Взаимодействие океана с атмосферой кратко

Водная и воздушная оболочки Земли соприкасаются друг с другом на пространстве, равном площади поверхности Мирового океана. Обе среды постоянно находятся в непосредственном контакте и на поверхности раздела вода-воздух непрерывно обмениваются энергией и веществом. Связь между океаном и атмосферой настолько тесна, что изменения в одной из сред не могут быть поняты и объяснены без учета влияния другой среды и наоборот. Поэтому в настоящее время все в большей степени становятся необходимыми строгие количественные критерии изменчивости состояния атмосферы и океана. С этих позиций атмосфера и океан рассматриваются как единая термодинамическая система.

Взаимодействие атмосферы и океана (ВАО) есть совокупность разномасштабных, взаимовлияющих механизмов обмена теплом, влагой, импульсом, солями и газами, обеспечивающая в многолетнем плане динамически равновесное состояние климатической системы Земли. Соприкасающиеся газовая и жидкая среды отличаются по многим параметрам, таким как плотность, степень подвижности, химический состав, теплофизические свойства, которыми определяются значительные градиенты многих характеристик на поверхности контакта, вызывающие соответствующие потоки разных субстанций. Например, плотность воды почти на три порядка превышает плотность воздуха, соответственно скорости ветров как минимум на два порядка выше скоростей морских течений. Средняя по массе температура Мирового океана, равная 3,7 о С, на 22,3 о С выше, чем средняя по массе температура атмосферы. ВАО в значительной степени определяется состоянием поверхности океана. Средняя температура воды на поверхности океана (17,82 о С) на 3,6 о С выше, чем средняя температура воздуха у поверхности Земли, следовательно, поток тепла преимущественно направлен от поверхности океана вверх.

Безоблачная атмосфера практически прозрачна для большей части солнечной коротковолновой радиации. Океан, напротив, в основном поглощает коротковолновую энергию и при этом нагревается, а отдает тепло в длинноволновом инфракрасном диапазоне, нагревая таким образом атмосферу. Иными словами, атмосфера нагревается снизу, океан – сверху. В результате океан оказывается стратифицирован преимущественно устойчиво, а в нижней атмосфере очень часто наблюдается неустойчивая стратификация.

Поступление тепла на земную поверхность изначально задано равномерным достаточно стабильной светимостью Солнца, но из-за сферичности Земли, ее осевого и орбитального вращения, а также наклона оси вращения к плоскости эклиптики оказывается весьма изменчивым по времени и пространству, в результате чего в атмосфере и верхнем деятельном слое океана постоянно наблюдаются значительные горизонтальные градиенты температуры. Последние в свою очередь вызывают соответствующие перестройки в поле плотности, что приводит к перемещению воздушных масс, возникновению ветра, волнения, морских течений, то есть прежде всего – динамическому взаимодействию воздушной и водной оболочек Земли. Одновременно происходит испарение воды – наиболее энергоемкий в климатической системе процесс фазового перехода жидкости в пар. Так дается начало созданию механизмов перераспределения тепла и влаги, которые имеют наиболее высокий энергетический уровень. За ними следуют менее энергоемкие, но весьма важные процессы обмена солями и газами.

Практически все движения воды в океане (за исключением имеющих приливную природу) есть прямой или опосредованный результат атмосферных воздействий. Таковы широко распространенные в океане ветровые волны, дрейфовые течения, океанские вихри, а также упомянутые сейши, ветровые и волновые нагоны – то есть явления, возникающие в результате воздействия атмосферы на водную поверхность.

Принципиальная разница взаимовлияния жидкой и газовой земных сфер заключается еще и в том, что атмосфера оказывает на океан преимущественно динамическое воздействие, а океан на атмосферу – тепловое.

Процессы взаимодействия океана и атмосферы, приводящие к взаимному приспособлению геофизических полей, являются одними из наиболее сложных в климатической системе Земли. Большинство этих процессов происходят одновременно, на разных уровнях и разных пространственно–временных масштабах.

Источник

Взаимодействие океана с атмосферой и сушей и его роль в жизни планеты

Существовали времена в древнейшей истории планеты, когда всю поверхность Земли покрывали водные массы. В этих бесконечных пространствах когда-то зарождалась первая жизнь в виде одноклеточных существ. Затем из воды выделились материки (правда, в глубокой древности они имели совсем не такой вид, как сегодня). Взаимодействие океана с атмосферой и сушей обусловило выход жизненных форм из водной среды, их развитие и многообразие. А в итоге – появление на Земле высших млекопитающих и человека.

