Циклон
Циклон – это огромная масса воздуха, которая вращается в виде вихря вокруг вертикальной оси диаметром до нескольких тысяч километров. В центре данного вихря наблюдается пониженное давление.
Циклоны
В Северном полушарии атмосферный вихрь циклона вращается против часовой стрелки, в Южном – по часовой. Циклоны возникают регулярно, так как их образование напрямую связано с вращением Земли. Не бывает циклонов рядом с экватором.
Циклоны бывают двух типов:
- Тропические. Возникают в тропических широтах, отличаются относительно небольшими размерами. Однако им свойственна огромная, разрушительная сила ветра.
- Внетропические. Формируются в полярных и умеренных широтах. Достигают нескольких тысяч километров в диаметре.
Интересный факт: в тропических циклонах нередко наблюдается «глаз бури» – это область размером около 20 км в самом центре вихря, в которой сохраняется ясная и безветренная погода.
Главные отличительные особенности циклона – колоссальная энергия, которая проявляется в виде сильных ветров, бурь, гроз, шквалов, осадков. Мощным тропическим циклонам присваивают уникальные имена или названия, например, «Катрина» (2005), «Нина» (1975), «Дориан» (2019).
Интересно:
Что такое небо?
Атмосферное давление в горах
В горах атмосферное давление так или иначе будет ниже, чем у кромки моря. То, как человек при этом будет себя чувствовать, зависит от высоты и некоторых дополнительных условий. Например, при нормальной влажности восхождение на 3000 м может вызвать слабость и снижение дееспособности. Это происходит из-за недостатка кислорода.
Во влажном климате подобные ощущения возникают уже на высоте 1000 м. Дело в том, что молекулы воды вытесняют молекулы кислорода — во влажном воздухе кислорода меньше. А в сухом климате можно подняться на 5000 м почти без проблем.
Температура и давление земной атмосферы меняются с высотой. Температура, обозначенная желтой линией, падает с высотой в одних зонах, но повышается в других. Давление, обозначенное черной линией справа, сильно уменьшается с высотой. Encyclopædia Britannica, Inc.
Влияние различных высот на человека:
— 5 км — ощущается нехватка кислорода;
— 6 км — это наибольшая высота, на которой существуют постоянные поселения людей;
— 8,9 км — высота Эвереста. Вода на такой высоте кипит при температуре + 68 ℃. Опытные, подготовленные альпинисты могут недолго находиться на такой высоте;
— 13,5 км — безопасно здесь можно находиться только с запасом чистого кислорода. Это максимально допустимая высота, на которой можно находиться без специального снаряжения;
— 20 км — это высота, неприемлемая для человека. Безопасно, если только находиться в герметично закрытой кабине.
Альпинист стоит на вершине горы Эверест, Непал. Гора Эверест настолько высока, что количество кислорода там слишком мало для дыхания. Чтобы благополучно добраться до вершины многим альпинистам необходимы кислородные баллоны.
Атмосферное давление сегодня:
Давление атмосферы
Вы уже знаете, что воздух представляет собой смесь газов, соответственно он очень легкий. Однако он способен давить на поверхность земли и на все предметы, окружающие нас. Поэтому он воздействует и на нас с вами. На 1 см2 поверхности земли оказывается давление атмосферы в 1 кг.
Тогда, подсчитав площадь поверхности человеческого тела, приблизительно получим 1,5 м2 на которые оказывает давление воздух с силой 15т.
Представьте, что КамАЗ весит как раз 15 тонн и вот если он окажется сверху человека, что произойдет? Конечно, он его раздавит.
Почему же мы его не ощущаем? Оказывается, давление внутри нашего организма такое же, как и воздуха. Отсюда получаем, что внутреннее и внешнее давление как-бы уравновешивают друг друга.
Из всего сказанного вытекает, что давление в атмосфере – это сила, с которой воздух давит на поверхность Земли и все предметы, расположенные на ней.
Возникает вопрос: какое давление в атмосфере и как оно было измерено?
Познакомимся с опытом итальянского ученого Эванджелиста Торричелли, который был проведен 300 лет назад
В результате проведенного опыта была определена величина давления атмосферы равная 760 мм ртутного столба, которую принято считать нормальным. Единицей измерения считается миллиметр ртутного столба – мм рт.ст.
Соответственно, если давление атмосферы будет превышать эту величину, то оно будет считаться высоким, если же наоборот, то низким.
