Что такое погода? Виктор Харебов

Атмосфера Земли – это многоуровневая система, пронизанная движением и энергетическими обменами, которые создают разнообразные процессы и явления. Начиная от легкого бриза до мощных ураганов, от нежных снежинок до молний, – атмосферные явления являются видимыми проявлениями физических и химических процессов, происходящих на различных уровнях атмосферы. Эти явления формируют погоду, которую мы наблюдаем ежедневно, и в конечном итоге составляют климат, который определяет жизнь на планете.

Атмосферные процессы и явления – это основа науки метеорологии, которая стремится не только описать, но и объяснить сложные механизмы, формирующие погоду и климат на Земле. Эти явления, такие как облака, осадки, ветер, грозы и туманы, ежедневно определяют наши условия жизни и существенно влияют на природные и экономические процессы. Метеорология, как наука, разрабатывает методы наблюдения, анализа и прогнозирования, чтобы понять, как взаимодействуют различные элементы атмосферы и какие силы управляют атмосферными изменениями.

Атмосферная циркуляция – это глобальная система движения воздуха, которая распределяет тепло и влагу по всему земному шару. Этот сложный и динамичный процесс является основой для формирования погодных условий, оказывая влияние на климатические особенности различных регионов. Понимание атмосферной циркуляции позволяет предсказывать погодные изменения и объяснять причины природных явлений, таких как циклоны, антициклоны, муссоны и ураганы. В этой главе мы подробно рассмотрим механизмы циркуляции атмосферы, ее влияние на формирование погоды и климатические процессы, а также значение этого явления для жизни на Земле.

Атмосферная циркуляция начинается с энергии Солнца, которая нагревает поверхность Земли неравномерно. Экватор получает значительно больше солнечного тепла, чем полярные регионы, создаются зоны с различными значениями температуры и атмосферного давления, которые определяют основные потоки воздушных масс. В результате формируются три основных глобальных ячейки циркуляции: ячейка Хэдли, ячейка Феррела и полярная ячейка.

Ячейка Хэдли расположена между экватором и 30° северной и южной широты. Нагретый воздух поднимается над экватором, двигаясь к полюсам, но по пути остывает и опускается, создавая зоны высокого давления и сухие климатические условия, характерные для пустынь.

Рис. 1. Эффект атмосферной циркуляции

(by Judith Perlwitz, Wikimedia Commons, Public Domain)

Ячейка Феррела находится между 30° и 60° широты. Воздушные массы здесь движутся в противоположных направлениях, образуя области с переменчивым и умеренным климатом. Циркуляция в этой ячейке способствует формированию областей низкого давления и частых циклонов.

Полярная ячейка замыкает атмосферную циркуляцию у полюсов. Холодный воздух в полярных регионах опускается вниз, создавая высокое давление. Этот воздух затем движется к экватору, где вступает в контакт с более теплыми воздушными массами, вызывая нестабильность.

Эти три ячейки циркуляции вместе формируют глобальную атмосферную циркуляцию, способствующую перемещению тепла и влаги, и определяют основные погодные системы на планете.

Ключевым фактором, формирующим траекторию движения воздуха, является Кориолисова сила, возникающая из-за вращения Земли. Эта сила отклоняет воздушные массы вправо в Северном полушарии и влево в Южном. Именно благодаря ей воздух не движется по прямой линии от областей высокого давления к областям низкого давления, а закручивается, образуя циклоны и антициклоны.

Облака – это неотъемлемая часть атмосферы и климатической системы Земли. Они оказывают существенное влияние на погоду и климат, регулируя солнечную радиацию, осадки и температуру. Существует множество типов облаков, которые формируются под действием различных атмосферных процессов. Изучение их образования и эволюции в атмосфере помогает лучше понимать, как облачность влияет на глобальные погодные условия и климат.

Рис. 2. Типы облаков

(by Valentin de Bruyn, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons)

Образование облаков начинается с испарения воды из океанов, рек, озер и других источников. Водяной пар поднимается в верхние слои атмосферы, где он охлаждается. В момент, когда температура воздуха достигает так называемой точки росы, водяной пар конденсируется вокруг мельчайших частиц, таких как пыль, соль или кристаллы льда. Этот процесс приводит к образованию капелек воды или ледяных кристаллов, которые и формируют облака. Облака могут продолжать расти, если влажный воздух продолжает подниматься, или могут разрушиться при обратных условиях.

В метеорологии выделяют несколько основных типов облаков, которые классифицируются по высоте и внешнему виду. Основные виды облаков включают кучевые, слоистые, перистые и слоисто-дождевые облака. Каждый тип имеет свои особенности образования и оказывает разное влияние на погоду.

Рис. 3. Кучевые облака (Cumulus)

(by Lance Vanlewen, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons)

Кучевые облака формируются при интенсивном подъеме теплого воздуха. Они часто выглядят как «хлопья» с четкими очертаниями и плоским основанием. Кучевые облака обычно образуются на малой высоте и ассоциируются с хорошей погодой. Однако при сильном подъеме теплого и влажного воздуха эти облака могут превратиться в мощные грозовые облака – кучево-дождевые (Cumulonimbus), которые способны вызывать грозы, ливни и даже торнадо.

Рис. 4. Перистые облака (Cirrus)

(by W. Carter, CC0 Public Domain, via Wikimedia Commons)

Перистые облака – это высоко расположенные облака, которые состоят из кристаллов льда и формируются на высоте от 6 до 12 км. Они имеют тонкую, струйчатую форму и часто выглядят как длинные перья или полосы. Перистые облака часто являются предвестниками изменений в погоде, например приближения фронта теплого воздуха.

Рис. 5. Слоистые и высокослоистые облака (Stratus and Altostratus) (by John Robert McPherson, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons)

Слоистые облака представляют собой равномерный слой облачности, который часто закрывает все небо, создавая пасмурную погоду. Они образуются при слабо выраженном подъеме влажного воздуха и чаще всего находятся на низкой высоте. Слоистые облака могут вызывать мелкий дождь или морось, но, как правило, не приводят к сильным осадкам.

Рис. 6. Слоисто-дождевые облака (Nimbostratus)

(by Maurice Flesier, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons)

Слоисто-дождевые облака характеризуются плотной низкой облачностью, которая охватывает большие территории и приносит продолжительные осадки. Эти облака могут формироваться на различных высотах и часто связаны с фронтальными системами, когда холодный и теплый воздух сталкиваются.

Облачные формации постоянно меняются под влиянием окружающих условий. Например, кучевые облака могут перерасти в кучево-дождевые с усилением конвекции, а перистые становятся плотнее по мере приближения фронтальных систем. Их развитие зависит от влажности, температуры, силы ветра и других факторов. Облака перемещаются, изменяют форму и распадаются под воздействием атмосферных процессов.