Global Climate and Terrestrial Biomes

profiledenisj1
global_climate_and_terrestrial_biomes.pdf

89  Global  Climate  and  Terrestrial  Biomes   Name_______________________________________________    Day/Hour____________________  

Lab  13  website  -­‐  www.thebiologyprimer.com/biomes  

Precipita>on  

Exercise  A:  Global  Temperature  and  PrecipitaBon  PaCerns  

Solar  Angle  of  Incidence     Nearly  all  of  the  biomes  on  Earth  are  dictated  by   two  factors:  the  amount  of  temperature  and   precipita>on  they  receive,  and  these  are  correlated.   Temperature  on  Earth  is  dependent  on  the  solar   angle  of  incidence,  or  the  angle  at  which  the  light   waves  from  the  sun  hit  the  surface  of  the  earth.   Areas  of  earth  that  are  perpendicular  to  the  sun’s   rays  receive  more  energy  than  other  parts  where   the  sun’s  rays  hit  the  earth  at  an  oblique  angle.   Over  one  year,  the  equator  receives  the  most   amount  of  light  energy  from  the  sun  per  area;   whereas  the  poles  receive  the  least.  At  the  middle  

Figure  1.  Global  varia>ons  in  the  solar   angle  of  incidence.  

Global  Temperature  and  Precipita9on  Pa:erns     The  light  intensity  from  the  sun  is  maximized  directly  at  the  equator.  This  causes  equatorial  air  masses   to  warm.  On  Earth,  the  warmer  the  air  mass,  the  higher  its  water  holding  capacity,  and  therefore  the   more  moisture  (gaseous  water)  it  can  hold.  Thus,  air  masses  at  equatorial  regions  can  hold  more   moisture  than  cooler  la>tudes.  In  addi>on,  as  air  masses  warm  they  expand  causing  warm  air  to  have  a   lower  density  than  cool  air.  Consequently,  warm  air  rises.  At  the  equator,  the  direct  solar  angle  of   incidence  warms  the  air  mass  increasing  its  water  holding  capacity  and  decreasing  its  density.  However,   as  the  air  mass  rises  to  higher  al9tudes,  it  begins  to  cool.  As  the  air  mass  cools,  its  water  holding   capacity  decreases  which  causes  the  gaseous  water  to  condense  into  liquid,  in  effect  causing  rain.  This  is   why  the  tropical  forests  of  the  world  are  so  lush.  They  have  the  most  sunlight  and  the  most  water  of  any   other  place  on  Earth.    

www.thebiologyprimer.com  

low  

high  

Te m pe

ra tu re  

LaBtude   90˚  0˚  

1.  Using  the  informaBon  above,  draw  a  line  on  each  graph  below  indicaBng  the  relaBonship   between  temperature,  water  holding  capacity,  air  mass  density,  laBtude  and  alBtude.    

low  

high  

Te m pe

ra tu re  

AlBtude   high  low   low  

high  

W at er  H ol di ng  C ap

ac it y  

Temperature   high  low   low  

high  

A ir  m

as s   D en

si ty  

Temperature   high  low  

la>tudes  there  is  a  moderate  angle  of  incoming  light,  crea>ng  moderate  temperature.  Solar  angle  of   incidence  is  the  primary  determinant  of  global  temperature  paVerns  (see  Fig.  4).    

