Взаимодействие океана и атмосферы
Реферат по географии
Тема: Взаимодействие океана и атмосферы
Содержание:
1. Взаимосвязь процессов в океане и атмосфере
2. Изменчивость процессов в океане
3 Влагообмен в системе океан-атмосфера
4 Явления Эль Ниньо и Ла Нинья
5 Глобальное потепление: реальность и прогноз
1. Взаимосвязь процессов в океане и атмосфере
Взаимодействие океана и атмосферы определяет погоду и климат различных областей земного шара, тепловой и динамический режим Мирового океана. Практическое значение решения этой проблемы очевидно - оно открывает пути для разработки более совершенного долгосрочного прогноза погоды, прогноза изменения климата, прогноза режима Мирового океана. Сейчас эта проблема стала одной из важнейших проблем.
Океан и атмосфера соприкасаются на пространстве, составляющем около 71% поверхности планеты. На всем этом пространстве между газовой и жидкой оболочками Земли происходит непрерывное взаимодействие в разнообразных процессах. Только приливные явления, из всех происходящих в Мировом океане процессов, могут рассматриваться независимо в океане и атмосфере.
Все процессы в океане и атмосфере возбуждаются единым источником энергии - солнечным излучением - и представляют собой различные части единого механизма, в котором происходит трансформация тепловой энергии Солнца в другие виды энергии.
Тепловое и динамическое взаимодействие, обмен влагой являются основными процессами во взаимодействии океана и атмосферы. Именно эти процессы имеются в виду, когда рассматривается проблема взаимодействия океана и атмосферы. В нее входит и взаимодействие атмосферы с поверхностью материков, без которого крупномасштабное взаимодействие было бы не полным.
В тепловом отношении океан более активен, так как обладает большим запасом тепла, а атмосфера более активна в динамическом - в силу большей подвижности и больших запасов кинетической энергии.
В ряде отдельных процессов
можно видеть преобладание определенно
направленного воздействия
В результате теплового и
динамического взаимодействия газообразной
и жидкой оболочек Земли создается
основной фон жизни океана и атмосферы,
на котором развиваются все
Воздействие атмосферы на океан проявляется в основном в передаче ему количества движения. Под действием касательного напряжения и пульсаций давления турбулизированного ветрового потока в океане возникают дрейфовые течения, ветровое волнение, внутренние волны. Энергией циркуляции атмосферы, т.е. режимом преобладающих ветров над океанами, обусловлены главные черты системы общей циркуляции вод океана, ветрового волнения, уровенной поверхности. Кроме того, колебания атмосферного давления, особенно при прохождении циклонов, создают в океане градиентные течения, долгопериодные внутренние волны, сгонно-нагонные изменения уровня.
Воздействие океана на атмосферу проявляется главным образом в передаче ей тепла и влаги. Существенную роль при этом играет скрытая теплота, содержащаяся в водяном паре и реализуемая атмосферой в районах конденсации. Тепло океана передается в атмосферу процессами испарения, турбулентного теплооомена и длинноволнового излучения с поверхности океана.
Благодаря большой тепловой инерции деятельного слоя океана его тепловое состояние более стабильно и меняется во времени медленнее, чем тепловое состояние атмосферы. Поэтому крупномасштабные движения в атмосфере стремятся приспособиться к тепловому состоянию океана.
Распределение величин результирующего теплообмена океана с атмосферой определяет районы наибольшего поступления тепловой энергии в атмосферу, а следовательно, определяет и районы наибольшей термодинамической активности в атмосфере. Такими районами являются, в частности, системы течений Гольфстрим и Куросио.
Важную роль регулятора в
процессах взаимодействия океана с
атмосферой играет облачность. В облачности
при конденсации выделяется скрытая
теплота испарения, но в тоже время
она экранирует прямую солнечную
радиацию. Поэтому распределение
облачности создает неравномерность
в прогреве верхних слоев океана.
