В нагревании Земли Солнцем два основных механизма: 1) солнечная энергия передается через мировое пространство в форме лучистой энергии; 2) лучистая энергия, поглощенная Землей, преобразуется в тепловую.

Количество солнечной радиации, получаемое Землей, зависит:

от расстояния между Землей и Солнцем. Ближе всего к Солнцу Земля в начале января, дальше всего в начале июля; разница между этими двумя расстояниями - 5 млн. км, вследствие чего, Земля в первом случае получает на 3,4% больше, а во втором на 3,5% меньше радиации, чем при среднем расстоянии от Земли до Солнца (в начале апреля и в начале октября);

от угла падения солнечных лучей на земную поверхность, зависящего в свою очередь от географической широты, высоты Солнца над горизонтом (меняющейся в течение суток и по временам года), характера рельефа земной поверхности;

от преобразования лучистой энергии в атмосфере (рассеяние, поглощение, отражение обратно в мировое пространство) и на поверхности Земли. Среднее альбедо Земли - 43%.

Картина годового теплового баланса по широтным зонам (в калориях на 1 кв. см в 1 мин.) представлена в таблице II.

Поглощенная радиация к полюсам убывает, а длинноволновое излучение практически не меняется. Возникающие между низкими и высокими широтами температурные контрасты смягчаются переносом тепла морскими и главным образом воздушными течениями от низких широт к высоким; количество переносимого тепла указано в последней колонке таблицы.

Для общегеографических выводов важны также и ритмические колебания радиации из-за смены времен года, так как от этого зависит и ритмика теплового режима в той или иной местности.

По особенностям облучения Земли под разными широтами можно наметить и «черновые» контуры тепловых поясов.

В поясе, заключенном между тропиками, лучи Солнца в полдень все время падают под большим углом. Солнце дважды в году бывает в зените, разница в продолжительности дня и ночи невелика, приток тепла в году большой и сравнительно равномерный. Это - жаркий пояс.

Между полюсами и полярными кругами день и ночь могут длиться по отдельности больше суток. В долгие ночи (зимой) - сильное выхолаживание, так как притока тепла нет вовсе, но и в долгие дни (летом) нагревание незначительно вследствие низкого стояния Солнца над горизонтом, отражения радиации снегом и льдом и траты тепла на таяние снега и льдов. Это - холодный пояс.

Умеренные пояса располагаются между тропиками и полярными кругами. Так как Солнце летом стоит высоко, а зимой низко, колебания температуры в году довольно велики.

Однако помимо географической широты (стало быть, солнечной радиации) на распределение тепла на Земле влияют еще характер распределения суши и моря, рельеф, высота местности над уровнем моря, морские и воздушные течения. Если принять во внимание и эти факторы, то границы тепловых поясов нельзя совместить с параллелями. Оттого в качестве границ берут изотермы: годовые - для выделения того пояса, в котором годовые амплитуды температуры воздуха малы, и изотермы самого теплого месяца - для выделения тех поясов, где колебания температуры в году более резкие. По этому принципу на Земле различают такие тепловые пояса:

1) теплый, или жаркий , ограниченный в каждом полушарии годовой изотермой +20°, проходящей вблизи 30-й северной и 30-й южной параллели;

2-3) два умеренных пояса , которые в каждом полушарии лежат между годовой изотермой +20° и изотермой + 10° самого теплого месяца (соответственно июля или января); в Долине смерти (Калифорния) отмечена наивысшая на земном шаре июльская Температура + 56,7°;

4-5) два холодных пояса , в которых средняя температура самого теплого в данном полушарии месяца менее +10°; иногда из холодных поясов выделяют две области вечного мороза со средней температурой самого теплого месяца ниже 0°. В северном полушарии это внутренняя часть Гренландии и, возможно, пространство около полюса; в южном полушарии - все, что лежит к югу от 60-й параллели. Особенно холодна Антарктида; здесь в августе 1960 г. на станции Восток зарегистрирована самая низкая на Земле температура воздуха -88,3°.

Связь между распределением температуры на Земле и распределением приходящей солнечной радиации совершенно отчетливая. Однако прямая зависимость между убыванием средних величин приходящей радиации и понижением температуры при возрастании широты существует только зимой. Летом же в течение нескольких месяцев в районе Северного полюса по причине большей здесь продолжительности дня сумма радиации заметно выше, чем на экваторе (рис. 2). Если бы летом распределение температуры отвечало распределению радиации, то летняя температура воздуха в Арктике была бы близка к тропической. Этого нет только потому, что в полярных районах существует ледяной покров (альбедо снега в высоких широтах достигает 70-90% и много тепла затрачивается на таяние снега и льда). При его отсутствии в Центральной Арктике летняя температура была бы 10-20°, зимняя 5-10°, т.е. сформировался бы совсем другой климат, при котором арктические острова и побережья могли одеться богатой растительностью, если бы тому не препятствовали многосуточные и даже многомесячные полярные ночи (невозможность фотосинтеза). То же было бы и в Антарктиде, только с оттенками «континентальности»: лето было бы теплее, чем в Арктике (ближе к тропическим условиям), зима - холоднее. Стало быть, ледяной покров Арктики и Антарктики - это скорее причина, чем следствие низких температур в высоких широтах.

Эти данные и соображения, не нарушая фактической, наблюдаемой закономерности зонального распределения тепла на Земле, ставят проблему генезиса тепловых поясов в новом и несколько неожиданном разрезе. Получается, например, что оледенение и климат - это не следствие и причина, а два разных следствия одной общей причины: какое-то изменение природных условий вызывает оледенение, а уже под влиянием последнего происходят решающие изменения климата. И все же хотя бы локальное изменение климата должно предшествовать оледенению, ибо для существования льда нужны вполне определенные условия температуры и влажности. Местная масса льда может повлиять на местный климат, что даст ей возможность разрастись, затем изменить климат более обширного района, получая стимул к дальнейшему разрастанию, и т.д. Когда такой расползающийся «ледяной лишай» (термин Гернета) охватит огромное пространство, он и приведет к коренному изменению климата на этом пространстве.

Атмосфера — воздушная оболочка, окружающая земной шар, связанная с ним силой тяжести и принимающая участие в его суточном и годовом вращении.

Атмосферный воздух состоит из механической смеси газов, водяного пара и примесей. Состав воздуха до высоты 100 км — 78,09% азота, 20,95% кислорода, 0,93% аргона, 0,03% углекислого газа, и всего лишь 0,01% приходится на долю всех остальных газов: водорода, гелия, водяного пара, озона. Газы, составляющие воздух, все время перемешиваются. Процентное соотношение количества газов довольно постоянно. Однако содержание углекислого газа изменяется. Сжигание нефти, газа, угля, уменьшение количества лесов приводит к увеличению содержания углекислого газа в атмосфере. Это вносит свой вклад в повышение температуры воздуха на Земле, т. к. углекислый газ пропускает солнечную энергию к Земле, а тепловое излучение Земли задерживает. Таким образом, углекислый газ является своеобразным «утеплителем» Земли.

