Метеорология и климатология

Г.И. ПИЛОВЕЦ

МЕТЕОРОЛОГИЯ 
И КЛИМАТОЛОГИЯ

Допущено

Министерством образования Республики Беларусь 

в качестве учебного пособия для студентов учреждений высшего образования

по географическим специальностям

2023

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Москва

«ИНФРАМ»

УДК 551.5(075.8)
ББК 26.23я73
 
П32

Пиловец Г.И.

Метеорология и климатология : учебное пособие / 

Г.И. Пиловец. — Москва : ИНФРА-М, 2023. — 399 с. : ил. — 
(Высшее образование: Бакалавриат).

ISBN 978-5-16-006463-5 (print)
ISBN 978-5-16-102922-0 (online)

Изложена физическая сущность атмосферных явлений и процессов, 

формирующих погоду и климат Земли. Рассмотрены состав, строение и циркуляция атмосферы, ее физические и химические свойства, 
радиационный, тепловой и водный режим; факторы и процессы климатообразования и причины изменения климата, принципы классификации климата, климаты Земли. Описана организация метеорологических наблюдений и международного сотрудничества в данной 
области. 

Для студентов географических специальностей вузов.

УДК 551.5(075.8)

ББК 26.23я73

П32

 
© Пиловец Г.И., 2013

 
© ООО «Новое знание», 2013

ISBN 978-5-16-006463-5 (print) 
ISBN 978-5-16-102922-0 (online)

Рецензенты:

кафедра геологии и разведки полезных ископаемых УО «Гомельский государственный университет им. Франциска Скорины»;
кандидат географических наук, доцент кафедры физической географии 
Белорусского государственного педагогического университета  им. М. Танка А.В. Таранчук

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие......................................................................................................... 7

1. Метеорология и ее связь с другими науками...................................................... 9
1.1..Метеорология.и.климатология...................................................................... 9
1.2..Современный.комплекс.метеорологических.дисциплин...........................14
1.3..Методы.исследований.в.метеорологии........................................................16
1.4..История.развития.метеорологии.и.климатологии......................................18
1.5..Метеорологические.и.климатические.исследования.на.территории..

Беларуси........................................................................................................26

1.6..Организация.гидрометеорологических.наблюдений..................................31
1.7..Международное.сотрудничество.в.области.метеорологии..........................39

2. Строение атмосферы и химический состав воздуха............................................46
2.1..Общие.сведения.об.атмосфере.....................................................................46
2.2..История.развития.атмосферы......................................................................49
2.3..Строение.атмосферы....................................................................................54

2.3.1..Характеристика.основных.слоев.атмосферы.....................................57
2.3.2..Магнитосфера.....................................................................................62

2.4..Химический.состав.воздуха......................................................................... 64

3. Физические свойства атмосферы.....................................................................72
3.1..Давление.воздуха...........................................................................................72
3.2..Температура.воздуха.....................................................................................73
3.3..Плотность.воздуха..Уравнение.состояния.газов.........................................74
3.4..Изменение.атмосферного.давления.с.высотой...........................................77
3.5..Барометрическая.формула...........................................................................78
3.6..Адиабатические.процессы.в.атмосфере......................................................81

3.6.1..Адиабатические.изменения.состояния.воздуха.................................81
3.6.2..Сухоадиабатические.изменения.температуры.воздуха......................82
3.6.3..Влажноадиабатические.изменения.температуры.воздуха.................83
3.6.4..Адиабатная.диаграмма........................................................................84
3.6.5..Псевдоадиабатические.процессы.......................................................87

3.7..Потенциальная.температура........................................................................88
3.8..Вертикальное.распределение.температуры.................................................89

4. Радиационный баланс земной поверхности......................................................95
4.1..Солнце.как.источник.радиации...................................................................95
4.2..Прямая.солнечная.радиация........................................................................98
4.3..Рассеянная.солнечная.радиация................................................................102
4.4..Суммарная.радиация..................................................................................105
4.5..Фотосинтетически.активная.радиация.....................................................108
4.6..Отражение.и.поглощение.солнечной.радиации........................................ 110