Для измерения данного показателя используют различные виды барометров:
- Ртутный барометр атмосферного давления считается самым точным и был изобретен Торричелли.
- Для измерения атмосферного давления могут использоваться барометром-анероидом. В отличие от предыдущего он является безжидкостным, то есть не содержат ртути. Им удобно пользоваться в полевых условиях. Он состоит из металлической коробочки, из которой выкачан воздух. При увеличении атмосферного давления дно коробочки сдавливается, а при уменьшении – изгибается. Эти изменения передаются на стрелку, которая перемещается по круговой шкале, разделенной на миллиметры. Именно по стрелке определяются показания барометра.
- Для записи атмосферного давления в течение определенного периода времени применяются самопишущие барометры-барографы.
Барометр-барограф Источник
Изменение атмосферного давления осуществляется в зависимости от различных факторов. Познакомимся с самыми основными.
- Рельеф земного шара влияет на давление воздуха, с высотой происходит его изменение в сторону уменьшения.
Изменение давления воздуха с высотой можно изобразить на графике.
- С изменением температуры воздуха меняется и давление. В областях с теплым климатом воздух становится легче, поднимается вверх, поэтому у поверхности Земли давление понижается. На территориях с холодным климатом воздух становится тяжелее, опускается вниз, давление там увеличивается.
Распределение атмосферного давления на поверхности Земли изображается на картах с помощью изобар.
Изобары – линии, соединяющие места с одинаковым атмосферным давлением.
В распределении давления, также как и температуры, прослеживается зональность. Принято выделять несколько поясов преобладания низкого и высокого давления.
Дать описание ,всем климатическим поясам!
Экваториальный пояс. Экваториальные воздушные массы (ЭВ) весь год, зона низкого давления. Климатические области внутри пояса не выражены. Температуры весь год высокие, увлажнение избыточное, осадков много. Сезонные колебания среднемесячных температур, давления и осадков незначительные, ветры слабые. Погода: до полудня — жаркая солнечная, после полудня — обильные дожди.Субэкваториальные пояса. Сезонная смена воздушных масс: летом — экваториальные (ЭВ), зимой — тропические (ТВ). Летом климатические и погодные условия такие же, как в экваториальном поясе, зимой — как в тропическом, в области пустынного климата (кТВ). Зима немного прохладнее, чем лето, но отличается сухостью.Тропические пояса. Тропические воздушные массы весь год (ТВ), преобладание континентального тропического воздуха (кТВ). Давление высокое, температура высокая, но зимой немного ниже, чем летом. Значительная годовая и суточная амплитуда колебаний температур. Осадков почти нет, увлажнение ничтожное, нередки сильные жаркие сухие ветры и пыльные бури. Такой сухой жаркий климат называют аридным, а те части тропических поясов, в которых типичны такие климатические условия — областями тропического, пустынного климата. Погода ясная, солнечная, сухая.Субтропические пояса. Сезонная смена воздушных масс: тропические (ТВ) летом, умеренные (УВ или ПВ) — зимой. Давление летом высокое, зимой — относительно низкое. Значительные сезонные различия температур и осадков, но температура положительна в течение почти всего года. Хотя возможны кратковременные ее понижения до отрицательных значений и даже выпадение снега. На равнинах он быстро тает, в горах может сохраняться в течение нескольких месяцев. Летом преобладают пассаты, зимой — западные ветры.Умеренные пояса. В течение всего года господствуют умеренные воздушные массы (УВ), но возможны вторжения ТВ (особенно летом) и АВ (обычно зимой). Большие сезонные различия температуры: лето теплое, иногда жаркое, зима холодная, морозная, продолжительная. Атмосферное давление в течение года относительно низкое, интенсивная циклоническая и фронтальная деятельность, порождающая неустойчивость климатических и погодных условий, особенно зимой. Западные ветры в течение всего года, зимой часто дуют северо-восточные ветры, а летом иногда — пассаты. Зимой во многих районах пояса наблюдается продолжительный и устойчивый снеговой покров. В пределах умеренного пояса свойства воздушных масс изменяются с запада на восток, особенно в северном полушарии.Субарктический и субантарктический пояса. Летом — умеренные (УВ), а зимой — арктические и антарктические воздушные массы (АВ). Большие сезонные колебания температуры воздуха, сплошное распространение многолетней мерзлоты. Летом — западные ветры, зимой — северовосточные или юго-восточные. Арктический и антарктический пояса. АВ в течение всего года, очень холодные зима и лето, осадков мало, сильные ветры (на севере — северо-восточные, на юге — юго-восточные).