www.thebiologyprimer.com  

90  Global  Climate  and  Terrestrial  Biomes  

Precipita>on  

Exercise  B:  Atmospheric  CirculaBon  PaCerns   The  Hadley  Cells     Differences  in  solar  radia>on,  due  to  varia>ons  in  the  solar  angle  of  incidence,  are  the  driving  force  of   atmospheric  circula9on,  the  rota>on  of  air  masses  within  Earth’s  troposphere.  Two  atmospheric   circula>ons  occur  between  30˚N  and  30˚S,  known  as  the  northern  and  southern  Hadley  Cells.  Solar   radia>on  is  on-­‐average  greatest  at  the  equator,  which  induces  air  masses  to  warm  due  to  greater   heat  absorp>on  rela>ve  to  higher  la>tudes.  As  the  equatorial  air  mass  warms,  its  density  decreases   causing  the  air  mass  to  rise.  Warmer  air  mass  also  increases  its  gaseous  water  (vapor)  holding   capacity.  As  equatorial  air  masses  rise  in  al>tude,  temperatures  decline.  With  falling  temperatures,   the  water  holding  capacity  decreases  condensing  gaseous  water  into  liquid  causing  precipita>on.  In   effect,  equatorial  regions  of  Earth  generate  their  own  rain.  As  the  rising  air  mass  cools,  it  also   becomes  more  dense,  increasing  air  pressure.  Even  though  higher  al>tudinal  air  masses  are  more   dense  at  the  equator,  they  con>nue  to  rise  due  to  the  incoming  warm  air  below.  This  phenomenon,   creates  an  area  of  low  air  pressure  close  to  Earth  at  the  equator.  The  air  mass  eventually  reaches  the   top  of  the  troposphere,  at  boundary  known  as  the  tropopause,  and  moves  poleward.  As  the  air   masses  move  north  and  south  from  the  equator,  water  con>nues  to  condense  eventually  forming   precipita>on.  Eventually,  no  more  gaseous  water  remains  in  the  air  mass  hal>ng  precipita>on  as  the   air  mass  moves.  At  approximately  30˚N  and  30˚S,  the  air  mass  begins  to  sink  due  to  increasing  air   density,  crea>ng  an  area  of  high  pressure  at  the  Earth’s  surface.  The  discrepancy  between  the  high   pressure  at  30˚  and  the  equator  causes  the  air  mass  to  flow  toward  the  equator,  essen>ally   propelling  the  convec>on  of  the  Hadley  atmospheric  cells.    As  the  air  mass  falls,  it  warms.  However,   nearly  all  the  moisture  has  been  removed  from  the  air  mass.  These  hot,  dry  areas  caused  by  the   Hadley  Cell  convec>on  phenomenon  produce  the  world’s  great  deserts.  The  Sahara  Desert  (Africa),   the  Sonoran  and  Mohave  (US),  and  the  Australian  outback  are  all  oriented  at  30˚  la>tude.    

Figure  2.  The  Hadley  circula>on  cells.   0˚   30˚S  30˚N      

g.  f.  

b.  

a.  

Surface  of  Earth  

Stratosphere  

2.  In  figure  2,  label  the  appropriate  blanks  with  the  following:  (1)  low  precipitaBon,  (2)  decreasing   temperatures,  (3)  tropopause,  (4)  troposphere,  (5)  low  air  pressure,  (6)  Northern  Hadley  Cell,  and  (7)   Southern  Hadley  Cell.  

d.  

c.  

e.  

