Солнечная активность, атмосфера и погода

Солнечная активность, атмосфера и погода

Оглавление

Введение

. Развитие климата на планетах земной группы

. Солнечная активность, атмосфера и погода

. Влияние Мирового океана на погоду

. Прогнозирование погоды

Заключение

Список литературы

Введение

Более или менее произвольно погоду определяют атмосферные условия, которые существуют в определенном месте и в определенное время. Какое влияние на погоду оказывает Солнце (солнечная радиация)? Что вызывает изменения погоды за день и даже за несколько часов? Каковы те факторы, которые определяют погоду?

Сегодня к службе прогнозирования погоды подключены компьютеры и искусственные спутники Земли. В настоящее время изобретены различные приборы, с помощью которых проводится научное изучение природных явлений. Состояние погоды зависит от очень многих факторов: температуры воздуха и его влажности, атмосферного давления, формы и характера облаков, направления и силы ветра, а также от интенсивности солнечного облучения. И несмотря на то, что солнечная энергия и атмосфера, взаимодействуя тысячами различных способов, создают погоду, которая никогда в точности не повторяется, имеются определенные закономерности.

Из результатов измерений и наблюдений над погодой данной местности составляется синоптическая карта (карта погоды). Резкие изменения погоды могут повлечь за собой ухудшение здоровья людей, привести к значительным экономическим потерям. Одновременно с прогнозом погоды сообщаются данные о состоянии магнитного поля Земли.

Процессы, происходящие на Солнце, вызывают возмущение земного магнитного поля. А это влечет за собой изменение погодных условий. Солнечная радиация играет определяющую роль в участии атмосферы для формирования погоды.

Цель данной работы -изучение влиянии солнечной активности на атмосферу Земли и погоду.

1. Развитие климата на планетах земной группы

Солнце светит уже много миллиардов лет, оно возникло вместе с планетами своей системы из большого холодного облака газа и пыли. Сначала образовалось сферическое облако, которое, сжимаясь, вращалось все быстрее. Под действием центробежных сил оно превратилось в диск. Почти все вещество облака сгустилось в центре этого диска в большой шар. По краям диска сформировались меньшие небесные тела, планеты и луны. Только что родившееся Солнце сначала было холодным, но оно все сжималось, становясь при этом горячее и горячее, пока температура внутри него не достигла многих миллионов градусов. Вот тогда-то и создались необходимые условия для жизни звезды на протяжении миллиардов лет: молодое Солнце начало вырабатывать в своем горячем ядре атомную энергию. Солнце окружено планетами.

Почему на Марсе слишком холодно, чтобы там существовала жизнь, на Венере слишком жарко, а на Земле в самый раз? На первый взгляд ответ на этот вопрос может показаться простым. Земля с ее пригодной для жизни средней температурой 150С образовалась на подходящем расстоянии от Солнца, а Марс (-600С) и Венера (+4600С) - нет; в результате только на поверхности Земли есть необходимая для жизни вода в жидком состоянии.

Три «соседки», образовавшиеся при столкновении множества тел, так называемых планетезималей, были когда-то во многих отношениях похожи. Они состояли из одинаковых пород, имели атмосферы с примерно одинаковым газовым составом (содержащие углекислый газ и водяной пар) и были достаточно массивными, чтобы удерживать воду на большой части своей поверхности. Различный климат возник на них из-за различий в круговороте диоксида углерода, или углекислого газа (СО), - обмене им между корой планеты и атмосферой. Углекислый газ является «парниковым» газом: он пропускает солнечный свет, но поглощает инфракрасное излучение (тепло) планеты и переизлучает часть этого тепла назад к ее поверхности.

Умеренный климат, всегда существовавший на Земле, в первую очередь обязан своим происхождением особенностям механизма газообмена на нашей планете: когда поверхность планеты остывает, количество углекислого газа в атмосфере увеличивается, когда же температура поверхности растет, его количество уменьшается. Меркурий, еще одна планета земной группы, не имеет атмосферы; температура его поверхности полностью зависит от излучения Солнца.

Поскольку живые организмы играют важную роль в круговороте углекислого газа, некоторые исследователи предполагают, что биота несет главную ответственность за изменение климата Земли. Уменьшение содержания СО в атмосфере в течение всей геологической истории Земли было прямым следствием биологического « вмешательства» и что без живых организмов развитие земного климата пошло бы по пути Марса или Венеры.