Экзосфера
Экзосфера — это самый большой и крайний внешний слой Земной атмосферы. Он простирается на 600 км, пока плавно не перейдёт в межпланетное пространство. Это делает его толщиной в 10.000 км. Самая дальняя граница экзосферы достигает половины пути до Луны.
Термин «экзосфера» происходит от греческого exo (что значит «внешний»), обозначает тот факт, что это последний атмосферный слой перед космическим вакуумом.
Состав экзосферы
Частицы в экзосфере чрезвычайно далеки друг от друга и поэтому не классифицируются как газы, потому что плотность слишком низкая. Одна частица может пройти сотни километров до столкновения с другой. Они также не считаются плазмой, так как электрически они не заряжены.
В нижних областях экзосферы можно найти водород, гелий, углекислый газ и атомарный кислород, которые остаются минимально притянутыми к Земле гравитационным полем.
Температура экзосферы
Из-за того, что экзосфера находится почти в вакууме (из-за отсутствия взаимодействия между молекулами), температура в слое постоянная и холодная.
Мы не можем жить без атмосферного давления!
Странно, но факт: мы действительно не можем жить без атмосферного давления! Даже сейчас, когда ты читаешь эту статью, твое тело использует атмосферное давление, чтобы перемещать воздух в легкие и из них. Это говорит о том, что благодаря атмосферному давлению мы можем дышать.
Как же мы дышим?
Диафрагма — самая важная мышца при вдохе. Она попеременно сокращается и расслабляется, при этом изменяются объем легких и внутреннее давление в них. Когда объем легких увеличивается, то давление в них снижается, т.е. оно становится ниже атмосферного, и воздух начинает поступать в легкие. Так происходит вдох. При повышении давления в легких воздух выходит. Это выдох.
Диафрагма во время дыхания
Влияние давления и перемены температуры
Немало проблем со здоровьем могут доставить гипертоникам и перемены температуры воздуха. В период антициклона, сочетающегося с жарой, значительно повышается риск кровоизлияний в мозг, поражений сердца.
Из-за высокой температуры и повышенной влажности уменьшается содержание кислорода в воздухе. Особенно плохо такая погода влияет на пожилых людей.
Зависимость АД от атмосферного давления не так сильна, когда жара сочетается с небольшой влажностью и нормальным либо слегка повышенным давлением воздуха. Однако в некоторых случаях такие погодные условия становятся причиной сгущения крови. Это усиливает риск появления тромбов и развития инфарктов, инсультов.
Самочувствие гипертоников ухудшится, если атмосферное давление повышается одновременно с резким понижением температуры окружающей среды. При повышенной влажности, сильном ветре развивается гипотермия (переохлаждение). Возбуждение симпатического отдела нервной системы вызывает уменьшение теплоотдачи и усиление теплопродукции.
Сокращение теплоотдачи вызвано снижением температуры тела из-за спазма сосудов.
Процесс способствует повышению термического сопротивления организма. Для защиты от переохлаждения конечностей, кожи лица сужаются сосуды, которые находятся в этих частях тела.
Если охлаждение организма очень резкое, развивается стойкий сосудистый спазм. Это может вызвать повышение АД. К тому же, резкое похолодание меняет состав крови, в частности, сокращается количество защитных белков.
История измерения атмосферного давления
Мы живем на дне огромного воздушного океана, называемого атмосферой. Все изменения, которые происходят в атмосфере, непременно оказывают влияние на человека, на его здоровье, способы жизнедеятельности, т.к. человек является неотъемлемой частью природы. Каждый из факторов, определяющих погоду: атмосферное давление, температура, влажность, содержание в воздухе озона и кислорода, радиоактивность, магнитные бури и др. оказывает прямое или косвенное воздействие на самочувствие и здоровье человека. Остановимся на атмосферном давлении.
Атмосферное давление — это давление атмосферы на все находящиеся в ней предметы и Земную поверхность.
