3. Метод. указ._Метеорология и климатология. Программа курса для студентов специальностей 05. 03. 06 "Экология и природопользование" 35. 03. 01Лесное дело 35. 03. 05 Садоводство
 Скачать 0.74 Mb.
|
|
Вопросы (ответить на вопрос, номер которого равен последней цифре номера зачетной книжки) 1. В каких единицах измеряется атмосферное давление, какова вели- чина нормального давления? Какие существуют показатели, характеризу- ющие количественное изменение давления в вертикальном и горизонталь- ном направлениях? 2. Как изображается пространственное распределение атмосферного давления на синоптических картах? Географическое распределение атмо- сферного давления. 3. Причины возникновения ветра. Какие силы определяют скорость и его направление? 4. Чем характеризуются скорость и направление ветра? Факторы, влияющие на скорость ветра. 5. Распределение давления и система ветров в циклонах. , 100 Er e 12 6. Распределение давления и система ветров в антициклонах. 7. Какие ветры называются местными? Объясните причины возник- новения бризов и горно-долинных ветров. 8. Условия и причины возникновения фенов и бора, их физические свойства. 9. Причины образования тропических и внетропических муссонов. Приведите их характеристику и объясните влияние на климат. 10. Как влияет растительный покров на ветер? Задача 4. По данным, приведенным в табл.4, рассчитать атмосфер- ное давление на уровне моря. Решается вариант, номер которого равен сумме двух последних цифр номера зачетной книжки. Ниже приводятся некоторые пояснения, необходимые для решения задачи. Таблица 4 Номер варианта Высота метеостанции, м Давление воздуха, гПа Температура воздуха, о С 1 300 999,9 12 2 250 993,2 8 3 200 986,6 12 4 250 979,9 12 5 300 973,2 11 6 250 979,9 16 7 200 986,6 14 8 350 993,2 18 9 200 999,9 20 10 300 1006,6 9 11 150 993,0 10 12 200 982,5 13 13 250 980,0 15 14 300 975,8 7 15 350 970,0 17 16 400 968,6 10 17 200 990,7 15 18 и 0 250 988,0 11 Атмосферное давление представляет собой силу, с которой воздух действует на единицу поверхности. Единицей давления в системе СИ яв- ляется паскаль (Па). Он равен силе в 1 ньютон (Н), действующей равно- мерно на площадь 1 м 2. . На практике переводить Паскали в Ньютоны луч- ше всего с помощью формулы веса – P = mg, где m – масса, а g – ускоре- ние свободного падения, которое равняется 9,8м/с².Соответственно сила, с которой один килограмм массы давит на поверхность Земли – P = mg = 1кг х 9,8м/с² = 9,8кг х м/с² = 9,8 Н. В метеорологии давление 13 обычно выражают в гектопаскалях (гПа): 1 гПа = 100 Па = 1 мб = 0,75 мм рт. столба. Атмосферное давление на любом уровне в атмосфере определя- ется весом столба воздуха единичного сечения высотой от этого уровня до верхней границы атмосферы. В среднем масса столба воздуха сечением 1м 2 высотой от уровня моря до верхней границы атмосферы равна 10333 кг, вес - 10333 х 9,806Н = 101325Н, давление, соответствующее этому весу, составит 101325 Па, или 1013,25 гПа, или 760 мм рт.ст. (1013,25 х 0,75). Такое давление называют нормальным. С высотой давление уменьшается. Чтобы сравнить наблюдения над давлением воздуха, полученные на разных высотах, давление приводят к уровню моря с помощью формулы барической ступени (n). Барическая ступень - это высота, на которую нужно подняться или опуститься, чтобы давление изменилось на 1 гектопаскаль. Она показывает количественное изменение давления воздуха с высотой, выражается в м/гПа и определяется по формуле 1: где Р - среднее давление слоя воздуха между двумя уровнями, гПа; t - средняя температура слоя, о С; - термический коэффициент расширения газов, равный прибли- женно 0,004. Давление воздуха на уровне моря (Р у , м ) определяется по формулам 2 и 3: где Р н - давление воздуха на уровне станции, гПа; Р - разница в давлениях воздуха на уровне моря и на уровне станции, гПа; Н - Высота станции над уровнем моря, м. Для нахождения точного значения барической ступени определяют среднее давление (Р) и среднюю температуру (t) слоя воздуха между уров- нями моря и станции. Для определения среднего давления между уровнями (Р) сначала находят приближенное значение барической ступени (n ) по формуле n = 8000/Рн, затем - приближенные значения разницы в давлениях на уровне моря и на уровне станции Р = Н/n и далее – приближенные зна- чения давления на уровне моря Р у . м = Рн + Р и среднее