Какие погодные факторы влияют на человека?

Температура воздуха – один из самых мощных биологически важных параметров погоды и климата. Это показатель степени нагретости воздуха, который определяется с помощью термометров и термографов. Физически температура воздуха характеризует кинетическую энергию молекул атмосферы, которую физики измеряют в энергетических единицах, например в джоулях или калориях.
Однако измерение температуры началось задолго до создания современных физических теорий (молекулярно-кинетической теории), поэтому температуру измеряют в условных единицах – градусах. В метеорологии удобно использовать шкалу Цельсия, в которой за 0 градусов принимают точку замерзания воды, а за 100 градусов – точку кипения воды при нормальном атмосферном давлении. Эта шкала удобна тем, что, с одной стороны, вода входит в состав атмосферы и ее количество в атмосферном воздухе является тоже одним из важных метеопараметров, а с другой – ноль по шкале Цельсия – это особая точка для метеорологии, так как замерзание атмосферной воды существенно меняет метеоситуация. Следует учитывать, что температура атмосферного воздуха является одним из важнейших экологических ограничивающих факторов, которые определяют границы жизни. Ее значение сильно зависят от региона планеты. Низкие температуры регистрируются на полюсах нашей планеты. Минимальная температура воздуха зафиксирована в Антарктиде на так называемом «полюсе холода» – минус 88,3 градуса по шкале Цельсия, максимальная температура плюс 58 градусов отмечена в районе Триполи (Северная Африка). Естественно, температура воздуха зависит в первую очередь от потока солнечной радиации, приходящейся на тот или иной регион. Для данного параметра характерен выраженный суточный и годовой ход. Температурная динамика также в значительной степени определяется прохождением теплых и холодных атмосферных фронтов.
Влажность воздуха – это показатель содержания воды в атмосферном воздухе. Различают абсолютную и относительную влажность. Абсолютная влажность – это количество воды, содержащейся в единице массы воздуха. В метеорологии используют относительную влажность, которая является отношением парциального давления паров воды в воздухе до равновесного давления паров воды при полном насыщении воздуха при заданной температуре. Таким образом, этот параметр показывает отношение количества воды, содержащейся в воздухе, до максимально возможного количества при данной температуре. При изобарическом (т.е. при постоянном давлении) охлаждении воздуха с постоянной концентрацией пара наступает момент, когда воздух полностью насыщается. Это состояние получило название «точки росы». При таком состоянии воздуха водяной пар конденсируется в виде тумана или, если температура воздуха ниже нуля, в виде кристалликов льда. Процессы насыщения и конденсации водяного пара играют огромную роль в физике атмосферы: процессы образования облаков и образование атмосферных фронтов в значительной части определяются процессами насыщения и конденсации, а теплота, выделяемая при конденсации атмосферного водяного пара обеспечивает энергетический механизм возникновения и развития циклонов и ураганов.
Абсолютная влажность воздуха в земной атмосфере колеблется в широких пределах. У поверхности земли в высоких широтах содержание водяного пара в воздухе составляет в среднем от 0,2% по объему, а в тропиках до 2,5%. С высотой влажность быстро убывает. На высоте 1,5-2 км давление водяного пара в среднем вдвое меньше, чем у земной поверхности. Относительная влажность очень высока в экваториальной зоне (среднегодовая влажность может составлять 85% и более), а также в полярных широтах и зимой внутри материков средних широт. Летом высокой относительной влажностью характеризуются муссонные районы. Низкие значения относительной влажности наблюдаются в субтропических и тропических пустынях и зимой в муссонных районах (до 50% и ниже).
Атмосферное давление – это гидростатическое давление толщи атмосферного воздуха на все имеющиеся в ней предметы и земную поверхность. Такое давление создается гравитационным притяжением массы воздуха к Земле. В каждой точке атмосферное давление равно весу вышележащего столба воздуха с основанием, равным единице площади. Показателем давления служит высота ртутного столба в мм, уравновешивает давление воздуха. В системе СГС атмосферное давление измеряется в миллибар (мбар), в системе СИ – в гектопаскалях (гПа).
