Обращение земли вокруг солнца

Как и другие планеты, Земля по своей орбите вращается вокруг Солнца вдоль замкнутой окружности. Но орбита Земли представляет собой не правильную, а немного вытянутую окружность. Поэтому один раз в год Земля близко подходит к Солнцу (3 января) и один раз удаляется от него на самую дальнюю точку орбиты (5 июля). Разница между самым ближним расположением Земли от Солнца (147 млн. км) и самым дальним (152 млн. км) - всего 2 млн. км. Это, по сравнению со средним расстоянием от Земли до Солнца, - очень малая величина. Земля проходит свой путь по орбите вокруг Солнца за 365 дней и 6 часов. Принято считать, что в году 365 дней. Оставшиеся 6 часов в сумме за 4 года составляют 24 часа, (или одни сутки). Эти сутки прибавляют через каждые 4 года к февралю. Тогда 3 года состоят из 365 дней (в феврале - 28 дней), а 4-й год - из 366 дней (в феврале - 29 дней). Года, четные 4-м и состоящие из 366 дней, называются високосными.

23. Гравитационное поле Земли. Геомагнитное поле Земли.

ГРАВИТАЦИОННОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ (а. gravitational field of the Earth, Earth gravitational field; н. Schwerefeld der Erde; ф. champ de gravite de la Terre; и. campo de gravedad de la tierra) — силовое поле, обусловленное притяжением масс Земли и центробежной силой, которая возникает вследствие суточного вращения Земли; незначительно зависит также от притяжения Луны и Солнца и других небесных тел и масс земной атмосферы. Гравитационное поле Земли характеризуется силой тяжести, потенциалом силы тяжести и различными его производными. Потенциал имеет размерность м²•с^-2, за единицу измерения первых производных потенциала (в т.ч. силы тяжести) в гравиметрии принят миллигал (мГал), равный 10^-5 м•с^-2, а для вторых производных — этвеш (Э, Е), равный 10^-9•с^-2.

Значения основных характеристик гравитационного поля Земли: потенциал силы тяжести на уровне моря 62636830 м²•с^-2; средняя сила тяжести на Земле 979,8 Гал; уменьшение средней силы тяжести от полюса к экватору 5200 мГал (в т.ч. за счёт суточного вращения Земли 3400 мГал); максимальная аномалия силы тяжести на Земле 660 мГал; нормальный вертикальный градиент силы тяжести 0,3086 мГал/м; максимальное уклонение отвеса на Земле 120"; диапазон периодических лунно-солнечных вариаций силы тяжести 0,4 мГал; возможная величина векового изменения силы тяжести <0,01 мГал/год.

Часть потенциала силы тяжести, обусловленная только притяжением Земли, называют геопотенциалом. Для решения многих глобальных задач (изучение фигуры Земли, расчёт траекторий ИСЗ и др.) геопотенциал представляется в виде разложения по сферическим функциям. Вторые производные потенциала силы тяжести измеряются гравитационными градиентометрами и вариометрами. Существует несколько разложений геопотенциала, различающихся исходными наблюдательными данными и степенями разложений.

Обычно гравитационное поле Земли представляют состоящим из 2 частей: нормальной и аномальной. Основная — нормальная часть поля соответствует схематизированной модели Земли в виде эллипсоида вращения (нормальная Земля). Она согласуется с реальной Землёй (совпадают центры масс, величины масс, угловые скорости и оси суточного вращения).

Сейчас мы знаем, что геомагнитное поле существует не менее 3,5 млрд лет и за это время магнитные полюса тысячи раз обменивались местами (Брюнес и Матуяма исследовали последнюю по времени инверсию, которая сейчас носит их имена). Иногда геомагнитное поле сохраняет ориентацию в течение десятков миллионов лет, а иногда — не более пятисот веков. Сам процесс инверсии обычно занимает несколько тысячелетий, и по его завершении напряженность поля, как правило, не возвращается к прежней величине, а изменяется на несколько процентов.