давление слоя воздуха между уровнями моря и станции Р=(Рн+Р у м )/2. Приближенные значения величин в приведенных выше формулах помечены штрихами. Чтобы найти среднюю температуру слоя воздуха между уровнями (t), сначала определяют температуру воздуха на уровне моря (t ум ), учиты- ) 1 ( , 1 8000 t P n ) 3 ( , ) 2 ( , n Н Р Р Р Р Н м у 14 вая, что в среднем в тропосфере температура увеличивается с уменьше- нием высоты с градиентом 0,6 0 С на 100 м: где t н - температура воздуха на станции, о С: Н – высота станции, м Затем определяют среднюю температуру (t) между уровнями по формуле: t = (t н + t у·м )/2. Подставляем значения Р и t в формулу 1,затем значение барической ступени n в формулу 2 и по формуле 3 определяем значение давления на уровне моря Р у.м. 6. Погода и ее изменения В этой теме объясняются многие важные вопросы формирования по- годы и климата. В результате изучения данной темы студенты должны четко представлять, что такое воздушные массы, циклоны и антициклоны, каковы их размеры, закономерности возникновения и развития, строение, классификация, влияние на погоду и климат. Необходимо знать, чем объ- ясняются определенные физические свойства разных типов воздушных масс, какие специфические системы облаков и осадков образуются в атмо- сферных фронтах и какие системы воздушных течений характерны для циклонов и антициклонов? Что называют общей циркуляцией атмосферы, какие факторы определяют закономерности распределения давления воз- духа в среднем у земной поверхности, почему преобладают именно такие направления воздушных течений в разных широтных зонах? Какие воз- душные течения относят к общей циркуляции атмосферы и как они влияют на формирование погоды и климата. Необходимо представлять, что такое суховеи, их физические свой- ства, как они влияют на растительность и почву, как можно уменьшить их отрицательное влияние. Необходимо разобраться, в чем сущность синоп- тического метода прогноза погоды, что представляют собой синоптиче- ские карты, на какие виды они делятся и как составляются? Для лучшего понимания материала учебника ниже приводятся неко- торые пояснения и дополнения. Наиболее существенные изменения погоды связаны с формировани- ем, развитием и перемещением воздушных масс, атмосферных фронтов, циклонов и антициклонов. На воздушные массы разделяется вся тропосфера. Это громадные объемы воздуха, горизонтальные размеры которых составляют порядка 10 3 -10 4 км, вертикальные - от несколько километров, иногда до верхней границы тропосферы. Они обладают сравнительно однородными физиче- , 100 6 , 0 Н t t н м у 15 скими свойствами у земной поверхности и характерным для данной массы изменением физических свойств, с высотой. Воздушные массы в областях их формирования имеют определен- ные, характерные для данного типа и сезона года физические свойства (температуру, влажность и др.). При перемещении в другие географиче- ские районы эти свойства меняются (процесс называют трансформацией воздушных масс), приобретая определенные, характерные для данного ти- па и сезона года, иные свойства и обусловливают характерную погоду. Для каждого географического района свойственно преобладающее поступление тех или иных воздушных масс (в Прибалтике, например, мор- ских умеренных воздушных масс), которые и определяют в значительной мере особенности климата этого района. Соседние воздушные массы разделяются у земной поверхности сравнительно узкими, шириной несколько сотен километров переходными или, в случае резкого изменения физических свойств (главным образом, температуры воздуха), фронтальными зонами. В вертикальной плоскости фронтальной зоне соответствует фронтальный слой, который всегда наклонен в сторону более холодной массы под очень малым углом к гори- зонтали (около 1 о ). Толщина этого слоя обычно сотни метров, поэтому в метеорологии его рассматривают как наклонную фронтальную поверх- ность. Линия пересечения фронтальной поверхности с поверхностью зем- ли называется линией фронта или просто фронтом. Для каждого фронта характерна специфическая система облачности и осадков. Длина фронтов измеряется тысячами километров, ширина зон облачности и осадков у теп- лых фронтов и холодных фронтов 1-го рода - сотнями километров, у хо- лодных фронтов 2-го рода - десятками километров. При прохождении фронтов одновременно на больших площадях (десятки и