Определение погоды и климата. Факторы формирования климата, свидетельства и гаранты стабильности современного климата. Характеристики погоды.

Предмет климатологии и метеорологии и значение этих наук для строителей, транспорта и сельского хозяйства. Объекты их изучения. Содержание климатического очерка к проекту.

Метеорология – наука, изучающая и объясняющая физические явления, и процессы, происходящие в атмосфере при взаимодействии ее с поверхностью почвы, воды, растительности и т. д. («подстилающая поверхность»). Эта наука есть физика атмосферы, поскольку совершающиеся в ней процессы имеют физический характер.

Метеорология – это наука о земной атмосфере, ее строении, свойствах и физических процессах, происходящих в ней. Целью науки метеорологии является изучение физических свойств атмосферы и происходящих в ней явлениях во взаимосвязи со свойствами и влиянием подстилающей поверхности: суши, моря.

Метеорология изучает: состав и строение атмосферы; теплооборот и тепловой режим в атмосфере и на земной поверхности; влагооборот и фазовые превращения воды в атмосфере, движения воздушных масс; электрические, оптические и акустические явления в атмосфере. Одна из главных задач метеорологии - прогноз погоды на различные сроки. Важнейшая задача метеорологии – физическое объяснение атмосферных процессов и явлений, выявление причинно-следственных связей и закономерностей, управление их развитием. Объектом изучения метеорологии является газовая оболочка Земли, называемая атмосферой.

Климатология – область науки, изучающая условия формирования климата и климатический режим различных стран и районов. Климатология рассматривает взаимосвязи между климатообразующими факторами и взаимодействие их с подстилающей поверхностью. Климатология занимается изучением закономерностей в распределении на поверхности земного шара различных метеорологических явлений и типов климата. Климатология имеет большое практическое значение. Она обслуживает различные отрасли народного хозяйства. Данные климатологии широко используются в производстве.

В процессе обслуживания запросов практики из климатологии выделился ряд отраслей, которые затем получили самостоятельное развитие. Так появилась агроклиматология, лесная климатология, медицинская климатология и др.

Агроклиматология изучает климатические условия, имеющие значение в сельском хозяйстве, причем изучение этих условий производится с учетом взаимодействия их с объектами процессами сельскохозяйственного производства. Она занимается также агроклиматическим описанием и районированием территории для наиболее целесообразного и эффективного размещения сельскохозяйственного производства, а также в целях внедрения приемов агротехники, наиболее отвечающих местному климату и обеспечивающих получение высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур, повышение продуктивности животноводства, составление прогнозов урожайности сельхозкультур, мер борьбы с неблагоприятными и опасными гидрометеорологическими явлениями.

Транспортная климатология имеет целью изучить влияние метеорологических условий на работу авиации, железнодорожного, водного и других видов транспорта.

Для выяснения климатических условий какой-либо местности широко используют многолетние наблюдения метеорологических станций. Эти наблюдения дают возможность вывести средние и крайние значения метеорологических элементов, повторяемость различных явлений и т.д., которые и служат для количественной характеристики климата данной местности, а также для сравнения климата различных местностей. Эти данные необходимы для удовлетворения запросов народного хозяйства.

Климатический очерк к проекту:

1. Карты с выделенной исследуемой территорией (ближайшая к центру тяжести водосбора).

2. Административное положение (в какой области находится, вблизи каких крупных населенных пунктов).

3. Природная зона, в которой находится рассматриваемый водосбор.

4. Геология, рельеф, почвы, растительность.

5. Гидрография района, наличие рек, озер, болот.

6. Климат, метеорологические характеристики:

6.1. Среднемесячная температура;

6.2. Абсолютный максимум температуры;

6.3. Абсолютный минимум температуры;

6.4. Атмосферные осадки с поправками;

6.5. Влажность воздуха;

6.6. Скорость ветра;

6.7. Повторяемость направлений ветра (построение розы ветров);

6.8. Высота снежного покрова;

6.9. Глубина промерзания почвогруетов;

7. Определить интерполяцией по картам значения теплоэнергетических ресурсов: (ТЭС) климат Тк, ТЭР суммарного испарения Tz, значение криоклиматического показателя y испарения Z глубины промерзания почвогрунтов h, слоя годового стока Y и атмосферных осадков KX.