Озона в атмосфере мало. На высоте 25 — 35 км наблюдается концентрация этого газа, так называемый озоновый экран (слой озона). Озоновый экран выполняет важнейшую функцию защиты — задерживает ультрафиолетовое излучение Солнца, губительное для всего живого на Земле.

Атмосферная вода находится в воздухе в виде водяного пара или взвешенных продуктов конденсации (капель, ледяных кристаллов).

Атмосферные примеси (аэрозоли) — жидкие и твёрдые частички, находящиеся преимущественно в нижних слоях атмосферы: пыль, вулканический пепел, сажа, кристаллики льда и морской соли и т. п. Количество атмосферных примесей в воздухе увеличивается во время сильных лесных пожаров, пыльных бурь, извержений вулканов. Подстилающая поверхность также влияет на количество и качество находящихся в воздухе атмосферных примесей. Так, над пустынями много пыли, над городами много мелких твёрдых частиц, сажи.

Наличие примесей в воздухе связано с содержанием в нём водяного пара, т. к. пыль, кристаллики льда и другие частички служат ядрами, вокруг которых конденсируется водяной пар. Как и углекислый газ, водяной пар атмосферы служит «утеплителем» Земли: он задерживает излучение с земной поверхности.

Масса атмосферы составляет одну миллионную долю массы земного шара.

Строение атмосферы. Атмосфера имеет слоистое строение. Слои атмосферы выделяются на основе изменения температуры воздуха с высотой и по другим физическим свойствам (таблица 1).

Таблица 1. Строение атмосферы

Сфера атмосферы	Высота нижней и верхней границ	Изменение температуры в зависимости от высоты
Тропосфера		Понижение
Стратосфера	8-18 — 40-50 км	Повышение
Мезосфера	40-50 км — 80 км	Понижение
Термосфера		Повышение
Экзосфера	Выше 800 км (условно считают, что атмосфера простирается до высоты 3000 км)

Тропосфера — нижняя оболочка атмосферы, содержащая 80% воздуха и почти весь водяной пар. Толщина тропосферы неодинакова. У тропических широт — 16-18 км, в умеренных широтах — 10-12 км, а в полярных — 8-10 км. Везде в тропосфере температура воздуха понижается на 0,6 ° С на каждые 100 м подъема (или 6 ° С на 1 км). Для тропосферы характерны вертикальные (конвекция) и горизонтальные (ветер) перемещения воздуха. В тропосфере формируются все типы воздушных масс, возникают циклоны и антициклоны, образуются облака, осадки, туманы. Погода формируется в основном в тропосфере. Поэтому изучение тропосферы имеет особое значение. Нижний слой тропосферы, который называется приземным слоем, отличается большой запыленностью и содержанием летучих микроорганизмов.

Переходный слой от тропосферы к стратосфере называется тропопаузой. В нём резко увеличивается разрежённость воздуха, температура его понижается до -60 ° С над полюсами до -80 ° С над тропиками. Более низкая температура воздуха над тропиками объясняется мощными восходящими токами воздуха и более высоким положением тропосферы.

Стратосфера — слой атмосферы между тропосферой и мезосферой. Газовый состав воздуха сходен с тропосферой, однако содержит гораздо меньше водяного пара и больше озона. На высоте от 25 до 35 км наблюдается наибольшая концентрация этого газа (озоновый экран). До высоты 25 км температура мало изменяется с высотой, а выше начинает расти. Температура изменяется в зависимости от широты и времени года. В стратосфере наблюдаются перламутровые облака, для неё характерны большие скорости ветра и струйные течения воздуха.

Для верхних слоев атмосферы характерны полярные сияния и магнитные бури. Экзосфера — внешняя сфера, из которой легкие атмосферные газы (например, водород, гелий) могут истекать в космическое пространство. Резкой верхней границы атмосфера не имеет и постепенно переходит в космическое пространство.

Наличие атмосферы имеет большое значение для Земли. Она препятствует чрезмерному нагреванию земной поверхности днем и охлаждению ночью; защищает Землю от ультрафиолетового излучения Солнца. В плотных слоях атмосферы сгорает значительная часть метеоритов.

Взаимодействуя со всеми оболочками Земли, атмосфера участвует в перераспределении влаги и тепла на планете. Она является условием существования органической жизни.

Солнечная радиация и температура воздуха. Воздух нагревается и охлаждается от земной поверхности, которая, в свою очередь, нагревается Солнцем. Вся совокупность солнечного излучения называется солнечной радиацией . Основная часть солнечной радиации рассеивается в Мировом пространстве, на Землю поступает лишь одна двухмиллиардная часть солнечной радиации. Радиация бывает прямой и рассеянной. Солнечная радиация, которая доходит до поверхности Земли в виде прямых солнечных лучей, исходящих от солнечного диска в ясный день, называется прямой радиацией . Солнечная радиация, претерпевшая рассеяние в атмосфере и поступающая к поверхности Земли от всего небесного свода, называется рассеянной радиацией . Рассеянная солнечная радиация играет существенную роль в энергетическом балансе Земли, являясь в пасмурную погоду, особенно в высоких широтах, единственным источником энергии в приземных слоях атмосферы. Совокупность прямой и рассеянной радиации, поступающей на горизонтальную поверхность, называют суммарной радиацией .

Количество радиации зависит от продолжительности освещения поверхности солнечными лучами и угла их падения. Чем меньше угол падения солнечных лучей, тем меньше солнечной радиации получает поверхность и, следовательно, меньше нагревается воздух над ней.

Таким образом, количество солнечной радиации уменьшается при движении от экватора к полюсам, т. к. при этом уменьшается угол падения солнечных лучей и продолжительность освещения территории в зимнее время.

На количество солнечной радиации влияет также облачность и прозрачность атмосферы.

Наибольшая суммарная радиация существует в тропических пустынях. У полюсов в день солнцестояний (у Северного — 22 июня, у Южного — 22 декабря) при незаходящем Солнце суммарная солнечная радиация больше, чем на экваторе. Но из-за того, что белая поверхность снега и льда отражает до 90% солнечных лучей, количество тепла незначительное, и поверхность земли не нагревается.

Суммарная солнечная радиация, поступающая к поверхности Земли, частично отражается ею. Радиация, отраженная от поверхности земли, воды или облаков, на которую она падает, называется отраженной. Но всё же большая часть радиации поглощается земной поверхностью и превращается в тепло.

Поскольку воздух нагревается от поверхности земли, то его температура зависит не только от факторов, перечисленных выше, но и от высоты над уровнем океана: чем выше расположена местность, тем температура ниже (понижается на 6 ° С с каждым километром в тропосфере).