Как вы думаете, сколько у нашей планеты магнитных полюсов? Почти все скажут, что два — в Арктике и Антарктике. На самом деле ответ зависит от определения понятия полюса. Географическими полюсами считают точки пересечения земной оси с поверхностью планеты. Поскольку Земля вращается как твердое тело, таких точек всего две и ничего другого придумать нельзя. А вот с магнитными полюсами дело обстоит много сложнее. Например, полюсом можно счесть небольшую область (в идеале опять-таки точку), где магнитные силовые линии перпендикулярны земной поверхности. Однако любой магнитометр регистрирует не только планетарное магнитное поле, но и поля местных пород, электрических токов ионосферы, частиц солнечного ветра и прочих дополнительных источников магнетизма (причем их средняя доля не так уж мала, порядка нескольких процентов). Чем точнее прибор, тем лучше он это делает — и потому все больше затрудняет выделение истинного геомагнитного поля (его называют главным), источник которого находится в земных глубинах. Поэтому координаты полюса, определенные с помощью прямого измерения, не отличаются стабильностью даже в течение короткого отрезка времени.

Можно действовать иначе и установить положение полюса на основании тех или иных моделей земного магнетизма. В первом приближении нашу планету можно считать геоцентрическим магнитным диполем, ось которого проходит через ее центр. В настоящее время угол между нею и земной осью составляет 10 градусов (несколько десятилетий назад он был больше 11 градусов). При более точном моделировании выясняется, что дипольная ось смещена относительно центра Земли в направлении северо-западной части Тихого океана примерно на 540 км (это эксцентрический диполь). Есть и другие определения.

Но это еще не все. Земное магнитное поле реально не обладает дипольной симметрией и потому имеет множественные полюса, причем в огромном количестве. Если считать Землю магнитным четырехполюсником, квадруполем, придется ввести еще два полюса — в Малайзии и в южной части Атлантического океана. Октупольная модель задает восьмерку полюсов и т. д. Современные наиболее продвинутые модели земного магнетизма оперируют аж 168 полюсами. Стоит отметить, что в ходе инверсии временно исчезает лишь дипольная компонента геомагнитного поля, а прочие изменяются много слабее.

Откуда вообще у Земли магнитное поле? Одно из возможных объяснений просто бросается в глаза. Земля обладает внутренним твердым железо-никелевым ядром, радиус которого составляет 1220 км. Поскольку эти металлы ферромагнитны, почему бы не предположить, что внутреннее ядро имеет статическую намагниченность, которая и обеспечивает существование геомагнитного поля? Мультиполярность земного магнетизма можно списать на несимметричность распределения магнитных доменов внутри ядра. Миграцию полюсов и инверсии геомагнитного поля объяснить сложнее, но, наверное, попытаться можно.

24. Облака. Международная классификация облаков. Конденсация и сублимация.

Облака́ — взвешенные в атмосфере продукты конденсации водяного пара, видимые на небе с поверхности земли.

Облака состоят из мельчайших капель воды и/или кристаллов льда (называемых облачными элементами). Капельные облачные элементы наблюдаются при температуре воздуха в облаке выше −10 °C; от −10 до −15 °C облака имеют смешанный состав (капли и кристаллы), а при температуре в облаке ниже −15 °C — кристаллические.

При укрупнении облачных элементов и возрастании их скорости падения, они выпадают из облаков в виде осадков. Как правило, осадки выпадают из облаков, которые хотя бы в некотором слое имеют смешанный состав (кучево-дождевые, слоисто-дождевые, высоко-слоистые). Слабые моросящие осадки (в виде мороси, снежных зёрен или слабого мелкого снега) могут выпадать из однородных по составу облаков (капельных или кристаллических) — слоистых, слоисто-кучевых.