Значение мирового океана

В жизнедеятельности всей планеты как единого организма океанические массы выполняют важнейшие задачи. Взаимодействие океана с атмосферой и сушей определяется некоторыми физическими свойствами воды, которой свойственно поглощать гораздо большее количество тепла, чем суше. Вода нагревается медленнее, но зато длительное время способна удерживать тепло. Таким образом, более двух третей всего тепла, полученного от Солнца, поглощается водными массами. А всего лишь в десяти сантиметрах воды на поверхности содержится намного больше тепла, чем в атмосферных слоях. Не случайно мировой океан называют аккумулятором тепловой энергии в планетарном масштабе. Взаимодействие океана с атмосферой и сушей выражается в первую очередь в том, что он поставляет в воздух влагу, которая затем в виде осадков питает сушу Земли. Так достигается глобальный круговорот воды, без которого жизнь на планете была бы под большим вопросом (по крайней мере, на наземной ее части).

Солевой обмен

Взаимодействие океана и атмосферы оказывает влияние на «обмен веществ» в планетарном масштабе. В чем же он состоит? Давайте рассмотрим поподробнее. Итак, мы выяснили, что мировой океан насыщает атмосферу влагой и затем напитывает осадками участки суши. Но одновременно с этой влагой (в ходе испарений и разбрызгивания при помощи ветров) в воздухе оказываются соли, которыми полна океанская вода. Превращенные в аэрозоли (мельчайшие частицы, взвешенные в атмосфере), эти соли входят в состав осадков, выпадающих на землю.

Обмен влагой и теплом

Взаимодействие океана с атмосферой и сушей можно описать следующей схемой. Холодные воздушные массы нагреваются над теплыми слоями океана, а теплый воздух, наоборот, охлаждается над холодными. Запасенное океаном тепло (и влага) уходит в ближние слои атмосферы. Над поверхностью мирового океана формируются особые морские воздушные массы. Они кардинально отличаются от континентальных повышенной влажностью и разбросом температурного режима. Данные особенности температур (их различие) способствуют возникновению разницы в атмосферном давлении и способствуют перемещению воздушных масс с океана на материки. Именно поэтому на побережье всегда особый, мягкий, «морской» климат.

Ветры и течения

Яркий пример взаимодействия – муссоны, особые сезонные ветра. Они формируются на границе воды и суши и сильно влияют на климатические условия материков.

Течения в мировом океане (к примеру, Гольфстрим), как результат взаимодействия, также выполняют одну из важнейших задач. Они носят огромнейшие количества тепла (больше, чем передается по воздуху) от экваториальных до умеренных и даже полярных широт, обеспечивая энергоснабжение и своеобразное «отопление» Земли.

Гидросфера: взаимодействие океана и атмосферы

Гидросфера – водная оболочка планеты. Она включает в себя все виды вод на Земле: мировой океан, подземные, поверхностные континентальные. Их общий объем достигает более полутора миллионов кубических километров с массой, превышающей массу атмосферы в сотни раз. Из них океанические воды занимают большую часть – свыше 95%. Принято считать, что в гидросфере впервые появилась и начала развиваться жизнь. И только в палеозое животные и растения стали выбираться на сушу.

Жизнь в океане

Взаимодействие океана с атмосферой и сушей обуславливает многообразие жизненных форм в мировом океане. В нем рождается и развивается великое многообразие живых существ: от мельчайших микроорганизмов до самых больших млекопитающих на планете – гигантских китов. Океан – кладезь пищевых запасов для всего человечества. Здесь ведется промысел млекопитающих, лов рыб, сбор водорослей и планктона. А из морских даров получают не только пищу, но и лекарства от болезней.

Источник

Взаимодействие океана и атмосферы

Мы знаем, что атмосфера сильно влияет на поведение океана. Воздушные течения создают водные течения.

Такие крупнейшие течения в океане, как Гольфстрим и Куросио, возникают в результате действия ветра. Ветер создает морские волны, а морские волны — это одна из «прелестей» океана. Наличие облачности, температура воздуха и тот же ветер определяют прогревание или охлаждение океанской воды. Наоборот, океан влияет на атмосферу, оказывая на нее прежде всего тепловое воздействие. Поскольку теплоемкость воды во много раз больше, чем теплоемкость воздуха, достаточно, например, охладить 100-метровый слой воздуха на 7ю градуса, чтобы атмосфера прогрелась в среднем на 6°. Тепловое воздействие океана на воздух очень велико, и также велико влияние океана на атмосферу вследствие испарения влаги. Влага попадает в воздух главным образом из океанов. Из океанов в год испаряется 3,34X10 14 т воды, а с суши в 5 раз меньше. Почти вся влага попадает в воздух именно с океана, на испарение тратится около 1/3 поглощаемого Землей солнечного тепла. В результате такого взаимодействия формируются долгосрочные изменения погоды.

Так же формируется и климат Земли, и колебания климата. Например, потепление климата, наблюдавшееся в первую половину XX в., а сейчас, по-видимому, закончившееся, должно найти свое объяснение в процессах взаимодействия океана и атмосферы. Потепление климата является одной из наиболее актуальных проблем современной геофизики.

Взаимодействие океана и атмосферы можно разделить на две части: 1) мелкомасштабные процессы и 2) крупномасштабные процессы.