Влияет на температуру и распределение суши и воды, которые нагреваются неодинаково. Суша быстро нагревается и быстро остывает, вода нагревается медленно, но дольше сохраняет тепло. Таким образом, воздух над сушей днем теплее, чем над водой, а ночью холоднее. Это влияние сказывается не только в суточных, но и в сезонных особенностях изменения температуры воздуха. Так, на прибрежных территориях при других одинаковых условиях лето прохладнее, а зима теплее.

Вследствие нагревания и охлаждения поверхности Земли днем и ночью, в тёплый и холодный сезоны температура воздуха меняется на протяжении суток и года. Наиболее высокие температуры приземного слоя наблюдаются в пустынных районах Земли — в Ливии около города Триполи +58 °С, в Долине Смерти (США), в Термезе (Туркмения) — до +55 °С. Самые низкие — во внутренних районах Антарктиды — до -89 °С. В 1983 г. на станции «Восток» в Антарктиде было зарегистрировано -83,6 ° С — минимальная температура воздуха на планете.

Температура воздуха — широко употребляемая и хорошо изученная характеристика погоды. Температуру воздуха измеряют 3-8 раз в сутки, определяя среднесуточную; по среднесуточным определяют среднемесячную, по среднемесячным — среднегодовую. На картах распределение температур изображают изотермами. Обычно используются показатели температур июля, января и годовые.

Атмосферное давление. Воздух, как и любое тело, имеет массу: 1 л воздуха на уровне моря имеет массу около 1,3 г. На каждый квадратный сантиметр земной поверхности атмосфера давит силой 1 кг. Это среднее давление воздуха над уровнем океана у широты 45° при температуре 0 ° С отвечает весу ртутного столбика высотой 760 мм и сечением 1 см 2 (или 1013 мб.). Это давление принимают за нормальное давление. Атмосферное давление — сила, с которой атмосфера давит на все находящиеся в ней предметы и на земную поверхность. Давление определяется в каждой точке атмосферы массой вышележащего столба воздуха с основанием, равным единице. С увеличением высоты атмосферное давление уменьшается, т. к. чем выше расположена точка, тем меньше над ней высота воздушного столба. С поднятием вверх воздух разрежается и его давление уменьшается. В высоких горах давление значительно меньше, чем на уровне моря. Эту закономерность используют при определении абсолютной высоты местности по величине давления.

Барическая ступень — расстояние по вертикали, на котором атмосферное давление уменьшается на 1 мм рт. ст. В нижних слоях тропосферы до высоты 1 км давление уменьшается на 1 мм рт. ст. на каждые 10 м высоты. Чем выше, тем давление понижается медленнее.

В горизонтальном направлении у земной поверхности давление изменяется неравномерно, в зависимости от времени.

Барический градиент — показатель, характеризующий изменение атмосферного давления над земной поверхностью на единицу расстояния и по горизонтали.

Величина давления, кроме высоты местности над уровнем моря, зависит от температуры воздуха. Давление тёплого воздуха меньше, чем холодного, т. к. вследствие нагревания он расширяется, а при охлаждении — сжимается. С изменением температуры воздуха изменяется его давление. Поскольку изменение температуры воздуха на земном шаре зонально, зональность характерна и для распределения атмосферного давления на земной поверхности. Вдоль экватора протягивается пояс пониженного давления, на 30-40° широтах к северу и югу — пояса повышенного давления, на 60-70° широтах давление снова пониженное, а в полярных широтах — области повышенного давления. Распределение поясов повышенного и пониженного давления связано с особенностями нагревания и движения воздуха у поверхности Земли. В экваториальных широтах воздух в течение всего года хорошо нагревается, поднимается вверх и растекается в сторону тропических широт. Подходя к 30-40° широтам, воздух охлаждается и опускается вниз, создавая пояс повышенного давления. В полярных широтах холодный воздух создает области повышенного давления. Холодный воздух постоянно опускается вниз, а на его место приходит воздух из умеренных широт. Отток воздуха в полярные широты — причина того, что в умеренных широтах создается пояс пониженного давления.

Пояса давления существуют постоянно. Они лишь несколько смещаются к северу или югу в зависимости от времени года («вслед за Солнцем»). Исключение составляет пояс пониженного давления Северного полушария. Он существует только летом. Причем над Азией формируется огромная область пониженного давления с центром в тропических широтах — Азиатский минимум. Его формирование объясняется тем, что над огромным массивом суши воздух сильно прогревается. Зимой же суша, которая занимает значительные площади в этих широтах, сильно выхолаживается, давление над ней увеличивается, и над материками формируются области повышенного давления — Азиатский (Сибирский) и Северо-Американский (Канадский) зимние максимумы атмосферного давления. Таким образом, зимой пояс пониженного давления в умеренных широтах Северного полушария «разрывается». Он сохраняется только над океанами в виде замкнутых областей пониженного давления — Алеутского и Исландского минимумов.

Влияние распределения суши и воды на закономерности изменения атмосферного давления выражается также в том, что в течение всего года барические максимумы существуют только над океанами: Азорский (Северо-Атлантический), Северо-Тихоокеанский, Южно-Атлантический, Южно-Тихоокеанский, Южно-Индийский.

Атмосферное давление непрерывно изменяется. Главная причина изменения давления — изменение температуры воздуха.

Давление атмосферы измеряется при помощи барометров . Барометр-анероид состоит из герметически замкнутой тонкостенной коробки, внутри которой воздух разрежен. При изменении давления стенки коробки вдавливаются или выпячиваются. Эти изменения передаются на стрелку, которая перемещается по шкале, градуированной в миллибарах или миллиметрах.

На картах распределение давления по Земле показывают изобарами . Чаще всего на картах указывают распределение изобар января и июля.

Распределение областей и поясов атмосферного давления существенно влияет на воздушные течения, погоду и климат.

Ветер — горизонтальное движение воздуха относительно земной поверхности. Он возникает в результате неравномерного распределения атмосферного давления и его движение направлено от областей с более высоким давлением к областям, где давление ниже. Вследствие непрерывного изменения давления во времени и пространстве скорость и направление ветра постоянно меняются. Направление ветра определяется той частью горизонта, откуда он дует (северный ветер дует с севера на юг). Скорость ветра измеряется в метрах в секунду. С высотой направление и сила ветра изменяются из-за убывания силы трения, а также в связи с изменением барических градиентов.

Итак, причина возникновения ветра — разница в давлении между различными территориями, а причина разности давления — разница в нагревании. На ветры действует отклоняющая сила вращения Земли.

Ветры разнообразны по происхождению, характеру, значению. Основными ветрами являются бризы, муссоны, пассаты.

Бриз — местный ветер (морских побережий, больших озер, водохранилищ и рек), который меняет своё направление дважды в сутки: днём он дует со стороны водоёма на сушу, а ночью — с суши на водоем. Бризы возникают оттого, что днем суша нагревается больше, чем вода, отчего более нагретый и легкий воздух над сушей поднимается вверх и на его место поступает более холодный воздух со стороны водоема. Ночью же над водоемом воздух теплее (т. к. медленнее остывает), поэтому он поднимается вверх, а на его место передвигаются массы воздуха с суши — более тяжелые, прохладные (рис. 12). Другими видами местных ветров являются фен, бора и др.

