Текст книги "Погода"

Автор книги: Зигфрид Ауст

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 3 страниц)

Погода

Предисловие

Погода играет огромную роль в жизни каждого человека. Эта книга серии «ЧТО ЕСТЬ ЧТО» отвечает на многие вопросы из той области знания, в которой до сих пор остается немало загадок. Здесь рассказывается, как солнце, воздух и вода, взаимодействуя тысячами различных способов, создают погоду, которая никогда в точности не повторяется и все же имеет много сходных черт. Книга объясняет, как метеорологи составляют прогноз погоды и как сегодня в этом им помогают компьютеры и искусственные спутники Земли.

Читатель узнает, как образуются дождь, туман, снег, как классифицируют облака, отчего бывает гроза, почему происходит смена времен года, как разнообразна погода на нашей планете и какой она была прежде, что такое климатические зоны, как можно заранее узнать о грозящих наводнениях и ураганах. Если искать ответы на все эти вопросы, то загадки погоды предстанут увлекательнейшей задачей, которую юный читатель сможет решать с помощью собственных наблюдений. Проводя несложные опыты, он научится понимать, как наука раскрывает тайны погоды.

Фотография, сделанная в инфракрасных лучах метеорологическим спутником НОАА-9 6 августа 1986 г. На ней виден ярко выраженный штормовой циклон над Англией.

Погода

Одним из четырех времен года является весна. В Северном полушарии это март, апрель и май.

Лето – самое теплое и светлое время года. Летние месяцы у нас – июнь, июль и август.

Осенью дни короче, становится прохладнее. В Северном полушарии это сентябрь, октябрь и ноябрь.

Зима  самое холодное и темное время года. У нас зима приходится на декабрь, январь и февраль.

Что определяет погоду?

Как это получается, что на Земле существуют различные времена года, области с таким разным климатом, а на Луне нет ни того, ни другого? Ответ прост: все зависит от погоды. Облака, ветер, дождь и снег, жара и холод – от них зависит погода, какой мы ее воспринимаем. У всего этого есть три главные причины. Если мы все узнаем о них, то поймем, как они влияют на погоду. Без них она просто не существовала бы. Первая причина – солнце. Оно дает нам свет, тепло и энергию.

Вторая – воздух. Он, словно оболочка, окутывает нашу планету. Мы живем в нем, как рыбы в воде.

Третья причина – вода. Вода везде – в морях и океанах, в озерах и прудах, в облаках и в самом воздухе.

Почему на Луне нет погоды?

Луну, как и Землю, освещает и согревает солнце, Но на ней не бывает облаков, не выпадают ни дожди, ни снег. Почему? Потому что на Луне, в отличие от Земли, нет воздушной оболочки – атмосферы. А без нее не бывает погоды.

На Луне нет ни воды, ни воздуха. Поэтому здесь, в отличие от Земли, не может быть никакой погоды.

Без воздуха нет погоды

Занимает ли воздух место?

Воздух для нас – это нечто само собой разумеющееся, как день или ночь. Он повсюду и действительно существует, даже если и невидим. Если он движется, мы ощущаем его как ветер. Однако представить себе нечто невидимое трудно. Как можно доказать наличие воздуха? С помощью несложного опыта: если в миску с водой погрузить донышком вверх стакан и нажать на него, то мы увидим, что вода в него не проникает. Почему? «Пустой» стакан на самом деле не пуст, он наполнен воздухом. Вода может попасть внутрь только тогда, когда мы станем погружать его в наклонном положении, позволяя воде вытеснять воздух.

Воздух занимает на Земле все свободное пространство. Например, если погрузить в воду пустой стакан донышком вверх, то вода в нем не поднимается – ее не пускает воздух.

Можно ли поймать воздух?

Если ощупать надутый воздушный шарик, футбольный мяч или накачанную насосом велосипедную шину, то рука почувствует упругую плотность. Поскольку внутри только воздух, то это именно он и есть! В оболочке шарика можно, слегка нажав ее пальцем, сделать вмятинку, но она тут же исчезнет, как только мы уберем палец; ее заполнит воздух. Он есть всюду, как камни или вода.