8. Вычислить значение этих величин по эмпирическим формулам Карнацевича и сравнить с теми, которые получены по картам.

9. Зная годовую норму атмосферных осадков (с поправками) и годовую норму ТЭР испарения, по уравнению связи В.С. Мезенцева рассчитать годовую норму суммарного испарения Z, приняв значение параметра n=3,0.

10. Определить фактические затраты тепла за год на суммарное испарение с поверхности водосбора LZ и затраты тепла на нагревание воздуха.

11. Определить слой годового стока по уравнению водного баланса.

12. Построить структурные диаграммы теплового и водного баланса.

 

Строение

• Тропосфера - самый близкий к Земле слой. "Толщина" этого слоя изменяется по мере удаления от экватора. Над экватором слой простирается ввысь на 16-18 км, в умеренных зонах – на 10-12км, на полюсах – на 8-10 км.

Именно здесь содержится 80% всей массы воздуха и 90% водяного пара. Здесь образуются облака, возникают циклоны и антициклоны. Температура воздуха зависит от высоты местности. В среднем она понижается на 0,65° C на каждые 100 метров.

• Стратосфера – это слой, верхняя граница которого проходит на высоте 50-55 километров. Максимальная концентрация озона – на высоте 20-25 км. В стратосфере температура воздуха начинает повышаться и достигает отметки +0,8° C. Это обусловлено тем, что озоновый слой взаимодействует с ультрафиолетовым излучением.

• Мезосфера - верхняя граница слоя – 80-85 километров. Здесь происходят сложные фотохимические процессы с участием свободных радикалов. Именно они обеспечивают то нежное голубое сияние нашей планеты, которое видится из космоса. В мезосфере сгорает большинство комет и метеоритов.

• Термосфера - нижняя граница начинается на высоте 80 - 90 км, а верхняя граница слоя проходит приблизительно по отметке 800 км. Температура воздуха возрастает. Она может варьироваться от +500° C до +1000° C.

• Ионосфера - объединяет мезосферу, мезопаузу и термосферу. Воздух здесь состоит в основном из молекул кислорода и азота, а также из квазинейтральной плазмы. Солнечные лучи, попадая в ионосферу сильно ионизируют молекулы воздуха. В нижнем слое (до 90 км) степень ионизация низкая. Чем выше, тем больше ионизация. Так, на высоте 100-110 км электроны концентрируются. Это способствует отражению коротких и средних радиоволн.

Самый важный слой ионосферы – верхний, который находится на высоте 150-400 км. Его особенность в том, что он отражает радиоволны, а это способствует передаче радиосигналов на значительные расстояния.

• Экзосфера – состоит из атомов кислорода, гелия и водорода. Газ в этом слое очень разрежен и нередко атомы водорода ускользают в космическое пространство. Поэтому этот слой и называют "зоной рассеивания".

Вопрос. Атмосферные осадки

Осадками называют воду, выпадающую в жидком или твердом состоянии на поверхность земного шара и наземные предметы из облаков или из воздуха, вследствие конденсации содержащегося в нем водяного пара.Осадки в зависимости от фазового состояния разделяются на: твердые (снег, град, снежная крупа, гололед, иней), жидкие (дождь), смешанные (снег с дождем, мокрый снег).Осадки характеризуются тремя параметрами: количеством, интенсивностью и продолжительностью их выпадения. Количество осадков измеряется толщиной слоя воды в мм, который образовался бы на горизонтальной поверхности от выпавших осадков при отсутствии просачивания в землю, стекания и испарения.

1 Мм осадков = 10 т воды на 1 га.

Интенсивность осадков измеряют в миллиметрах в минуту (мм/мин) или в час (мм/ч).

Продолжительность выпадения осадков измеряют в часах или в минутах от начала до окончания их выпадения.