Длительные аномалии в количестве облаков
над данным районом океана способствуют
образованию аномалий теплосодержания
деятельного слоя. При этом изменяется
испарение, турбулентный и лучистый
теплообмен океана с атмосферой, что
соответствующим образом
В районах частой повторяемости штормов резко увеличиваются турбулентные потоки тепла и влаги, в результате чего эти области являются очагами интенсивного взаимодействия океана и aтмосферы.
Морской лед также играет роль своеобразного регулятора в теплопередаче от океана в атмосферу в полярных областях, уменьшая теплообмен между океаном и атмосферой.
2. Изменчивость процессов в океане
Проблема взаимодействия океана с атмосферой сложна, а форма и содержание взаимодействия многообразны. Поэтому необходимо классифицировать процессы взаимодействия по масштабам. Строго говоря, эти процессы не разделимы, но в то же время деление процессов по масштабам не произвольно - оно определяется масштабом неоднородностей граничных условий на поверхности планеты.
Многообразные внутренние процессы в океане связаны между собой. Эта взаимосвязь прослеживается как между малыми объемами воды, так и между водными массами всего океана. В основе этой взаимосвязи лежат циркуляционные процессы. Спектр их широк - от процессов на молекулярном уровне до процессов всего океана.
Для океанов специфичны динамические,
химические, биологические и геохимические
процессы формирования вертикальной и
горизонтальной структуры водных масс,
сообществ морских организмов и
их продуктивность. Циклические процессы
в основе формирования этих структур
проявляются в виде почти замкнутых
круговоротов массы и вещества. Эта
не полная замкнутость имеет
1. Мелкомасштабная изменчивость
с временным масштабом от
Турбулентность играет важную роль в вертикальном перемешивании вод, в обмене количеством движения и тепла с атмосферой.
2. Мезомасштабная изменчивость
с периодами от часов до
суток. К ней относятся
3. Синоптическая изменчивость
от нескольких суток до
4. Сезонная изменчивость
с годовым периодом и кратными
ему частями. Причиной этих
колебаний является годовое
5. Межгодовая изменчивость.
В ней наиболее ярко выражены
колебания во взаимодействии
океана и атмосферы.
6. Внутривековая изменчивость
с периодами в десятки лет,
связанная с колебаниями
7. Межвековая изменчивость
с периодами в сотни лет.
Проявляется в виде межвековых
колебаний климата и изменения
средней температуры воды
Сотнями лет оценивается "время жизни" глубинных вод океана: Тихого и Индийского - 1300 лет, глубинных вод северной части Атлантики - 600 лет, Антарктики - 100 лет, поверхностных вод северной Атлантики - 10 лет. Таким образом, межвековая изменчивость связана также с обменными процессами во всей толще океанических вод, т.е. с общей вертикальной циркуляцией.
3. Влагообмен в системе океан-атмосфера
Планетарный обмен влаги складывается из количества испаряющейся воды, массы выпадающих осадков, материкового стока и вод, образующихся при таянии льда. Разность между испарением и осадками определяет бюджет пресных вод в любой точке Мирового океана. Общий баланс пресных вод в пределах всего океана вычисляется с учетом материкового стока и количества талых вод (рис.20).
Рис. 20. Планетарный обмен влагой (тыс.км3) (ВМО, 2002)
Затраты тепла на испарение,
отнимающего воду с поверхности
океана, непосредственно являются составляющей
его теплового баланса. Осадки, возвращающие
влагу в океан, являются результатом
конденсации пара в атмосфере, при
которой тепло испарения
Влияние самих осадков на теплосодержание океана незначительно, так же как и стока с суши, возвращающего часть осадков, выпавших над материками.
Если выделить в океане вертикальный столб пространства от поверхности до дна, то баланс влагообмена для него выразится весьма просто (рис. 21).
