3Кафедра екології та безпеки життєдіяльности методичні вказівки

до практичних занять

з курсу «Метеорологія і кліматологія»

Частина І

(для студентів спеціальності 6.07080

«Екологія і охорона навколишнього середовища»

2 Курсу всіх форм навчання)

Рекомендовано

на засіданні кафедри Екології і БЖД

Протокол № 3 від 19.11.2009

Затверджено

на засіданні метод ради ДонДТУ

Протокол № 2 від 04.12.2009

Алчевськ

ДонДТУ

2010

УДК 551. 510

Методичні вказівки до практичних занять з курсу «Метеорологія і кліматологія». Частина І ( для студ. спец. 6.07080 «Екологія і охорона навколишнього середовища» 2 курсу всіх форм навч.) /Укл.:С.Ю.Арсенюк. – Алчевськ: ДонДТУ, 2010. – 34 с.

Наведено вимоги і рекомендації щодо виконання практичних занятьза темами:

1. Способи виміру часу

2. Основні метеорологічні величини

3. Статика атмосфери

Укладач С.Ю. Арсенюк, доц.

Відповідальний за випуск В.Є. Лисиця, доц.

Відповідальний редактор В.А. Давиденко, проф.

ЗМІСТ

Тема 1 Способи виміру часу ………………………….…….......5

1.1 Загальні поняття ……..…………………………………....…5

1.2 Завдання до теми 1 ...…………………………….…………11

1.3 Контрольні питання до теми 1 ……………………….........14

Тема 2 основні метеорологічні величини ..…………......15

2.1 Температура повітря ……………………………………….15

2.1.1 Загальні поняття …...………………………………....15

2.1.2 Завдання 2.1 …………………………………………...17

2.2 Атмосферний тиск ………………………………................18

2.2.1 Загальні поняття …...………………………………....18

2.2.2 Завдання 2.2.1 ………………………………………...20

2.2.3 Завдання 2.2.2 ………………………………………...21

2.3 Вологість повітря …..……………………………................22

2.3.1 Загальні поняття …...………………………………....22

2.3.2 Завдання 2.3 …………………………………………...24

2.4 Вимоги щодо оформлення звіту до теми 2 ……………….25

2.5 Контрольні питання до теми 2 ……………………….........25

Тема 3 статика атмосфери ..…………………………………...26

3.1 Основне рівняння статики. Барометричні формули ..…....26

3.1.1 Барометрична формула політропної атмосфери .......27

3.1.2 Барометрична формула Лапласа

для реальної атмосфери ………………………………28

3.1.3 Вертикальний градієнт тиску.

Барометричний ступінь.

Горизонтальний баричний градієнт………….………29

3.2 Завдання до теми 3 ...…………………………….…………30

3.2.1 Завдання 3.1 ……………………………………….......30

3.2.2 Завдання 3.2 ……………………………………….......32

3.3 Вимоги щодо оформлення звіту до теми 3 ……………….33

3.4 Контрольні питання до теми 3 ……………………….........33

ВИКОРИСТОВУВАНА ЛІТЕРАТУРА…………………….…………..34

Тема 1 Способи виміру часу

1.1 Загальні поняття

Спостереження на більшості метеорологічних станцій проводяться одночасно в терміни 00, 03, 06, 09, 12, 15, 18 і о 21 годині за Всесвітнім часом. Деякі станції продовжують вести спостереження в терміни 01, 07, 13 і о 19 годині за місцевим, або середнім сонячним часом (кліматологічні терміни). Виключенням є актинометричні спостереження, що проводяться також за середнім сонячним часом в терміни 0 год. 30 хв., 6 год. 30 хв., 9 год. 30 хв., 12 год. 30 хв., 15 год. 30 хв., 18 год. 30 хв.

Оскільки на метеорологічних станціях доводиться мати справу з різним часом, то необхідно коротко пригадати основні поняття про існуючі способи виміру часу.