Осадки выпадающие их облаков делятся на 3 типа:

Обложные (нижний ярус, слоистые облака).

Моросящие (нижний ярус, слоистые облака).

Ливневые (кучевые облака вертикального развития).

Наблюдения за осадками включают: 1. визуальные – вид осадков, их интенсивность, время начала и конца выпадения 2. измерение количества осадков с помощью приборов – осадкомера и дождемера Третьякова, полевого дождемера Давитая, плювиографа, суммарного осадкомера, напочвенного осадкомера.

Полевой дождемер Давитая.

Это цилиндрический стеклянный стакан с расширением в верхней части и плоским основанием. Приемная площадь дождемера 30см.кв., высота -34см. Цена деления -1мм. Рассчитан на измерение 60-65мм осадков. Для уменьшения испарения воды в стакан вставляется небольшая стеклянная воронка. Измеряют им количество осадков на сельхозполях, где ведутся инструментальные наблюдения за влажностью почвы, если этот участок находится на расстоянии более 2км от метеоплощадки.

Дождемер напочвенный

устанавливается в углублении в земле так, чтобы его приемное отверстие находилось на уровне земли, где скорость ветра близка к нулю и не отклоняет капельки дождя или снежинки.

Осадкомер суммарный – применяется для наблюдений в трудно доступных местах, когда нужна информация об осадках за длительный период времени (месяц, сезон). Состоит из 2-х частей - верхняя съемная (приемная часть) и нижняя - конусообразный закрытый сосуд. К приемной части крепится планочная ветровая защита.(стр.132 практикум Виткевич)

вертикальным стержнем. К стержню прикреплено горизонтальное перо, которое на ленте барабана чертит линию – график изменения количества осадков или плювиограмму. (стр. 141 практикум Виткевич). В сосуд с поплавком входит одно колено сифонной трубки. Внизу стоит контрольный сосуд.

 

 

6.Влажностьвоздуха. Приборы. Велечины, характерезующие влажность.Абсолютная и относительная влажность воздуха.Еденицы измерения формулы.

Влажность воздуха — это величина, характеризующая содержание водяных паров в атмосфере Земли — одна из наиболее существенных характеристик погоды и климата.

Влажность воздуха в земной атмосфере колеблется в широких пределах. Так, у земной поверхности содержание водяного пара в воздухе составляет в среднем от 0,2 % по объёму в высоких широтах до 2,5 % в тропиках. Упругость пара в полярных широтах зимой меньше 1 мбар (иногда лишь сотые доли мбар) и летом ниже 5 мбар; в тропиках же она возрастает до 30 мбар, а иногда и больше. В субтропических пустынях упругость пара понижена до 5—10 мбар.

Абсолютная влажность воздуха (f) — это количество водяного пара, фактически содержащегося в 1 м³ воздуха. Определяется как отношение массы содержащегося в воздухе водяного пара к объёму влажного воздуха.

Обычно используемая единица абсолютной влажности — грамм на метр кубический, г/м³

Относительная влажность воздуха (φ) — это отношение его текущей абсолютной влажности к максимальной абсолютной влажности при данной температуре. Она также определяется как отношение парциального давления водяного пара в газе к равновесному давлению насыщенного пара.

 

Гигрометры

Прибор, измеряющий влажность воздуха, называется гигрометром. Сегодня в магазинах чаще всего можно встретить электронные гигрометры различных модификаций. Для детской комнаты и простого систематического контроля за влажностью в доме, такого приборчика может быть вполне достаточно, тем более что и цена у него приемлемая. Однако высокой точностью показания такого гигрометра не отличаются. Иногда они могут давать погрешность в пределах 20%.

Механический гигрометр будет стоить дороже электронного, но зато и работать станет точней. Устройство представляет собой шкалу со стрелкой. Существуют волосяные и пленочные модификации такого прибора. В первой на изменения влажности воздуха реагирует длинный женский волос, соединенный с прибором учета. В пленочном гигрометре роль измерительного элемента играет специальная тонкая пленка. Однако следует учитывать, что оба гигрометра будут давать довольно точные сведения при низких температурах, а вот в жару их показания могут искажаться.