ОБЛАКА ВЕРХНЕГО ЯРУСА (h>6км)
Перистые облака (Cirrus, Ci) — это отдельные облака волокнистой структуры и белесоватого оттенка. Иногда они имеют очень правильное строение в виде параллельных нитей или полос, иногда же наоборот, нх волокна спутаны и разбросаны по небу отдельными пятнами. Перистые облака прозрачны, так как состоят из мельчайших ледяных кристалликов. Часто появление таких облаков предвещает изменение погоды. Со спутников перистые облака порой трудноразличимы.

Перисто-кучевые облака (Cirrocumulus, Cc) — слой облаков, тонких и просвечивающихся, как перистые, но состоящих из отдельных хлопьев или мелких шариков, а иногда как бы из параллельных волн. Эти облака обычно образуют, образно говоря, «кучевое» небо. Часто они появляются вместе с перистыми облаками. Бывают видны перед штормами.

Перисто-слоистые облака (Cirrostratus, Cs) — тонкий, просвечипающийсн беловатый или молочного оттенка покров, сквозь который отчетливо виден диск Солнца или Луны. Покров этот может быть однородным, как слой тумана, либо волокнистым. На перисто-слоистых облаках наблюдается характерное оптическое явление - гало (светлые круги вокруг Луны или Солнца, ложное Солнце и др.). Как и перистые, перистослоистые облака часто указывают на приближение ненастной погоды.

> ОБЛАКА СРЕДНЕГО ЯРУСА (h=2-6 км)
Они отличаются от сходных облачных форм нижнего яруса большой высотой, меньшей плотностью и большей вероятностью наличия ледяной фазы.
Высококучевые облака (Altocumulus, Ac) - слой белых или серых облаков, состоящих из гряд или отдельных «глыб», между которыми обычно просвечивается небо. Гряды и «глыбы», образующие «перистое» небо, сравнительно тонкие и располагаются правильными рядами или в шахматном порядке, реже - в безпорядке. «Перистое» небо обычно является признаком довольно плохой погоды.

Высокослоистые облака (Altostratus, As) - тонкая, реже плотная вуаль сероватого или синеватого оттенка, местами неоднородная или даже волокнистая в виде белых или серых клочьев по всему небу. Солнце или Луна просвечиваются сквозь нее в виде светлых пятен, порой довольно слабых. Эти облака верный признак небольшого дождя.

> ОБЛАКА НИЖНЕГО ЯРУСА (h<2 км)
По мнению многих ученых, слоисто-дождевые облака отнесены к нижнему ярусу нелогично, так как в этом ярусе находится только их основания, а вершны достигают высоты нескольких километров (уровни облаков среднего яруса). Эти высоты более характерны для облаков вертикального развития, и потому некоторые ученые относят их к облакам среднего яруса.

Слоисто-кучевые облака (Stratocumulus, Sc) - облачный слой, состоящий из гряд, валов или отдельных их элементов, крупных и плотных, серого цвета. Почти всегда имеются более темные участки.
Слово "кучевые" (от латинского "куча", "груда") обозначает скупченность, нагроможденность облаков. Эти облака редко приносят дождь, лишь иногда они превращаются в слоисто-дождевые, из которых выпадает дождь или снег.

Слоистые облака (Stratus, St) — довольно однородный, лишенный правильной структуры слой низких облаков серого цвета, очень похожий на туман, поднявшийся нал землей на сотню метров. Слоистые облака закрывают большие пространства, имеют вид рваных лоскутов. Зимой эти облака часто удерживаются весь день, осадки на землю из них обычно не выпадают, иногда бывает морось. Летом они быстро рассеиваются, после чего наступает хорошая погода.

Слоисто-дождевые облака (Nimbostratus, Ns, Frnb) — это темно-серые тучи, порой угрожающего вида. Часто ниже их слоя появляются низкие темные обрывки разорванно-дождевых облаков — типичные предвестники дождя или снегопада.

> ОБЛАКА ВЕРТИКАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ

Кучевые облака (Cumulus, Cu) — плотные, резко очерченные, с плоским, сравнительно темным основанием и куполообразной белой, как бы клубящейся, вершиной, напоминающей цветную капусту. Они зарождаются в виде небольших белых обрывков, но вскоре у них формируется горизонтальное основание, и облако начинает незаметно подниматься. При небольшой влажности и слабом вертикальном восхождении воздушных масс кучевые облака предвещают ясную погоду. В противном случае они накапливаются и течение дня и могут вызвать грозу.