Воздух можно пощупать: если держишь в руках надутый воздушный шарик, то ощущаешь воздух, которым он наполнен.

Есть ли у воздуха вес?

С помощью другого опыта можно доказать, что воздух что—то весит. На середине палки длиной сантиметров в шестьдесят укрепим веревочку, а к обоим ее концам привяжем два одинаковых воздушных шарика. Подвесим палку за веревочку и увидим, что она висит горизонтально. Если теперь проткнуть иголкой один из надутых шариков, из него выйдет воздух, и тот конец палки, к которому он был привязан, поднимется вверх. Если проколоть и второй шарик, то палка снова займет горизонтальное положение.

Значит, воздух в надутом шарике плотнее, а значит, и тяжелее, чем тот, что находится вокруг него. Сколько весит воздух, зависит от того, когда и где его взвешивают. Вес воздуха над горизонтальной плоскостью – это атмосферное давление. Как и все предметы, окружающие нас, воздух тоже подвержен земному притяжению. Оно – то и наделяет воздух весом, который равен 1 кг на квадратный сантиметр. Воздушный столб, вертикально поднимающийся над Землей, тянется на несколько сотен километров. Значит, на стоящего прямо человека, на его голову и плечи, площадь которых составляет примерно 250 см ², давит столб воздуха весом около 250 кг. Мы не смогли бы выдерживать такую тяжесть, если бы ей не противостояло такое же давление внутри нашего тела. Следующий опыт поможет нам понять это. Если растянуть двумя руками бумажный лист и кто – то с одной стороны надавит на него пальцем, то результат будет один – дырка в бумаге. Но если надавить двумя указательными пальцами на одно и то же место, но с разных сторон, ничего не случится. Давление с обеих сторон будет одинаковым. То же самое происходит и с давлением воздушного столба и встречным давлением внутри нашего тела: они равны.

Воздух обладает весом и со всех сторон давит на наше тело. Но он не может раздавить нас, ибо встречное давление тела равно внешнему. Изображенный выше простой опыт делает это очевидным: если с одной стороны надавить пальцем на лист бумаги, он порвется; но если надавить на него с обеих сторон, этого не произойдет.

Где воздух тяжелее?

Если уложить один на другой несколько одинаковых пончиков, на каждый из них – за исключением верхнего – будет давить вес лежащих выше. Таким образом, нижние сдавлены больше, чем верхние. Поэтому нижняя половина стопки будет весить больше верхней. Так обстоит дело и со слоями воздуха в воздушном столбе.

Воздух – смесь мельчайших частиц газов, которые называются молекулами. Они так малы, что в объеме величиной с булавочную головку их умещается больше миллиарда! Как и лежащие горкой пончики, они испытывают давление верхних слоев, чем ближе к земле, тем больше их умещается в 1 см ³воздуха. У самой поверхности его давление и плотность наибольшие.

Где воздух легче – в горах или в долинах?

Когда поднимаешься высоко в горы, то сразу чувствуешь, что воздух там другой – он разрежен. Молекулам там просторнее, они больше отдалены друг от друга – как пышные пончики, лежащие сверху. На большой высоте воздух так разрежен, что альпинисты и летчики вынуждены пользоваться кислородными масками.

Иногда в небе можно увидеть воздушный шар. Он наполнен гелием – газом, который легче воздуха. Когда такой шар поднимается с земли, он проходит сквозь плотный воздух, всплывает, словно пробка в наполненном водой сосуде. Однако воздушный шар не может подниматься все время, так как на высоте в несколько километров воздух становится столь же разреженным и легким, как и тот газ, которым наполнена оболочка шара, и вес гелия уравнивается с весом окружающего воздуха.

Воздушные шары и дирижабли наполнены газом, который легче воздуха, например, гелием, водородом или просто нагретым воздухом. Чем выше поднимается шар, тем разреженнее окружающая атмосфера. Он прекращает подъем, переставая быть легче окружающего его воздуха.

Почему в горах холоднее, чем в долине?