Оглавление

4.7..Тепловое.излучение.земной.поверхности.и.атмосферы............................111

4.7.1..Тепловое.излучение.земной.поверхности......................................... 112
4.7.2..Встречное.излучение.атмосферы...................................................... 113
4.7.3..Эффективное.излучение................................................................... 113

4.8..Радиационный.баланс.земной.поверхности............................................. 114
4.9..Тепловой.баланс.земной.поверхности....................................................... 119
5. Тепловой режим атмосферы и подстилающей поверхности............................ 123
5.1..Теплообмен.атмосферы.с.окружающей.средой......................................... 123
5.2..Различия.тепловых.режимов.почвы.и.водоемов...

Тепловой.режим.почвы..............................................................................126
5.2.1..Различия.тепловых.режимов.почвы.и.водоемов..............................126
5.2.2..Тепловой.режим.почвы.....................................................................128
5.2.3..Распространение.тепла.в.почве........................................................ 130

5.3..Тепловой.режим.атмосферы...................................................................... 133

5.3.1..Суточный.и.годовой.ход.температуры.воздуха................................. 133
5.3.2..Заморозки.......................................................................................... 135
5.3.3..Изменение.температуры.воздуха.с.высотой..................................... 137
5.3.4..Годовая.амплитуда.температуры.воздуха.........................................140

5.4..Географическое.распределение.температуры.приземного.слоя..
атмосферы...................................................................................................143
6. Водный режим атмосферы..............................................................................153
6.1..Влагооборот................................................................................................153
6.2..Испарение.и.испаряемость........................................................................154
6.3..Характеристики.влажности.воздуха..........................................................158
6.4..Суточный.и.годовой.ход.парциального.давления.водяного.пара..

и.относительной.влажности....................................................................... 161

6.5..Конденсация.водяного.пара.в.атмосфере.и.на.земной.поверхности.......164
6.6..Облака.........................................................................................................167

6.6.1..Международная.классификация.облаков.........................................169
6.6.2..Генетическая.классификация.облаков............................................. 173

6.7..Суточный.и.годовой.ход.облачности.и.ее.географическое..
распределение............................................................................................. 175

6.8..Образование.и.географическое.распределение.туманов.......................... 178
6.9..Атмосферные.осадки.................................................................................. 179

6.9.1..Атмосферные.осадки,.выпадающие.из.облаков............................... 179
6.9.2..Образование.осадков........................................................................183
6.9.3..Активное.воздействие.на.облака......................................................184
6.9.4..Суточный.и.годовой.ход.осадков......................................................185
6.9.5..Географическое.распределение.осадков..........................................188

6.10..Характеристики.увлажнения.территории................................................190
6.11..Снежный.покров.......................................................................................192
7. Барическое поле и ветер.................................................................................194
7.1..Барические.системы....................................................................................194
7.2..Карты.барической.топографии..................................................................197

Оглавление 
5

7.3..Изобары......................................................................................................202
7.4..Горизонтальный.и.вертикальный.барические.градиенты........................203
7.5..Периодические.и.непериодические.изменения.атмосферного..

давления..Изаллобарическое.поле.............................................................206

7.6..Годовой.ход.давления..Месячные.и.годовые.аномалии.давления............208
7.7..Изменение.давления.с.географической.широтой..................................... 210
7.8..Ветер............................................................................................................ 211

7.8.1..Скорость.и.направление.ветра.......................................................... 211
7.8.2..Линии.тока......................................................................................... 214

7.9..Силы,.влияющие.на.ветер.......................................................................... 216

7.9.1..Ускорение.воздуха.под.действием.барического.градиента.............. 217
7.9.2..Отклоняющая.сила.вращения.Земли............................................... 218
7.9.3..Геострофический.ветер..................................................................... 219
7.9.4..Градиентный.ветер............................................................................220
7.9.5..Сила.трения.......................................................................................222
7.9.6..Угол.отклонения.ветра.от.барического.градиента...

