Саймон Кинг - Чем пахнет дождь? Ясные ответы на туманные вопросы о климате и погоде

Температура:имеют более низкую температуру, чем окружающее их пространство – около 3700 °C, то есть примерно на 1000 °C холоднее, чем вся фотосфера.

Размер:могут быть во много раз больше Земли.

Образование:возникают благодаря внутреннему магнитному полю Солнца, которое «выдувает» поток частиц на поверхность, формируя таким образом пятно.

Появление:показываются в определенных районах сферы Солнца – в 15–20 градусах от солнечного экватора. Они никогда не встречаются к северу или югу от 70-й широты.

Время:обычно появляются во время солнечного максимума, то есть наибольшей активности Солнца.

Пятна на Солнце – надежный признак высокой солнечной активности: рядом с ними происходят вспышки плазмы, что приводит к образованию протуберанцев и самых страшных чудовищ – корональных выбросов массы. Солнечный ветер переносит эту массу высокозаряженных частиц в космос, где поток, привлеченный ее магнитным полем, иногда направляется в сторону Земли. С 1645 по 1715 год наблюдался солнечный минимум – активность солнечных пятен была почти нулевой. Это совпало с малым ледниковым периодом. Данный период получил название минимума Маундера, однако среди некоторых ученых до сих пор ведутся жаркие дебаты насчет того, почему именно было так холодно. Стала ли погода следствием солнечного минимума? Нужно заметить, что малый ледниковый период случился примерно в то же время, что и увеличение вулканической активности, в результате которого в верхние слои атмосферы попали частицы, блокировавшие солнечные лучи и еще сильнее уменьшившие воздействие Солнца. Более общий вопрос звучит так: есть ли какие-то доказательства влияния изменений в активности Солнца на климат? В каком-то отношении – безусловно: со временем количество солнечной энергии увеличивается и уменьшается, и солнечный максимум ассоциируется с более высоким уровнем УФ-излучения, которое влияет на жизнь на Земле и на происходящее в атмосфере. Во время солнечных минимумов, когда активность пятен на Солнце наименьшая, УФ-излучение тоже слабее. Конечно, все это оказывает свое воздействие, однако следует учитывать и значительное увеличение уровня загрязнения, в том числе парниковыми газами, и реакцию Земли на это загрязнение, так что отделить влияние солнечной активности от влияния изменения климата и его естественных флуктуаций практически невозможно.

Солнце определяет погоду на Земле на всех уровнях. Влияние Солнца, расположенного в 150 миллионах километров от нас, пронизывает каждый слой атмосферы, приводя к изменениям освещенности, температуры, влажности и атмосферного давления. Постоянно изменяющиеся в связи с этим свойства воздуха в разных сочетаниях и пропорциях создают природные стихии. В первую очередь это ветер, облака и осадки. За этим кроется множество более конкретных природных явлений всех форми видов – например, снег, туман и струйные течения. Рассмотрев их, мы сможем точно узнать, как именно они влияют на мир вокруг нас.

Ветер – вероятно, самая значительная из погодных стихий на Земле. Часто мы отмахиваемся от него как от неприятности, из-за которой портится прическа, дождь летит прямо в лицо или – что более серьезно – происходят массовые разрушения, когда ветер переходит в ураган или торнадо. Однако эта стихия невероятно важна как в глобальном, так и в локальном масштабе. В первом случае ветер необходим для перемещения теплого воздуха с экватора на полюса, чтобы регулировать температуру. Стихия также распределяет по земному шару влажность – без него не существовало бы круговорота воды в природе. В локальном масштабе ветер – одна из основных причин почти любых погодных явлений. При этом он важен не только для метеорологии, но и для географии и природных ландшафтов, которые тоже сформированы ветром: от эрозии гор до распространения пыльцы цветов и растений.

В метеорологии ветер определяется очень просто – поток воздуха. Поток может быть вертикальным, восходящим или нисходящим, или горизонтальным, распространяющимся в любом направлении. В обычном метеорологическом прогнозе вам сообщают скорость и направление ветра. При этом направление указывается исходящее: юго-западный ветер дует не на юго-запад, а с юго-запада. Скорость ветра может колебаться от спокойных 0–5 м/с до ураганных – более 33 м/с и, наконец, до реактивных потоков, например, в торнадо, где скорость достигает 134 м/с.

Чтобы понять, как движется воздух, нужно учесть температуру и давление. Когда Солнце нагревает воздух, атомы и молекулы возбуждаются, они начинают колебаться и беспорядочно двигаться, и между ними увеличивается пространство. Этот разогретый воздух тем самым расширяется и начинает подниматься вверх. В более холодном воздухе, соответственно, атомы и молекулы приближаются друг к другу, воздух становится более плотным и опускается вниз. Это движение вверх и вниз и определяет атмосферное давление: поднятие теплого воздуха снижает давление у поверхности, а холодный воздух, опускающийся вниз – увеличивает. Когда на каком-то участке атмосферы возникает разность давления, воздух естественным образом перетекает из области высокого в область более низкого давления, где воздуха меньше. Это движение воздуха и есть ветер. Чем больше разность давления между двумя участками воздуха, тем сильнее ветер. Зоны низкого давления создают влажную и ветреную погоду: воздух быстро движется к центру низкого давления, создавая сильный ветер, а при восхождении образует облака и дождь.

Конечно, все не так просто, как изложено здесь. В глобальном масштабе нам известно, что Солнце нагревает экватор сильнее, чем полюса. Это значит, что воздух у экватора тоже нагревается, а следовательно, расширяется и поднимается. Когда воздух доходит до пределов атмосферы и не может двигаться дальше, он начинает продвигаться в сторону одного из полюсов – к северу или к югу. В процессе воздух начинает остывать и вновь опускается к поверхности. Достигнув ее, он вновь перенаправляется на север или на юг. Воздух, попавший опять на экватор, со временем нагревается – и процесс возобновляется. Сам процесс, как вы, возможно, уже знаете, называется циркуляцией. Это так называемая циркуляционная ячейка Хэдли [2] Ячейка Хэ́дли (или ячейка Гадлея) – элемент циркуляции земной атмосферы, наблюдаемый в тропических широтах. Характеризуется восходящим движением у экватора, направленными к полюсам потоками на высоте 10–15 км, нисходящими движениями в субтропиках и потоками по направлению к экватору у поверхности. Эта циркуляция определяет погоду и климат в тропиках. . В средних широтах находится ячейка Феррела [3] Ячейка Феррела – элемент циркуляции земной атмосферы в умеренном поясе. Находится примерно между 30 и 65 градусами северной широты и 30 и 65 градусами южной широты, ограничена субтропическим хребтом с экваториальной стороны и полярным фронтом – с полярной. Считается второстепенным циркуляционным элементом и полностью зависит от ячейки Хэдли и полярной ячейки. , а у полюсов – полярная ячейка [4] Полярная ячейка – элемент циркуляции земной атмосферы в приполярных районах Земли, имеет вид приповерхностного вихря, который закручивается на запад, выходя из полюсов; и высотного вихря, закручивающегося к востоку. . Именно благодаря этим циркуляционным ячейкам на экваторе не так жарко, а на полюсах не так холодно.