Кучево-дождевые (Cumulonimbus, Cb) - мощные облачные массы с сильным развитием по вертикали (до высоты 14 километров), дающие обильные ливневые осадки с грозовыми явлениями. Развиваются из кучевых облаков, отличаясь от них верхней частью, состоящей из ледяных кристаллов. С этими облаками связан шквалистый ветер, сильные осадки, грозы, град. Период жизни этих облаков короткий — до четырёх часов. Основание облаков имеет тёмный цвет, а белая вершина уходит далеко наверх. В тёплое время года вершина может достигать тропопаузы, а в холодный сезон, когда конвекция подавлена, облака более плоские. Обычно облака не образуют сплошного покрова. При прохождении холодного фронта кучево-дождевые облака могут формировать вал. Солнце сквозь кучево-дождевые облака не просвечивает. Кучево-дождевые облака образуются при неустойчивости воздушной массы, когда происходит активное восходящее движение воздуха. Эти облака также часто образуются на холодном фронте, когда холодный воздух попадает на тёплую поверхность.

Каждый род облаков, в свою очередь, подразделяется на виды по особенностям формы и внутренней структуры, например, fibratus (волокнистые), uncinus (когтевидные), spissatus (плотные), castellanus (башенкообразные), floccus (хлопьевидные), stratiformis (слоистооб-разные), nebulosus (туманнообразные), lenticularis (чечевицеобразные), fractus (разорван-ные), humulus (плоские), mediocris (средние), congestus (мощные), calvus (лысые), capillatus (волосатые). Виды облаков, далее, имеют разновидности, например, vertebratus (хребтовидные), undulatus (волнистые), translucidus (просвечивающие), opacus (непросвечивающие) и др. Далее различаются дополнительные особенности облаков, такие, как incus (наковальня), mamma (вымеобразные), vigra (полосы падения), tuba (хобот) и др. И, наконец, отмечаются эволюционные особенности, указывающие на происхождение облаков, например, Cirrocumulogenitus, Altostratogenitus и т.д.

Наблюдая за облачностью, важно на глаз определить по десятибалышй шкале степень покрытия неба. Чистое небо - 0 баллов. Ясно, на небе нет облаков. Если покрыто облаками не более грети небесного свода 3 балла, малооблачно. Облачно с прояснением 4 балла. Это значит, что облака покрывают половину небесного свода, но временами их количество уменьшается до «ясно». Когда небо закрыто наполовину, облачность 5 баллов. Если говорят «небо с просветами», имеют в виду, что облачность не менее 5, но и не более 9 баллов. Пасмурно - небо полностью покрыто облаками единого голубого просвета. Облачность 10 баллов.

Конденса́ция паров (лат. condense — уплотняю, сгущаю) — переход вещества в жидкое ^[1] или твердое состояние из газообразного.

Сублима́ция (возго́нка) — переход вещества из твёрдого состояния сразу в газообразное, минуя жидкое.

25. Образование осадков. Характеристика режима осадков.

Атмосферные осадки — вода в жидком или твердом состоянии, выпадающая из облаков или осаждающаяся из воздуха на земную поверхность.

Дождь

При определенных условиях облачные капли начинают сливаться в более крупные и тяжелые. Они уже не могут удерживаться в атмосфере и падают на землю в виде дождя.

Град

Бывает, что летом воздух быстро поднимается вверх, подхватывает дождевые тучи и несет их на высоту, где температура ниже 0°. Дождевые капли замерзают и выпадают в виде града (рис. 1).

Рис. 1. Происхождение града

Снег

В зимнее время в умеренных и высоких широтах осадки выпадают в виде снега. Облака в это время состоят не из капелек воды, а из мельчайших кристалликов — иголочек, которые, соединяясь вместе, образуют снежинки.