропических широт в горах у экватора выпадает значительное количество осадков: в Кито, например, годовая сумма осадков составляет 1120 мм.
АТМОСФЕРА СОЛНЦА И ПЛАНЕТ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ
Солнце, климат и погода планет солнечной системы – все эти вопросы кажутся весьма далекими от нашей жизни на Земле и даже от погоды, с которой мы сталкиваемся повседневно: к тому, что светит Солнце, мы привыкли, а как оно светит и как греет – это нам представляется зависящим от погоды, а не наоборот; что же касается других планет, то мы с детских лет усвоили непреложную истину, что все они могут светить нам лишь отраженным светом, слишком слабым, чтобы принимать его всерьез, а обогревать Землю они и подавно не могут… А между тем, не все так просто. Многое из того, что происходит на Солнце, имеет прямое отношение к нашим земным делам и потому заслуживает внимания, а изучение атмосфер планет солнечной системы в комплексе с изучением солнечной деятельности может помочь нам лучше познать нашу земную атмосферу, поскольку известно, что основные физические законы, постигнутые наукой, применимы и за пределами нашей планеты.
С известным непостоянством солнечной активности, проявляющимся в существовании множества циклов в деятельности Солнца (5-6-летнего, 11-летнего, 22-летнего, полувекового, векового и других), многие ученые связывают периодические колебания режимов температуры, осадков, состояния ледников и других гидрометеорологических показателей на Земле. Хотя наличие подобной связи нельзя считать доказанным, но игнорировать такую возможность нет оснований – Солнце как единственный для Земли источник энергии, получаемой ею извне, может в принципе при колебаниях своей активности влиять на состояние земной атмосферы и на условия погоды. Вопрос в том, каков механизм этого влияния…
Наблюдая за состоянием атмосфер Солнца и планет не только с поверхности Земли, но и с помощью посылаемых к другим планетам измерительных приборов, устанавливаемых на автоматических станциях, мы обнаруживаем там много интересного.
Нет ничего удивительного в том, что объем информации о жизни планет солнечной системы с каждым годом все возрастает, а по мере его роста возникают все новые и новые вопросы, интересующие нас, землян. Далеко не на все эти вопросы мы сегодня в состоянии дать ответы, и не все ответы, которые сейчас могут быть даны, следует считать окончательными – в процессе расширения наших знаний многие представления уточняются. Таким образом, условимся рассматривать сообщаемые в этой главе сведения как предварительные.
18.1. Что такое солнечная постоянная?
Полный поток лучистой энергии Солнца на верхней границе атмосферы при среднем расстоянии Земли от Солнца называют солнечной постоянной. По многократным измерениям на протяжении более 40 лет эта величина равна 136 мВт/см2.За всю историю измерений потока лучистой энергии Солнца не отмечено случаев отклонений ее величины, которые не укладывались бы в пределы ошибок измерений и имели бы какую-либо регулярность. Поэтому эту величину и назвали солнечной постоянной. Современной науке неизвестны какие-либо доказательства изменения притока солнечной радиации – светимость Солнца сохраняется постоянной на протяжении всего периода существования жизни на Земле, она равна 3,83 • 1023 кВт.
18.2. Насколько значительна светимость Солнца по сравнению со светимостью остальных звезд?
Согласно звездной статистике, Солнце относится к спектральному классу G2 – так называемых желтых карликов. Всего различают семь спектральных классов – от звезд большой светимости сине-фиолетового цвета, имеющих температуру излучения 40 000-50 000 К до звезд низкой светимости оранжево-красного цвета, имеющих температуру излучения около 3000 К: O, B, A, F, G, K, M. Наше Солнце занимает среди других звезд по светимости промежуточное положение между звездами средней и низкой светимости, а именно 53-е место из 70 (в каждом звездном классе 10 подклассов).
18.3. Насколько постоянна светимость Солнца и звезд?
Согласно теории звездного равновесия, светимость Солнца, как и всех звезд, определяется его массой и поэтому она со временем должна мало меняться, так как убыль массы Солнца в масштабах времени существования человечества ничтожна.
18.4. С какой скоростью вращается Солнце?
Солнце вращается вокруг оси, имеющей угол наклона к эклиптике 82°45'; угловая скорость вращения во много раз меньшая, чем у Земли, – один оборот Солнце совершает за 25 – 30 земных суток.
Диаметр Солнца 1 392 000 км.
18.5. Насколько масса Солнца больше массы планет солнечной системы?
Масса Солнца несоизмеримо больше массы любой планеты солнечной системы. Масса всех планет вместе взятых примерно в 740 раз меньше массы Солнца.
18.6. Есть ли атмосфера на Солнце?
Внешние, доступные наблюдениям слои Солнца можно считать его атмосферой. Самый нижний слой солнечной атмосферы – фотосфера – является источником почти всего солнечного излучения. Толщина фотосферы около 300 км, средняя плотность 3 • 10-4 кг/м3, температура от 6000 до 4200 К. Выше фотосферы находится второй слой солнечной атмосферы – хромосфера, мощность которого около 10 000 км, а еще выше – солнечная корона, являющаяся наиболее разреженной частью солнечной атмосферы. Хромосфера и солнечная корона дают все наблюдаемое радиоизлучение Солнца.