91  Global  Climate  and  Terrestrial  Biomes  

Precipita>on  

Exercise  B:  Atmospheric  CirculaBon  PaCerns   In  each  hemisphere  there  are  three  atmospheric  convec>ons:  the  Hadley  cell  (from  0˚-­‐30˚),  the   Ferrell  cell  (from  30˚-­‐60˚),  and  the  Polar  cell  (from  60˚-­‐90˚).       The  Ferrell  Cells     At  30˚,  the  warm,  extremely  dry  air  mass  descends  from  the  tropopause  earthward  genera>ng   high  air  pressure.  As  this  pressurized  air  mass  reaches  the  surface  of  the  earth,  it  travels  both   toward  the  equator  (closing  the  Hadley  cell  convec>on)  and  poleward  (beginning  the  Ferrell  cell   convec>on).  As  the  air  mass  moves  toward  the  poles  from  30˚,  it  begins  to  warm  due  to  the  higher   temperatures  at  lower  la>tudes.  As  the  air  mass  warms,  it  absorbs  water  vapor  due  the  increased   water  holding  capacity  of  the  warmer  air.  As  the  air  mass  reaches  the  60˚  parallel,  the  density  of   the  air  mass  decreases  causing  the  air  to  rise  (akin  to  the  process  at  0˚),  crea>ng  an  area  of  low  air   pressure.  As  the  air  rises,  temperatures  decline  dropping  the  water  holding  capacity  of  the  air   mass,  forming  precipita>on.  This  is  the  cause  of  the  world’s  very  cold,  wet  taiga  forests  (i.e.   Southern  Canada,  Northern  Europe,  and  Russia  and  Northern  China)  where  coniferous  trees   dominate.  As  the  air  reaches  the  tropopause,  it  either  moves  back  toward  the  equator  or  toward   the  poles.  As  the  air  mass  moves  away  from  60˚  the  air  mass  con>nues  to  cool  releasing   precipita>on.  This  phenomenon  provides  rain  and  snow  crea>ng  the  cool,  wet  temperate  forests   of  Northern  United  States,  Southern  Europe,  and  China.  These  forests  typically  are  dominated  by   deciduous  trees  Similar  to  the  Hadley  cell  though,  once  the  water  has  completely  precipitated,  the   air  mass  becomes  dry.  As  the  Ferrell  cells  travel  towards  30˚  just  below  the  tropopause,  the   temperatures  con>nue  to  decline  increasing  the  density  of  the  air  mass,  causing  the  air  mass  to   descend  back  to  Earth  at  30˚,  comple>ng  the  Ferrell  cell.    

0˚      

30˚      

60˚      

90˚      

90˚      

60˚      

30˚      

Figure  3.  Global  atmospheric  circula>on  cells.  

  The  Polar  Cells     The  Polar  cell  (60˚-­‐90˚)  convec>on  shares   many  similari>es  with  the  Hadley  cell.  Though   dry  and  cool  rela>ve  to  the  equator,  the  air   mass  at  60˚  has  enough  thermal  energy  to  rise   driving  the  Polar  and  Ferrell  cells.  Once  the  air   mass  reaches  the  tropopause  at  60˚,  it  moves   both  poleward  and  towards  the  equator.  In   the  Polar  cell,  the  air  mass  moves  towards  the   poles  cooling  and  releasing  precipita>on  as   snow  or  rain.  As  the  convec>on  reaches  the   poles  it  descends  as  a  cold,  dry  high-­‐pressure   air  mass.  Very  liVle  precipita>on  falls  at   extreme  la>tudes  due  to  this  phenomenon.   Areas  of  the  poles  that  are  not  dominated  by   glaciers  in  extreme  northern  and  southern   la>tudes  have  minimal  moisture  availability   and  an  extremely  short  growing  season,  and   are  inhabited  by  very  short  scrubby  vegeta>on   in  a  biome  known  as  the  tundra.      

3.  In  Figure  3,  label  each  atmospheric  circulaBon  cell.     a.    

  b.    

  c.    

  d.    

  e.    

  f.    

92  Global  Climate  and  Terrestrial  Biomes  

Precipita>on  

Exercise  B:  Atmospheric  CirculaBon  PaCerns  

5.  Refer  to  Figure  4,  temperature  is  unimodal  (a  one-­‐humped  shape),  while  precipitaBon  is  trimodal   (a  three-­‐humped  shape).  From  your  knowledge  of  global  atmospheric  circulaBon  paCerns,   explain  why  temperature  (relaBve  to  laBtude)  is  unimodal.  Provide  as  detailed  explana9on  as   possible.    

          6.  Why  is  global  precipitaBon  (relaBve  to  laBtude)  trimodal?  Provide  as  detailed  explana9on  as  

possible  including  a  discussion  of  the  Hadley,  Ferrell  and  Polar  cells.                