Рис. 12

Пассаты — постоянные ветры в тропических областях Северного и Южного полушарий, дующие из поясов высокого давления (25-35° с. и ю. ш.) к экватору (в пояс пониженного давления). Под влиянием вращения Земли вокруг своей оси пассаты отклоняются от своего первоначального направления. В Северном полушарии они дуют с северо-востока на юго-запад, в Южном — с юго-востока на северо-запад. Пассаты характеризуются большой устойчивостью направления и скорости движения. Пассаты оказывают большое влияние на климат территорий, находящихся под их воздействием. Особенно это выражается в распределении осадков.

Муссоны — ветры, которые в зависимости от сезонов года меняют направление на противоположное или близкое к нему. В холодное время года дуют с материка на океан, а в тёплое — с океана на материк.

Муссоны образуются вследствие разницы в давлении воздуха, возникающей от неравномерного нагревания суши и моря. Зимой воздух над сушей холоднее, над океаном — теплее. Следовательно, давление выше над материком, ниже — над океаном. Поэтому зимой воздух перемещается с материка (области более высокого давления) на океан (над которым давление ниже). В тёплое время года — наоборот: муссоны дуют с океана на материк. Поэтому в областях распространения муссонов осадки выпадают, как правило, летом. Вследствие вращения Земли вокруг своей оси муссоны отклоняются в Северном полушарии вправо, а в Южном — влево от своего первоначального направления.

Муссоны являются важной составной частью общей циркуляции атмосферы. Различают внетропические и тропические (экваториальные) муссоны. В России внетропические муссоны действуют на территории Дальневосточного побережья. Тропические муссоны проявляются сильнее, они наиболее характерны для Южной и Юго-Восточной Азии, где в отдельные годы в течение влажного сезона выпадает несколько тысяч миллиметров осадков. Их формирование объясняется тем, что экваториальный пояс низкого давления несколько смещается к северу или югу в зависимости от времени года («вслед за Солнцем»). В июле он располагается на 15 — 20° с. ш. Поэтому юго-восточный пассат Южного полушария, устремляясь к этому поясу пониженного давления, пересекает экватор. Под воздействием отклоняющей силы вращения Земли (вокруг своей оси) в Северном полушарии он изменяет своё направление и становится юго-западным. Это и есть летний экваториальный муссон, который выносит морские воздушные массы экваториального воздуха до широты 20-28°. Встречая на своем пути горы Гималаи, влажный воздух оставляет на их южных склонах значительное количество осадков. На станции Черапунджа в Северной Индии средняя годовая сумма осадков превышает 10 000 мм в год, а в отдельные годы и больше.

От поясов высокого давления ветры дуют и в направлении к полюсам, но, отклоняясь на восток, они меняют своё направление на западное. Поэтому в умеренных широтах преобладают западные ветры, хотя они и не настолько постоянны, как пассаты.

Преобладающими ветрами полярных областей являются северо-восточные ветры в Северном полушарии и юго-восточные в Южном.

Циклоны и антициклоны. Вследствие неравномерного нагревания земной поверхности и отклоняющей силы вращения Земли образуются огромные (до нескольких тысяч километров в диаметре) атмосферные вихри — циклоны и антициклоны (рис. 13).

Рис. 13. Схема движения воздуха

Циклон — восходящий вихрь в атмосфере с замкнутой областью пониженного давления, в которой ветры дуют от периферии к центру (в Северном полушарии против часовой стрелки, в Южном — по часовой). Средняя скорость движения циклона 35 — 50 км/ч, а иногда до 100 км/ч. В циклоне воздух поднимается вверх, что влияет на погоду. С возникновением циклона погода достаточно резко изменяется: усиливаются ветры, быстро конденсируются водяные пары, порождая мощную облачность, выпадают осадки.

Антициклон — нисходящий атмосферный вихрь с замкнутой областью повышенного давления, в которой ветры дуют от центра к периферии (в Северном полушарии — по ходу часовой стрелки, в Южном — против). В антициклоне воздух опускается вниз, становясь более сухим при прогревании, т. к. заключенные в нём пары удаляются от насыщения. Это, как правило, исключает образование облаков в центральной части антициклона. Поэтому при антициклоне погода ясная, солнечная, без осадков. Зимой — морозная, летом — жаркая.

Водяной пар в атмосфере. В атмосфере всегда имеется некоторое количество влаги в виде водяного пара, испарившегося с поверхности океанов, озер, рек, почвы и т. д. Испарение зависит от температуры воздуха, ветра (даже слабый ветер увеличивает испарение раза в три, т. к. все время уносит насыщенный водяными парами воздух и приносит новые порции сухого), характера рельефа, растительного покрова, цвета почвы.

Различают испаряемость — количество воды, которое могло бы испариться при данных условиях в единицу времени, и испарение — действительно испарившееся количество воды.

В пустыне испаряемость велика, а испарение незначительно.

Насыщение воздуха . При каждой конкретной температуре воздух может принимать водяные пары до известного предела (до насыщения).

Чем выше температура, тем большее максимальное количество воды может содержать воздух. Если охлаждать ненасыщенный воздух, он постепенно будет приближаться к точке насыщения. Температура, при которой данный ненасыщенный воздух переходит к насыщению, называется точкой росы. Если насыщенный воздух охлаждать дальше, то в нём начнется сгущение избыточных водяных паров. Влага начнет конденсироваться, образуются облака, затем выпадают осадки.

Следовательно, для характеристики погоды необходимо знать относительную влажность воздуха — процентное соотношение количества водяных паров, содержащихся в воздухе, к тому количеству, которое он может содержать при насыщении. Абсолютная влажность — количество водяного пара в граммах, находящегося в данный момент в 1 м 3 воздуха.

Атмосферные осадки и их образование. Атмосферные осадки — вода в жидком или твёрдом состоянии, выпадающая с облаков. Облаками называются скопления взвешенных в атмосфере продуктов конденсации водяного пара — капелек воды или кристалликов льда. В зависимости от сочетания температуры и степени увлажнения образуются капельки или кристаллики разной формы и величины. Мелкие капельки плавают в воздухе, более крупные начинают падать в виде мороси (измороси) или мелкого дождя. При низких температурах образуются снежинки.

Схема образования осадков такова: воздух охлаждается (чаще при подъеме вверх), приближается к насыщению, водяные пары конденсируются, образуются осадки.

Измерение количества осадков происходит с помощью дождемера — металлического ведра цилиндрической формы высотой 40 см и площадью сечения 500 см 2 . Все измерения количества атмосферных осадков суммируются за каждый месяц, и выводят среднее месячное, а затем годовое количество осадков.