Нормальным атмосферным давлением принято считать давление в 760 мм рт.ст. Колебания атмосферного давления на уровне моря происходят в пределах 680 – 810 мм рт. ст. Атмосферное давление уменьшается по мере увеличения высоты, поскольку оно создается лишь вышележащих слоем атмосферы. При повышении температуры воздух расширяется и конвективно поднимается, а давление падает. При уменьшении температуры воздух сжимается, становится плотнее, а давление растет.
На земной поверхности атмосферное давление изменяется от места к месту и характеризуется периодической и хаотической динамикой во времени. Периодические изменения давления часто связаны с годовым и суточным ходом метеорологических процессов. Непериодические изменения атмосферного давления с первую очередь связаны с возникновением, развитием и разрушением медленно движущихся областей высокого давления (антициклонов) и относительно быстро перемещающихся огромных вихрей (циклонов), в которых господствует пониженное давление. Именно распределение атмосферного давления по земной поверхности обусловливает движение воздушных масс и атмосферных фронтов, определяет направление и скорость ветра. По этой причине движение атмосферных фронтов сопровождается перепадами атмосферного давления. Очень быстрые и высокоамплитудные квазипериодические узколокальных перепады давления наблюдаются при ветреной погоды. Как показывают исследования, частота и амплитуда таких узколокальных барических вариаций тоже является важным экологическим фактором, влияющим на состояние человека.
Инфразвук – не слышны человеческим ухом акустические волны крайне низкой частоты (менее 16 Гц). При больших амплитудах инфразвук ощущается как боль в ухе. Инфразвук генерируется в различных геофизических процессах. Естественно, одним из основных генераторов природного инфразвука являются атмосферные процессы, связанные в основном с турбулентным движением воздушных масс и слоев. Инфразвук формируется в штормовых зонах и движется впереди атмосферного фронта. Во время сильных порывов ветра уровень инфразвуковых колебаний (частоты 0,1 герца) достигает на верхних этажах 140 децибел, то есть даже несколько превышает порог болевого ощущения уха в диапазоне слышимых частот. Один из важных факторов – рельеф местности, поэтому в разных регионах интенсивность инфразвука метеорологической природы будет разной. Его интенсивность будет гораздо сильнее в горной и предгорной местности. Поскольку инфразвук слабо поглощается, он распространяется на большие расстояния и может служить предвестником изменений погоды. Инфразвук способен проходить без заметного ослабления через стекла окон и даже сквозь стены.
Ветер – поток воздуха со скоростью выше 0,6 м / с. Причиной воздушных потоков является неравномерное распределение атмосферного давления. Потоки направлены от областей с высоким давлением в области низкого давления. Вследствие непрерывного изменения давления во времени и пространстве скорость и направление ветра постоянно меняются. В метеорологии важными параметрами являются направление ветра и его скорость. Сильные ветры кратковременно достигают скорости более 20 м / с (шквал, ураган, смерч). В тропических циклонах скорость ветра может достигать 100 м / с. Наиболее сильные узколокальных перепады скорости ветра (и соответственно давления) наблюдается в регионах со сложным ландшафтом, особенно в горных областях и на побережье морей и океанов.
Облачность можно определить как степень покрытия небесного свода облаками в определенном регионе и в определенный момент или в среднем за некоторый промежуток времени, который оценивается по 10-балльной шкале или в процентах покрытия. Облачность – один из важных факторов, определяющих погоду и климат. Облачность существенно влияет на количество солнечной радиации, достигающей поверхности земли, влияя тем самым на температурный режим, влажность и другие погодно-климатические параметры. Благодаря экранирующей эффекта она препятствует как охлаждению поверхности Земли за счет собственного теплового излучения, так и ее нагреву излучением Солнца, то есть зимой и ночью облачность препятствует понижению температуры земной поверхности и приземного слоя воздуха, летом и днем – ослабляет нагревание земной поверхности солнечными лучами, пом ‘ якшуючы климат внутри материков.