0  

5  

10  

15  

20  

25  

A ve ra ge  T em

pe ra tu re  (˚ C)  

La>tude  (˚N)   0   90  60  30  -­‐30  -­‐60  -­‐90  

0  

500  

1000  

1500  

2000  

A verage  Precipita>on  (m

m )  

Temperature   Precipita>on  

Figure  4.    The  rela>onship  between  la>tude,     precipita>on  and  temperature.    

Global  Temperature  and  Precipita9on  Pa:erns     Ul>mately,  differences  in  solar  radia>on   determines  global  posi>oning  of  biomes.   On  average,  solar  radia>on  is  greatest  at   the  equator  and  lowest  at  the  poles  (Fig.  4).   While  precipita>on  on  average  correlates   with  temperature,  variability  between   temperature  and  precipita>on  is  due  to   atmospheric  convec>on  of  the  Hadley,   Ferrell  and  Polar  cells.    

4.  Refer  to  Figure  4,  what  property  of  air   mass  are  responsible  for  the  general   correlaBon  between  precipitaBon  and   temperature?      

93  Global  Climate  and  Terrestrial  Biomes  

Exercise  B:  Atmospheric  CirculaBon  PaCerns   The  Coriolis  Effect  and  Global  Wind  Pa:erns     Every  24  hours  the  Earth  completes  one   rota>on  around  its  axis.  With  the  North  pole   oriented  at  top,  the  Earth  rotates  counter-­‐ clockwise  on  its  axis  (from  leh  to  right  in  Fig   5).  This  causes  air  masses  moving  toward   the  equator  to  deflect  towards  the  right  (in   the  northern  hemisphere)  and  toward  the   leh  (in  the  southern  hemisphere).  Imagine  a   rocket  being  propelled  directly  south  from   the  north  pole  (see  Figure  5).  If  the  Earth   were  not  rota>ng,  the  rocket  would  be   propelled  directly  toward  the  equator.   However,  since  the  Earth  is  rota>ng  the   rocket  will  not  directly  reach  the  equator   perpendicular  to  its  original  trajectory.  As   the  Earth  spins,  a  rocket  moving  from  the   north  pole  towards  the  equator  will  bend  to   the  right.  What  about  a  rocket  shot  from  the   south  pole  to  the  equator?  

Figure  5.  A  simplifica>on  of  the  Coriolis  Effect.  

Direc>on  of  Earth’s  rota>on   (counterclockwise)  

   Rocket  fired  from  north  pole  to  equator  

Expected  path  in  a  non-­‐rota9ng  Earth  

Actual  path  in  a  rota9ng  Earth   (clockwise)  

   Rocket  fired  from  south  pole  to  equator  

This  phenomenon  is  know  as  the  Coriolis  Effect.  However,  unlike  the  simplifica>on  of  the  Coriolis   Effect  in  Figure  4,  the  convec>on  of  air  masses  on  Earth  make  this  process  more  dynamic  and   complex.  Strange  at  it  may  seem,  different  la>tudes  rotate  at  different  veloci>es.  The  circumference   of  the  Earth  at  the  equator  (40,000km)  is  much  larger  than  the  circumference  at  the  pole  (effec>vely   0km).Therefore,  the  surface  of  Earth  at  the  equator  is  moving  approximately  1,666  km/h  while   directly  at  the  pole  the  earth  is  effec>vely  moving  close  to  0  km/h.  This  varia>on  in  rota>onal  rates  at   the  surface  of  Earth  are  responsible  for  global  wind  paVerns.  This  phenomenon  causes  terrestrial   wind  paVerns  in  the  northern  hemisphere  to  move  towards  the  right  (rela>ve  to  their  ini>al   trajectory)  and  wind  paVerns  to  move  leh  in  the  southern  hemisphere.       Tradewinds     As  the  warm  air  mass  reaches  the  surface  of  the  Earth  at  30˚,  the  flow  spits  moving  both  poleward   and  towards  the  equator.  As  the  air  mass  of  the  Hadley  cell  moves  back  towards  the  poles,  the  Earth   is  spinning  counterclockwise.  Due  to  the  varia>on  in  the  Earth’s  circumferen>al  rota>on  rates,  wind   moving  towards  the  equator  is  moving  slower  than  the  Earth’s  surface.  This  phenomenon  causes  air   masses  moving  toward  the  equator  to  simultaneously  flow  clockwise  (to  the  right  in  the  northern   hemisphere  and  to  the  leh  in  the  southern  hemisphere,  rela>ve  to  the  ini>al  velocity)  from  30˚  to  0˚.   This  effect  creates  the  Earth’s  tradewinds,  which  move  south  and  east  (southeasterly)  in  the  northern   hemisphere  (from  30˚N  to  0˚)  and  northeasterly  in  the  southern  hemisphere  (from  30˚S  to  0˚).  As   these  tradewinds  near  the  equator,  they  travel  across  the  ocean  and  absorb  massive  amounts  of   water  (due  to  the  increased  water  holding  capacity  of  the  warmer  air  mass).  The  tradewinds  slam   into  western  Africa,  western  South  America,  southern  India,  northern  Australia  and  the  South  Pacific   producing  the  world’s  lush  tropical  forests.      

