И атмосфера прогревается снизу. Это вызывает восходящие потоки воздуха. Вот они изображены стрелками, вверх от самой поверхности земли. Они вовлекают с собой водные пары, и из-за этого, поднимаясь и охлаждаясь, образуются облака.
Но что нам важно: в основном солнечные лучи падают в район тропиков, и тропики поэтому, естественно, как мы знаем, прогреваются сильнее. И поэтому возникают потоки воздуха от тропиков на север и, соответственно, на юг (следующий, второй слайд, пожалуйста). И вот возникает система конвекции, глобальной конвекции. Справа показаны эти потоки, которые отходят от экватора к средним широтам. И там воздух начинает опускаться. Из-за того, что Земля вращается, такое прямолинейное движение ветра невозможно. Есть сила Кориолиса, которая закручивает потоки воздуха в Северном полушарии в одну сторону, в Южном - в другую сторону. Отсюда возникает некая симметрия Южного и Северного полушария. И от экватора возникает поток, идущий вдоль экватора с востока на запад - это пассаты.
Пассаты - это главные ветры на Земле, они есть как бы движущие силы всех остальных ветров. Сейчас мы к ним перейдём. А с другой стороны - они же порождают морские течения. И это постоянно действующий механизм (тут для простоты не нарисованы континенты). Но течения сталкиваются с континентами и отклоняются на север и на юг от экватора. Мы говорим сейчас об атмосфере, поэтому течения нас сейчас меньше интересуют, хотя для погоды это тоже очень важная составляющая. И погода на земле зависит от конкретного расположения континентов.
Но, казалось бы, ветры должны дуть от экватора и где-то в районе полюсов возвращаться. Но получается не так. Получается, что возникает на Земле как бы три таких конвективных ячейки, они называются: ячейка Хедли, Феррела и Полярный антициклон (на рисунке изображены слева). И поэтому в нашей полосе средних широт ветры дуют в основном с запада на восток. Вернее, ветры-то дуют во все стороны, а вот движение циклонов и антициклонов происходит с запада на восток, к нам они приходят из Европы. А на Европу надвигаются с Атлантического океана. Это как раз и даёт возможность предсказывать погоду, потому что мы в принципе знаем основные направления перемещения циклонов и антициклонов. Но что такое сами эти циклоны и антициклоны, более мелкие ячейки, чем основные ячейки конвекции?
Возникает непрерывное дробление общей конвективной картины на всё более мелкие и мелкие ячейки. Здесь самые большие антициклоны изображены как основные ячейки конвекции. На их фоне возникают более мелкие. И так до самых малейших дуновений ветерка. И вся эта гамма возмущений, весь спектр размеров циклонов, он и отражается в колебаниях, он сказывается на тех флуктуациях погоды, о которых мы будем говорить.
А.Г. Раз уж мы говорим о простых вещах - чем отличается циклон от антициклона?
А.Б. Третий слайд покажите, пожалуйста. Они тут изображены. Средний рисунок - это вертикальная плоскость. В циклоне воздух поднимается и, охлаждаясь наверху, образует облака. Поэтому при циклонах небо покрыто облаками. При этом на поверхности Земли воздух сходится к центру циклона, поднимается и наверху расходится. И эти направления изображены снизу и сверху. Снизу - на поверхности Земли, сверху - наверху, в верхних слоях тропосферы.
А закручиваются они потому, что существует сила Кориолиса. Это изображение для Северного полушария. В Южном полушарии направления закрутки будут обратные. Но циклоны - всегда области пониженного давления на поверхности Земли и повышенного сверху. А антициклоны - это области повышенного давления на поверхности Земли и пониженного - сверху. Самые верхние и самые нижние кривые относятся как раз к давлению на поверхности и, наоборот, в верхних слоях атмосферы.
И вся такая система ветров, она движется, она не стоит на месте. Поэтому циклоны всё время замещают антициклоны. И грубо говоря, у нас половина поверхности Земли покрыта из-за этого облаками, а половина - это ясная, солнечная погода, когда ветер опускается, движение происходит сверху вниз. Воздух при своём движении вниз согревается, и облака не образуются.
Это и есть причина того, что у нас погода бывает разная, причина того, что дуют ветры и причина того, что возникают температурные вариации. Погода, конечно, это не только температура, но температура - одна из простых характеристик, которые легко измерить, легко отследить. И на протяжении более чем столетия в тех широтах, где люди живут, которые населены, и примерно столетие вблизи полюсов и на океанах температуру измеряли достаточно качественно. И теперь эти данные сведены вместе. Я хочу показать эти данные - давайте подряд, с 7-й картинки. Восьмую, девятую, десятую, а потом ещё раз на них посмотрим.