Мелкомасштабные процессы — это образование потоков тепла, влаги и количества движения на поверхности моря, разделяющей океан и атмосферу.

Очень большую роль в их формировании играют штормы, во время которых основная масса тепла и влаги переходит из океана в атмосферу. Не, учитывая штормы, только по средним климатическим данным невозможно вычислить, сколько же тепла и влаги переходит в атмосферу и каково крупномасштабное воздействие тепла и влаги, которые поступают из океана в атмосферу.

Очень много внимания уделял этим процессам академик В. В. Шулейкин. За последние годы интересная работа была выполнена американским ученым Дж. Бьеркнесом, который установил, что малый ледниковый период, имевший место в XVII—XIX вв., по-видимому, объяснялся тем, что в северо-восточной части Атлантики вода была аномально холодной, а в Саргассовом море аномально теплой. Наблюдалась ослабленная циркуляция атмосферы зимой. Вникая в механизм воздействия океана на атмосферу, можно найти ключ к объяснению колебаний климата, вначале с непродолжительными периодами — в полвека, затем — в несколько веков, и в конце концов мы подойдем к причинам возникновения ледниковых периодов.

Надо сказать, что в настоящее время предлагается много гипотез о возникновении ледниковых периодов, но науке еще предстоит решить эту проблему.

Автор: А. С. Монин, доктор физико-математических наук, профессор

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник

§ 12. Взаимодействие океана с атмосферой и сушей

Роль океана в жизни планеты определяется замечательными свойствами воды, которая поглощает гораздо больше тепла, чем поверхность суши. Вода в отличие от суши медленно нагревается, но долго удерживает тепло.

Огромная поверхность океана поглощает 2/3 тепла, поступающего на Землю от Солнца. В десятиметровом слое поверхностных океанических вод тепла содержится больше, чем во всей атмосфере. Поэтому океан называют накопителем тепла на планете. Он поставляет в атмосферу и влагу, питает осадками сушу.

Одновременно с влагой в процессе испарения и разбрызгивания воды под влиянием ветра в воздух попадают соли, растворенные в океане. Эти соли переходят в аэрозоли (мельчайшие взвешенные в воздухе частицы) и определяют солевой состав атмосферных осадков.

Рис. 29. Взаимодействие океана и атмосферы

Роль воздушных масс во взаимодействии океана с атмосферой и материками особенно велика. Поверхность океана активно взаимодействует с атмосферой, обмениваясь с ней теплом и влагой. Этот обмен происходит в результате нагревания холодного воздуха над теплой поверхностью океана и, наоборот, охлаждения теплого воздуха над более прохладными водами. При испарении воды с поверхности океана происходит ее охлаждение, а запасенное в испарившейся воде тепло передается нижнему слою атмосферы.

Большой запас тепла в водах океана влияет на свойства воздушных масс. Над его поверхностью образуется особый подтип — морские воздушные массы, которые отличаются от континентальных (образующихся над сушей) большей влажностью и небольшими различиями температур между сезонами года. Температурные различия над поверхностью океана и суши создают разницу в атмосферном давлении, вызывают перемещение воздушных масс, которые переносят тепло (холод) и влагу с океана на материки. Поэтому на побережьях образуется особый океанический (морской) климат. Наиболее ярким примером взаимодействия океана с материками служат муссоны. Эти сезонные ветры образуются на границах больших массивов суши и океанов. (Объясните их происхождение и влияние на климат суши и прибрежных вод океана в разные сезоны года.)

Огромную роль во взаимодействии океана с атмосферой и сушей играют течения. Они усиливают обмен теплом и влагой между океаном и сушей. От экватора к полюсам они переносят значительно больше тепла, чем воздушные массы. Мощные течения (Гольфстрим, Куросио и др.) несут теплую воду из тропических широт в умеренные и приполярные. Поэтому зимой, когда континенты охлаждены, нагретый теплыми течениями воздух переносит тепло на сушу. При этом повышается температура воздуха в прибрежных и даже достаточно удаленных от океана частях материков. Например, в Северной Атлантике поверхность океана отдает атмосфере тепла больше, чем получает его там же от нагревания солнечными лучами. Западные ветры переносят это тепло в Евразию.

Велика роль и круговорота воды во взаимодействии океана и суши. Океан — главный источник поступления влаги в атмосферу. Круговорот воды — это основа образования вод суши, увлажнения почвы, жизни различных организмов на суше. За год со всей поверхности океана испаряется слой воды толщиной около метра. Однако уровень океана не понижается, так как в него поступают осадки из атмосферы, стекают воды, приносимые реками.

Таким образом, Мировой океан оказывает огромное влияние на природу материков благодаря движению воздушных масс и круговороту воды. Океан определяет облик планеты в целом.

Задания.

Как осуществляется обмен тешюм и влагой между океаном и сушей?
Чем различаются воздушные массы, образующиеся над сушей и океаном?
По рисунку 29 определите взаимодействие океана и атмосферы.

Источник