Основою визначення часу служить видимий рух Сонця по небосхилу, обумовлений обертанням Землі довкола своєї осі. Називається він дійсним сонячним часом. Момент, коли Сонце знаходиться точно на півдні, тобто на меридіані даного місця, називається дійсним півднем. Період часу між двома послідовними проходженнями Сонця через меридіан даного місця, тобто між двома дійсними півднями, називається дійсною сонячною добою. Тривалість дійсної сонячної доби протягом року не постійна, оскільки рух Сонця, по небосхилу відбувається нерівномірно через нерівномірність обертання Землі довкола Сонця (Земля рухається не по колу, а по еліпсу, в одному з фокусів якого знаходиться Сонце) та через нахил екліптики до екватора. Тому замість дійсного сонячного часу введено більш зручний середній сонячний час. Визначається він по уявному «середньому» Сонцю, яке на відміну від «справжнього» рухається рівномірно і здійснює повний річний оберт одночасно з «дійсним» Сонцем. Відповідно і тривалість середньої сонячної доби протягом року залишається постійною і дорівнює середній величині зі всіх дійсних діб за рік. Тривалість середньої сонячної доби складає 24 години.

Дійсна сонячна доба буває то більше, то менше середньої доби. Різниця між середнім і дійсним сонячним часом називається рівнянням часу. Протягом року величина рівняння часу не залишається постійною: вона змінюється від +14 (середина лютого) до -16 хвилин (початок листопада). Чотири рази в рік вона перетворюється на нуль, тобто середній сонячний час збігається з дійсним: в середині квітня, в середині червня, на початку вересня і в кінці грудня.

У дійсний полудень тінь від вертикально встановленої жердини направлена строго по меридіану північ - південь. Знаючи напрям полуденній лінії, можна визначити напрям захід - схід і проміжні напрями. Ці дані необхідні при розбивці метеорологічного майданчика, установці приладів на ньому.

Середній сонячний час однаковий для всіх точок, розташованих на одному меридіані, і різний для двох сусідніх меридіанів. Тому в побуті він незручний, оскільки із зміною довготи місця він міняється. Відомо, повний оберт (360°) Земля здійснює за 24 години. Отже, на 1° довготи час змінюється на 4 хвилини (24 години / 360°), а на 1' довготи - на 4 секунди (4 хв. / 60).

Рух Сонця відбувається зі сходу на захід. Тому час «збільшується» на схід і «зменшується» на захід. Наприклад, якщо в Києві (λ = 30°30') 12 год. за місцевим часом, то в Харкові (λ = 36°14'), розташованому східніше на 5°44', буде 12 год. 22 хв. 56 с, а в Рівному

(λ = 26°15'), розташованому на заході від Києва на 4°15', буде 11 год. 43 хв.

Така різноманітність в часі вносить плутанину і велику незручність в економічне життя. Аби усунути це, в 1884 р. на міжнародній конференції було вирішено ввести так званий поясний час. Суть його полягає в наступному: вся земна куля меридіональними площинами поділена на 24 пояси по 15° довготи. Пояси мають нумерацію від 0 до 23. У кожному поясі встановлено час його центрального меридіану. За нульовий пояс прийнято пояс, центральний меридіан якого проходить через Гринвіч (λ = 0°). Межами нульового поясу є меридіани 7,5° з. д. і 7,5° сх. д.; перший пояс простягається від 7,5° сх. д. до 22,5° сх. д. і так далі.

Поясний час має ту зручність, що замість величезної різноманітності місцевого часу на всій Землі існує лише 24 часи, що відрізняються між собою на ціле число годин, так що при переїзді з якогось поясу в сусідній годинник доводиться переставляти рівно на одну годину - вперед при подорожі на схід і назад при переїзді на захід. Хвилини і секунди усюди однакові.

Проте провести межі поясів строго по вказаних меридіанах в густо населених місцях не можна. Це призвело б до розрізу адміністративно єдиних областей, деяких великих міст. Ось чому в таких місцях межі поясів проводять, відступаючи від теоретичних меридіанів, з врахуванням оточуючих адміністративних і державних кордонів, великих річок, транспортних магістралей. Лише у відкритих океанах і в малонаселених районах межі поясів збігаються з меридіанами.

Час одного поясу відрізняється від часу іншого на 1 годину. В результаті цього, якщо відомо час одного поясу, легко визначити поясний час будь-якого поясу. Різниця в часі відповідає різниці в номерах поясів. Так, різниця поясного часу Магадана (10-й пояс) і Києва (2-й пояс) складає 8 годин. При цьому час в Магадані завжди випереджає час в Києві, оскільки Магадан розташований на схід від Києва.

На території колишнього Радянського Союзу в цілях більш раціонального використання світлого часу доби на підставі декрету уряду від 16 червня 1930 р. стрілки годинника було переведено на одну годину вперед. Час, встановлений цим декретом, називався декретним.