Когда взбираешься на высокие горы, чувствуешь что становится холоднее. Есть вершины, где круглый год сохраняется снежная шапка. Это происходит оттого, что чем выше, тем воздух менее плотен. Вблизи поверхности земли молекулы воздуха как бы спрессованы. Они находятся в постоянном движении, сталкиваются, трутся друг о друга и нагреваются: как известно, трение вызывает тепло. Мы чувствуем, например, что кожа, которая тоже состоит из молекул, становится теплее, если крепко потереть ладони.

Что такое тропосфера?

Воздух, являющийся столь важной причиной образования погоды, окружает нашу планету сравнительно тонким слоем. Вся воздушная оболочка Земли называется атмосферой, но при этом она делится на несколько различных по толщине ярусов.

За погоду на нашей планете отвечает только нижний слой атмосферы – тропосфера. Ее средняя высота всего 11 километров (на экваторе она достигает 17 километров, над полюсами – от 7 до 8 километров), в то время как толщина всей воздушной шубы планеты доходит до 1000 километров. Если представить себе Землю как шар диаметром полтора метра, то вся пелена атмосферы будет составлять не более 10 сантиметров, а тропосферы соответственно – едва 1 миллиметр.

Изменчивые погодообразующие процессы, такие, как формирование облаков и выпадение осадков, происходят в нижнем ярусе атмосферы-в тропосфере. Ее высота составляет от 8 до 17 км.

Теплые дни – прохладные ночи

Почему бывает тепло и холодно?

Зимой мы надеваем теплые вещи, обычно темных цветов.

Летом наша одежда легче и, как правило, светлых тонов. Почему? Найти этому объяснение поможет простой опыт. Если положить на солнцепеке два бумажных листа – белый и черный, то через несколько минут черный станет ощутимо теплее белого. Оказывается, темные предметы лучше поглощают солнечное тепло, чем светлые. Поэтому в одежде темного цвета теплее, а в светлой прохладнее.

Если снова положить черный лист бумаги под лучи солнца и через две, пять, наконец, через десять минут пощупать его, то мы почувствуем, что он нагревается все сильнее. Чем лист светлее, тем дольше остается он прохладным.

Белый лист бумаги отражает солнечные лучи, черный поглощает их и потому скорее нагревается.

Нагрев можно измерить еще точнее, если воспользоваться двумя бумажными стаканчиками и двумя термометрами. Один из стаканчиков окрасим в черный цвет, другой пусть останется белым. Затем оба наполним водой и примерно на час оставим на солнце. Через некоторое время столбик ртути термометра в черном стаканчике поднимется выше, чем в белом.

Чем светлее предмет, тем медленнее солнце нагревает его. Это подтверждает опыт: вода в черном стаканчике будет теплее, чем в белам.

То же самое происходит и с землей. Солнце в течение дня освещает ее и нагревает сушу и море. При этом темные поверхности, например вспаханное поле, поглощают больше тепла, чем светлые, к примеру снежный покров, отражающий солнечные лучи. Чем дольше солнце освещает землю, тем больше она нагревается; ночью, когда солнце заходит, земля постепенно остывает.

Теплее значит легче

Теплый воздух поднимается вверх

Если в безветренную погоду развести костер, то видно, как дым от него поднимается вертикально вверх. Нагретый огнем воздух легче, чем холодный, окружающий его. Вот дым и устремляется вверх, как наполненный гелием воздушный шар.

Теплый воздух расширяется

Когда воздух нагревается, происходит еще кое – что. Его молекулы начинают двигаться быстрее; чем сильнее и чаще они при этом сталкиваются, тем больше удаляются друг от друга и занимают все больший объем. В этом нетрудно убедиться. Измерьте ниткой воздушный шарик и оставьте его на несколько минут под горячими лучами солнца. Спустя некоторое время вновь измерьте шарик, и вы увидите, что он раздулся. Воздух в шаре сохранил свой вес, но занимает теперь больший объем. Таким образом, нагретый воздух не только поднимается вверх, но и расширяется.

Движется ли холодный воздух?