В 1640 году великий герцог Тосканский решил устроить фонтан на террасе своего дворца и приказал для этого подвести воду из ближайшего озера с использованием всасывающего насоса. Приглашенные флорентийские мастера сказали, что это невозможно, потому что воду нужно было всасывать на высоту более 32 футов (более 10 метров). А почему вода не всасывается на такую высоту, объяснить не могли. Герцог попросил разобраться великого ученого Италии Галилео Галилея. Хотя ученый уже был стар и болен и не мог заняться экспериментами, он все-таки предположил, что решение вопроса лежит в области определения веса воздуха и его давления на водную поверхность озера. За разрешение этого вопроса взялся ученик Галилея Эванджелиста Торричелли. Для проверки гипотезы своего учителя он провел свой знаменитый опыт. Стеклянную трубку длиной 1 м, запаянную с одного конца, заполнил полностью ртутью, и плотно закрыв открытый конец трубки, перевернул ее этим концом в чашку с ртутью. Часть ртути из трубки вылилась, часть осталась. Над ртутью образовалось безвоздушное пространство. Атмосфера давит на ртуть в чашке, ртуть в трубке тоже давит на ртуть в чашке, так как установилось равновесие, то эти давления равны. Рассчитать давление ртути в трубке означает рассчитать давление атмосферы. Если атмосферное давление повышается или понижается, то столбик ртути в трубке соответственно повышается или понижается. Так появилась единица измерения атмосферного давления – мм. рт. ст. – миллиметр ртутного столба. Наблюдая за уровнем ртути в трубке, Торричелли заметил, что уровень меняется, значит, он не является постоянным и зависит от изменения погоды. Если давление повышается, погода будет хорошей: холодной – зимой, жаркой – летом. Если давление резко понижается, значит, ожидается появление облачности и насыщение влагой воздуха. Трубка Торричелли с приставленной линейкой представляет собой первый прибор для измерения атмосферного давления – ртутный барометр. (Приложение 1)
Ртутный барометр
Создавали барометры и другие ученые: Роберт Гук, Роберт Бойль, Эмиль Марриот. Водяные барометры сконструировал французский ученый Блез Паскаль и немецкий бургомистр города Магдебурга Отто фон Герике. Высота такого барометра составляла более 10 метров.
Для измерения давления пользуются различными единицами: мм ртутного столба, физическими атмосферами, в системе СИ – Паскалями.
Связь между погодой и атмосферным давлением
В романе Жюль Верна «Пятнадцатилетний капитан» заинтересовало описание о том, как понимать показания барометра.
«Капитан Гуль, хороший метеоролог, научил его понимать показания барометра. Мы вкратце расскажем, как надо пользоваться этим замечательным прибором.
Вот общие выводы, которые можно сделать из показаний этого ценного прибора. Дик Сэнд отлично умел разбираться в предсказаниях барометра и много раз убеждался, насколько они правильны. Каждый день он советовался со своим барометром, чтобы не быть застигнутым врасплох переменой погоды.»
Я провел наблюдения за изменением погоды и атмосферным давлением. И убедился, что существует эта зависимость.
|
Дата |
Температура, °С |
Осадки, |
Атмосферное давление, мм рт.ст. |
Облачность |
|
28.01.2017 |
-3 |
765 |
ясно |
|
|
29.01.2017 |
-6 |
761 |
пасмурно |
|
|
30.01.2017 |
-4 |
767 |
ясно |
|
|
31.01.2017 |
-5 |
763,5 |
пасмурно |
|
|
01.02.2017 |
-6 |
751 |
пасмурно |
|
|
02.02.2017 |
-12 |
758 |
пасмурно |
|
|
03.02.2017 |
-12 |
753 |
пасмурно |
|
|
04.02.2017 |
-5 |
754 |
ясно |
|
|
05.02.2017 |
-16 |
755 |
ясно |
|
|
06.02.2017 |
-23 |
764 |
ясно |
|
|
07.02.2017 |
-21 |
769 |
ясно |
|
|
08.02.2017 |
-15 |
765 |
пасмурно |
|
|
09.02.2017 |
768 |
ясно |
||
|
10.02.2017 |
764 |
пасмурно |
Приборы для измерения атмосферного давления
В Международной системе единиц давление атмосферы измеряется в Паскалях. В России, помимо Паскалей, применяются такие единицы измерения, как бары, миллиметры ртутного столба и производные от них.
Применение тех или иных единиц измерения обусловлено приборами, которые используются для определения уровня атмосферного давления. Измеряется давление атмосферы при помощи ртутных барометров. В них 1 миллиметр ртутного столба равняется 113 Паскалям.
Бывают следующие типы барометров:
- Жидкостные. Они наполнены ртутью. При изменении давления ртуть то поднимается, то опускается в колбе. На ртутном барометре имеется разграничение на шкалы. Именно по ним определяется уровень давления. Такие барометры показывают высокую точность, но не очень удобны в использовании. Чаще всего их используют на метеорологических станциях.