18.7. Почему мы выделяем Солнце среди других звезд?
Для этого есть все основания: хотя Солнце – действительно самая обычная звезда, имеющая такие же размеры, плотность и яркость свечения, как и тысячи других звезд, но в силу ряда обстоятельств оно оказалось для нас единственным источником энергии, а следовательно, и жизни на Земле. Обстоятельства эти исключительные: Земля наряду с несколькими другими планетами принадлежит к солнечной системе, то есть обращается вокруг Солнца и перемещается вместе с Солнцем; она находится, по космическим масштабам, относительно близко от Солнца, «всего» на удалении в среднем около 149 млн. км, или немногим больше 8 световых минут, тогда как остальные ближайшие звезды удалены в тысячи раз больше (Альфа Центавра – на 4,33 светового года, Сириус – на 8,75, Вега – на 26,5 светового года). Получая от Солнца всего одну двухмиллиардную долю его энергии излучения, наша планета обеспечена необходимым для жизни теплом и миллионы лет пребывает в состоянии теплового равновесия, столь важного для сохранения относительной стабильности ее климата и других условий жизни.
18.8. Для чего существует Служба Солнца?
Служба Солнца создана для изучения Солнца и обмена информацией об изменениях солнечной активности. Колебания солнечной активности создают магнитные бури, полярные сияния, изменяют радиационную обстановку в околоземном пространстве и условия прохождения радиоволн. Они оказывают влияние и на метеорологические процессы, хотя их роль в изменениях состояния земной атмосферы пока еще не выяснена. Службой Солнца разрабатываются программы изучения солнечной активности, например программа Международного года спокойного Солнца (1964/65) и Международного года солнечного максимума (с 1 августа 1979 года по 30 апреля 1981 года).
18.9. Имеется ли атмосфера на других планетах солнечной системы?
Да, все планеты солнечной системы имеют атмосферу, однако состав газов земной атмосферы совсем иной, чем на остальных планетах. У каждой планеты солнечной системы своя атмосфера, отличная от атмосферы любой другой планеты.
Наибольшая плотность атмосферы и наибольшее атмосферное давление – на Венере, наименьшая – на Меркурии.
18.10. Какими средствами изучают атмосферы планет солнечной системы?
В прошлом о планетах и их атмосферах люди могли судить только по данным наблюдений с помощью оптических приборов. Открытие спектрального анализа позволило уже во второй половине прошлого века исследовать состав атмосферы планет по спектрам их излучения. Создание ракет и автоматических межпланетных станций в 50-60-х годах нашего столетия решающим образом расширило возможности исследования атмосферы планет солнечной системы путем направления измерительной аппаратуры непосредственно в толщу атмосферы ближайших планет. Советская автоматическая станция «Венера-4», достигшая этой планеты в 1967 году, «Венера-7», впервые плавно опустившаяся на поверхность Венеры в 1970 году, «Венера-9», впервые обеспечившая получение снимков поверхности планеты (1975 год), и, наконец, «Венера-13» и «Венера-14» (1981 год), передававшие с поверхности планеты около двух часов сведения о состоянии ее атмосферы, условиях освещенности облаков и самой поверхности, дали богатую информацию о составе, строении и режиме венерианской атмосферы. Американские межпланетные станции «Марс», «Маринер», «Пионер» и «Вояджер» принесли новые важные сведения об атмосферах Марса, Меркурия и Сатурна.
18.11. Каковы значения солнечной постоянной на планетах солнечной системы?
В настоящее время значения солнечной постоянной установлены для пяти планет: Меркурия – 935 мВт/см2, Венеры – 265 мВт/см2, Земли – 136 мВт/см2, Марса -60 мВт/см2, Юпитера – 5 мВт/см2.
Для планет, расположенных ближе с Солнцу, солнечная постоянная во много раз превосходит ее значение для Земли, а для планет, расположенных на большом удалении от Солнца, она очень мала.
18.12. Насколько велики различия в отражательной способности поверхности планет солнечной системы?
Средние значения отражательной способности (альбедо) поверхности планет с учетом существования на планетах атмосферы и облаков приблизительно такие:
Как видим, различия эти очень существенны. Они определяются как особенностями условий на поверхности планет, так и особенностями состава их атмосфер и наличием облаков. Так, например, поверхность Венеры покрыта жидкостью, поверхность Марса – пылью; на Венере, как и на Земле, есть капельно-жидкие облака, на Марсе – в основном только пылевые.
18.13. Что известно сейчас об атмосфере Марса?