Барический.закон.ветра....................................................................223

7.9.7..Влияние.препятствий.на.ветер..........................................................224

7.10..Суточный.ход.скорости.ветра...................................................................225
7.11..Воздушные.массы......................................................................................226
7.12..Фронты.в.атмосфере..Типы.фронтов.......................................................227

7.12.1..Теплый.фронт..................................................................................229
7.12.2..Холодный.фронт.............................................................................230
7.12.3..Фронты.окклюзии..........................................................................234

7.13..Климатологические.фронты..Струйные.течения.....................................236

8. Циркуляция атмосферы .................................................................................241
8.1..Общая.циркуляция.атмосферы..................................................................241
8.2..Квазигеострофичность.течений.общей.циркуляции................................242
8.3..Циркуляция.в.тропосфере.и.нижней.стратосфере...................................243
8.4..Зональные.и.меридиональные.составляющие.общей.циркуляции..
атмосферы...................................................................................................249

8.5..Географическое.распределение.давления...

Центры.действия.атмосферы.....................................................................256

8.6..Циркуляция.в.тропиках..............................................................................261

8.6.1..Пассаты.и.внутритропическая.зона.конвергенции.........................261
8.6.2..Тропические.циклоны......................................................................264

8.7..Внетропическая.циркуляция......................................................................268

8.7.1..Циклоны.............................................................................................269
8.7.2..Антициклоны.....................................................................................273
8.7.3..Особенности.движения.циклонов.и.антициклонов...

Их.роль.в.общей.циркуляции.атмосферы........................................275

8.8..Маломасштабные.вихри.............................................................................276
8.9..Муссоны......................................................................................................278
8.10..Местные.ветры..........................................................................................281

Оглавление

9. Погода и климат.............................................................................................287
9.1..Погода..Прогноз.погоды.............................................................................287
9.2..Климат.и.климатообразование..................................................................294

9.2.1..Климатическая.система..Глобальный.и.локальный.климат............294
9.2.2..Влияние.географической.широты.и.распределения.моря..

и.суши.на.климат...............................................................................299

9.2.3..Океанические.течения.и.климат.......................................................301
9.2.4..Орография.и.климат.........................................................................306
9.2.5..Влияние.растительного.и.снежного.покрова.на.климат..................307

9.3..Климат.города.............................................................................................308
9.4..Местный.климат.и.микроклимат............................................................... 310

10. Классификация климатов Земли. Климат Беларуси..................................... 313
10.1..Классификация.климатов......................................................................... 313

10.1.1..Классификация.Кеппена................................................................ 318
10.1.2..Классификация.Берга....................................................................325
10.1.3..Классификация.Алисова................................................................328

10.2..Климат.Беларуси.......................................................................................339

10.2.1..Солнечная.радиация......................................................................339
10.2.2..Циркуляция.атмосферы.и.температурный.режим.......................340
10.2.3..Атмосферные.осадки.и.влажность.воздуха...................................341
10.2.4..Времена.года.и.фенологические.изменения.в.природе................343
10.2.5..Климатические.области.................................................................346

10.3..Агроклиматическое.районирование.Беларуси........................................348

11. Изменение климата.......................................................................................351
11.1..Причины.изменения.климата...................................................................351
11.2..Методы.исследований.климата.прошлого...............................................358
11.3..Изменение.климата.в.геологической.истории.Земли..............................361
11.4..Изменения.климата.в.историческое.время..............................................368

11.4.1..Изменение.климата.в.период.до.инструментальных..
наблюдений....................................................................................368

11.4.2..Изменение.климата.в.период.инструментальных.наблюдений...

Антропогенные.изменения.климата............................................. 371

11.4.3..Ожидаемые.последствия.современных.изменений.климата........376

11.5..Изменение.климата.на.территории.Беларуси.и.России...