Марс имел достаточные запасы СО, но остыл, поскольку там ослаб круговорот СО. В то время как Марс имеет огромные запасы воды (хотя и замерзшей), Венера сегодня почти полностью обезвожена. Лишь немного влаги осталось там в виде водяного пара в атмосфере или в качестве компонента плотных облаков. После исчезновения океанов прекратилось формирование карбонатов, углекислый газ начал накапливаться в атмосфере. Газообразные соединения серы, которые первоначально были редки, поскольку они легко растворяются в воде, также накапливались и образовывали облака из капелек серной кислоты, которые сейчас являются одной из отличительных черт Венеры. Именно углекислый газ определяет высокую температуру ее поверхности. К Венере приходит в 1,9 раз больше солнечной радиации, чем к Земле, но ее кислотные облака отражают около 80 % солнечного света.

2. Солнечная активность, атмосфера и погода

Говорят, что в погоде есть три участника: солнечная радиация, влага и воздух. Солнце определяет участие остальных двух, так как неравномерное нагревание земной поверхности создает различия в атмосферном давлении, в результате чего возникают ветры, переносящие на сушу водяной пар, образующийся от испарения поверхности океанов и озер. Синоптическая метеорология изучает те атмосферные процессы, которые развиваются на обширных территориях и по масштабам относятся к звеньям общей циркуляции атмосферы.

Циркуляция атмосферы - система крупномасштабных воздушных течений над земным шаром. В тропосфере сюда относятся пассаты, муссоны, воздушные течения, связанные с циклонами и антициклонами, в стратосфере - преимущественно западные переносы воздуха с наложенными на них длинными волнами. Характер погоды и его изменения в любом месте Земли определяются не только местными условиями теплооборота между земной поверхностью и атмосферой, но и циркуляцией атмосферы.

Существование циркуляции атмосферы обусловлено неоднородным распределением атмосферного давления, вызванным неодинаковым притоком солнечной радиации в различных широтах Земли и различными физическими свойствами земной поверхности, особенно в связи с её разделением на сушу и море. Неравномерное распределение тепла на земной поверхности и обмен теплом между ней и атмосферой приводят в результате к постоянному существованию циркуляции, энергия которой расходуется на трение, но непрерывно пополняется за счёт солнечной радиации.

Вследствие силы Кориолиса движение воздуха при общей циркуляции атмосферы является квазигеострофическим, т.е. оно достаточно близко к геострофическому ветру, направленному по изобарам, перпендикулярно барическому градиенту. А так как атмосферное давление распределяется над земным шаром в общем зонально (изобары близки к широтным кругам), то и перенос воздуха имеет зональный характер. Распределение атмосферного давления над земной поверхностью, а с ним и течения циркуляции атмосферы зональны лишь в общих чертах. В низких широтах Земля получает больше тепла от Солнца, чем теряет его путём собственного излучения, в высоких широтах - наоборот. Междуширотный обмен воздухом приводит к переносу тепла из низких широт в высокие и холода из высоких широт в низкие, чем сохраняется тепловое равновесие на всех широтах Земли.

Поскольку температура воздуха в тропосфере в среднем убывает от низких широт к высоким, атмосферное давление в среднем также убывает в каждом полушарии от низких широт к высоким. Поэтому начиная примерно с высоты 5 км, где влияние материков, океанов и циклонической деятельности на структуру полей давления и движения воздуха становится малым, устанавливается западный перенос, почти над всем земным шаром (за исключением при экваториальной зоны).

Если бы Земля не вращалась, то циркуляция земной атмосферы происходила бы совсем не так, как происходит сейчас. Так как воздух сильнее всего нагревается вблизи экватора, то он начал бы здесь расширяться, сделался бы менее плотным и стал бы вытесняться вверх более холодным воздухом из полярных областей, устремившимся сюда для уравнивания давления. Поднимающийся вверх воздух стал бы продвигаться от экватора по направлению к полюсам, создавая постоянную область низкого давления у экватора. У полюсов воздух был бы холодным и плотным, так что здесь было бы высокое атмосферное давление.

Однако, по мере того как «растекающийся» - движущийся в верхних слоях воздух удаляется от экватора к полюсам, он, вследствие вращения Земли с запада на восток, отклоняется к востоку, и, когда этот воздух достигает приблизительно 30-й параллели, он движется почти точно на восток. На этих широтах происходит накопление воздуха, образуются зоны высокого давления, которые окружают Землю к югу и к северу от экватора. Если воздух над обширной территорией имеет одинаковую влажность и температуру, то его называют воздушной массой.

От каждой зоны высокого давления часть воздуха в нижних слоях атмосферы направляется к полюсу, порождая ветры, известные под названием «преобладающих западных ветров». Другая часть направляется к экватору, образуя северо-восточные и юго-восточные пассаты. Эти пассаты сталкиваются у экватора, в значительной степени взаимно уничтожаются и создают экваториальную штилевую зону.