Солнечная радиация в широком смысле это электромагнитное и корпускулярное излучение Солнца, спектр которого очень широк. Однако на поверхности земли максимум потока этого излучения приходится на видимую часть спектра. При этом на человека в влияет не только этот диапазон, но также и ультрафиолетовое и инфракрасное излучение. Каждый из указанных диапазонов солнечного света оказывает свое влияние на погодную ситуацию и на биологические процессы. Поток солнечного света и отдельных его спектральных диапазонов сильно зависит от облачности, наличие в атмосфере аэрозолей, озона, пыли и ряда других факторов.
Атмосферные осадки – это вода в жидком или твердом состоянии (т.е. дождь, туман, снег, крупа, град), выпадает из облаков или оседают из воздуха на земную поверхность и различные предметы (роса, иней, изморозь, гололед).
Различают обложные осадки, связанные преимущественно с теплыми фронтами и ливневые осадки, связанные с холодными фронтами. Осадки измеряются толщиной слоя выпавшей воды в мм. В среднем на земном шаре выпадает около 1000 мм осадков в год, а в пустынях и в высоких широтах – менее 250 мм в год. Атмосферные осадки часто сопровождаются грозами.
Гроза – это такое атмосферное явление, при котором внутри облаков или между облаком и земной поверхностью возникают мощные электрические разряды – молнии, сопровождаемые сильным акустическим шумом – громом. Как правило, грозовые разряды происходят в мощных кучево-дождевых облаках и связанные с ливневым дождем, градом и шквальным усилением ветра. Одновременно на Земле действует около полутора тысяч гроз, средняя интенсивность разрядов оценивается около 45 молний в секунду. По поверхности планеты грозы распределяются неравномерно. Максимум грозовой активности приходится на Центральную Африку. В годовом и суточном цикле максимум гроз приходится на лето и дневные послеполуденные часы. Минимум зарегистрированных гроз приходится на время перед восходом солнца. На грозы влияют также географические особенности местности.
Как уже говорилось выше, погода – это очень сложный феномен. Поэтому помимо основных факторов, рассмотренных выше, на живые организмы, в том числе и человека, влияют и другие факторы, связанные с погодой, но на которые обращают меньше (или вообще не обращают) внимание, но воздействуют на биологические процессы. Что же это за факторы? Так, например, погода сопровождается различными электрическими и электромагнитными явлениями, которые получили обобщенное название атмосферного электричества.
Электрическое поле атмосферы является важным компонентом атмосферного электричества является, которое физически представляет собой квазистатическом электрическое поле, создаваемое объемными зарядами в различных слоях атмосферы и собственным зарядом Земли. При этом, в ясную погоду Земля отрицательно заряженная по отношению к атмосфере, а напряженность электрического поля составляет около 100 В / м (при разности потенциалов между ионосферой и поверхностью земли порядка 200-300 кВ). Напряженность и потенциал такого геоэлектрического поля зависит от разных причин, но в главной степени от электрической проводимости атмосферного воздуха, которая во многом определяется метеорологической обстановкой, т.е. влажностью, облачностью, осадками, ветрами, метелями, ионизацией атмосферы и т.д.. Электропроводность атмосферы сильно увеличивается в период гроз, тогда как при низкой влажности, при наличии пыли, тумана и облаков электропроводность уменьшается, что приводит к увеличению электрического потенциала. Кроме того, для среднего уровня электрического потенциала характерен суточный и годовой ход, амплитуда которого 20% и 30% от среднего уровня соответственно. При прохождении облаков вследствие протекания в них процессов электризации регистрируются резкие перепады электрического потенциала до изменения направления вектора электрического поля. В некоторых случаях при грозах, сильных ветрах и пыльных бурях напряженность электрического напряженность электрического поля может достигать 1000 В / м и более. Даже в условиях хорошей погоды электрическое поле чуть пульсирует результате активности мировых грозовых центров, а также турбулентного движения воздушных масс, содержащих заряженные частицы. Таким образом, параметры электрического поля атмосферы постоянно и существенно варьируют во времени. При этом в вариациях электрического поля атмосферы проявляются и влияния космической погоды на Землю.