Прогнозируемые.последствия.климатических.изменений.....................379
11.5.1..Изменения.климата.Беларуси.и.России........................................379
11.5.2..Прогнозируемые.последствия.климатических.изменений..........383

Приложение......................................................................................................390.
Литература.........................................................................................................396

ПредИсловИе

Учебное.пособие.написано.в.соответствии.с.действующей.программой.по.специальности.1-32.02.01/02.География.(научно-педагогическая. деятельность).. Цель. учебного. курса. «Метеорология. и.
климатология».—.изложение.основ.современных.представлений.об.
атмосферных.процессах.и.закономерностях.формирования.погоды.
и.климата,.что.необходимо.для.подготовки.всех.географов..
Ход. метеорологических. процессов. оказывает. влияние. на. все.
стороны.жизни:.определяет.гидрологический.режим.водных.объектов;.без.метеорологической.информации.не.могут.обойтись.авиация,.морской,.железнодорожный.и.автомобильный.транспорт;.от.
погодных.условий.зависят.работа.коммунальных.служб.городов.и.
сельскохозяйственное. производство.. Погода. влияет. на. самочувствие.и.работоспособность.людей..В.XXI.в..исключительное.значение.приобрела.проблема.взаимодействия.человека.и.природной.
среды..
В. последние. десятилетия. существенно. усовершенствовались.
методы.исследований.в.метеорологии.и.климатологии..На.современном. этапе. развития. из. метеорологии. выделилось. несколько.
частных.дисциплин,.изучающих.различные.стороны.атмосферных.
процессов:.физика.атмосферы,.синоптическая.метеорология,.динамическая.метеорология.и.др..Широкое.использование.метеорологических.сведений.привело.к.возникновению.прикладных.разделов:. сельскохозяйственная. метеорология. (агрометеорология),.
авиационная. метеорология,. морская. метеорология,. космическая.
метеорология,. военная. метеорология,. ядерная. и. химическая. метеорология,.метеорология.озона,.медицинская.и.биометеорология.
и.др..Кроме.того,.на.основе.физико-математического.моделирования.атмосферных.процессов,.достижений.дистанционных.методов.
в.гидрометеорологии,.итогов.международных.экспериментов.и.мониторинговых.наблюдений.возникла.и.развивалась.теория.климата..Системный.подход,.при.котором.рассматривается.суть.атмосферных.явлений.и.процессов,.а.также.связи,.существующие.между.
ними.и.отдельными.компонентами.климатической.системы.—.ат

Предисловие

мосферой,.океаном,.криосферой.и.сушей,.обеспечивает.более.глубокое.понимание.условий.формирования.погоды.и.климата..
На. метеорологию. возложена. задача. контроля. загрязнения.
природной.среды,.а.в.последние.годы.решается.проблема.активного.воздействия.на.атмосферу.с.целью.улучшения.климата.и.управления.погодой..
В. основу. учебного. пособия. положены. материалы. различных.
учебных.изданий.для.студентов-географов.высших.учебных.заведений,.а.также.студентов,.специализирующихся.в.области.метеорологии.и.климатологии,.современных.изданий,.касающихся.вопросов.изменения.климата.и.использования.климатических.ресурсов,.
энциклопедических. изданий,. географических. словарей. и. глоссариев.метеотерминов,.а.также.многочисленных.сайтов.в.Интернете.
Автор. выражает. глубокую. признательность. и. благодарность.
рецензентам:.канд..геогр..наук,.доценту.кафедры.физической.географии.БГПУ.им..М..Танка.—.Таранчук.А.В.;.канд..геол..наук,.доценту.кафедры.геологии.и.разведки.полезных.ископаемых.Павловскому.И.Т..и.сотрудникам.кафедры.геологии.и.разведки.полезных.
ископаемых.(зав..кафедрой,.доценту.Трацевской.Е.Ю.,.ст..преподавателю. Акулевич.А.Ф.,. асс.. Желудович.Т.А.). Гомельского. государственного.университета.им..Ф..Скорины.за.ценные.замечания.
и.пожелания.по.улучшению.структуры.и.текстов;.Черняковой.А.П..
за.подготовку.рукописи.к.печати,.а.также.методисту.РИВШ.Ткаченко.И.С..и.сотрудникам.издательства.«Новое.знание»,.способствовавшим.его.изданию.