На любой акватории океана испарение И и осадки О не равны как за небольшие промежутки времени, так и за год в среднем. Возникающие вследствие этого изменения уровня создают горизонтальные градиенты давления, которые перемещают воду и быстро компенсируют изменения уровня. Эти компенсирующие движения накладываются на течения, существующие по другим причинам, но могут быть выделены из наблюдающегося суммарного течения как разность вносимого в столб и выносимого из него объемов воды.
Рис. 21. Схема влагообмена
Таким образом, постоянство количества воды в столбе поддерживается балансом испарения, бокового притока Vп и оттока V0 воды, в которых присутствует и материковый сток Vс:
О+ Vп=И+ V0
Уравнение является уравнением водного баланса, которое определяет количественное соотношение между составляющими водного баланса. Водный баланс - соотношение прихода и расхода воды с учетом изменения ее запасов за выбранный интервал времени для рассматриваемой акватории.
Уравнение не вполне корректно, поскольку Vп и V0 содержат соли, а О и И не содержат. Разность О-И компенсируется только пресной частью Vп и V0 и результирующий водообмен Vп - V0 не равен О - И. В испарении и осадках участвует только пресная вода, поэтому разность О - И называют пресным балансом.
Для океана или моря в целом,
так же как и для отдельного
столба, в среднем соблюдается
постоянство массы воды, поэтому
уравнение водного баланса
Основными составляющими водного баланса являются осадки и испарение. Речной сток дает всего 10% притока. В Тихом и Северном Ледовитом океанах приток пресных вод за счет осадков и речного стока превышает испарение, вследствие чего в них образуется излишек вод, стекающих в Атлантический и Индийский океаны. Поступление пресной воды в океаны происходит в основном в экваториальной зоне и в умеренных широтах южного полушария. В тропических широтах обоих полушарий испаряется влаги больше, чем выпадает осадков. В экваториальной зоне конвергенция пассатов вызывает восходящие потоки воздуха и обильные осадки. В субтропических районах высокого атмосферного давления количество осадков убывает и дефицит воды компенсируется морскими течениями. В умеренных широтах частые циклоны приводят к превышению осадков над испарением.
Определение испарения с поверхности океана является трудным делом. Измерение осадков хотя в принципе и проще, однако на пространстве океана оно систематически выполняется только метеостанциями на островах и берегах. Поэтому в настоящее время данные по пресному балансу океанов весьма схематичны.
4. Явления Эль Ниньо и Ла Нинья
В Мировом океане наблюдаются
особые явления (процессы), которые
можно рассматривать как
Течение Эль Ниньо - постоянное,
небольшое по океаническим масштабам
течение у северо-западных берегов
Южной Америки. Оно прослеживается
от района Панамского залива и следует
на юг вдоль берегов Колумбии, Эквадора,
Перу примерно до 50 ю.ш. Однако приблизительно
один раз в 6 - 7 лет (но бывает чаще или
реже) течение Эль Ниньо
Этот чисто океанологический
процесс имеет ощутимые, а часто
и катастрофические экологические
последствия на суше. Из-за резкого
потепления воды в береговой зоне
(на 8-140С) существенно уменьшается
количество кислорода и, соответственно,
биомасса холодолюбивых видов фито-
и зоопланктона, основной пищи анчоусовых
и других промысловых рыб Перуанского
региона. Огромное количество рыб или
погибает, или исчезает из этой акватории.
Уловы перуанского анчоуса
Однако последствия
Главным виновником участившихся в последние годы погодных аномалий, которые охватили практически все континенты, называют явление Эль Ниньо/Ла Нинья, проявляющееся в значительном изменении температуры верхнего слоя воды в восточной тропической части Тихого океана, что вызывает интенсивный турбулентный тепло- и влагообмен между океаном и атмосферой.
В настоящее время термин «Эль Ниньо» используют применительно к ситуациям, когда аномально теплые поверхностные воды занимают не только прибрежную область возле Южной Америки, но и большую часть тропической зоны Тихого океана вплоть до 180 меридиана.