 

Психрометр

Наиболее точным прибором для определения относительной влажности воздуха при различных температурах является психрометр. В основу его работы положена разница между температурой на двух шкалах термометра – сухом и влажном. Правда, для получения результата, придется приложить некоторые усилия: смочить ткань водой, поместить в прибор и подождать некоторое время, а потом еще вычислить ответ по специальной таблице. Однако если вы ищите действительно достоверные данные о влажности и колебания в 15-20% вас не удовлетворяют, покупайте именно психрометр с двумя шкалами. Он вас не подведет.

Влажность – не температура или время. При ее измерении существуют некоторые нюансы. Поэтому прежде чем отправляться в магазин за желанным приборчиком, тему стоит немного изучить. Для начала надо разобраться в основных понятиях. Влажность воздуха бывает абсолютной и относительной. Абсолютная – это плотность в воздухе водяного пара. При различной температуре эта величина будет неодинаковой. А вот относительная влажность воздуха – это именно то, о чем постоянно говорят в прогнозе погоды и метеосводках. Выражаясь простым языком, эта величина показывает, какого количества влаги не хватает воздуху до момента, когда начнется ее конденсация. Именно прибор для определения относительной влажности воздуха и нужен для детской комнаты, офиса или другого бытового использования.

Влажность обычно характеризуется количеством воды в веществе, выраженным в процентах (%) от первоначальной массы влажного вещества (массовая влажность) или её объёма (объёмная влажность).

Влажность можно характеризовать также влагосодержанием, или абсолютной влажностью — количеством воды, отнесённым к единице массы сухой части материала. Такое определение влажности широко используется для оценки качества древесины.

Эту величину не всегда можно точно измерить, так как в ряде случаев невозможно удалить всю неконденсированную воду и взвесить предмет до и после этой операции.

Относительная влажность характеризует содержание влаги по сравнению с максимальным количеством влаги, которое может содержаться в веществе в состоянии термодинамического равновесия. Обычно относительную влажность измеряют в процентах от максимума.

 

Отдельный документ

Предмет климатологии и метеорологии и значение этих наук для строителей, транспорта и сельского хозяйства. Объекты их изучения. Содержание климатического очерка к проекту.

Метеорология – наука, изучающая и объясняющая физические явления, и процессы, происходящие в атмосфере при взаимодействии ее с поверхностью почвы, воды, растительности и т. д. («подстилающая поверхность»). Эта наука есть физика атмосферы, поскольку совершающиеся в ней процессы имеют физический характер.

Метеорология – это наука о земной атмосфере, ее строении, свойствах и физических процессах, происходящих в ней. Целью науки метеорологии является изучение физических свойств атмосферы и происходящих в ней явлениях во взаимосвязи со свойствами и влиянием подстилающей поверхности: суши, моря.

Метеорология изучает: состав и строение атмосферы; теплооборот и тепловой режим в атмосфере и на земной поверхности; влагооборот и фазовые превращения воды в атмосфере, движения воздушных масс; электрические, оптические и акустические явления в атмосфере. Одна из главных задач метеорологии - прогноз погоды на различные сроки. Важнейшая задача метеорологии – физическое объяснение атмосферных процессов и явлений, выявление причинно-следственных связей и закономерностей, управление их развитием. Объектом изучения метеорологии является газовая оболочка Земли, называемая атмосферой.

Климатология – область науки, изучающая условия формирования климата и климатический режим различных стран и районов. Климатология рассматривает взаимосвязи между климатообразующими факторами и взаимодействие их с подстилающей поверхностью. Климатология занимается изучением закономерностей в распределении на поверхности земного шара различных метеорологических явлений и типов климата. Климатология имеет большое практическое значение. Она обслуживает различные отрасли народного хозяйства. Данные климатологии широко используются в производстве.

В процессе обслуживания запросов практики из климатологии выделился ряд отраслей, которые затем получили самостоятельное развитие. Так появилась агроклиматология, лесная климатология, медицинская климатология и др.