МетеоролоГИя И ее связь с друГИМИ 
наукаМИ 

1.1. Метеорология и климатология

Метеорология.—.наука.об.атмосфере,.ее.газовом.составе,.строении,.свойствах,.физических.и.химических.процессах.и.явлениях,.
создающих.разные.условия.погоды..Процессы,.происходящие.в.атмосфере,.развиваются.в.основном.в.результате.превращения.энергии,.поступающей.от.Солнца..Атмосферные.процессы.протекают.
по.физическим.законам,.поэтому.метеорология.—.наука.геофизическая..Явления,.происходящие.в.атмосфере,.называются.метеорологическими явлениями.
Физическое.состояние.атмосферы.в.той.или.иной.местности.
за.короткий.промежуток.времени.(в.данный.момент,.за.день,.сутки,.месяц,.сезон.или.год).называется.погодой..Изменения.погоды.
оказывают.влияние.на.различные.области.хозяйственной.деятельности.как.на.поверхности.земли.(сельское.хозяйство),.так.и.в.более.
высоких.слоях.атмосферы.(авиация)..Для.понимания.причин.изменения.погоды.у.земной.поверхности.необходимо.изучение.толщи.атмосферы.до.30–40.км.
Погода. характеризуется. количественными. (измеряются. инструментально). и. качественными. метеорологическими. параметрами:.температура.и.влажность.воздуха,.атмосферное.давление,.
скорость. и. направление. ветра,. количество. и. интенсивность. атмосферных.осадков,.количество,.высота.и.формы.облаков,.разные.
виды.солнечной.радиации.
Атмосферные.явления,.за.которыми.проводятся.наблюдения.
на.метеорологических.станциях,.разделяются.на.группы:
.♦ гидрометеоры. —. осадки,. выпадающие. на. земную. поверхность.(дождь,.снег,.град.и.др.),.взвешенные.над.ней.(туман),.образующиеся.на.поверхности.(роса,.гололед,.иней,.изморозь).или.
поднятые.ветром.с.поверхности.земли.(метель);.

1. Метеорология и ее связь с другими науками

.♦ литометеоры.—.скопление.твердых.(не.водных).частиц,.которые.поднимаются.с.поверхности.земли.ветром.и.переносятся.на.
некоторые.расстояния.либо.остаются.в.воздухе.во.взвешенном.состоянии.(пыльные.бури);
.♦ электрические.явления.(гроза);
.♦ оптические.(зарница);
.♦ неклассифицированные.явления..
Атмосферные.явления.не.подлежат.измерению,.а.определяются.визуально.
Метеорологические.величины.и.атмосферные.явления,.которые.характеризуют.погоду,.непрерывно.изменяются..Эти.изменения.происходят.как.во.времени,.так.и.в.пространстве..Они.имеют.
суточный.и.годовой.ход,.а.также.географические.закономерности.
распределения..
Перенос. воздуха. и. изменение. его. свойств,. характеризуемых.
метеорологическими.величинами.и.явлениями,.в.горизонтальном.
направлении.называется.адвекцией.(например,.адвекция.воздушных.масс,.тепла,.водяного.пара.и.др.).
В. метеорологии. для. характеристики. интенсивности. изменения.метеорологических.величин.в.пространстве.широко.используется.понятие.градиента..В.практической.метеорологии.градиент – 
это. изменение. какой-либо. величины,. приходящееся. на. единицу.
расстояния..Так.как.по.высоте.(вертикали).изменения.физических.
величин.происходят.намного.быстрее,.чем.в.горизонтальном.направлении,.то.при.определении.вертикальных.градиентов.за.единицу.расстояния.принимают.100.м,.а.для.горизонтальных.—.расстояние.на.земной.поверхности,.соответствующее.1°.по.меридиану,.
т.е..111.км.(практически.в.расчетах.принимают.100.км)..Например,.
вертикальный. градиент. температуры. воздуха. 0,6.°С/100.м,. горизонтальный.—.2.°С/100.км.
Климатология. —. раздел. метеорологии,. изучающий. закономерности.формирования.климатов,.их.распределение.по.земному.
шару,.а.также.изменения.климата.в.прошлом.и.в.будущем..Климатология,.являясь.разделом.метеорологии,.одновременно.входит.в.
систему.географических.наук..
Климатом.называют.многолетний.режим.погоды,.характерный.
для. определенной. местности. и. обусловленный. взаимодействием.