Влагооборот и формула водного баланса. Распределение осадков по земной поверхности

Начальным источником атмосферной влаги служит Мировой океан, с поверхности которого вода испаряется. Часть ее конденсируется в облаках и выпадает в виде осадков тут же на океане, завершая малый влагооборот. Другая часть испарившейся влаги в виде водяного пара переносится на сушу, где конденсируется в облаках и выпадает в виде жидких или твердых осадков, просачивается в грунт, стекает в реках в океан и расходуется растениями и животными. Это звено влагооборота не замкнуто, поскольку большую часть водяного пара растения в процессе фотосинтеза разлагают на водород и кислород, а меньшую связывают, безвозвратно исключая ее из водообмена. Количественно влагооборот характеризуется водным балансом.

Водный баланс – это алгебраическая сумма всех форм прихода и рас­хода влаги в атмосфере, на избранной территории или на море, на материке или океане и на земной поверхности в целом.

Осадки (Р), выпавшие на территорию, частично испаряются (Е) в атмосферу, частично стекают (R) в океан:

P = E + R,

т.е. осадки равны испарению плюс сток. Это и есть водный ба­ланс. Приведенное уравнение было предложено А.И. Воейковым в 1884 г.

В 1932 г. Г.Н. Высоцкий предложил уравнение, в котором испарение и сток разделены на их составные части. Суммарное испарение Е состоит из непосредственного испарения Е_н и транспирации Т:

Е = Е_н + Т.

Полный сток R расчленен на поверхностный S и подзем­ный U:

R = S + U.

В водном балансе территории участвует также запас или не­достаток подземных вод в прошлые годы ±W.

В настоящее время формула водного баланса имеет вид:

P = E_н + T + S + U ± W

Полное уравнение водного баланса ограниченной территории включает (кроме уже перечисленных составляющих) конденсацию влаги на поверхности, поверхностный приток, подземный приток, изменение запасов воды в снежном покрове, то же в болотах, водо­забор, переброску в другие системы и возвращение воды из хозяй­ственных нужд. При помощи немногих компонентов оно отражает многообразную взаимосвязь между водой, воздухом атмосферы, почвой и растительностью.

Распределение осадков на материках и наокеанах – результат взаимодействия звеньев системы «океан – атмосфера – материк». Решающую роль в распределении осадков по земной поверхности играют: а) солнечная радиация и тепловые свойства воздушных и водных масс; б) циркуляция атмосферы и гидросферы; в) широтное положение, величина и конфигурация материков.

Так как величину испарения определяют напряжение солнеч­ной радиации и температура воздуха и воды, то количество осад­ков больше в жарких климатах и меньше в холод­ных. Действительно, почти половина всех дождей выпадает в поя­се между 20° с.ш. и 20° ю.ш. На оба полярных пояса приходится только 4 % влагооборота. В экваториальном поясе среднее годо­вое количество осадков приближается к 2000 мм, в полярных странах оно меньше 200мм.

Роль динамики атмосферы в распределении осадков двоякая. Вертикальная ее составляющая – тепловая конвекция, фронталь­ное скольжение, орографическое поднятие – обеспечивает конден­сацию пара, а нисходящие токи в антициклонах или при опуска­нии воздуха по склонамее исключают. Горизонтальное перемещение воздушных масс перераспределяет влагу. Теплые и холодные океанские течения оказывают влияние и на испарение влаги, и на ее перенос.

В результате сочетания перечисленных процессов и гео­графических факторов, участ­вующих в формировании атмос­ферных осадков, распределены они по поверхности земного шара зонально-регионально.

Зональность проявляется в существовании чередующихся зон максимумов и минимумов выпадения осадков: экваториальный максимум сменяется минимумами тропиче­ских поясов обоих полушарий, за которыми идут максимумы умеренных широт и минимумы полярных стран. Региональность состоит в том, что каждая зона в направ­лении с запада на восток рас­падается на участки – регионы с разным количеством осадков.