сотни тысяч квадратных километров) выпадают осадки, и по мере прохождения фрон- тальной зоны резко меняется погода. Фронтальные осадки составляют большую часть в годовой сумме осадков. Наблюдающиеся нередко в уме- ренных широтах сильные бури и ураганы, град, ливни и наводнения, как правило, обусловлены прохождением холодных фронтов 2-го рода. Очень важными объектами в атмосфере являются циклоны и анти- циклоны. На синоптических картах они представлены областями замкну- тых концентрических изобар с самым низким давлением в центре в цикло- нах и самым высоким давлением в центре в антициклонах. В реальной ат- мосфере их можно представить как громадные воздушные вихри, закручи- вающиеся в циклонах против часовой стрелки, в антициклонах - по часо- вой стрелке. Большая часть циклонов и антициклонов, поступающих на Европейскую часть СНГ, формируется в северной части Атлантического океана на главном фронте атмосферы, разделяющем умеренный и тропи- ческий воздух (полярный фронт). На этом фронте один за другим образу- 16 ется серия циклонов, между которыми наблюдаются слабые промежуточ- ные антициклоны, и заканчивается серия циклонов заключительным анти- циклоном. Циклоны и антициклоны перемещаются в общем направлении с запада на восток со средней скоростью около 30-40 км/ч, но при своем движении циклоны отклоняются к северу, антициклоны - к югу. Циклоны и антициклоны непрерывно развиваются, в определенный момент дости- гают максимального развития, а затем постепенно разрушаются. Продол- жительность существования циклона обычно несколько дней, серии цик- лонов - около недели. Иногда циклоны и особенно антициклоны становят- ся малоподвижными и могут существовать длительное время. Циклоны определяют пасмурную с осадками погоду, холодную ле- том и теплую зимой, антициклоны - малооблачную без осадков погоду, теплую или жаркую летом и холодную зимой. С циклоном связаны самые катастрофические погодные явления (они наблюдаются при прохождении холодных фронтов циклона). Продолжительные антициклоны летом могут вызвать засуху, а зимой - очень сильные морозы. Циклоны в значительной мере определяют специфические черты климатов умеренных и полярных широт, антициклоны - специфические черты климатов субтропических и тропических широт. Благодаря циклонам и антициклонам происходит воз- духообмен между высокими и низкими широтами, обеспечивающий пере- нос тепла в высокие, а холода в низкие широты. Вследствие этого средне- годовые температуры в высоких широтах значительно выше, а в низких широтах значительно ниже (более чем на 10 о С) по сравнению с темпера- турами, которые наблюдались бы без такого обмена в соответствии с усло- виями радиационного баланса. Большое влияние на формирование погоды и климата оказывает об- щая циркуляция атмосферы (ОЦА). Она представляет собой систему круп- номасштабных воздушных течений над Земным шаром. Закономерности ОЦА определяются неравномерным распределением давления воздуха у земной поверхности и на высотах в тропосфере и стратосфере. В свою очередь неравномерность распределения атмосферного давления обуслов- лена неравномерным распределением лучистой энергии Солнца, а, следо- вательно, и температур воздуха, вращением Земли и неоднородностью земной поверхности. Так, зоны низкого давления на экваторе и высокого давления на полюсах объясняются влиянием термических факторов (высо- ких температур воздуха на экваторе и низких температур воздуха в поляр- ных широтах). Зоны высокого давления в субтропиках на широтах 30-35 0 и низкого давления в умеренных поясах на широтах 60-65 0 в каждом полу- шарии обусловлены вращением Земли, под влиянием которого циклоны умеренных широт отклоняются к северу, а антициклоны - к югу, и, преоб- ладая в этих широтах, определяют соответственно зоны низкого и высоко- го давления. Однако закономерности воздушных течений устойчиво со- 17 блюдаются в тропических зонах (пассатная циркуляция) и наблюдаются в среднем в умеренных и высоких широтах. Кроме пассатов к ОЦА относят систему воздушных течений циклонов и антициклонов, тропические и вне- тропические муссоны. Общая циркуляция атмосферы является важнейшим климатообразующим фактором, она во многом определяет зональность климатов, а значит зональность ландшафтов и почв. Вопросы (ответить на вопрос, номер которого равен предпоследней цифре номера зачетной книжки) 1. Что такое воздушные массы? Каковы закономерности их форми- рования, перемещения и трансформации? Какие типы воздушных масс вы- деляются по термическому признаку? 