В обычных погодных условиях, когда фаза Эль Ниньо еще не настала, теплые поверхностные воды океана удерживаются восточными ветрами - пассатами - в западной зоне тропической части Тихого океана, где формируется так называемый тропический теплый бассейн (ТТБ). Глубина этого теплого слоя воды достигает 100-200 метров, и именно формирование такого большого резервуара тепла - главное и необходимое условие перехода к режиму феномена Эль Ниньо. В это время температура поверхности воды на западе океана в тропической зоне составляет 29-30°, тогда как на востоке - 22-24°С. Такое различие в температуре объясняется подъемом холодных глубинных вод на поверхность океана у западного побережья Южной Америки. При этом в экваториальной части Тихого океана формируется акватория с громадным запасом тепла и наблюдается равновесие в системе океан-атмосфера. Это ситуация нормального баланса.
Примерно раз в 3-7 лет
баланс нарушается, и теплые воды западного
бассейна Тихого океана движутся на восток,
и на огромной акватории в экваториальной
восточной части океана происходит
резкое повышение температуры
Рис. 22. Обычные условия и фаза наступления Эль Ниньо
За последние 25 лет отмечены пять активных циклов Эль Ниньо: 1982-83, 1986-87, 1991-1993, 1994-95 и 1997-98 гг.
Механизм развития феномена Ла Нинья (по испански La Niсa - «девочка») - «антипода» Эль Ниньо несколько другой. Явление Ла Нинья проявляется как понижение поверхностной температуры воды ниже климатической нормы на востоке экваториальной зоны Тихого океана. Здесь устанавливается непривычно холодная погода. Во время формирования Ла Нинья восточные ветры с западного побережья обеих Америк значительно усиливаются. Ветры сдвигают зону теплой воды (ТТБ), и «язык» холодных вод растягивается на 5000 километров именно в том месте (Эквадор - острова Самоа), где при Эль Ниньо должен быть пояс теплых вод. Этот пояс теплых вод смещается на запад Тихого океана, вызывая мощные муссонные дожди в Индокитае, Индии и Австралии. Страны Карибского бассейна и США при этом страдают от засух, суховеев и смерчей.
Циклы Ла Нинья отмечались в 1984-85, 1988-89 и 1995-96 гг.
Хотя атмосферные процессы,
развивающиеся при Эль Ниньо
или Ла Нинья, в большинстве своем
действуют в тропических
Эль Ниньо возникает в среднем один раз в три-четыре года, Ла Нинья - раз в шесть-семь лет. Оба явления несут с собой повышенное количество ураганов, но во время Ла Нинья их бывает в три-четыре раза больше, чем при Эль Ниньо.
Достоверность наступления Эль Ниньо или Ла Нинья можно предсказать, если:
1. В районе экватора
в восточной части Тихого
2. Сравнивается тенденция атмосферного давления между портом Дарвин (Австралия) и островом Таити (Тихий океан). При Эль Ниньо давление на Таити будет низким, а в Дарвине высоким. При Ла Нинья - наоборот.
Исследования позволили
установить, что явление Эль Ниньо
это не только простые согласованные
колебания приземного давления и
температуры воды океана. Эль Ниньо
и Ла Нинья - наиболее выраженные проявления
межгодовой изменчивости климата в
глобальном масштабе. Эти явления
представляют собой крупномасштабные
изменения океанской
В годы Эль Ниньо в тропиках происходит увеличение осадков над районами к востоку от центральной части Тихого океана и уменьшение их на севере Австралии, в Индонезии и на Филиппинах. В декабре-феврале осадки больше нормы наблюдаются по побережью Эквадора, на северо-западе Перу, над южной Бразилией, центральной Аргентиной и над экваториальной, восточной частью Африки, в течение июня-августа на западе США и над центральной частью Чили.
Явление Эль Ниньо также ответственно за крупномасштабные аномалии температуры воздуха во всем мире.
В годы Эль Ниньо увеличивается
перенос энергии в тропосферу
тропических и умеренных широт.