Когда отопительные батареи нагреваются, то и нагретый ими воздух поднимается вверх. Если открыть форточку, то холодный воздух как бы вольется в комнату. Но вскоре и он нагреется и начнет подниматься вверх. Когда теплый и холодный потоки встречаются, возникает циркуляция воздуха.

Это легко проверить, прикрепив над батареями тонкие полоски бумаги. Вы убедитесь, что при циркуляции воздуха они устремятся вверх.

Когда теплый воздух поднимается вверх, его замещает холодный, устремляющийся следом за ним. Опыт с полосками бумаги делает этот процесс наглядным.

Как возникают ветры

Равномерно ли нагревается Земля?

Движение воздуха в комнате возникает тогда, когда температура в помещении не везде одинакова. В природе ветры возникают по той же причине.

Солнечные лучи в течение дня пронизывают воздушную оболочку Земли. Часть из них достигает поверхности – они нагревают почву, камни и скалы, воду морей и океанов. А те отдают это тепло окружающему воздуху, и воздушная оболочка – атмосфера – нагревается. Из опытов, о которых мы рассказывали на предыдущих страницах, уже известно, что за одно и то же время сильнее нагреваются темные предметы. Они как бы больше впитывают тепло. Точно так же неравномерно нагреваются вода и суша, отражающая меньше солнечных лучей.

Где воздух перемещается быстрее?

Светлые поверхности на Земле поглощают меньше тепла, чем темные. Асфальт, например, темный, поэтому заасфальтированная улица раскаляется собой. А так как горячий воздух поднимается вверх, с затененных мест, скажем из леса, на городские улицы начинают перемещаться более прохладные воздушные потоки. На своем пути холодный воздух подхватывает сухую листву, обрывки бумаги и другой мусор, кружит и увлекает за собой. Возникают маленькие вихри. Примерно таким же путем образуются и большие тропические вихри – ураганы и смерчи. Чем больше разница температур, тем быстрее движутся воздушные массы, тем сильнее ветер.

Как возникает ветер?

В течение дня суша нагревается быстрее и сильнее, чем море. С помощью простого опыта можно проследить за этим процессом. Положим в одну тарелку немного охлажденной земли, а в другую нальем немного воды. Потом выставим их на солнце. Спустя полчаса земля нагреется, а вода все еще останется довольно прохладной. Это подтвердит нам и термометр.

Так же и суша, как земля в тарелке, нагревается быстрее воды. Нагретый сушей воздух, как мы уже знаем, устремляется вверх, более прохладный с ближайшего водоема или с моря спешит занять его место, возникает движение воздуха: с воды на сушу дует ветер. В таком случае говорят о морском ветре.

В течение дня теплый воздух поднимается над сушей, холодный же с поверхности воды устремляется на его место. Так возникает морской ветер.

Почему ветер меняет направление?

Почва и горные породы нагреваются быстрее воды, они и остывают быстрее. Это тоже нетрудно доказать. Удалите в тарелке верхний слой земли, и вы убедитесь, что нижний слой все еще прохладен. Вода тоже прохладна, но разница температур между ее поверхностным слоем и слоями, лежащими глубже, не столь ощутима.

Когда солнце заходит, суша охлаждается быстрее воды, и возникает ветер, который дует уже с берега на море. Он так и называется – береговой.

Ночью суша охлаждается быстрее, чем поверхность воды. Более теплый воздух поднимается над водой, и более прохладный устремляется на его место: дует береговой ветер.

Горные скалы нагреваются солнцем сильнее, чем покрытые травами луга и долины. Воздух над горами устремляется вверх, его замещает воздух долин. Это низинный ветер. Ночью горные породы охлаждаются быстрее, теперь уже воздух с долин поднимается к небу, а на его место стекает воздух с гор. Дует горный ветер.

Воздух, нагревающийся днем на горных склонах, поднимается вверх, а внизу его замещает прохладный воздух: дует низинный ветер.

Ночью, напротив, воздух на склонах гор охлаждается вследствие охлаждения скальных пород и стекает в долину; так возникает горный ветер.

