геосфера. ответы экз энергетика геосферы. Дисцеплина Энергетика геосферы. Экзаменационный билет 1
 Скачать 1.44 Mb.
|
Экзаменационный билет № 12Неравномерность поступления энергии Солнца на поверхность Земли. Влияние наклона земной оси. В масштабах Земли солнечное излучение интегрально является наиболее мощным непрерывно восполняющимся и практически неисчерпаемым источником энергии. Поток энергии солнечного излучения через поперечное сечение Земли, перпендикулярное этому потоку, более чем в 10 000 раз превышает средний темп потребления энергии человечеством. По оценкам энергетические потребности современной цивилизации в электроэнергии могли бы полностью быть удовлетворены путем строительства солнечных электростанций на 4—5 % территории, занимаемой пустыней Сахара. Многие другие возобновляемые источники энергии, такие как энергии ветра, растительной биомассы, водных потоков и волн, имеют солнечное происхождение: возникновение потоков воздушных масс и кругооборот атмосферной влаги обусловлены неравномерностью нагрева поверхности Земли за счет солнечного излучения, фотосинтез является основой роста растений и другой биомассы. В наиболее «солнечных» районах земного шара (темно-красные области) эти суммы достигают 2000 кВт • ч/(м2 • год). Максимальные поступления солнечной радиации относятся в основном к районам экваториального пояса. На карте показано, что поступление солнечной энергии уменьшается с ростом широты местности, хотя эта зависимость не является «жесткой», что связано с влиянием особенностей климата, содержанием влаги в атмосфере и другими факторами. Вместе с тем из рис. 1.1 видно, что территория России, особенно ее северные районы, находится преимущественно в желто-голубой зоне, характеризующейся поступлением солнечной энергии на горизонтальную поверхность в интервале 400— 1400 кВт • ч/(м2 • год).  Неравномерность поступления энергии солнца на поверхность земли. Влияние наклона земной оси. Наклон оси планеты - важный фактор для развития жизни и эволюции. Рассмотрим где климат лучше - на планетах с большим наклоном оси или там, где наклон оси даже меньше, чем у Земли. В поиске потенциально пригодных для жизни экзопланет, ученым приходится оценивать множество факторов. Одним из таких факторов является наклон оси вращения планеты к плоскости эклиптики, благодаря которому и происходит смена сезонов, например, на нашей Земле. Наклон оси вращения Земли сыграл немалую роль в зарождении жизни и дальнейшей эволюции живых существ на нашей планете. То же, по всей видимости, верно и для экзопланет. Если наклона оси не будет совсем, это приведет к фактическому отсутствию смены сезонности, а такая “стабильность” явно не способствует эволюции. А, что, если наклон планетарной оси будет слишком велик? Примерно 580 миллионов лет назад жизнь на Земле ограничивалась простейшими организмами, микроскопическими водорослями и бактериями. Примерно 540 лет назад произошел “Кембрийский взрыв“: жизнь начала эволюционировать бешеными темпами. Окаменелости показывают множество различных сложных организмов, появившихся в это время. Может быть, до этого Земля была слишком сильно наклонена? Это подтверждает численное моделирование. Ужасное столкновение, имевшее место 4.5 миллиарда лет назад и, согласно ведущей гипотезе, приведшее к образованию Луны, могло изменить наклон оси вращения Земли. Геологические данные подтверждают, что Земля в течение долгого времени, до момента примерно до 600 миллионов лет назад, имела большой наклон. Виды постоянных ветров. Причины их возникновения. Бризы, муссоны, пассаты и пр. Бризы - ветры с суточным периодом, которые дуют по берегам морей и крупных озер. Дневной бриз дует с моря (озера) на нагретое побережье, ночной - с охлажденного побережья на море (озеро). Вертикальная мощность бризового слоя - несколько сот метров, его размещение вглубь береговой линии - километры и десятки километров. Брызги хорошо заметны в стойку летнюю погоду (в антициклонах). Они наблюдаются на берегах Белого, Черного, Азовского, Каспийского морей, Ладожского, Онежского озер, Севана, Иссык-Шар и др. Особенно ярко брызги оказываются в тропиках. Муссоны - движение воздуха в нижней части тропосферы над определенными регионами Земли с резкой сменой его направления от зимы к лету на противоположное или близкое к противоположному; направление движения воздуха при мусонах в течение сезона очень стойкий. Поскольку зимние муссоны чаще всего направлены с суши на океан (континентальные муссоны), а летние - с океана на сушу (океанические муссоны), то одновременно со сменой муссонов проходит смена сухой малооблачной зимней погоды на влажную дождливую летнюю. Муссоны определяют основные особенности муссонного климата. Муссонный климат - климат регионов, в которых атмосферная циркуляция имеет характер муссонов и отличается резко выраженным годовым ходом осадков - с очень сухой зимой (континентальный