8.  In  Figure  4,  draw  a  line  of  the  actual  path  a  rocket  shot  from  the  south  pole  directly  towards  the   equator  would  follow.    

0˚  

30˚N  

30˚S  

60˚S  

60˚N  

90˚S  

90˚N  

94  Global  Climate  and  Terrestrial  Biomes    

Precipita>on  

Exercise  B:  Atmospheric  CirculaBon  PaCerns  

Figure  6.  Global  surface  wind  paVerns  due  to  atmospheric  convec>on  cells  and  the  Coriolis  Effect.  

Direc>on  of  Earth’s  rota>on   (counterclockwise)  

Westerlies     As  the  high  pressure  air  mass  descends  at  30˚  and  splits,  half  of  the  air  mass  travels  along  surface  of   the  Earth  towards  the  poles  in  the  Ferrell  cell.  Just  as  the  Hadley  cell,  the  air  masses  will  move   toward  the  right  in  the  northern  hemisphere  and  to  the  leh  in  the  southern  hemisphere,  rela>ve  to   the  rota>on  of  the  Earth.  However,  unlike  the  Hadley  cell,  the  surface  winds  of  the  Ferrell  cell  move   in  a  westerly  direc>on.  As  the  air  mass  moves  toward  the  poles  at  30˚,  the  ini>al  speed  of  the  air   mass  is  faster  rela>ve  to  the  rota>onal  speed  of  the  Earth  further  poleward  (due  to  the  shrinking   circumference  of  the  Earth).  This  causes  air  masses  (known  as  westerlies)  travelling  from  30˚  to  60˚  to   move  from  south  to  west  (southwesterly)  in  the  northern  hemisphere  and  northwesterly  in  the   southern  hemisphere.       Polar  Winds     As  the  polar  convec>on  reaches  the  the  poles  (90˚)  the  cold,  dry  air  mass  descends  to  the  surface  of   Earth  genera>ng  an  area  of  high  pressure,  which  moves  along  the  surface  towards  the  low  pressure   area  at  60˚.  As  this  air  mass  moves  along  the  surface,  it  travels  clockwise,  due  to  the  Coriolis  effect  of   the  counter-­‐clockwise  rota>on  of  the  Earth.  This  effect  causes  polar  wind  to  travel  along  the  surface   of  the  Earth  from  90˚  to  60˚  southeasterly  in  the  northern  hemisphere,  and  northeasterly  in  the   southern  hemisphere.  When  the  polar  wind  at  the  surface  of  the  Earth  reaches  60˚,  it  combines  with   the  warming  air  mass  of  the  Ferrell  cell  and  rises,  comple>ng  the  Polar  cell.               .    