Это проявляется в увеличении
термических контрастов между тропическими
и полярными широтами, активизацией
циклонической и
В годы Эль Ниньо:
1. Ослаблены Гонолульский и Азиатский антициклоны;
2. Заполнена летняя депрессия
над югом Евразии, что
3. Больше, чем обычно развиты зимние Алеутский и Исландский минимумы.
В годы Ла Нинья усиливаются осадки над западной экваториальной частью Тихого океана, Индонезией, Филиппинами и почти полностью отсутствуют в восточной части океана. Больше осадков выпадает на севере Южной Америки, в Южной Африке и юго-восточной Австралии. Более сухие, чем нормальные, условия наблюдаются на побережье Эквадора, северо-западе Перу и экваториальной части восточной Африки. Во всем мире отмечаются крупномасштабные температурные отклонения от нормы с наибольшим количеством областей, испытывающих аномально прохладные условия.
За последнее десятилетие достигнуты большие успехи в комплексном исследовании явления Эль Ниньо. Это явление не зависит от солнечной активности, а связано с особенностями в планетарном взаимодействии океана и атмосферы. Установлена связь между Эль Ниньо и Южным колебанием (Эль Ниньо-Южное колебание - ЭНЮК) приземного атмосферного давления в южных широтах. Эта смена атмосферного давления приводит к существенным изменениям в системе пассатных и муссонных ветров и, соответственно, поверхностных океанических течений.
Явление Эль Ниньо все ощутимее влияет на мировую экономику. Так, этот феномен 1982-83 гг. спровоцировал страшные ливни в странах Южной Америки, нанес колоссальные убытки, экономика многих государств была парализована. Последствия Эль Ниньо ощутила половина населения Земли.
Самым сильным за весь период
наблюдений было Эль-Ниньо 1997-1998 годов.
Оно вызвало самый мощный за всю
историю метеорологических
Эль Ниньо 1997-1998 годов существенным
образом повлияло на среднюю глобальную
температуру воздуха Земли: она
превысила обычную на 0.44°С. В том
же 1998 году на Земле была отмечена самая
высокая средняя годовая
Собранные данные свидетельствуют
о регулярности возникновения Эль
Ниньо с интервалом, колеблющимся
от 4 до 12 лет. Продолжительность самого
Эль Ниньо изменяется от 6-8 месяцев
до 3 лет, чаще всего она составляет
1-1.5 года. В этой большой изменчивости
заключены трудности
Влияние климатических явлений Эль Ниньо и Ла Нинья, а значит, и количество неблагоприятных погодных условий на планете, по данным специалистов-климатологов, будет возрастать. Поэтому человечество должно внимательно следить за этими климатическими феноменами и изучать их.
5. Глобальное потепление: реальность и прогноз
Глобальное потепление - процесс постепенного увеличения среднегодовой температуры атмосферы Земли и Мирового океана.
Последнее десятилетие XX века
стало самым теплым за 100 лет наблюдений,
а 1998 г. - самым теплым годом на Земле
за все годы наблюдений. Темпы повышения
температуры составляют примерно 0.15°C
в десятилетие. Диапазон суточных температур
уменьшается во многих точках земного
шара. В среднем минимальные

- Взаимодействие ОПЕК с Россией
- Взаимодействие оратора с аудиторией
- Взаимодействие организации с внешней средой
- Взаимодействие организации с внешней средой
- Взаимодействие организма в экосистемах
- Взаимодействие организма и среды
- Взаимодействие организмов и среды
- Взаимодействие общества и природы
- Взаимодействие общества и природы
- Взаимодействие общества и природы в индустриальный период
- Взаимодействие общества и природы. Проблемы экологии
- Взаимодействие общественных объединений избирательных комиссий в процессе идеологического обеспечения избирательных компаний
- Взаимодействие ОВД со сми в обеспечении правопорядка
- Взаимодействие ОВД со СМИ в работе по предупреждению преступности