муссон) и дождливым летом (океанический муссон). На западных окраинах материков в субтропических широтах, где зимний муссон направлен из океана, а летний с материка, распределение осадков по сезонам обратная; климат этих районов принято называть средиземноморским. Есть тропические и нетропічні муссоны. Тропические муссоны - это муссоны тропических широт, наиболее характерно выражены в бассейне Индийского океана, включая юг Азии, центральные районы Африки, север Австралии. Летний тропический муссон, как правило, океанический, сопровождается значительными осадками; зимний континентальный создает малооблачную, сухую погоду. Летний тропический муссон на юге Азии имеет преимущественно юго-западное направление, зимний северо-восточный. Нетропічні муссоны - это муссоны нетропическая (умеренных и полярных) широт, с хорошо выраженным преобладанием одного направления ветра зимой и противоположного или близкого к противоположной направлении летом. Они связаны с сезонно переменным распределением барических систем над данным районом, что, в свою очередь, зависит от сильного охлаждения зимой и нагревания летом материков по сравнению с океанами. Особенно характерны нетропічні муссоны Дальнему Востоку (Восточный Китай, Корейский полуостров, Япония), меньше - северной окраине Евразии и некоторым другим регионам. Пассаты - постоянные ветры, которые дуют из участков высокого давления в направлении экватора. Воздух, нагретый над экватором поднимается и движется к полюсам. И поскольку земной шар вращается, на воздушную струю начинает действовать сила вращения Земли. Чем дальше от экватора, тем отклоняющая сила вращения Земли становится больше, и воздух начинает двигаться в Северной полушария не на север, а на северо-восток. И круг 30° северной и южной широты воздуха в верхней части тропосферы уже идет с запада на восток. Скопление воздуха в верхних слоях тропосферы на 30° северной и южной широты и его опускания приводят здесь к рост атмосферного давления у поверхности Земли и образованию огромных антициклонов. На юг от полосы высочайшего давления, то есть к югу от 30° широты в Северном полушарии, воздух перемещается в южном направлении, то есть до экватора, где атмосферное давление ниже. В Южном полушарии также возникают аналогичные течения воздуха в нижних слоях атмосферы от пояса высокого давления (30° ю. ш.) в сторону экватора и в умеренных широтах. Под действием отклоняющей силы вращения Земли пассаты дуют не точно с севера на юг, а с северо востока на юго-запад в Северном полушарии и с юго-востока на северо запад в Южном полушарии. Итак, пассаты - постоянные ветры у поверхности Земли от 30° северной и южной широты в направлении к экватору. Ветры в верхних слоях атмосферы от экватора до 30° северной и южной широты называются антипасатами. Пассаты и антипасати образуют воздушное колесо, по которому поддерживается непрерывный кругооборот воздуха между экватором и тропиками. Циклон - крупномасштабный атмосферный возбуждения вихревого характера (на начальной стадии - волнового), связанное с пониженным давлением. Минимальное давление приходится на центр циклона. Ветры в циклоне северного полушария дуют против часовой стрелки, устремляясь в нижнем слое до центра; в южном - по часовой стрелке с таким же направлением в нижнем слое. В поперечнике циклоны достигают 1000-3000 км. С фронтами в циклоне связанные широкие зоны облаков и осадков; облака и осадки других типов наблюдаются также в циклоне внутри воздушных масс независимо от фронтов. Прохождение фронтов под время циклонов и соответствующая смена воздушных масс создают резкие колебания температуры. Скорость постепенного движения в циклоне в среднем около 30 км/ч; направление перемещения - преимущественно с запада на восток. С циклонами связано возникновение бурь. Если давление в центре циклона очень низкий по сравнению с его окраинами, то возникает большая разница давления, которая вызывает штормовые ветры. Штормовые циклоны (до 12 баллов) в средних широтах бывают редко - один раз за 8-10 лет. Если циклонические бури проходят над пустынями, они поднимают в воздух и переносят на огромные расстояния много песчаной пыли. Циклоны тропических регионов зарождаются между 6° и 20° северной и южной широт. Чаще всего они возникают в Карибском море и в Мексиканском заливе и называются Антильскими ураганами, а в Бенгальском заливе, Аравийском, Южно-Китайском и Японском морях тропические циклоны называются тайфунами. Тропические циклоны больше всего свирепствуют на берегах островов или континентов, над которыми они проносятся свободно, не встречая никаких преград. В центре тропического циклона всегда бывает зона затишья. Проясняется небо, светит солнце, ветер стихает, но, как и раньше, ходят волны разбушевавшегося океана. Антициклон - зона повышенного давления с максимальным давлением в центре и баричними градиентами (векторная величина, которая характеризует