Количество осадков на территории зависит от:

• температуры воздуха (влияет на испарение и влагоемкость воздуха);
• морских течений (над поверхностью тёплых течений воздух нагревается и насыщается влагой; когда он переносится в соседние, более холодные области, из него легко выделяются осадки. Над холодными течениями происходит противоположный процесс: испарение над ними небольшое; когда малонасыщенный влагой воздух поступает на более теплую подстилающую поверхность, он расширяется, насыщенность его влагой уменьшается, и осадки в нём не образуются);
• циркуляции атмосферы (там, где воздух перемещается с моря на сушу, осадков больше);
• высоты места и направления горных хребтов (горы принуждают насыщенные влагой воздушные массы подниматься вверх, где вследствие охлаждения происходит конденсация водяного пара и образование осадков; на наветренных склонах гор осадков больше).

Выпадение осадков неравномерно. Оно подчиняется закону зональности, т. е. изменяется от экватора к полюсам. В тропических и умеренных широтах количество осадков значительно изменяется при движении от побережий в глубь материков, что зависит от многих факторов (циркуляции атмосферы, наличия океанических течений, рельефа и т. п.).

Выпадение атмосферных осадков на большей территории земного шара происходит неравномерно в течение года. Возле экватора в течение года количество осадков изменяется незначительно, в субэкваторальных широтах выделяют сухой сезон (до 8 месяцев), связанный с действием тропических воздушных масс, и дождевой (до 4 месяцев) сезон, связанный с приходом экваториальных воздушных масс. При движении от экватора к тропикам продолжительность сухого сезона возрастает, а дождевого — уменьшается. В субтропических широтах преобладают зимние осадки (их приносят умеренные воздушные массы). В умеренных широтах осадки выпадают в течение всего года, но во внутренних частях материков большее количество осадков выпадает в тёплое время года. В полярных широтах также преобладают летние осадки.

Погода — физическое состояние нижнего слоя атмосферы в определённой местности в данный момент или за определенный отрезок времени.

Характеристики погоды — температура и влажность воздуха, атмосферное давление, облачность и осадки, ветер. Погода — чрезвычайно изменчивый элемент природных условий, подчиняющийся суточным и годовым ритмам. Суточный ритм обусловлен нагреванием земной поверхности солнечными лучами днем и ночным охлаждением. Годовой ритм определяется изменением угла падения солнечных лучей в течение года.

Погода имеет большое значение в хозяйственной деятельности человека. Изучение погоды ведется на метеорологических станциях с помощью разнообразных приборов. По сведениям, полученным на метеостанциях, составляют синоптические карты. Синоптическая карта — карта погоды, на которую наносят условными знаками фронты атмосферы и данные о погоде на определенный момент (давление воздуха, температура, направление и скорость ветра, облачность, положение тёплых и холодных фронтов, циклонов и антициклонов, характер осадков). Синоптические карты составляют несколько раз в сутки, сравнение их позволяет определить пути перемещения циклонов, антициклонов, атмосферных фронтов.

Атмосферный фронт — зона раздела различных по свойствам воздушных масс в тропосфере. Возникает при сближении и встрече масс холодного и тёплого воздуха. Его ширина достигает нескольких десятков километров при высоте в сотни метров и протяжении иногда в тысячи километров при небольшом уклоне к поверхности Земли. Атмосферный фронт, проходя по определённой территории, резко изменяет погоду. Среди атмосферных фронтов различают тёплый и холодный фронты (рис. 14)

Рис. 14

Тёплый фронт образуется при активном движении тёплого воздуха в сторону холодного. Тогда тёплый воздух натекает на отступающий клин холодного и поднимается по плоскости раздела. При подъёме он охлаждается. Это приводит к конденсации водяного пара, возникновению перистых и слоисто-дождевых облаков и выпадению осадков. С приходом тёплого фронта атмосферное давление понижается, с ним, как правило, связано потепление и выпадение обложных, моросящих осадков.

Холодный фронт образуется при перемещении холодного воздуха в сторону тёплого. Холодный воздух, как более тяжелый, подтекает под тёплый и подталкивает его вверх. При этом возникают слоисто-кучевые дождевые облака, из которых выпадают осадки в виде ливней со шквалами и грозами. С прохождением холодного фронта связано похолодание, усиление ветра и увеличение прозрачности воздуха. Большое значение имеют прогнозы погоды. Прогнозы погоды делают на разное время. Обычно погоду предсказывают на 24 — 48 ч. Составление долгосрочных прогнозов погоды связано с большими трудностями.

Климат — характерный для данной местности многолетний режим погоды. Климат влияет на формирование почвы, растительности, животного мира; определяет режим рек, озер, болот, оказывает влияние на жизнь морей и океанов, формирование рельефа.

Распределение климата на Земле зонально. На земном шаре выделяют несколько климатических поясов.

Климатические пояса — широтные полосы земной поверхности, которые обладают однородным режимом температур воздуха, обусловленным «нормами» прихода солнечной радиации и формированием однотипных воздушных масс с особенностями их сезонной циркуляции (таблица 2). Воздушные массы — большие объёмы воздуха тропосферы, обладающие более или менее одинаковыми свойствами (температура, влажность, запыленность и т. п.). Свойства воздушных масс определяются территорией или акваторией, над которой они формируются.

Характеристики зональных воздушных масс:

экваториальные — тёплые и влажные;

тропические — тёплые, сухие;

умеренные — менее тёплые, более влажные, чем тропические, характерны сезонные различия;

арктические и антарктические — холодные и сухие.

Таблица 2. Климатические пояса и действующие в них воздушные массы

Климатический пояс	Действующие зональные воздушные массы
	Летом	Зимой
Экваториальный	Экваториальные
Субэкваториальный	Экваториальные	Тропические
Тропический	Тропические
Субтропический	Тропические	Умеренные
Умеренный	Умеренных широт (полярные)
Субарктический Субантарктический	Умеренные	Арктические Антарктические
Арктический Антарктический	Арктические Субантарктические

Внутри главных (зональных) типов ВМ существуют подтипы — континентальные (формирующиеся над материком) и океанические (формирующиеся над океаном). Для воздушной массы характерно общее направление перемещения, но внутри этого объёма воздуха могут быть разные ветры. Свойства воздушных масс изменяются. Так, морские умеренные воздушные массы, переносимые западными ветрами на территорию Евразии, при движении на восток постепенно прогреваются (или охлаждаются), теряют влагу и превращаются в континентальный умеренный воздух.

Климатообразующие факторы:

• географическая широта места, т. к. от неё зависит угол наклона солнечных лучей, а значит количество тепла;
• циркуляция атмосферы — преобладающие ветры приносят определенные воздушные массы;
• океанические течения (см. об атмосферных осадках);
• абсолютная высота места (с высотой температура понижается);
• удаленность от океана — на побережьях, как правило, менее резкие перепады температур (дня и ночи, сезонов года); больше осадков;
• рельеф (горные хребты могут задерживать воздушные массы: если влажная воздушная масса встречает на своем пути горы, она поднимается, охлаждается, влага конденсируется и выпадают осадки).