- Механические (барометры-анероиды). Являются наиболее распространенной моделью барометров. Прибор состоит из металлической коробки, внутри которой находится разреженный воздух. При понижении давления коробка начинает расширяться. Если давление повышается, то коробка сжимается и воздействует на прикрепленную пружину. Пружина действует на стрелки, и они приходят в движение. По указателям стрелок можно определить уровень давления.
Как и для других единиц измерения физических величин, существует эталон единицы давления. Первичный эталон отображает абсолютное давление максимально точно. Он находится во Всероссийском НИИ метрологии имени Менделеева в Санкт-Петербурге.
Стратосфера
Стратосфера является вторым по величине слоём атмосферы, а также вторым, ближайшим к Земной поверхности. По оценкам, он содержит около 15% от общей массы атмосферы Земли.
Толщина стратосферы составляет 35 км от тропопаузы, что означает, что она расположена между тропосферой и мезосферой. Термин «стратосфера» происходит от греческого strato (значит «слой») для обозначения того факта, что сама стратосфера подразделяется на другие более тонкие слои.
Слои стратосферы образуются из-за отсутствия климатических явлений, которые смешивают воздух. Таким образом, существует чёткое разделение между холодным и тяжёлым воздухом внизу и тёплым, лёгким воздухом сверху. Таким образом, с точки зрения температуры стратосфера работает точно противоположно тропосфере.
Поскольку эта зона более высокой вертикальной стабильности (без перемещений воздуха), пилоты самолётов, как правило, остаются в начале стратосферы, чтобы избежать турбулентности. Именно на этой высоте самолёты и воздушные шары достигают максимальной эффективности.
Некоторые самолёты, особенно реактивные, влетают в стратосферу, чтобы избежать воздухообмен.
Стратосфера также содержит хорошо известный озоновый слой, который поглощает большую часть ультрафиолетового излучения солнца. Без озонового слоя жизнь на Земле, какой мы её знаем, была бы невозможна.
Подобно тропосфере, стратосфера также имеет область, которая ограничивает её конец и показывает начало мезосферы, которая называется стратопауза.
Состав стратосферы
Большинство элементов, найденных на поверхности Земли и в тропосфере, не достигают стратосферы. Вместо этого они обычно:
- разлагаются в тропосфере;
- могут быть устранены солнечным светом;
- могут переноситься на поверхность Земли через дождь или другие осадки.
Из-за инверсии в динамике температуры между тропосферой и стратосферой воздух практически не обменивается между двумя слоями, в результате чего испарения воды существуют в стратосфере только в незначительных количествах. По этой причине в этом слое чрезвычайно редко образование облаков.
Что касается газов, стратосфера образована преимущественно озоном, присутствующим в озоновом слое. Считается, что 90% всего озона в атмосфере находится в этой области. Кроме того, стратосфера содержит элементы, переносимые извержениями вулканов, такие, как оксиды азота, азотная кислота, галогены и т. д.
Температура стратосферы
Температура в стратосфере увеличивается с увеличением высоты, варьируя от -51 ° C в самой низкой точке (тропопауза) до -3 ° C в самой высокой точке (стратопауза).
Приборы для измерения атмосферного давления
Для измерения атмосферного давления используются такие виды приборов:
- станционный барометр чашечный ртутный СР-А (для диапазона 810-1070 гПа, что характерен для равнин) или СР-Б (для диапазона 680-1070 гПа, который наблюдается на высокогорных станциях);
- барометр-анероид БАММ-1;
- барограф метеорологический М-22А.
Наиболее точными и часто используемыми являются ртутные барометры, которые применяются для измерения атмосферного давления на метеорологических станциях. Они располагаются в помещениях в специально оборудованных шкафах. Доступ к ним строго ограничен в целях техники безопасности: с ними могут работать только специально подготовленные специалисты и наблюдатели.
Более распространенными являются барометры-анероиды, которые применяются для измерения атмосферного давления на метеорологических станциях и на географических стационарах для маршрутных исследований. Зачастую они применяются для барометрического нивелирования.
Барограф М-22А чаще всего используется для фиксации и непрерывной регистрации каких-либо изменений атмосферного давления. Они могут быть двух типов:
- для того чтобы зарегистрировать суточное изменение давления, применяется М-22АС;
- для того чтобы зарегистрировать изменение давления в течение 7 дней, применяется М-22АН.