Агроклиматология изучает климатические условия, имеющие значение в сельском хозяйстве, причем изучение этих условий производится с учетом взаимодействия их с объектами процессами сельскохозяйственного производства. Она занимается также агроклиматическим описанием и районированием территории для наиболее целесообразного и эффективного размещения сельскохозяйственного производства, а также в целях внедрения приемов агротехники, наиболее отвечающих местному климату и обеспечивающих получение высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур, повышение продуктивности животноводства, составление прогнозов урожайности сельхозкультур, мер борьбы с неблагоприятными и опасными гидрометеорологическими явлениями.

Транспортная климатология имеет целью изучить влияние метеорологических условий на работу авиации, железнодорожного, водного и других видов транспорта.

Для выяснения климатических условий какой-либо местности широко используют многолетние наблюдения метеорологических станций. Эти наблюдения дают возможность вывести средние и крайние значения метеорологических элементов, повторяемость различных явлений и т.д., которые и служат для количественной характеристики климата данной местности, а также для сравнения климата различных местностей. Эти данные необходимы для удовлетворения запросов народного хозяйства.

Климатический очерк к проекту:

1. Карты с выделенной исследуемой территорией (ближайшая к центру тяжести водосбора).

2. Административное положение (в какой области находится, вблизи каких крупных населенных пунктов).

3. Природная зона, в которой находится рассматриваемый водосбор.

4. Геология, рельеф, почвы, растительность.

5. Гидрография района, наличие рек, озер, болот.

6. Климат, метеорологические характеристики:

6.1. Среднемесячная температура;

6.2. Абсолютный максимум температуры;

6.3. Абсолютный минимум температуры;

6.4. Атмосферные осадки с поправками;

6.5. Влажность воздуха;

6.6. Скорость ветра;

6.7. Повторяемость направлений ветра (построение розы ветров);

6.8. Высота снежного покрова;

6.9. Глубина промерзания почвогруетов;

7. Определить интерполяцией по картам значения теплоэнергетических ресурсов: (ТЭС) климат Тк, ТЭР суммарного испарения Tz, значение криоклиматического показателя y испарения Z глубины промерзания почвогрунтов h, слоя годового стока Y и атмосферных осадков KX.

8. Вычислить значение этих величин по эмпирическим формулам Карнацевича и сравнить с теми, которые получены по картам.

9. Зная годовую норму атмосферных осадков (с поправками) и годовую норму ТЭР испарения, по уравнению связи В.С. Мезенцева рассчитать годовую норму суммарного испарения Z, приняв значение параметра n=3,0.

10. Определить фактические затраты тепла за год на суммарное испарение с поверхности водосбора LZ и затраты тепла на нагревание воздуха.

11. Определить слой годового стока по уравнению водного баланса.

12. Построить структурные диаграммы теплового и водного баланса.

 

Определение погоды и климата. Факторы формирования климата, свидетельства и гаранты стабильности современного климата. Характеристики погоды.

Погода — совокупность значений метеорологических элементов и атмосферных явлений, наблюдаемых в определённый момент времени в той или иной точке пространства.

Климат – это многолетний режим погоды. Климат в узком смысле — локальный климат — характеризует данную местность в силу её географического местоположения. Климат в широком смысле — глобальный климат — характеризует статистический ансамбль состояний, через который проходит система «атмосфера — гидросфера — суша — криосфера — биосфера» за несколько десятилетий. Погода, в отличие от климата — это мгновенное состояние некоторых характеристик (температура, влажность, атмосферное давление).