На території України, після розпаду СРСР декретний час скасовано і діє поясний час.

Час нульового поясу називається Всесвітнім часом.

У зв'язку з тим, що метеорологічні спостереження проводять за місцевим, тобто за середнім сонячним, і поясним часом, у ряді випадків виникає необхідність переходу від поясного часу до місцевого.

Для обчислення місцевого часу необхідно знати довготу пункту спостережень з точністю до хвилин дуги і поясний час будь-якого поясу.

Якщо, наприклад, дано декретний час, перш за все, необхідно розрахувати поясний час, тобто відняти одну годину. Потім потрібно обчислити різницю між центральним меридіаном поясу, в межах якого лежить даний пункт, і довготою пункту і перевести цю різницю в одиниці часу. Останню з обчислених величин, тобто різницю довгот в одиницях часу, додають до поясного часу або віднімають залежно від того, на схід або на захід від центрального меридіана знаходиться пункт спостережень.

Приклад 1. Необхідно визначити середній сонячний час в Іркутську (λ =104°19') у момент отримання 12-годинного сигналу з Москви.

Іркутськ знаходиться в 7 поясі, центральний меридіан якого 105°. Оскільки різниця в поясах складає 5, то і різниця в декретному часі Москви і Іркутська складає 5 годин, тобто в Іркутську 17 год. (12+5) за декретним часом. Отже, в Іркутську було 16 годин поясного часу. Потім обчислюємо різницю довгот центрального меридіана і меридіана Іркутська і переводимо її в одиниці часу:

105° – 104°19' = 0°41';

0°41' = 164 с = 2 хв. 44 с.

При визначенні середнього сонячного часу віднімаємо різницю в часі (2 хв. 14 с), оскільки Іркутськ знаходиться на захід від центрального меридіана, тобто:

16 год. - 2 хв. 44 с = 15 год. 57 хв. 16 с.

Таким чином, у момент прийому 12-годинного сигналу з Москви в Іркутську було 15 год. 57 хв. 16 с за місцевим середнім сонячним часом.

У більшості установ нашої країни середина робочого часу приходиться на 13 годину. Якщо вважати, що ми встаємо в 7 і лягаємо спати о 23 годині, то середина нашого активного дня близька до 15 годин. Аби її наблизити до полудня, тобто до середини світлого часу, потрібно знову перевести годинник принаймні ще на одну додаткову годину влітку, що і було зроблено з 1 квітня 1981 р. У основу цієї перебудови лягла постанова «Про порядок числення часу на території СРСР», прийнята в кінці 1980 р. Ця постанова вводила «літній» час (з останньої суботи березня до останньої суботи вересня). На Україні після розпаду СРСР збереглося введення «літнього» часу.

Вважається, що в країнах, розташованих в середніх широтах введення «літнього» часу має сенс. У екваторіальних же країнах літнє освітлення не відрізняється від зимового, і день там завжди майже дорівнює ночі, так що говорити про «літній» час не доводиться. А в полярних країнах влітку майже цілий доба ясно, перестановка годинника жодного ефекту не дає.

Метеорологічні спостереження повинні проводитися точно у встановлені терміни, тому годинник спостерігача завжди повинен показувати точний час. Краще всього перевірку годинника робити за радіосигналами. Сигнали часу передаються по радіо різними астрономічними обсерваторіями, а також широкомовними радіостанціями. При перевірці годинника за радіосигналами потрібно знати, перш за все, час якого поясу передає радіостанція, і лише після цього приступити до обчислення поправок.

Приклад 2. У Києві отриманий сигнал перевірки часу, передавався в 15 год. за декретним часом Москви. Годинник на станції спостерігача у цей момент показує 14 год. 06 хв. місцевого середнього сонячного часу. Чи вірно йде годинник?

Москва розташована в 2-м поясі і, отже, передає сигнал 14-ти годин поясного часу 2-го поясу. Київ розташований на 30°30' сх. д. Різниця довгот 30°30' – 30° = 0°30', або в часі 0 год. 02 хв. Годинник на станції у момент прийому сигналу повинен був показати 14 год. 02 хв. місцевого середнього сонячного часу. Таким чином, годинник на станції йде невірно. Вони поспішають на 4 хв. Поправка годинника спостерігача – 4 хв.