Это ход температуры для нашего Северного полушария, для разных широт более чем за сто лет, с 1880 по 2000-й. Мы видим - посерёдке проведена усреднённая кривая - мы видим, что на всех четырех картинках она повышается. Повышается не совсем монотонно, но это и есть то, о чём мы…
А.Г. То, что заставляет говорить о глобальном потеплении…
А.Б. …не будем сегодня говорить, то есть потепление климата. А вот это средние широты. И другие покажите, чтобы можно было их сравнить. Там внизу подписаны широты, это самые северные, давайте на нём остановимся, потому что размах флуктуаций там наибольший. Все рисунки сделаны в одном размере, но если присмотреться к вертикальной шкале (в градусах), то видно, что размах самый большой - в северных широтах. А самый маленький - вблизи экватора.
А теперь давайте посмотрим, как распределены эти отклонения. Это 10-й слайд.
Вот распределение флуктуаций температуры для этих четырех полос, четырех земных поясов, они сведены на одной картинке. У нас по горизонтали отложены флуктуации температуры, а по вертикали - это гистограмма, она показывает, сколько флуктуаций приходится на данный отрезок отклонения температуры. Самая узкая и самая высокая кривая - это экватор и тропический пояс. А самые широкие, самые большие по амплитуде колебания - это гистограмма для самых северных широт.
Ещё одна существенная особенность этих кривых: они не гауссовые. Существует так называемое нормальное распределение. Покажите 11-й рисунок.
А.Г. Колокольчик Гаусса, так называемый.
А.Б. Да, колокол Гаусса. Колокол Гаусса, - и неслучайно он называется нормальным распределением. Есть в теории вероятностей центральная предельная теорема, которая доказывает, что если вы складываете много независимых случайных событий, то у вас в результате распределение должно быть гауссовым. А здесь, для температуры оно получилось не гауссовым. Выходит, что большие отклонения оказались более вероятны, чем гауссовы. А вблизи малых отклонений, там нечто вроде колокола Гаусса тоже есть, поэтому интуитивно мы погодные отклонения считаем как бы нормальными. Но большие отклонения, большие флуктуации погоды более вероятны, чем в нормальном процессе. И это очень существенно для предсказаний катастроф, для статистики, скажем, наводнений. Оказывается, если считать, что наводнения распределены нормальным образом относительно некого среднего, то эта картина будет очень далека от реальности, мы не сможем предугадать именно те большие отклонения, которые будут катастрофичны.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63
Но что нам важно: в основном солнечные лучи падают в район тропиков, и тропики поэтому, естественно, как мы знаем, прогреваются сильнее. И поэтому возникают потоки воздуха от тропиков на север и, соответственно, на юг (следующий, второй слайд, пожалуйста). И вот возникает система конвекции, глобальной конвекции. Справа показаны эти потоки, которые отходят от экватора к средним широтам. И там воздух начинает опускаться. Из-за того, что Земля вращается, такое прямолинейное движение ветра невозможно. Есть сила Кориолиса, которая закручивает потоки воздуха в Северном полушарии в одну сторону, в Южном - в другую сторону. Отсюда возникает некая симметрия Южного и Северного полушария. И от экватора возникает поток, идущий вдоль экватора с востока на запад - это пассаты.
Пассаты - это главные ветры на Земле, они есть как бы движущие силы всех остальных ветров. Сейчас мы к ним перейдём. А с другой стороны - они же порождают морские течения. И это постоянно действующий механизм (тут для простоты не нарисованы континенты). Но течения сталкиваются с континентами и отклоняются на север и на юг от экватора. Мы говорим сейчас об атмосфере, поэтому течения нас сейчас меньше интересуют, хотя для погоды это тоже очень важная составляющая. И погода на земле зависит от конкретного расположения континентов.
Но, казалось бы, ветры должны дуть от экватора и где-то в районе полюсов возвращаться. Но получается не так. Получается, что возникает на Земле как бы три таких конвективных ячейки, они называются: ячейка Хедли, Феррела и Полярный антициклон (на рисунке изображены слева). И поэтому в нашей полосе средних широт ветры дуют в основном с запада на восток. Вернее, ветры-то дуют во все стороны, а вот движение циклонов и антициклонов происходит с запада на восток, к нам они приходят из Европы. А на Европу надвигаются с Атлантического океана. Это как раз и даёт возможность предсказывать погоду, потому что мы в принципе знаем основные направления перемещения циклонов и антициклонов. Но что такое сами эти циклоны и антициклоны, более мелкие ячейки, чем основные ячейки конвекции?
