§ 13. Давление воздуха и осадки на разных широтах

Вертикальные перемещения огромных объемов воздуха в тропосфере, возникающие в результате неодинакового нагрева земной поверхности Солнцем и вызывающие образование зон пониженного и повышенного атмосферного давления.

• 1. Восходящее движение — характерно для сильно прогреваемых приземных слоев воздуха (вблизи экватора): нагретый воздух расширяется, становится легче окружающего, поднимается вверх (давление у поверхности падает), на высоте охлаждается, содержащийся в нем водяной пар конденсируется и выпадает мощными ливневыми осадками.
• 2. Нисходящее движение — характерно для холодных полярных областей и субтропических широт (около 30° с. ш. и 30° ю. ш.): охлажденный тяжелый воздух опускается вниз, уплотняется, формирует у земной поверхности пояс высокого давления, а при опускании нагревается и становится суше, препятствуя образованию облаков и осадков.

Планетарные широтные зоны земного шара с устойчивым преобладанием низкого или высокого давления воздуха у поверхности Земли, формирующиеся вследствие неравномерного распределения солнечного тепла.

• 1. Система семи поясов — чередование поясов по широте: один экваториальный пояс пониженного давления, два тропических пояса повышенного давления (30° с. ш. и 30° ю. ш.), два пояса умеренных широт с относительно пониженным давлением (около 60° с. ш. и 60° ю. ш.) и два полярных пояса повышенного давления (в Арктике и Антарктиде).
• 2. Сезонное смещение — вслед за видимым полуденным перемещением Солнца между тропиками пояса давления летом смещаются к северу, а зимой (для Северного полушария) — к югу, возвращаясь к равновесному положению в дни весеннего и осеннего равноденствий.

Пространственная закономерность выпадения влаги на земной поверхности, определяемая зональным распределением поясов атмосферного давления, температурным режимом, ветрами, рельефом и влиянием океанов.

• 1. Широтные контрасты — самые влажные широты планеты приурочены к экватору (где господствуют восходящие токи воздуха и низкое давление), а самые засушливые — к тропическим поясам высокого давления (с нисходящими токами сухого воздуха) и холодным приполярным широтам.
• 2. Факторы мозаичности — общая широтная зональность осадков существенно осложняется континентальностью климата, наличием горных хребтов (наветренные склоны которых получают избыток влаги) и воздействием теплых или холодных морских течений.

Атмосферное давление на Земле распределяется строго зонально — в виде чередующихся широтных поясов низкого и высокого давления:

• Экваториальный пояс пониженного давления: на экваторе поверхность суши и океана сильно прогревается круглый год, горячий воздух расширяется, становится легче и устремляется вверх, поэтому у поверхности планеты формируется устойчивое низкое давление;
• Два тропических пояса повышенного давления (в районе 30° с. ш. и 30° ю. ш.): поднявшийся над экватором и растекающийся на высоте к полюсам воздух охлаждается, уплотняется и опускается в субтропиках, создавая у поверхности Земли области высокого давления;
• Два пояса умеренных широт с относительно пониженным давлением (в районе 60° с. ш. и 60° ю. ш.): здесь сталкиваются теплые тропические и холодные полярные воздушные массы, формируя восходящие потоки и циклоническую деятельность с низким давлением;
• Два полярных пояса повышенного давления (Арктика и Антарктида): из-за постоянного дефицита тепла холодный плотный воздух опускается вниз, обуславливая высокое атмосферное давление над ледяными шапками полюсов.