Атмосфера Марса значительно менее плотная, чем атмосфера Земли, и величина атмосферного давления на поверхности планеты составляет всего 0,6% атмосферного давления на земной поверхности. Основные газы атмосферы Марса – углекислый газ (около 95%), азот и аргон (около 5% вместе); остальные газы содержатся в незначительном количестве – кислород, водяной пар, окись углерода (все вместе всего десятые доли процента). Средняя температура на поверхности составляет 230 К, при этом на освещенной стороне планеты днем она может быть около 280 К, а на неосвещенной стороне 200 К. Продолжительность суток на Марсе примерно такая же, как и на Земле, но продолжительность года почти в два раза бóльшая, – год там длится 687 земных суток. Температура в марсианской атмосфере убывает с высотой приблизительно в два раза медленнее, чем в нашей земной. На планете есть полярные шапки льдов из замерзшей углекислоты, граница которых опускается до 60-й параллели. Атмосферная циркуляция имеет сходство с земной, но интенсивность циркуляции превосходит земную, так как контрасты температуры между экватором и полюсами на Марсе в 2,5 – 3 раза больше, чем на Земле.
18.14. Каковы условия погоды на Марсе?
Условия марсианской погоды можно охарактеризовать только весьма приближенно. Более или менее достоверно мы знаем, что на этой планете очень велик суточный ход температуры. Преобладающими зимой должны быть ветры западного, а летом – восточного направления, так как господствующей там является зональная форма циркуляции, меридиональные процессы проявляются слабее, чем на Земле. Анализ телевизионных изображений облачного покрова (там, помимо низких пылевых облаков желтого цвета, изредка наблюдаются высокие тонкие кристаллические облака синего и белого цвета) показывает наличие структур облачности фронтального типа. Характерным явлением погоды на Марсе следует считать пыльные бури, которые могут носить там глобальный характер. Одна из таких пыльных бурь наблюдалась в период полетов автоматических межпланетных станций «Марс» и «Маринер» в конце 1971 и начале 1972 года. Особенностью таких бурь является «антипарниковый эффект» – охлаждение поверхности планеты и увеличение температуры атмосферы под влиянием поглощения солнечной радиации пылью.
18.15. Всегда ли климат Марса был таким, как сегодня?
Сейчас Марс представляет собой пустынную, безводную и по сравнению с Землей очень холодную планету.
Многие исследователи склонны считать, что в очень далеком прошлом условия там были совсем иные, в частности атмосфера была более плотной и, что особенно существенно, была и вода. Об этом говорят обнаруженные на Марсе осадочные отложения и рельеф поверхности, изобилующий узкими долинами, напоминающими естественные каналы, по которым, как по земным рекам, возможно, текла вода или какая-либо другая жидкость.
О существовании на Марсе другого, значительно более мягкого климата в далеком прошлом (возможно, около миллиарда лет тому назад), по мнению некоторых ученых, говорят и расчеты, основанные на предположении о том, что, прежде чем стать современной, «докислородной», марсианская атмосфера была первоначально водородной, затем аммиачной, и лишь в будущем ей предстоит стать подобной нашей земной. Однако наши знания и о современной марсианской атмосфере еще далеки от полноты, а представление о ее эволюции в прошлом вообще носит чисто гипотетический характер.
18.16. Что представляет собой атмосфера Меркурия?
Меркурий, как и спутник Земли Луна, практически лишен атмосферы. Однако в ничтожных количествах на Меркурии обнаружено присутствие углекислого газа. Атмосферное давление, создаваемое им, равно примерно одной тысячной доле давления земной атмосферы. Согласно предположению, разделяемому рядом авторитетных ученых, из атмосферы Меркурия ушли составлявшие ее некогда легкие газы, поскольку из-за своей небольшой массы планета оказалась неспособной удержать возле себя первоначально возникшую атмосферу, состоявшую из продуктов дегазации ее твердой оболочки. (Масса Меркурия в 18 раз меньше массы Земли и почти в два раза меньше массы Марса.) По той же причине Луна, имеющая еще меньшую массу (в 81 раз меньше земной), оказалась полностью лишенной атмосферы.
18.17. Из чего состоит атмосфера Венеры?
Венера, самая для нас яркая и красивая планета солнечной системы, всегда привлекала внимание людей. Данные о ней, полученные во второй половине нашего столетия, оказались для многих неожиданными и даже разочаровывающими – поверхность Венеры окутана плотным слоем облачности, состоящей из капель, по мнению одних ученых, серной, а по мнению других – соляной кислоты. В обоих случаях – это не лучшее место для прогулки туристов-землян, с древнейших времен питающих чувства симпатии к соседке нашей Земли…
Спектральный анализ излучения Венеры показал, что ее атмосфера примерно на 95% состоит из углекислого газа. Оставшиеся 5% составляют нейтральные газы азот и аргон, и кислород, водяной пар, соляная и фтористая кислота, угарный газ. Атмосфера на Венере очень плотная, давление на поверхности планеты в 90 раз больше земного. По последним данным, облака, всегда закрывающие поверхность этой планеты, состоят из капель не серной, а соляной кислоты.