Круговорот воды в природе

Куда исчезает вода?

В сильную жару пруды и озера могут высохнуть. Что же происходит с их водой? Молекулы воздуха подхватывают молекулы воды и поднимают их. Вода испаряется. Из жидкого состояния она переходит в газообразное: превращается в невидимый пар.

Содержание паров воды в воздухе называется влажностью воздуха. Она не всегда одинакова и зависит от температуры. Так, воздух при температуре 20° содержит в четыре раза больше воды, чем при 0°.

Почему вода испаряется?

Тепло – вот причина этого явления. В течение дня вода луж, прудов, озер, рек и морей, влага, содержащаяся в растениях и животных, нагревается солнцем и испаряется. Она испаряется тем скорее, чем сильнее нагрета. Мы можем заметить это, если две одинаковых тарелки наполним равным количеством воды и одну из них выставим на солнцепек, а другую поместим в тень. Там, где воду согревают солнечные лучи, она испаряется быстрее, чем в той, что стоит в прохладном месте.

Ускоряет испарение и ветер. Влажный лист бумаги, на который дуют или повесили на ветру, высыхает быстрее, чем бумага, оставленная там, где воздух спокоен и неподвижен. При ветерке и белье, развешенное на веревке, сохнет быстрее. И суп остывает скорее, если на него подуть.

Вода испаряется тем раньше, чем больше ее поверхность. Если воду из ложки вылить в блюдце, она испарится быстрее.

На солнце вода испаряется быстрее, чем в тени. Солнце дает то тепло, которое необходимо для испарения воды.

Испаряется вода тем быстрее, чем суше окружающий воздух. Если в жаркий сухой день мы потеем, то пот мало нас беспокоит: он мгновенно высыхает. Но если стоит влажная жара, то от пота намокает даже наша одежда, и мы ощущаем это.

Отчего запотевают окна?

Если в солнечный день чистый пустой стакан выставить вверх дном на вскопанной грядке или на газоне с травой, то через некоторое время можно заметить интересное явление: сухие прозрачные внутренние стенки стакана начнут затуманиваться, а снаружи стекло останется совершенно сухим.

Что же произошло и как можно объяснить появление внутри стакана видимых глазом водяных капелек? Молекулы воды, которые находятся на поверхности почвы и в растениях, все время поднимаются вверх вместе с воздухом и, охлаждаясь, осаждаются на внутренних стенках стакана, увлажняя его.

Если воздух содержит такое количество водяного пара, какое вообще возможно при данной температуре, то его называют насыщенным. А если он охладится ниже этой температуры, то часть мельчайших капелек пара начнет слипаться. Температура, при которой это происходит, называется точкой росы. Воздух, температура которого выше точки росы, называется ненасыщенным. Когда воздух охлаждается ниже точки росы, то движение молекул влаги в нем замедляется, и капли осаждаются на холодных стенках внутри стакана. Вне его молекулы продолжают подниматься вверх. Они проделывают свой невидимый нам путь в небо – они испарились. Процесс, при котором вода из газообразного вновь переходит в жидкое состояние, называется конденсацией. Мы часто наблюдаем его в повседневной жизни, например когда запотевают оконные стекла, стекла очков или автомобиля.

Молекулы воды испаряются травой и поверхностью почвы и образуют пары в стакане, который стоит на газоне вверх дном.

Почему вода не пропадает?

Но если влага постоянно испаряется из морей, рек и озер, если она уходит из растений и исчезает в воздушной оболочке Земли, то почему же тогда Земля не высыхает?

Это не случается потому, что вода совершает постоянный круговорот. Опыт со стаканом, стоящим на газоне, объясняет этот процесс.

Круговорот начинается с испарения. Вода поднимается вместе с нагретым солнцем воздухом, принимая форму мельчайших капелек. Достигнув более прохладных слоев тропосферы, где воздух уже охладился до той температуры, при которой он больше не может удерживать эти капельки, они сливаются в капли, конденсируются. В небе появляются облака.

Постепенно капли становятся все крупнее, увеличиваются и наконец делаются такими тяжелыми, что выпадают на землю в виде дождя, снега или града.