9.  In  Figure  6,  the  black  dots  at  30˚  and  90˚  represent  descending  air  masses  hiang  the  surface  of  the   Earth.  Based  on  your  knowledge  of  global  convecBon  paCerns  and  the  Coriolis  Effect,  draw  the   expected  trajectory  of  each  air  mass  responsible  for  the  wind  paCerns  on  the  surface  of  the  earth.    

95  Global  Climate  and  Terrestrial  Biomes    

Precipita>on  

Exercise  B:  Atmospheric  CirculaBon  PaCerns   Seasonality  and  Axial  Tilt     Rela>ve  to  its  (annual)  orbital  axis  around  the  sun,  the  (daily)  rota>onal  axis  of  Earth  is  >lted  23.5˚.  This   is  known  as  Earth’s  axial  9lt.  As  the  earth  orbits  the  sun  throughout  the  year,  its  axial  >lt  affects  regional   temperature  paVerns  genera>ng  seasonality.  Due  to  Earth’s  axial  >lt,  the  equator  of  Earth  is  not  always   directly  perpendicular  (90˚)  to  the  solar  radia>on  angle  of  incidence.  On  Jun  21st,  day  length  is  at  its   maximum  in  the  northern  hemisphere  and  at  its  minimum  in  the  southern  hemisphere  (and  is  known   Northern  Summer  Sols9ce  and  the  Southern  Winter  Sols9ce).  On  this  day,  the  solar  radia>on  angle  of   incidence  is  perpendicular  (90˚)  to  the  la>tude  23.5˚N.  Thus  on  the  Northern  Summer  Sols>ce,  areas   surrounding  23.5˚N  la>tude  receive  the  most  direct  amount  of  solar  radia>on  than  any  where  else  on   the  planet  (Fig.  7c),  responsible  for  northern  summers  and  southern  winters.  The  la>tude  of  Earth  that   receives  a  perpendicular  solar  radia>on  angle  of  incidence  (and  therefore  the  most  solar  radia>on)  is   known  as  the  solar  equator.       As  Earth  rotates  around  the  sun,  the  posi>on  of  the  solar  equator  changes  (Fig.  7a).  As  Earth  orbits  from   the  Northern  Summer  Sols>ce  the  solar  equator  moves  southward.  On  September  21st,  the  solar   equator  and  Earth’s  equator  align,  on  a  day  known  as  the  Northern  Autumnal  Equinox  and  the  Southern   Vernal  Equinox.  On  this  day,  day  length  in  the  northern  and  southern  hemispheres  are  equal  with  night   length.    

Figure  7.  The  constant  23.5˚  axial  >lt  of  Earth  alters  annual  solar  radia>on  paVerns   genera>ng  seasonality.    

c)  Northern  Summer  Sols>ce,  Southern  Winter   Sols>ce  (June  21st)  

23.5˚  

23.5˚  

b)  Equinoxes  (September  21st  and  March  21st)  

Equator  

S  

N   So la r   Ra

di a>

on  

So la r   Ra

di a>

on  Solar  Radia>on  

(a)  Rota>on  of  Earth  around  the  Sun  

d)  Northern  Winter  Sols>ce,  Southern  Summer   Sols>ce  (December  21st)  