Климатические пояса меняются от экватора к полюсам, т. к. изменяется угол падения солнечных лучей. Это в свою очередь определяет закон зональности, т. е. изменение компонентов природы от экватора к полюсам. Внутри климатических поясов выделяют климатические области — часть климатического пояса, обладающая определенным типом климата. Климатические области возникают вследствие влияния действия различных климатообразующих факторов (особенностей циркуляции атмосферы, влияния океанических течений и т. п.). Например, в умеренном климатическом поясе Северного полушария выделяют области континентального, умеренно континентального, морского и муссонного климатов.

Общая циркуляция атмосферы — система воздушных течений на земном шаре, которая способствует переносу тепла и влаги из одних районов в другие. Воздух перемещается из областей высокого давления в области низкого. Области высокого и низкого давления формируются в результате неравномерного нагревания земной поверхности. Под влиянием вращения Земли потоки воздуха отклоняются в Северном полушарии вправо, в Южном — влево. В экваториальных широтах благодаря высоким температурам постоянно существует пояс низкого давления со слабыми ветрами. Нагретый воздух поднимается вверх и растекается на высоте к северу и югу. При высоких температурах и восходящем движении воздуха, при большой влажности образуется большая облачность. Здесь выпадает большое количество осадков.

Примерно между 25 и 30° с. и ю. ш. воздух опускается к поверхности Земли, где вследствие этого формируются пояса высокого давления. Около Земли этот воздух направляется в сторону экватора (где низкое давление), отклоняясь в Северном полушарии вправо, в Южном — влево. Так образуются пассаты. В центральной части поясов высокого давления зона затишья: ветры слабые. Благодаря нисходящим токам воздуха происходит иссушение и прогревание воздуха. Жаркие и сухие районы Земли расположены в этих поясах.

В умеренных широтах с центрами около 60° с. и ю. ш. давление низкое. Воздух поднимается вверх и устремляется затем в полярные районы. В умеренных широтах преобладает западный перенос воздуха (действует отклоняющая сила вращения Земли).

Полярные широты отличаются низкими температурами воздуха и высоким давлением. Пришедший из умеренных широт воздух опускается к Земле и снова направляется в умеренные широты с северо-восточными (в Северном полушарии) и юго-восточными (в Южном полушарии) ветрами. Осадков мало (рис. 15).

Рис. 15. Схема общей циркуляции атмосферы

За какое время Земля совершает один оборот вокруг Солнца? Почему сменяются времена года?

1. Зависимость количества света и тепла, поступающих на Землю, от высоты Солнца над горизонтом и длительности времени падения. Вспомните из раздела «Земля - планета Солнечной системы», как вращается Земля вокруг Солнца в течение года. Вы знаете, что в связи с наклонностью земной оси по отношению к плоскости орбиты угол падения солнечных лучей на поверхность Земли в течение года изменяется.

Результаты наблюдений, проведенных с помощью гномона на школьном дворе, показывают, что чем Солнце выше над горизонтом, тем больше угол падения солнечных лучей и продолжительность времени их падения. В связи с этим изменяется и количество солнечного тепла. Если солнечные лучи падают наклонно, то поверхность Земли нагревается меньше. Это ясно видно из-за малого количества солнечного тепла утром и вечером. Если же солнечные лучи падают отвесно, то Земля нагревается больше. Это можно заметить по количеству тепла в полдень.

Теперь познакомимся с различными явлениями, связанными с вращением Земли вокруг Солнца.

2. Летнее солнцестояние. На Северном полушарии самый длинный день - 22 июня (рис. 65.1). После этого день прекращает удлиняться и постепенно укорачивается. Поэтому 22 июня называют летним солнцестоянием. В этот день место падения солнечных лучей прямо над головой соответствует параллели 23,5° северной широты. В северной полярной области от широты 66,5° к полюсу в течение суток Солнце не заходит, устанавливается полярный день. В южном полушарии, наоборот, от широты 66,5° к полюсу Солнце не всходит, устанавливается полярная ночь. Длительность полярного дня и полярной ночи составляет от одних суток на полярном круге до половины года к полюсам.

Рис. 65. Месторасположение земного шара в дни летнего и зимнего солнцестояния.

3. Осеннее равноденствие. При дальнейшем вращении Земли по орбите, северное полушарие постепенно отворачивается от Солнца, день укорачивается, в течение суток зона солнцестояния уменьшается. В южном полушарии, наоборот, день удлиняется.

Сокращается область, где не заходит Солнце. 23 сентября полуденное Солнце на экваторе находится прямо над головой, в северном и южном полушариях солнечное тепло и свет распределяется одинаково, на всей планете день и ночь уравниваются. Это называется осенним равноденствием. Теперь на Северном полюсе заканчивается полярный день, начинается полярная ночь. Далее до середины зимы область полярной ночи в северном полушарии постепенно расширяется до 66,5° северной широты.

4. Зимнее солнцестояние. 23 сентября на Южном полюсе заканчивается полярная ночь, начинается полярный день. Это будет длиться до 22 декабря. В этот день прекращается удлинение дня для южного полушария и укорачивание дня для северного полушария. Это - зимнее солнцестояние (рис. 65.2).

22 декабря Земля приходит в состояние, противоположное 22 июня. Луч Солнца вдоль параллели 23,5° ю.ш. падает отвесно, к югу от 66,5° ю.ш. приполярной области, наоборот, Солнце не заходит.

Параллель 66,5° северной и южной широт, ограничивающая со стороны полюса распространение полярного дня и полярной ночи, называют полярным кругом.

5. Весеннее равноденствие. Далее в северном полушарии день удлиняется, в южном - укорачивается. 21 марта на всей планете день и ночь опять уравниваются. В полдень на экваторе лучи Солнца падают отвесно. На Северном полюсе начинается полярный день, на Южном полюсе - полярная ночь.

6. Тепловые пояса. Мы заметили, что область, в которой полуденное Солнце находится в зените в северном и южном полушариях, доходит до широты 23,5°. Параллели этой широты называют Северный тропик и Южный тропик.
Полярный день и полярная ночь начинаются с Северного и Южного полярных кругов. Они проходят по 66°33"с.ш. и 66()33"ю.ш. Эти линии разделяют пояса, отличающиеся по освещению солнечными лучами и количеству поступающего тепла (рис. 66).