Попав на землю, вода сначала собирается в ручейки, стекает в ручьи, затем в реки и вместе с ними возвращается в моря, откуда испаряется вновь. Огромные массы тепла, требующиеся для этого постоянного круговорота, дарит Земле Солнце.

Вечный круговорот воды в природе обеспечивается солнцем. Под воздействием его лучей вода испаряется, пар поднимается вверх, конденсируется и образует облака. В виде дождя или снега вода вновь попадает на землю.

Как образуются облака

Чист ли чистый воздух?

В погожий солнечный день воздух кажется чистым и прозрачным. Однако а нем парят миллионы невидимых нам мельчайших частиц. Чтобы обнаружить их, требуется микроскоп. Дым из труб, цветочная пыльца, крохотные кристаллики соли и дорожная пыль наполняют воздух. Когда в окно проникают солнечные лучи, эти мельчайшие частицы можно увидеть и невооруженным глазом. Но какое отношение имеют они к погоде?

Когда солнечные лучи проникают через окно, становится видно, что в воздухе, который казался нам чистым и прозрачным, парят бесчисленные мельчайшие пылинки.

Что такое облако?

Как мы уже поняли, облака состоят из капелек воды, поднятых в небо нагретым воздухом. Вверху воздух остывает, и пар конденсируется. Но в самом начале этого процесса капелькам необходимы мельчайшие частицы пыли, к которым могут прилипнуть молекулы воды. Их называют конденсационными зернами.

Даже абсолютно чистый воздух может быть «перенасыщенным», то есть содержать излишек водяных паров, но они не могут конденсироваться в капли.

Облака, пронизанные солнечными лучами, кажутся белыми, но часто облачное небо выглядит пасмурным и серым. Значит, облака столь плотны, многослойны, что преграждают путь солнечным лучам. Облако может показаться и совсем черным, если оно содержит много частиц пыли или копоти, что чаще всего и случается над промышленными районами.

Облако образуется в том случае, когда влажный воздух поднимается вверх и при этом переходит «точку росы». Однако для этого необходимо, чтобы в нем находилось достаточное количество конденсационных зерен.

Можно ли пройти сквозь облако?

Если водяные капельки конденсируются у самой земли, то такое образование называется туманом. Так что, шагая в тумане, мы как бы идем сквозь облако. И тумане влажность ощущается и на руках, и на лице, и на одежде.

В морозные дни, когда мы выдыхаем теплый и влажный воздух, он, соприкасаясь с морозным воздухом, тут же превращается в маленькие облачка тумана.

Мы и настоящий туман можем «получить», налив в чистую бутылку горячей воды и прикрыв ее горлышко кусочком льда. Пары воды, наполняя бутылку, поднимаются вверх вместе с нагретым воздухом, где их охлаждает лед. В бутылке появляется туман.

О чем оповещают нас облака?

Облака образуются в пространстве между поверхностью Земли и верхними слоями тропосферы приблизительно до высоты 14 км. Различают три яруса тропосферы, где наиболее часто возникают определенные типы облаков, Самые высокие располагаются между 7 и 14 км и целиком состоят из кристалликов льда. Они похожи на нежную белую вуаль, перья или бахрому и называются перистыми.

Облака средних высот можно наблюдать между 2 и 7 км, они состоят из кристалликов льда и крошечных дождевых капель. К ним относятся барашки, предвещающие перемену погоды, и сплошные серые слоистые облака, сулящие ненастье. Низко нависающие облака располагаются на высоте около 2 км и состоят уже исключительно из водяных капелек. Если по небу растянуто рваное покрывало слоисто – кучевых облаков, то погода остается хорошей, ясной. Но к тому же типу относятся и монотонные сплошные серые слоистые облака, которые часто сеют моросящий дождик, и слоисто – дождевые, всегда чреватые осадками.

Мощные кучевые облака – спутники устойчивой хорошей погоды. Порой они разыгрывают целые представления: то напоминают огромные кочаны цветной капусты, то какое – нибудь животное или даже человеческое лицо.