Факторы формирования климата: На Земле при условии однородной, достаточно влажной поверхности различия в климате любых участков Земли зависели бы от радиационного баланса и циркуляции атмосферы. В этом случае климатические пояса располагались бы строго зонально и границы их совпадали бы с параллелями. На самом деле климатические пояса выражены не столь идеально. Это объясняется тем, что климат различных участков Земли формируется под влиянием всех климатообразующих факторов. Солнечная радиация — источник энергии всех процессов, происходящих в атмосфере. За счет солнечной радиации происходит передача тепла Солнцем через космическое пространство. Шарообразная форма Земли определяет различия климата в зависимости от географической широты, а наклонное положение оси вращения Земли — сезонность климата. Циркуляция воздушных масс в атмосфере влияет на режим осадков и географию их распределения на земном шаре, температуру воздуха. Для характеристики климата очень важно знать, как в данном месте распределяется суша и море. Удаленность от берегов океана в глубь материков отражается на режиме температуры, влажности, определяет степень континентальности данного климата. Теплые течения в морях и океанах способствуют повышению температуры в прибрежных районах суши и увеличению осадков. Холодные течения, наоборот, понижают температуру на окраинах материков и препятствуют выпадению осадков. Климат восточных и западных побережий Южной Америки, Австралии и Африки, находящихся в пределах одного тропического климата, различен. Это объясняется именно наличием там океанических течений. Велико воздействие на климат и рельефа. Так, в горах на разной высоте местности над уровнем моря климатические условия различаются; на климат влияет направление горных хребтов, служащих препятствием для ветра и вторжения воздушных масс. Равнины, наоборот, позволяют континентальным или океаническим воздушным массам беспрепятственно проникать в соседние районы. Климат в большой степени зависит от характера подстилающей поверхности, под которой понимают компоненты земной поверхности, взаимодействующие с атмосферой. Лес, например, уменьшает суточную амплитуду температур почвы и, значит, окружающего воздуха. Снег уменьшает потери тепла почвой, но он отражает значительное количество солнечных лучей, и Земля поэтому нагревается слабо.

гаранты стабильности современного климата

по результатам исследования многолетних векторов измеренных значений температуры воздуха на метеорологических станциях Сибири и Европейской территории России, а также сопредельных стран в составе бывшего Советского Союза. Исследованы параметры частотных распределений вариационных рядов, построены карты изотерм экстремальных температур и климатических норм – месячных и годовых. Колебания средних годовых температур воздуха в многолетних рядах характеризуются исчезающе малым значение коэффициента вариации 0,003 – таким же, как измеренные микрометром диаметры новых одинаковых монет достоинством в 10 копеек одного года выпуска. Обсуждаются семантические, метрологические и методические проблемы колебаний и изменений климата. Факты свидетельствуют, что глобальный климат в 20 веке не изменился. Некоторые повышения температуры воздуха неизменно сменялись и будут сменяться похолоданиями. Гаранты стабильности современного климата – неизменная солнечная постоянная, огромные запасы холода в океанах, вечномерзлых горных породах и ледниках полярных стран.

Погоду можно описать давлением, температурой и влажностью воздуха, силой и направлением ветра, облачностью, атмосферными осадками, дальностью видимости, атмосферными явлениями (туманами, метелями, грозами) и другими метеорологическими элементами. Погода испытывает непрерывные изменения, которые могут быть очень ощутимы не только от одного дня к другому, но и на протяжении даже нескольких минут. Изменения погоды бывают периодические и непериодические. Периодические изменения — это те изменения, которые имеют периодический характер, потому что связаны с вращением Земли вокруг своей оси (суточные изменения) или вокруг Солнца (годовые изменения). Наиболее заметны суточные изменения непосредственно у земной поверхности, в связи с тем, что изменения связаны с изменениями температуры земной поверхности, а с температурой воздуха связаны остальные метеорологические элементы. Годовые изменения выражаются в смене времён года. Непериодические изменения, особенно значительные во внетропических широтах обусловлены переносом воздушных масс. Несовпадения фазы периодических изменений с характером непериодических приводят к наиболее резким изменениям погоды. При переносе воздушных масс из одних областей Земли в другие они приносят с собой свойственные им характеристики погоды, отличные от ранее существовавших в данном районе, которые меняются в данном месте в соответствии с тем, откуда приходит новая воздушная масса и какими свойствами в связи с этим она обладает. С высотой интенсивность непериодических изменений погоды в общем уменьшается. Для авиации важен учёт резких усилений ветра и турбулентности, которые связанны со струйными течениями.