Сам себе синоптик

В этом большом и благородном деле немалую помощь взрослым оказывают школьники, участвуя в поисковой и исследовательской работе отрядов Всесоюзной туристско-краеведческой экспедиции пионеров и школьников «Моя Родина — СССР». В экспедиции участвует школьники IV–X классов всей страны.

Почему меняется погода?

Как же возникает та или иная погода и почему она так часто меняется? Поверхность Земли нагревается неравномерно. Степень ее нагрева во многом зависит от высоты Солнца над горизонтом. Чем выше Солнце поднимается над горизонтом, тем больше лучей падает на поверхность Земли; чем опускается ниже — на тот же участок их попадает значительно меньше, они скользят по земной поверхности (рис. 1). Поэтому там, где солнечные лучи падают почти отвесно, находится зона самого теплого климата на Земле: это область между тропиками. В полярных областях (в Арктике и Антарктике) Солнце в течение полярной ночи совсем не восходит, а полярным летом оно едва поднимается над горизонтом, и лучи падают на Землю косо, нагревая ее незначительно.

Но и это не все. На земной поверхности мы видим горы и равнины, покрытые растительностью степи и голые пустыни, леса, реки, озера, моря и океаны. Одинаково ли нагреваются все эти части земной поверхности? Безусловно, нет. Сильнее и быстрее нагревается сухая голая почва. Лучше и быстрее прогревается от нее и воздух. Значительно медленнее нагревается вода, так как лучи Солнца проникают вглубь. Но она и дольше остывает. Поэтому и воздух над ней прогревается и остывает медленнее.

Рис 1.

Между подстилающей поверхностью и атмосферой происходит непрерывный обмен влагой. Испаряясь с океанов, водяной пар восходящими движениями воздуха поднимается вверх. Там температура воздуха настолько низкая, что водяной пар конденсируется в капли, образуя облака. Облака ветром переносятся на континент, где из них выпадают осадки. Осадки частично впитываются в почву и корнями растений, частично испаряются, частично стекают в реки, а оттуда в море. И все опять начинается сначала. Происходит вечный круговорот воды в природе.

Таким образом, разные участки Земли и воздух над ними нагреваются и увлажняются неодинаково. В результате создаются очаги прогретых и увлажненных различной степени участков атмосферы, размеры которых достигают нескольких тысяч квадратных километров. Их называют воздушными массами.

Воздушные массы находятся в непрерывном движении и постоянно меняют свои свойства. Замечено, что есть места — «очаги», где они накапливаются или, как принято говорить, формируются особенно часто. Одним из таких очагов является Арктика. Ее часто называют «кухней погоды». И это совершенно справедливо. Воздух здесь приобретает свойства холодных полярных льдов, распространяется к югу, неся с собой похолодание. В границах одной воздушной массы погода стабилизируется медленно, при смене воздушных масс — меняется резко, скачкообразно.

Различают периодические и непериодические изменения погоды. Первые связаны с вращением Земли вокруг Солнца и своей оси. Это суточные, а также сезонные изменения температуры и влажности воздуха, направления ветра и других метеорологических элементов. Суточные изменения особенно хорошо наблюдать в ясные дни: перед рассветом температура воздуха и почвы, как правило, минимальна, а относительная влажность наибольшая, ветер стихает, иногда выпадает роса, по дну лощин и в поймах рек стелется туман; с восходом солнца исчезает роса, туман рассеивается, поднимается ветер; после полудня температура воздуха самая высокая.

Непериодические изменения погоды обусловлены перемещением воздушных масс из одной географической области в другую в общей системе циркуляции атмосферы.

Почему же воздушные массы так непоседливы?

Причина в том, что холодный воздух тяжелее теплого и стремится опуститься вниз, а теплый — подняться вверх. В бане, как известно, внизу всегда холоднее, чем вверху, «на полке». Если мы приоткроем входную дверь бани, сразу же почувствуем, как понизу тянет холодный воздух, а теплый выходит наружу поверху (рис. 2).

Нечто похожее происходит и в воздушной оболочке Земли. Когда холодная и теплая воздушные массы сближаются друг с другом, холодный воздух как бы ложится клином под теплый, вытесняя его вверх. Граница между воздушными массами представляет собой слой воздуха шириной 10–15, а иногда 50 и более километров. Пространство между двумя воздушными массами называется фронтальной зоной, или фронтом, а место пересечения фронта с поверхностью Земли — линией фронта. Именно здесь наблюдается скачок температуры, влажности, направления и скорости ветра и других метеорологических элементов.

Рис. 2.