Часть воздуха верхних слоев атмосферы на широте 30* вытесняется к полюсам, но не опускается к земной поверхности. В результате, когда этот воздух достигает полярных областей, он оказывается очень холодным и тяжелым (плотным). Здесь он оседает, образуя большие массы воздуха высокого давления. По мере накопления этого холодного воздуха в нижних слоях атмосферы он устремляется по направлению к экватору. На широте приблизительно 600 фронт этой массы полярного воздуха, так называемый полярный фронт, встречается со значительно теплым и менее плотным воздухом западных ветров, опускается под него и заставляет его подниматься. Этот поднимающийся, относительно теплый, легкий воздух образует зоны низкого давления по обе стороны от экватора на широте около 600.

Однако время от времени большая масса полярного воздуха высокого давления прорывается к экватору. Передняя граница этой массы, обращенная к экватору, называется холодным фронтом. Эти центры высокого давления и холодные фронты играют огромную роль в формировании погоды и климата.

У экватора воздух нижних слоев атмосферы нагревается вследствие того, что он соприкасается с теплой почвой или водой. Большей частью он соприкасается с теплой водой, что делает его очень влажным. По мере того как этот очень влажный воздух оттесняется более холодным воздухом вверх к северу и к югу, он расширяется. Но при расширении и преодолении давления совершается работа. Поэтому воздух охлаждается. При этом, если поднимающийся воздух охлаждается до точки росы, то образуются облака и могут выпасть осадки в виде дождя. Если восходящий воздух не насыщен (т.е. не достиг своей точки росы), то он будет охлаждаться приблизительно на 10С на каждые 100 м подъема.

Для того чтобы водяной пар сконденсировался, необходимы ядра конденсации в виде пылинок или других частиц. В качестве ядер могут служить также споры растений, бактерии и кристаллики соли. Облака, состоящие из водяных капелек, переохлаждены, т.е. они продолжают существовать в жидкой форме ниже точки замерзания. Исследователи сообщают о наблюдении ими незамерзших водяных капель при температуре до -500С. Однако, как только такие облака соприкасаются с некоторой поверхностью, например с необогреваемой поверхностью летящего самолета, водяные капельки мгновенно превращаются в лед и могут быстро покрыть самолет слоем льда, вызывающим перегрузку его (обледенение).

Одним из наиболее традиционных видов шторма в густонаселенных районах мира являются местные грозы. В отличие от значительной части штормов, они происходят только в некоторой изолированной массе воздуха. Кроме того, они, как правило, случаются в теплые и влажные летние дни, когда почва и воздух над ней сильно нагреты солнцем, а воздух в верхних слоях атмосферы неустойчив. Большая часть штормов, при которых происходят осадки, характеризуются одной общей особенностью: приземный воздух обычно вытесняется вверх до тех пор, пока не достигается точка росы. Один из простейших примеров - горизонтально направленный поток воздуха, который выталкивается через вершину горы. Повышение земной поверхности заставляет воздух подниматься. В результате, если воздух достаточно влажен, а гора достаточно высока, достигается точка росы воздуха, образуются облака и выпадают осадки. Осадки, вызываемые вынужденным подъемом на горы или переходом через другие топографические барьеры, называются орографическими осадками. Если масса полярного воздуха, образующая холодный фронт, не очень холодна, то верхний слой холодного воздуха может вырваться вперед над ниже расположенным теплым слоем на расстояние 80-150 км. В результате этого, когда нижний слой воздуха прорывается через расположенный выше слой тяжелого холодного воздуха, скорость вертикального подъема воздуха может стать колоссальной, и массы воздуха начнут вращаться. Образуется облако, имеющее форму воронки. Такой шквал носит название торнадо.

Из всех видов штормов наиболее широко известен и привлекает наибольшее внимание ураган. Одной из причин этого является то, что ураган считают «зачинщиком» штормов. Как высказался один видный специалист по погоде, «атомная бомба по сравнению с ураганом приблизительно то же, что муха по сравнению со слоном».

Ураганы образуются над поверхностью океана в зоне затишья, где солнечная радиация интенсивна, влажность высока, а испарение воды огромно. В районах Тихого океана ураганы обычно называются тайфунами. Некоторая часть большой массы тропического воздуха нагревается сильнее окружающего воздуха и начинается двигаться вверх естественным потоком; по мере подъема она охлаждается и находящаяся в ней влага конденсируется в виде дождя. Образуется тысячи тонн воды, и освобождается огромное количество теплоты конденсации, что усиливает движение вверх. Это тепло конденсации является одним из основных источников энергии урагана. Ураган движется вперед в среднем со скоростью около 15 км/ч. О приближении урагана можно судить заранее по определенной форме последовательности образующихся облаков или по его действию на морские волны, которые движутся на расстоянии 700 - 1500 км впереди урагана.