June  21  

Sept.  21  

Dec.  21  

March  21  

96  Global  Climate  and  Terrestrial  Biomes    Exercise  B:  Atmospheric  CirculaBon  PaCerns  

Seasonality  and  Axial  Tilt     As  Earth  moves  beyond  the  Northern  Autumnal  Equinox,  the  constancy  of  Earth’s  axial  >lt  causes  the   south  pole  to  move  closer  to  the  sun,  while  the  north  pole  moves  further  away.  Days  in  the  north   become  shorter  while  days  in  the  south  become  longer.  Likewise,  the  solar  equator  begins  to  move   south.  On  Dec.  21st  (the  Northern  Winter  Sols9ce  and  the  Southern  Summer  Sols9ce),  the  solar   equator  reaches  la>tude  23.5˚S.  On  this  day,  day  length  is  minimized  in  the  northern  hemisphere  and   maximized  in  the  southern  hemisphere.  As  Earth  moves  beyond  the  Northern  Winter  Sols>ce  the   solar  equator  move  back  towards  Earth’s  equator,  and  days  become  longer  in  the  north  and  shorter   in  the  south.  On  March  21st  (the  Northern  Vernal  Equinox  and  the  Southern  Autumnal  Equinox),  day   length  is  equal  to  night  length  in  both  hemispheres.    

10.  From  your  understanding  of  the  Earth’s  axial  Blt  relaBve  to  the  rotaBon  around  the  sun,  draw  a   line  indicaBng  the  posiBon  of  the  solar  equator  during  one  annual  cycle.    

June  21   Sep.  21   Dec.  21   March  21   June  21  

23.5˚N  

23.5˚S  

0˚  

Ea rt h   La B tu de

 

S  A   O   N   D  A  F   M   M   J   J  J  

So la r   Ra

di a>

on  

90˚N                                60˚N                                  30˚N                            0˚                                30˚S                              60˚S                                  90˚S          .                            

Figure  8.  Solar  radia>on  at  varying  la>tudes  waxes  and   wanes  with  the  solar  equator  due  to  Earth’s  axial  >lt.    

11.  As  the  solar  equator  waxes  and  wanes  due  to  the  axial  Ble  of  Earth,  solar  radiaBon  hiang   Earth  at  varying  laBtudes  is  altered  (Figure  8).  Why  does  the  amount  of  solar  radiaBon  hiang   the  equator  (0˚)  vary  throughout  the  year.    

11.  Why  is  the  variaBon  in  solar   radiaBon  throughout  the  year   greater  for  higher  laBtudes   than  lower  laBtudes?  

12.  As  air  rises  (Fig.  10),  do  the  following  phenomena  increase,  decrease  or  remain  the  same?  

   

________________________  

________________________  

________________________  

________________________  

________________________  

 

 

 Air  pressure  

Dew  point  

Temperature  

CondensaBon  

PrecipitaBon  

97  Global  Climate  and  Terrestrial  Biomes    Exercise  C:  Regional  Effects  on  Temperature  and  PrecipitaBon  

Evapora9on  and  Transpira9on     Precipita>on  is  caused  by  two  forces:  (1)   increasing  water  vapor  and  (2)  decreasing   air  temperatures  to  its  dew  point.   Increasing  water  vapor  happens  in  a   variety  of  ways.  The  dominant  source  of   atmospheric  water  vapor  is  evapora9on.   As  a  warm  air  mass  moves  across  a  cooler   body  of  water,  liquid  water  evaporates   into  gaseous  water  increasing  the  air   mass’s  humidity,  or  the  amount  of  water   in  an  air  mass.  Secondly,  when  plants   absorb  water  from  their  roots,  the  water   is  carried  through  their  vascular  system   and  is  released  to  the  atmosphere   through  small  pores  in  their  leaves,  a   process  known  as  transpira9on.    

12.  As  warm  air  moves  across  a  cool  ocean  (Fig.  9),  do   the  following  phenomena  increase,  decrease  or   remain  the  same?  

    ________________________  

________________________  

________________________  

 EvaporaBon    

Humidity  

TranspiraBon  

Figure  9.  A  warm  air  mass  moving  over  cool  water.    

Figure  10.  Condensa>on  and  precipita>on  via  adiaba>c  cooling.    