изменение атмосферного давления в пространстве), направленный от центра к периферии. Поперечника антициклонов составляют тысячи километров. Ізобарична поверхность в антициклонах прогнутая вверх. Ветры в антициклонах в Северном полушарии окружают центр по часовой стрелке, в Южном - против часовой стрелки; при этом в слое трения они имеют составляющие от центра к периферии. В антициклонах преобладают нисходящие движения воздуха и вызывают малооблачную сухую погоду. Антициклоны особенно часто развиваются в субтропических широтах и над Антарктидой, а зимой также над материками в умеренных широтах. Скорость постепенного движения антициклона (в основном с запада на восток) - ЗО-40 км/ч., но часто антициклоны надолго стабилизируются в том или другом районе, в частности над материками. Антициклоны в теплом воздухе есть высокими антициклонами, в холодном - низкими. В атмосфере все время есть циклоны и антициклоны. Одни циклоны зарождаются, другие исчезают. Вместе с тем все циклоны и антициклоны постоянно находятся в движении. Циклоны, как правило, движутся с большей скоростью, чем антициклоны. Циклоны и антициклоны в умеренных и высоких широтах обоих полушарий в основном движутся с запада на восток. Но антициклоны часто перемещаются и с севера на юг ( в Северном полушарии). На земном шаре есть районы, в которых обычно зарождаются и чаще наблюдаются циклоны, чем антициклоны. Такими районами, например, является северная часть Атлантического океана, северная часть Тихого океана, умеренные широты в Южном полушарии. В других широтах земного шара, например, в районах Азорских островов в Атлантическом океане, в районе Гавайских островов на Тихом океана и в ряде других районов наблюдаются преимущественно антициклоны. Все эти особенности движения и размещения циклонов и антициклонов обусловлены общей циркуляцией атмосферы. Воздушные массы постоянно движутся, меняют свои свойства, но между ними остаются резкие границы - переходные зоны шириной в несколько десятков и длиной до тысячи километров, которые характеризуются воздушными массами с разными физическими свойствами. Эти пограничные зоны называются атмосферными фронтами или просто фронтом. Если фронт движется в направлении от теплого воздуха к холодному, то есть холодный воздух отступает, а теплое надвигающийся следом за ним, то такой фронт называется теплым. Теплый фронт приносит зачастую очень длительные дожди. Когда теплый фронт движется через какую-нибудь местность, то там наступает потепление, на смену холодному воздуху приходит теплое. Поднимаясь, оно охлаждается; следовательно, в теплом воздухе над фронтальной поверхностью образуются облака. Теплый воздух поднимается очень медленно, потому облачность теплого фронта имеет вид ровной гладкой пелены перистошаруватих и високошаруватих облаков. Если теплый воздух отступает, а холодное растекается вслед за ним, то такой фронт называется холодным фронтом. Приход этого фронта всегда вызывает похолодание, ибо теплую воздушную массу заменяет холодная. Нижняя часть холодного фронта вследствие трения о земную поверхность движется медленнее, чем верхняя, и отстает от нее. За то вверху поверхность холодного фронта «выпячивается» вперед, холодный воздух в «голове» холодного фронта спадает вниз, и фронтальная поверхность приобретает выпуклую форму вала, катится. Образуется вал клубчастих темных облаков (кучево-дождевых) с ливнем, грозой и градом (летом) или снежным шквалом и метелью (зимой). Крупнейшие грозы и шквалы всегда связаны с холодным фронтом. Выделяются арктические (антарктические), полярные и тропические фронты. Арктический фронт - фронт между арктическим воздухом и воздухом умеренных широт Северного полушария. Расчлененный на несколько ветвей, которые размещаются в широтах 60-75° северной широты. В результате циклонической деятельности может переходить в умеренные широты. Антарктический фронт - фронт между антарктическим воздухом и морским воздухом умеренных широт; проходит над океаном вокруг Антарктиды в виде нескольких ветвей, которые возникают и размываются, постоянно меняют свое положения. Полярный фронт - граница планетарного масштаба между воздушными массами высоких и средних широт, с одной стороны, и воздушными массами тропических широт - с другое. Полярные фронты в каждом полушарии часто разорваны на несколько отдельных ветвей, каждая из которых связана со своей серией циклонов. Эти ветви полярного фронта многократно возникают и размываются в течение года. Тропический фронт - зона разделения между тропическим и экваториальным воздухом, четко выраженная. Тропический фронт формируется между пассатами двух полушарий или пасатом и мусоном, или между пасатом (мусоном) и зоны переменных ветров в другом полушарии. Совпадает с осью экваториальной депрессии. На земном шаре одновременно наблюдается несколько веток тропических фронтов. С тропическими фронтами связаны выпадение больших дождей. |