Циклоны образуются тогда, когда масса полярного воздуха движется в область западных ветров, встречает массу теплого влажного воздуха и теплый воздух устремляется в холодную массу, образуя «язык» в холодном фронте. Центр циклона движется на восток. Обычно за циклоном полярного фронта следует область высокого давления, называемая антициклоном. Циркуляция воздуха здесь типична для всех центров высокого давления. Антициклоны являются результатом спорадического проникновения масс полярного воздуха в зону преобладающих западных ветров, через которую попеременно проходят циклоны и антициклоны, движущиеся в восточном направлении.

Содержание влаги в атмосфере является одним из важнейших факторов, определяющих погоду. Количество влаги, содержащееся в 1 м3 воздуха, называется абсолютной влажностью. Относительная влажность влияет также и на здоровье и самочувствие людей. Отношение количества водяного пара, фактически имеющегося в воздухе к количеству влаги, необходимому для его насыщения, называется относительной влажностью. Оптимальной для жизнедеятельности человека считается относительная влажность в пределах от 40 до 60 %.

Появление росы или инея; падение снега или дождя; грозы, сопровождающейся молнией; радуга на небе - все это результат изменений, происходящих в атмосфере. Они обусловлены изменением атмосферного давления, температуры, влажности воздуха, направления и скорости ветра.

Понятие «солнечная активность» включает в себя целый комплекс различных явлений. Это и изменение интенсивности приходящего от солнца так называемого «жесткого» излучения, и вариации параметров потока относительно медленных заряженных частиц, движущихся сквозь межпланетное пространство(«солнечный ветер»), и появление наиболее впечатляющих солнечных феноменов - гигантских взрывоподобных событий, именуемых солнечными вспышками.

Приходящее от солнца электромагнитное излучение и потоки заряженных частиц взаимодействуют с верхней частью атмосферы Земли, с ее магнитной оболочкой - магнитосферой - и областью заряженных частиц - ионосферой. Сложный комплекс явлений в околоземном космическом пространстве, называют космической погодой или погодой в космосе.

На земную погоду заметно влияют и фрагменты небесных тел, попадающие в атмосферу. Поверхности нашей планеты достигает менее одной сотой космического вещества, а все остальное остается взвешенным в воздухе в виде пыли, и именно она изменяет климат. Метеориты вызывают похолодание и дожди.

На поверхности Земли имеются своего рода «зоны», где связь погодных явлений с солнечной активностью проявляется наиболее сильно. В одних зонах эта связь положительна (т. е., скажем, температура растет с увеличением солнечной активности), а в других - отрицательна. Есть и промежуточные области, где связь метеорологических явлений с солнечной активностью очень слаба. И вся эта картина распределения таких зон по земному шару меняется примерно каждые два года, в результате чего в одних и тех же географических пунктах связь температуры или давления с солнечной активностью в одни годы может быть положительная, в другие - отрицательная.

Солнечные вспышки являются причиной магнитных бурь. Во время магнитных бурь плотность верхних слоев атмосферы на каждой данной высоте увеличивается - атмосфера как бы разбухает, причем этот процесс тем сильнее, чем сильнее буря.

Гроза также оказывает влияние на атмосферный воздух. Перед ее началом дышать тяжко оттого, что воздух переполнен не благотворными отрицательными аэроионами, а положительными ионами, которые для организма крайне вредны. Зато какое облегчение наступает после разрядов молнии. Свежий воздух после грозы переполнен отрицательными ионами.

3. Влияние Мирового океана на погоду

На погоду оказывают влияние и морские течения. Почти три четверти поверхности Земного шара покрыты водами Мирового океана. Здесь собраны гигантские массы влаги. Ее испарение, нагревание и охлаждение оказывают постоянное воздействие на возникновение облачности и ветров. Вода океанов и морей находится в движении: перемешиваются верхние и нижние слои, мощные течения перемещают на огромные расстояния холодную или теплую воду, влияя на характер погоды. Примером служит Гольфстрим, в большой мере определяющий климат Европы, а также погоду на континенте. Это течение выносит из Мексиканского залива и доставляет к европейским берегам до самого Мурманска массы теплой воды. Поэтому порт Мурманск, лежащий за Северным полярным кругом, не замерзает и зимой.