Возникает непрерывное дробление общей конвективной картины на всё более мелкие и мелкие ячейки. Здесь самые большие антициклоны изображены как основные ячейки конвекции. На их фоне возникают более мелкие. И так до самых малейших дуновений ветерка. И вся эта гамма возмущений, весь спектр размеров циклонов, он и отражается в колебаниях, он сказывается на тех флуктуациях погоды, о которых мы будем говорить.
А.Г. Раз уж мы говорим о простых вещах - чем отличается циклон от антициклона?
А.Б. Третий слайд покажите, пожалуйста. Они тут изображены. Средний рисунок - это вертикальная плоскость. В циклоне воздух поднимается и, охлаждаясь наверху, образует облака. Поэтому при циклонах небо покрыто облаками. При этом на поверхности Земли воздух сходится к центру циклона, поднимается и наверху расходится. И эти направления изображены снизу и сверху. Снизу - на поверхности Земли, сверху - наверху, в верхних слоях тропосферы.
А закручиваются они потому, что существует сила Кориолиса. Это изображение для Северного полушария. В Южном полушарии направления закрутки будут обратные. Но циклоны - всегда области пониженного давления на поверхности Земли и повышенного сверху. А антициклоны - это области повышенного давления на поверхности Земли и пониженного - сверху. Самые верхние и самые нижние кривые относятся как раз к давлению на поверхности и, наоборот, в верхних слоях атмосферы.
И вся такая система ветров, она движется, она не стоит на месте. Поэтому циклоны всё время замещают антициклоны. И грубо говоря, у нас половина поверхности Земли покрыта из-за этого облаками, а половина - это ясная, солнечная погода, когда ветер опускается, движение происходит сверху вниз. Воздух при своём движении вниз согревается, и облака не образуются.
Это и есть причина того, что у нас погода бывает разная, причина того, что дуют ветры и причина того, что возникают температурные вариации. Погода, конечно, это не только температура, но температура - одна из простых характеристик, которые легко измерить, легко отследить. И на протяжении более чем столетия в тех широтах, где люди живут, которые населены, и примерно столетие вблизи полюсов и на океанах температуру измеряли достаточно качественно. И теперь эти данные сведены вместе. Я хочу показать эти данные - давайте подряд, с 7-й картинки. Восьмую, девятую, десятую, а потом ещё раз на них посмотрим.
Это ход температуры для нашего Северного полушария, для разных широт более чем за сто лет, с 1880 по 2000-й. Мы видим - посерёдке проведена усреднённая кривая - мы видим, что на всех четырех картинках она повышается. Повышается не совсем монотонно, но это и есть то, о чём мы…
А.Г. То, что заставляет говорить о глобальном потеплении…
А.Б. …не будем сегодня говорить, то есть потепление климата. А вот это средние широты. И другие покажите, чтобы можно было их сравнить. Там внизу подписаны широты, это самые северные, давайте на нём остановимся, потому что размах флуктуаций там наибольший. Все рисунки сделаны в одном размере, но если присмотреться к вертикальной шкале (в градусах), то видно, что размах самый большой - в северных широтах. А самый маленький - вблизи экватора.
А теперь давайте посмотрим, как распределены эти отклонения. Это 10-й слайд.
Вот распределение флуктуаций температуры для этих четырех полос, четырех земных поясов, они сведены на одной картинке. У нас по горизонтали отложены флуктуации температуры, а по вертикали - это гистограмма, она показывает, сколько флуктуаций приходится на данный отрезок отклонения температуры. Самая узкая и самая высокая кривая - это экватор и тропический пояс. А самые широкие, самые большие по амплитуде колебания - это гистограмма для самых северных широт.
Ещё одна существенная особенность этих кривых: они не гауссовые. Существует так называемое нормальное распределение. Покажите 11-й рисунок.
А.Г. Колокольчик Гаусса, так называемый.
А.Б. Да, колокол Гаусса. Колокол Гаусса, - и неслучайно он называется нормальным распределением. Есть в теории вероятностей центральная предельная теорема, которая доказывает, что если вы складываете много независимых случайных событий, то у вас в результате распределение должно быть гауссовым. А здесь, для температуры оно получилось не гауссовым. Выходит, что большие отклонения оказались более вероятны, чем гауссовы. А вблизи малых отклонений, там нечто вроде колокола Гаусса тоже есть, поэтому интуитивно мы погодные отклонения считаем как бы нормальными. Но большие отклонения, большие флуктуации погоды более вероятны, чем в нормальном процессе. И это очень существенно для предсказаний катастроф, для статистики, скажем, наводнений. Оказывается, если считать, что наводнения распределены нормальным образом относительно некого среднего, то эта картина будет очень далека от реальности, мы не сможем предугадать именно те большие отклонения, которые будут катастрофичны.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63