Condensa9on     As  air  masses  cool,  water  vapor  condenses  to  liquid  water,  forming  clouds.  Eventually,  this  water  falls   back  to  Earth  as  precipita9on  (as  rain,  snow,  or  ice),  when  the  atmosphere  becomes  saturated  with   water  vapor.  Dew  point  is  the  temperature  at  which  water  vapor  condenses  into  liquid  water  at  the   same  rate  it  evaporates.  At  temperatures  below  the  dew  point,  water  in  the  atmosphere  condenses  and   precipitates;  while  at  temperatures  above  the  dew  point,  atmospheric  liquid  water  vaporizes  into  

16.  In  Figure  11,  label  the  windward  and  leeward  sides  of  the  mountain.    

   

98  Global  Climate  and  Terrestrial  Biomes    Exercise  C:  Regional  Effects  on  Temperature  and  PrecipitaBon  

Figure  11.  The  rain  shadow  effect  creates  some  of  the  world’s  driest  deserts.    

gaseous  water.  One  mechanism  of  producing  condensa>on  by  reducing  the  air  mass  to  its  dew  point  is   known  as  adiaba9c  cooling  Fig.  10).  As  air  masses  rise,  air  pressure  and  temperature  decrease,  and  the   rela>ve  humidity  increases.  Once  this  air  mass  reaches  the  dew  point,  water  vapor  condenses  forming   liquid  water  droplets  we  see  as  clouds.  This  process  is  ini>ated  at  condensa9on  nuclei,  where  condensing   water  collides  with  dust  or  ice  crystals.  As  more  condensa>on  occurs,  developing  water  molecules  aVach   to  other  condensa>on  nuclei  or  existent  water  droplets  (or  ice  crystals).  Alterna>vely,  condensa>on  can   occur  when  a  wet  warm  air  mass  encounters  a  cooler  air  mass,  a  process  known  as  conduc9ve  cooling.  As   the  warmer  air  mass  collides  with  a  cooler  air  mass,  its  temperature  declines  to  its  dew  point  causing   condensa>on.       Precipita9on       Though  water  is  denser  than  air,  air  currents  keep  water  and  ice  aloh  un>l  they  reach  a  mass  no  longer   capable  of  keeping  them  sustained  in  air.  At  this  point,  the  water  droplets  (or  ice  crystals)  fall  to  the   surface  of  Earth  as  precipita>on.  Adiaba>c  cooling  by  rising  air  masses  occurs  in  one  of  two  ways:  upward   convec>on  (Fig.  10)  or  movement  up  a  physical  barrier  (Fig.  11).  The  global  scale  atmospheric  convec>ons   cells  (Hadley,  Ferrell,  and  Polar)  cause  air  masses  to  rise,  genera>ng  precipita>on  due  to  adiaba>c  cooling.   As  an  air  mass  reaches  the  con>nent  from  an  ocean  (or  other  large  body  of  water),  the  air  mass  is  forced   upward,  in  a  process  known  as  orographic  liM.  If  the  rise  of  con>nent  is  great  enough,  the  air  mass  will  lose   all  (or  nearly  all)  of  its  moisture  as  precipita>on  on  the  windward  side  of  the  mountain  chain.  As  the  air   passes  over  the  mountain  chain,  it  is  stripped  of  its  moisture  crea>ng  very  dry  condi>ons  on  the  leeward   side  of  the  mountain.  This  process  is  known  as  the  rain  shadow  effect,  and  is  responsible  for  crea>ng  some   of  the  world’s  driest  deserts.  Chile’s  Atacama  Desert  is  the  driest  desert  in  the  world  due  to  a  double  rain   shadow  effect  from  two  very  tall  mountain  chain  (some  rain  sta>ons  have  never  received  measurable   precipita>on).  The  Sahara  Desert  is  actually  made  much  drier  due  the  the  presence  of  two  rain  shadow   effects,  as  well.  Rain  shadow  deserts  in  N.  American  include  the  Mohave,  Great  Basin,  Sonoran  and   Chihuahuan  deserts.       14.  How  does  condensaBon  from  orographic  lif  and  convecBve  cooling  differ?       15.  What  similariBes  do  orographic  lif  and  convecBve  cooling  share  that  promote  condensaBon?