Рис. 66. Тепловые пояса земного шара

На земном шаре выделяются пять тепловых поясов: один жаркий, два умеренных и два холодных.
Пространство земной поверхности между Северным и Южным тропиками относят к жаркому поясу. На этот пояс в течение года больше всего падает солнечный свет, поэтому и тепла много. Весь год дни жаркие, никогда не холодает и не выпадает снег.
От Северного тропика до северного полярного круга расположен северный умеренный пояс, от Южного тропика к Южному полярному кругу - южный умеренный пояс.
Умеренные пояса по продолжительности дня и распределению тепла находятся между жарким и холодным поясами в промежуточном положении. В них четко выражены четыре времени года. Летом день длинный, солнечные лучи падают прямо, поэтому лето жаркое. Зимой Солнце над горизонтом стоит не очень высоко, и солнечные лучи падают косо, кроме того, продолжительность дня небольшая, поэтому бывает холодно и морозно.
В каждом полушарии от полярного круга к полюсам располагаются северные и южные холодные пояса. Зимой несколько месяцев (на полюсах до 6 месяцев) не бывает солнечного света. Даже летом Солнце располагается низко над горизонтом и с малой продолжительностью дня, так что поверхность Земли не успевает нагреться. Поэтому зима сильно холодная, даже летом снег и лед на поверхности Земли не успевают растаять.

1. Используя теллурий (астрономический прибор для демонстрации движения Земли и планет вокруг Солнца и суточного вращения Земли вокруг своей оси) или глобус с лампой, понаблюдайте, как распределяются солнечные лучи во время зимнего и летнего солнцестояния, весеннего и осеннего равноденствия?

2. Определите по глобусу, в каком тепловом поясе расположен Казахстан?

3. В тетради нарисуйте схему тепловых поясов. Отметьте полюса, полярные круги, Северный и Южный тропики, экватор и надпишите их широты.

4*. Если бы ось Земли по отношению к плоскости орбиты составляла угол 60°, то по каким широтам проходили бы границы полярных кругов и тропиков?

Видеоурок 2: Атмосфера строение, значение, изучение

Лекция: Атмосфера. Состав, строение, циркуляция. Распределение тепла и влаги на Земле. Погода и климат

Атмосфера

Атмосферу можно назвать всепроникающей оболочкой. Её газообразное состояние позволяет заполнить микроскопические отверстия в почве, вода растворена в воде, животные, растения и человек не могут существовать без воздуха.

Условная мощность оболочки 1500 км. Верхние её границы растворяются в космосе и четко не обозначены. Давление атмосферы на уровне моря при 0 ° С равно 760 мм. рт. ст. Газовая оболочка на 78% состоит их азота, 21% - кислород, 1% других газов (озон, гелий, водяной пар, углекислый газ). Плотность воздушной оболочки изменяется с поднятием в высоту: чем выше, тем воздух разреженнее. Вот почему у альпинистов может быть кислородное голодание. У самой поверхности земли наибольшая плотность.

Состав, строение, циркуляция

В оболочке выделяют слои:

Тропосфера , толщиной 8-20 км. Причем у полюсов толщина тропосферы меньше, чем на экваторе. В этом небольшом слое сконцентрировано около 80% всей массы воздуха. Тропосфера имеет свойство нагреваться от поверхности земли, поэтому у самой земли её температура выше. С поднятием вверх на 1 км. температура воздушной оболочки уменьшается на 6°С. В тропосфере происходит активное передвижение воздушных масс в вертикальном и горизонтальном направлении. Именно эта оболочка является «фабрикой» погоды. В ней формируются циклоны и антициклоны, дуют западные и восточные ветры. В ней сосредоточены все водяные пары, которые конденсируются и проливаются дожем или снегом. Этот слой атмосферы содержит примеси: дым, пепел, пыль, копоть, все, чем мы дышим. Пограничный со стратосферой слой называется тропопауза. Здесь снижение температуры заканчивается.

Примерные границы стратосферы 11-55 км. До 25 км. Происходят незначительные изменения температуры, а выше она начинается подниматься от -56°С до 0°С на высоте 40 км. Ещё километров 15 температура не меняется, этот слой назвали стратопаузой. Стратосфера в своем составе содержит озон (О3), защитный барьер для Земли. Благодаря наличию озонового слоя на поверхность земли не проникают губительные лучи ультрафиолета. Последнее время антропогенная деятельность привела к разрушению этого слоя и образованию «озоновых дыр». Ученые утверждают, что причиной возникновения «дыр», является повышенная концентрация свободных радикалов и фреона. Под влиянием солнечных излучений происходит разрушение молекул газов, этот процесс сопровождается свечением (северное сияние).

От 50-55 км. начинается следующий слой – мезосфера , которая поднимается до80-90 км. В этом слое температура понижается, на высоте 80 км равна -90°С. В тропосфере температура опять поднимается до нескольких сот градусов. Термосфера простирается вверх до 800 км. Верхние границы экзосферы не определяются, так как газ рассеивается и частично уходит в космическое пространство.

Тепло и влага

Распределение солнечного тепла на планете зависит от широты места. Экватор и тропики получают большее количество солнечной энергии, так как угол падения солнечных лучей около 90°. Чем ближе к полюсам, угол падения лучей уменьшается, соответственно количество тепла тоже уменьшается. Солнечные лучи, проходя через воздушную оболочку, не нагревают её. Лишь попадая на землю, солнечное тепло поглощается поверхностью земли, а потом от подстилающей поверхности нагревается воздух. Тоже происходит и в океане, за исключением того, что вода нагревается медленнее, чем земля, и медленнее остывает. Поэтому близость морей и океанов оказывает влияние на формирование климата. Летом морской воздух приносит нам прохладу и осадки, зимой потепление, так как поверхность океана еще не растратила свое тепло, накопленное за лето, а земная поверхность быстро остыла. Морские воздушные массы формируются над поверхностью воды, следовательно, они насыщены водяными парами. Двигаясь над сушей, воздушные массы теряют влагу, принося осадки. Континентальные воздушные массы, формируются над поверхностью земли, как правило, они сухие. Наличие континентальных воздушных масс летом приносит жаркую погоду, зимой – ясную морозную.

Погода и климат

Погода – состояние тропосферы в данном месте за определенный промежуток времени.

Климат – многолетний режим погоды, характерный для данной местности.

Погода может меняться в течение суток. Климат – характеристика более постоянная. Каждой физико-географической области характерен определенный тип климата. Климат формируется в результате взаимодействия и взаимовлияния нескольких факторов: широта места, господствующие воздушные массы, рельеф подстилающей поверхности, наличие подводных течений, наличие или отсутствие водных объектов.