Количество атмосферных осадков зависит от сложного комплекса географических факторов:

• Атмосферное давление и характер движения воздуха: осадки образуются только при восходящем движении воздуха, когда он охлаждается и содержащийся водяной пар конденсируется в капли (поэтому пояса низкого давления влажные, а зоны высокого давления с нисходящими токами — сухие);
• Температура воздуха: теплый воздух способен вместить значительно больше водяного пара, чем холодный, поэтому в жарких экваториальных широтах испарение и объемы влаги максимальны;
• Удаленность от морей и океанов: по мере продвижения в глубь материков воздух теряет влагу, поэтому внутриконтинентальные районы значительно суше приокеанических;
• Направление господствующих ветров: ветры, дующие с океана на сушу (муссоны, западный перенос), приносят обильные дожди, а ветры с континента несут сухую погоду;
• Рельеф местности: горы служат механическим барьером; воздушные массы, поднимаясь по наветренным горным склонам, остывают и сбрасывают огромное количество осадков;
• Океанические течения: теплые течения способствуют испарению и образованию осадков на побережьях, а холодные течения охлаждают нижние слои воздуха, стабилизируют атмосферу и формируют прибрежные пустыни.

Данное явление объясняется механизмом вертикального конвективного перемещения воздуха:

• В приземном слое на экваторе воздух непрерывно и интенсивно нагревается от прогретой поверхности суши и океана. При нагревании он расширяется, его плотность падает, и он с силой устремляется вверх. В результате оттока воздушных масс у самой поверхности Земли создается дефицит воздуха и фиксируется низкое атмосферное давление;
• Поднимаясь на высоту 10–12 км (к верхней границе тропосферы), этот огромный массив воздуха охлаждается, уплотняется и скапливается в верхних слоях, создавая там избыток массы и повышенное давление. Не имея возможности подниматься выше в стратосферу, этот сжатый холодный воздух начинает растекаться на высоте в стороны от экватора — к северу и к югу, по направлению к умеренным и полярным широтам.

Пояса атмосферного давления располагаются на земном шаре в строгой широтной последовательности:

• Пояса пониженного давления:
• Экваториальные широты (вдоль экватора от 0° примерно до 10° с. ш. и ю. ш.) — область постоянных восходящих потоков горячего воздуха;
• Умеренные широты (в районе 60° с. ш. и 60° ю. ш. в обоих полушариях) — зоны активной циклонической деятельности на границе умеренных и полярных воздушных масс;
• Пояса повышенного давления:
• Тропические широты (в районе 30° с. ш. и 30° ю. ш. в обоих полушариях) — зоны нисходящих воздушных потоков, опускающихся из верхних слоев тропосферы;
• Полярные широты (вокруг Северного полюса в Арктике и над Южным полюсом в Антарктиде) — области постоянного опускания выхоложенного и тяжелого полярного воздуха.

Основная первопричина образования поясов атмосферного давления на планете — неодинаковое поступление солнечного тепла на разных географических широтах, обусловленное шарообразной формой Земли и наклоном ее оси вращения:

• Из-за шарообразности планеты угол падения солнечных лучей закономерен: он максимален на экваторе и минимален на полюсах, что порождает колоссальные термические контрасты между экватором и полярными областями;
• Разница температур запускает термическую циркуляцию: горячий экваториальный воздух поднимается, а ледяной полярный воздух опускается;
• Вращение Земли вокруг своей оси (сила Кориолиса) отклоняет и перераспределяет эти потоки, приводя к опусканию воздуха в субтропиках (30° широты) и формированию поясов пониженного давления в умеренных широтах (60° широты).

Распределение облачности и осадков на Земле неразрывно связано со следующими факторами:

• Направление вертикального движения воздуха: восходящие потоки воздуха ведут к его охлаждению, конденсации пара, мощному облакообразованию и дождям (поэтому в поясах низкого давления — на экваторе и в умеренных широтах — осадков много); нисходящие токи воздуха приводят к его сжатию, нагреванию, удалению от точки росы и рассеиванию облаков (поэтому в поясах высокого давления — в тропиках и на полюсах — облаков мало и осадков выпадает ничтожно мало);
• Температурный потенциал влагоемкости: в теплом воздухе может содержаться гораздо больше водяного пара, поэтому при одинаковом восходящем движении на экваторе выпадают тысячи миллиметров осадков, а в холодных умеренных и полярных широтах влаги образуется заметно меньше;
• Влияние рельефа и циркуляции ветров: наветренные склоны гор получают обильные дожди, тогда как подветренные остаются сухими («дождевая тень»), а морские ветры несут облачность в глубь континентов.