Аэроионы. В атмосферном воздухе всегда происходит ионизация молекул воздуха, определяет электрическую проводимость атмосферы. Вопрос генерации аэроионов также традиционно относят к проблеме атмосферного электричества. Образующиеся ионы получили название аэроионов. Если ионизированная молекула осела на частице жидкости или пылинке, то такой ион называется тяжелым. Ионы воздуха могут обладать двумя типами зарядов – положительным и отрицательным. В воздухе в лесу или горах число легких аэроионов обеих полярностей в солнечный день составляет до 800 – 1000 в 1 см3, а в некоторых местах, славящихся известными курортами, их число достигает нескольких тысяч. Для концентрации аэроионов характерен суточный и годовой ход. В нижних слоях атмосферы ионизаторами воздуха являются природные радиоактивные вещества, в верхних – солнечные и космические лучи. Наличие электрического поля между атмосферой и поверхностью Земли обеспечивает генерацию отрицательных аэроионов на кончиках листьев деревьев, кустарников и трав, особенно эффективно процесс ионизации идет на хвойных деревьях. Существуют также местные ионизаторы, связанные с погодой. Это грозы, пылевые и снежные бури.
Количество аэроионов и их баланс (соотношение отрицательно и положительно заряженных ионов) сильно зависит от температуры и влажности воздушных масс, а также от географических условий, в которых эти воздушные массы формировались. Так, например, сухой горячий воздух, который приходит в Европу из Африки или Ближнего Востока, содержит очень мало отрицательных аэроионов, то погода в данном случае выступает в качестве одного из основных факторов, регулирующих данный экологический параметр. С другой стороны во влажном воздухе в лесной зоне при ясной погоде активно образуются отрицательные аэроионы. Таким образом, в результате всех этих процессов, в частности связанных с метеодинамикой, в окружающей среде устанавливается та или иная концентрация аэроионов, представленных, главным образом, отрицательно заряженными молекулами кислорода (О2-) и положительно заряженными молекулами углекислого газа (СО2 +) с их водяными (гидратных) оболочками. Как показывают многочисленные исследования, концентрация аэроионов и их соотношение также является важным экологическим фактором, влияющим на биологические процессы и самочувствие организма.
Электромагнитные поля диапазона низких и крайненизких частот, генерируемых в атмосфере в основном связывают с молниевыми разрядами. Электромагнитное излучение грозовых разрядов, которое получило название атмосферики, может быть зарегистрирован в очень широком диапазоне частот. Однако далекие атмосферики – импульсы, генерируемые молниями в мировых центрах грозовой активности, наблюдаются только на низких частотах. Дело в том, что высокочастотные электромагнитные колебания быстро затухают с расстоянием, а низкочастотные порядке от нескольких килогерц до десятка килогерц распространяются на очень большие расстояния – до десятков тысяч километров. Частота следования импульсов подвержена суточным, годовым и многолетним вариаций.
Изменение синоптической ситуации в регионе практически всегда сопровождается изменением естественного электромагнитного фона. Изменяется частота и амплитуда импульсов. Например, в самом простом случае приближения к пункту наблюдения холодного атмосферного фронта в летний период будет непременно сопровождаться увеличением частоты следования таких импульсов. Однако увеличение (или уменьшение) частоты следования импульсов в полосе нескольких килогерц далеко не единственный признак приближения атмосферного фронта.