На земной поверхности существуют пояса низкого и высокого атмосферного давления. Экваториальный и умеренный пояса низкого давления, на полюсах и в тропиках давление высокое. Воздушные массы перемещаются из области высокого давления в область низкого. Но так как наша Земля вращается, эти направления отклоняются, в северном полушарии вправо, в южном – влево. Из тропического пояса на экватор дуют пассаты, из тропического пояса в умеренный дуют западные ветры, из полюсов в умеренный пояс дуют полярные восточные ветры. Но в каждом поясе участки суши чередуются с акваториями. В зависимости от того, над суше или над океаном сформировалась воздушная масса, она может принести проливные дожди или ясную солнечную поверхность. На количество влаги в воздушных массах влияет рельеф подстилающей поверхности. Над равнинными территориями насыщенные влагой воздушные массы проходят без препятствий. Но если на пути встречаются горы, тяжелый влажный воздух не может переместиться через горы, и вынужден терять часть, а то и всю влагу на склоне гор. Восточное побережье Африки имеет гористую поверхность (Драконовы горы). Воздушные массы, формирующиеся над Индийским океаном, насыщены влагой, но всю воду теряют на побережье, вглубь материка приходит жаркий сухой ветер. Вот почему большая часть южной Африки занята пустынями.

Введение

климат экваториальный тропический географический широта

Путешественники и мореплаватели древности обратили внимание на различие климатов тех или других стран, которые им довелось посетить. Греческим ученым принадлежит первая попытка установить систему климатов Земли. Утверждают, что историк Полибий (204 - 121 гг. до н.э.) первый разделил всю землю на 6 климатических поясов - два жарких (необитаемых), два умеренных и два холодных. В ту эпоху уже было ясно, что степень холода или тепла на земле зависит от угла наклона падающих солнечных лучей. Отсюда возникло и самое слово «климат» (клима - наклон), обозначавшее в течение многих веков некоторый пояс земной поверхности, ограниченный двумя широтными кругами.

В наше время актуальность изучения климата не угасла. К настоящему времени подробно изучено распределение тепла и его факторы, дано множество классификаций климатов, в том числе классификации Алисова, наиболее используемая на территории бывшего СССР, и Кёппена, которая широко распространена в мире. Но климат со временем меняется, поэтому на данный момент изучение климата также актуально. Климатологи подробно изучают изменения климата и причины этих изменений.

Цель курсовой работы: изучить распределение тепла на Земле как главный климатообразующий фактор.

Задачи курсовой работы:

1) Изучить факторы распределения тепла по поверхности Земли;

2) Рассмотреть основные климатические зоны Земли.

Факторы распределения тепла

Солнце как источник тепла

Солнце - это ближайшая к Земле звезда, представляющая собой огромный шар раскалённой плазмы в центре солнечной системы.

Любое тело в природе обладает собственной температурой, а, следовательно, собственной интенсивностью излучения энергии. Чем выше интенсивность излучения, тем выше температура. Имея крайне высокие температуры, Солнце является очень сильным источником излучения. Внутри Солнца протекают процессы, при которых из атомов водорода синтезируются атомы гелия. Эти процессы называются процессами ядерного синтеза. Они сопровождаются выделением огромного количества энергии. Эта энергия приводит к тому, что Солнце разогревается до температуры 15 миллионов градусов Цельсия в ядре. На поверхности Солнца (фотосфере) температура достигает 5500°С (11) (3, с. 40-42).

Таким образом, Солнце излучает огромное количество энергии, которая приносит тепло на Землю, но Земля расположена на таком расстоянии от Солнца, что до поверхности доходит лишь немногая часть этого излучения, что позволяет комфортно существовать живым организмам на нашей планете.

Вращение Земли и географическая широта

Форма земного шара и его движение определённым образом влияют на приток солнечной энергии к земной поверхности. На поверхность земного шара отвесно падает только часть солнечных лучей. При вращении Земли лучи падают отвесно лишь в узком поясе, расположенном на равном расстоянии от полюсов. Таким поясом на земном шаре является экваториальный пояс. По мере удаления от экватора поверхность Земли становится всё более и более наклонной по отношению к лучам Солнца. Па экваторе, где лучи Солнца падают почти отвесно, наблюдается наибольшее нагревание. Здесь расположен жаркий пояс Земли. На полюсах, куда лучи Солнца падают очень наклонно, лежат вечные снега и льды. В средних широтах количество тепла убывает по мере удаления от экватора, то есть по мере понижения высоты Солнца над горизонтом с приближением к полюсам (рис. 1,2).

Рис. 1. Распределение солнечных лучей на поверхности Земли в дни равноденствия

Рис. 2.

Рис. 3. Вращение Земли вокруг Солнца

Если бы земная ось была перпендикулярна к плоскости земной орбиты, то наклон солнечных лучей был бы постоянным для каждой широты, и условия освещения и нагревания Земли не изменялись бы в течение года. В действительности земная ось составляет с плоскостью земной орбиты угол 66°33". Это приводит к тому, что при сохранении ориентировки оси в мировом пространстве каждая точка земной поверхности встречает солнечные лучи под углами, изменяющимися в течение года (рис. 1-3). 21 марта и 23 сентября солнечные лучи в полдень падают отвесно над экватором. Всвязи с суточным вращением и перпендикулярным расположением по отношению к плоскости орбиты Земли, на всех широтах день равен ночи. Это дни весеннего и осеннего равноденствий (рис. 1). 22 июня солнечные лучи в полдень падают отвесно над параллелью 23°27" с. ш., которая называется северным тропиком. Над поверхностью к северу от 66°33" с. ш. Солнце не заходит за горизонт и там царит полярный день. Эта параллель называется северным полярным кругом, а дата 22 июня - днём летнего солнцестояния. Поверхность к югу от 66°33" ю. ш. совсем не освещаетсяСолнцем и там царит полярная ночь. Эта параллель называется южным полярным кругом. 22 декабря солнечные лучи падают в полдень отвесно над параллелью 23°27" ю. ш., которая называется южным тропиком, а дата 22 декабря - днём зимнего солнцестояния. В это время к северу от северного полярного круга устанавливается полярная ночь, а к югу от южного полярного круга - полярный день (рис. 2) (12).

Так как тропики и полярные круги являются границами смены режима освещения и нагревания земной поверхности в течение года, то их принимают за астрономические границы тепловых поясов на Земле. Между тропиками расположен жаркий пояс, от тропиков до полярных кругов - два умеренных пояса, от полярных кругов до полюсов - два холодных пояса. Эта закономерность распределения освещенности и тепла в действительности осложняется еще влиянием различных географических закономерностей, которые будут рассмотрены ниже (12).

Изменение условий нагревания земной поверхности в течение года является причиной смены сезонов (зимы, лета и переходных сезонов) и определяет годовой ритм процессов в географической оболочке (годовой ход температуры почвы и воздуха, жизненных процессов и т.д.) (12).

Суточное вращение Земли вокруг своей оси вызывает значительные колебания температуры. Утром, с восходом Солнца, приход солнечной радиации начинает превышать собственное излучение земной поверхности, поэтому температура земной поверхности увеличивается. Наибольшее нагревание будет наблюдаться тогда, когда Солнце займёт самое высокое положение. С приближением Солнца к горизонту его лучи становятся более наклонными к земной поверхности и нагревают ее уже меньше. После захода Солнца приток тепла прекращается. Ночное охлаждение земной поверхности продолжается до нового восхода Солнца (8).