Какой была погода в доисторические времена? Исследования климата и погоды минувших эпох помогают лучше понять сегодняшнюю погоду. Долгосрочные климатические изменения совершаются в течение сотен тысяч и миллионов лет. Сегодня все указывает на то, что мы еще живем в период потепления ледникового периода. Изменения климата, а в конечном итоге и погоды вызваны количеством тепла, получаемым нашей планетой от Солнца. Путь Земли вокруг Солнца может принять форму еще более сплющенного эллипса, или изменится наклон земной оси. В обоих случаях зимой погода будет холоднее, а летом-теплее.

Деятельность человека также влияет на формирование погоды в будущем. Даже небольшое увеличение углекислого газа в атмосфере Земли может вызвать повышение среднегодовой температуры. Все это связано с разрушением озонового слоя Земли.

4. Прогнозирование погоды

Гидрометцентр составляет прогнозы погоды на ближайшие сутки и последующие двое суток. Также прогнозы погоды публикуются в газетах и сообщаются по программам радио и телевидения. Кроме того, выпускаются агрометеорологические, гидрологические и морские бюллетени как с текущей, так и с прогностической информацией. Вычислительное устройство в считанные минуты решает миллиарды задач и составляет прогнозные карты. И вопреки тому, что мы привыкли думать, этот прогноз точен на 85 %.

Теперь, после рассмотрения определенных закономерностей формирования погоды, многие тайны предсказания погоды перестают быть таковыми для нас. Так, например, если мы знаем скорость движения центра низкого давления в циклоне, то мы можем достаточно точно предсказать время, когда он достигнет некоторой точки, расположенной на расстоянии 500 км к востоку от его настоящего местоположения, а также и тип погоды, который будет преобладать при подходе этого центра.

Точно так же, если мы знаем направление движения холодного или теплого фронта, то мы можем предсказать тип погоды, который будет преобладать в некоторой точке, расположенной на его пути, за несколько часов до того, как фронт подойдет, тип погоды, который будет преобладать тогда, когда фронт подойдет, и какую погоду следует ожидать после прохождения этого фронта.

Кроме научных прогнозов существуют народные приметы, предсказывающие погоду. Они основываются на длительных наблюдениях за погодой, но порой они бывают не менее надежны. О предстоящих изменениях погоды можно судить по форме облаков, направлению ветра, цвету вечерней зари и т.д.

Заключение

Совокупность атмосферных условий под воздействием солнечной радиации определяет погоду в данном месте и в данное время. Погода влияет на настроение людей, на их здоровье и самочувствие. Кроме этого, погода является существенным фактором в экономической жизни человека.

Солнце - это не только главная причина, влияющая на погоду. Солнце - это источник жизни. Мощное излучение Солнца дает нам неограниченное количество энергии. Земля преобразовывает эту энергию в другие виды. Для удовлетворения всех энергетических потребностей человечества хватило бы 0,005 % доходящей до Земли солнечной энергии. Солнечная радиация в больших дозах может оказать и губительное действие. Ультрафиолетовое излучение представляет большую опасность для всего живого на Земле. Только благодаря озонному слою, который особенно плотен на высоте от 20 до 30 км, зародилась жизнь на нашей планете. По мнению ученых, загрязнение окружающей среды приводит к медленному разрушению озонного слоя.

Наряду с ростом концентрации углекислого газа важную роль играют изменения озоносферы, связанные с эволюцией геомагнитного поля. Разработка и проверка новых гипотез являются необходимым условием познания закономерностей общей циркуляции атмосферы и других геофизических процессов, влияющих на погоду.

Ученые предрекают всей Земле глобальное изменение климата. Аномальные природные явления имеют политико-финансовые, экономические и экологические - тактические и стратегические последствия. Д-р геолого-минералогических наук А. Н. Дмитриев в статье «На Гольфстриме все спокойно?» в КП от 14 окт. и 5 нояб. 1997 г. пишет: «сейчас самые секретные данные - о погоде…»

климат погода солнечный атмосфера

Список литературы

1.Алексеев Г. М. Преобразование энергии. М.: Наука, 2009г.

.Гуреев Г.А. Земля и небо. - М.: Сашко, 2013г.

.Данилов А. Д., Авдошкин С. И. Проблема Солнце - погода // Природа. 1993г. № 3

.Потеев М.И. Концепции современного естествознания, Санкт-Петербург, Питер, 2009г.

.Русин Н.П., Л.Л. Флит. Солнце на земле. - М.: Тригон, 2011г.

.Уилл Ф.Л. Семья Солнца - Санкт-Петербург.: Художественная литература, 2010г.

.Эллиот Л., Уилкокс У. Физика. М.: Наука,2011.