Экваториальная зона максимального количества осадков про­стирается приблизительно от 17° с.ш. до 20° ю.ш. В эту зону входят Амазония, территории северней и южней ее, Центральная Африка, область джунглей на южных склонах Гималаев, Зондский архи­пелаг, Новая Гвинея. Образование экваториального максимума дождей вызвано поступлением огромного количества парообразной влаги из тропических поясов, мощным подъемом воздуха, обусловленного выделением скрытой теплоты фазового перехода воды из пара в жидкость, и его адиабатическим охлаждением с высотой.

Наибольшее количество осадков выпадает на склонах гор, где поднимаются влажные воздушные массы пассатов: Черрапунджи на склоне хребта Хассия в Гималаях – 11 633 мм.

Тропические пояса, от 20 до 32° обоих полушарий, характеризуются господством сухого воздуха. Здесь располагаются два пояса пустынь. Сухость воздуха объясняется его адиабатическим нагреванием и иссушением в нисходящих токах антициклонов. У западных берегов, омываемых холодными течениями, темпера­турная стратификация неблагоприятна для образования осадков: у водной поверхности воздух холоднее, чем вверху и над сушей. Влага, испарившаяся с океанов в тропических широтах, перено­сятся к экватору.

В пустынях осадков выпадает меньше, чем 200 мм в год. Наименьшее в мире их количество - только 0,8 мм – наблюдается в Арике в пустыне Атакама; в Вади-Хальфе в Судане – 2,5 мм.

Восточные части материков – Флорида и район Рио-де-Жаней­ро, Юго-Восточная Азия, Юго-Восток Африки и Восточная Авст­ралия – орошаются дождями, приносимыми пассатами, дующими с океана. Здесь климат влажный тропический.

Начиная от 30° с.ш. и ю.ш. в субтропических и умеренных поясах количество осадков увеличивается и в средних широтах (от 40 до 60° с.ш. и ю.ш.) достигает второго максимума, хотя и значительно меньшего: в среднем 560-860 мм, в прибрежных гор­ных странах может достигать 3000 и даже 5000 мм в год.

Образование максимума осадков умеренных широт обусловле­но: а) западным переносом воздушных масс с океана в Евразию, Северо-Западную Америку и Южные Анды, б) циклонической дея­тельностью, в) подъемом воздуха на арктическом и умеренном фронтах и г) муссонной циркуляцией в Восточной Азии.

Умеренному поясу в соответствии с наибольшей площадью материков именно в этих широтах и особенностями атмосферной циркуляции свойственны наибольшие региональные различия в распределении влаги. В субтропических и северном умеренном поясах выделяются три сектора: 1) западный с обильными осадками, 2) центральный с их минимумом и 3) восточный, в котором количество осадков снова уве­личивается.

Западные регионы – Западная Европа, Северо-Западная Аме­рика, западный склон Анд – первыми встречают морские воз­душные массы и серии циклонов, что обусловливает выпадение обильных осадков.На западных берегах Европы – в Пиренеях, Ирландии, Норвегии выпадает около 1000 мм, а в Скандинавских горах – даже 3000 мм осадков.

Во внутриконтинентальных районах Евразии и Северной Амери­ки образуются зоны и регионы недостаточного и скудного увлаж­нения: степные с осадками от 500 мм на западе до 300 мм на восто­ке; полупустынные и пустынные. Самое сухое место в Европе – Астрахань с годовой суммой осадков 162,6 мм в год. В умеренных пу­стынях Азии и Северной Америки осадков выпадает от 200 до 100 мм (в Турткуле 82 мм в год).

За полярными кругами находятся два высокоширотных мини­мума осадков. Их существование объясняется слабой солнечной радиацией, низкими температурами воздуха и малым возможным влагосодержанием холодного воздуха, ничтожным испарением, а также антициклональной циркуляцией воздуха. Здесь выпадает в среднем около 200-250 мм в год. Региональные различия не велики: западные побережья, омывае­мые теплыми водами, получают осадков больше (Кола 400 мм/год), восточные меньше (устье Лены только90мм/год). При низких температурах и малом испарении эта разница не существенна.