2. Географическая классификация воздушных масс. Опишите физи- ческие свойства основных типов воздушных масс и их влияние на погоду и климат. 3. Что такое атмосферные фронты? Приведите и объясните схему теплого фронта, укажите пространственные размеры, опишите систему об- лачности и осадков этого фронта. Как изменяется погода при прохождении теплых фронтов? 4. Какие фронты называются холодными? Чем различаются холод- ные фронты 1-го и 2-го рода? Нарисуйте и проанализируйте их схемы. Ка- ковы пространственные размеры, системы облачности и осадков и как из- меняется погода при прохождении этих фронтов? 5. Что такое циклоны? Как они образуются, развиваются и переме- щаются, каковы их размеры и строение? Как изменяется погода при про- хождении через пункт северной и южной частей циклона? Чем объясняет- ся преобладание в циклонах облачной погоды с осадками? 6. Что такое антициклоны? Их образование, развитие и перемещение. Каковы размеры и строение антициклонов? Какую погоду они определяют и почему? 7. Приведите схему общей циркуляции атмосферы. Объясните зако- номерности распределения давления воздуха и направлений воздушных течений в разных зонах. Какие факторы влияют на общую циркуляцию ат- мосферы и каково ее значение? 8. Какие ветры называют суховеями? Опишите их свойства и влия- ние на растительность и почвы. 9. В чем сущность синоптического метода прогноза погоды, что представляют собой и как составляются синоптические карты? 10. Объясните, как влияют на погоду и климат воздушные массы, атмосферные фронты, циклоны и антициклоны? 18 7. Загрязнение атмосферы Атмосферный воздух является самой важной жизнеобеспечивающей природной средой и его загрязнение представляет опасность для всех жи- вых организмов на планете. Знания по этой теме для специалиста-эколога очень важны. Студент должен иметь представление о природе и свойствах загрязняющих атмосферу веществ. Знать о туманах и смогах, основных за- кономерностях распространения загрязняющих веществ в атмосфере, спо- собах их определения и устранения. Иметь представление о глобальном загрязнении атмосферы и его экологическом последствии. Вопросы (ответить на вопрос, номер которого равен предпоследней цифре номера зачетной книжки) 1. Источники загрязнения атмосферного воздуха. 2. Главные загрязнители (поллютанты) атмосферного воздуха и их влияние на окружающую среду. 3. Экологические последствия загрязнения атмосферы: кислотные осадки. 4. Экологические последствия загрязнения атмосферы: смог. 5. Загрязнение атмосферы выхлопными газами автотранспорта. 6. Экологические последствия загрязнения атмосферы: разрушение озонового слоя. 7. Парниковый эффект. Причины его образования. 8. Влияние загрязнения атмосферы на здоровье человека. 9. Биоиндикаторы загрязнения атмосферного воздуха. 8. Климатообразование При изучении этой темы нужно разобраться, что такое климат и микроклимат, какие факторы их формируют, как распределяются клима- тические элементы по Земному шару и на территории СНГ. Необходимо знать основные типы климатов, их характерные черты и различия. Особое внимание следует обратить на то, какими причинами объясняются харак- терные для каждого района климатические условия. 19 Вопросы для контрольного задания (ответить на вопрос, номер которого равен сумме двух последних цифр номера зачетной книжки) 1. (0). Что такое климат? Объясните влияние на него основных кли- матообразующих факторов. 2. Морской и континентальный типы климата и основные различия между ними. 3. Изменение климата с высотой: высотная географическая зональ- ность. 4. Микроклимат как явление приземного слоя атмосферы. Влияние рельефа, растительности, водоемов, зданий на микроклимат. 5. Особенности микроклимата городов. 6. Какие колебания испытывает климат во времени и в чем причины этих колебаний? 7. Географическое распределение температур воздуха. Какие факто- ры на него влияют? 8. Географическое распределение атмосферных осадков и факторы, влияющие на него. 9. Непреднамеренные воздействия человека на климат. Изменения деятельной поверхности (сведение лесов, распахивание полей, орошение и обводнение, осушение, лесоразведение и пр.) и их по- следствия для климата |