- •Программная лекция 1 из модуля 1 «предмет и задачи метеорологии. Методы метеорологии и климатологии. Метеорологические наблюдения»
- •Проблемная лекция 1 из модуля 1
- •Программа наблюдений на метеорологических станциях
- •Метеорологические приборы
- •Методы аэрологических наблюдений
- •Метеорологическая служба
- •Всемирная метеорологическая организация
- •Программная лекция № 2 из модуля 1
- •«Общие свойства атмосферы.
- •Основные метеорологические параметры,
- •Метеорологические явления»
- •Проблемная лекция 2 из модуля 1.
- •Состав верхних слоев атмосферы
- •Основные метеорологические элементы
- •Метеорологические явления
- •Вертикальная неоднородность атмосферы. Важнейшие свойства атмосферы
- •Горизонтальная неоднородность атмосферы
- •Циклоны и антициклоны
- •Программная лекция 3 из модуля 1 «атмосферное давление и плотность воздуха. Статика атмосферы»
- •Проблемная лекция 3 из модуля 1
- •Уравнение состояния сухого и влажного воздуха
- •Изменение давления воздух с высотой. Барометрическая формула
- •Вертикальный градиент давления
- •Однородная атмосфера
- •Программная лекция 4 из модуля 1
- •Структура ветра
- •Влияние препятствий на ветер
- •Градиентная сила
- •Силы, которые возникают при движении воздуха.
- •Установишееся движение при отсутствии трения. Градієнтний ветер
- •Установившееся движение при наличии трения
- •ГрадИЕнтнЫй ветер при круговых изобарах
- •Антициклон
- •Воздушные массы. Турбулентное перемешивание в атмосфере
- •Программная лекция 5 из модуля 1
- •«Водяной пар в атмосфере. Испарение.
- •Конденсация и сублимация водного пара.
- •Облачность. Осадки»
- •Проблемная лекция 5 Из модуля 1
- •Конденсация и сублимация водного пара. Облачность. Осадки» вода в атмосфере
- •Характеристики влажности воздуха
- •Суточный и годовой ход влажности воздухА
- •Изменение влажности с высотой
- •Общие условия фазовых переходов воды в атмосфере
- •Испарение и испаряемость Упругость насыщения над разными поверхностями
- •Скорость испарения
- •Суточный и годовой ход испарения
- •Облачность. Классификация облаков
- •Годовой ход туманов
- •Химический состав осадков
- •Продукты наземной конденсации:
- •Водный баланс на земном шаре
- •Программная лекция 1 из модуля 2 «общие положения радиационного режима в атмосфере. Основные понятия и законы излучения»
- •Проблемная лекция 1 из модуля 1 «общие положения радиационного режима в атмосфере. Основные понятия и законы излучения» основные законы лучистой энергии
- •Потоки солнечной энергии
- •Факторы, которые влияют на приход прямой радиации к земной поверхности
- •Рассеянная и суммарная солнечные радиаци
- •Суммарная радиация (q) - это сумма прямой (s') и рассеянной радиации (d).
- •Альбедо земной поверхности
- •Длинноволновое излучение земной поверхности и атмосферы
- •Радиационный баланс деятельной поверхности
- •Природа парникового эффекта, его глобальные экологические и социальные следствия
- •Программная лекция 2 из модуля 2 «термодинамика атмосферы. Адиабатические процессы»
- •Проблемная лекция 2 из модуля 2 «термодинамика атмосферы. Адиабатические процессы»
- •Потенциальная температура
- •Влажноадиабатические изменения температуры
- •Псевдоадиабатический процесс
- •Энергия неустойчивости, конвекция и ускорение конвекции
- •Термическая стратификация атмосферы
- •Уровень конвекции
- •Инверсии в тропосфере
- •Инверсии свободной стратосферы
- •Вопросы для самопроверки
- •Программная лекция 3 из модуля 2
- •«Тепловой режим атмосферы.
- •Суточный и годовой ход температуры воздуха.
- •Тепловой режим почвы и водных бассейнов»
- •Проблемная лекция 3 из модуля 2
- •Температура воздуха на разных широтах
- •Температурные аномалии
- •Суточный и годовой ход температуры воздух Суточный ход температуры
- •Годовой ход температуры воздуха
- •Заморозки
- •Тепловой баланс деятельной поверхности и атмосферы Тепловой баланс деятельной поверхности
- •Тепловой баланс системы Земля-атмосфера
- •Тепловой баланс почвы и воды
- •Изменение температуры почвы с глубиной
- •Нагревание и охлаждение водоемов
- •Вопросы для самопроверки
- •Проблемная лекция 1 из модуля 3
- •Программная лекция 1 з модулю 3
- •Теплооборот, влагообмен и атмосферная циркуляция как климатообразующие факторы
- •Влияние географической широты на климат
- •Изменение климата с высотой
- •Влияние распределения моря и суши на климат
- •Континентальность климата, индексы континентальности
- •Орография и климат
- •Океанические течения и климат
- •Влияние снежного и растительного покрова на климат
- •Общая циркуляция атмосферы
- •Термическая циркуляции в атмосфере
- •Общая циркуляция атмосферы
- •Циркуляция над однородной поверхностью
- •Циркуляция в реальной атмосфере
- •Пассаты
- •Антипассаты
- •Муссоны
- •Местные ветры
- •Горно-долинные ветры
- •Ледниковые ветры
- •Маломасштабные вихри
- •Служба погоды
- •Синоптический анализ и прогноз
- •Долгосрочные прогнозы
- •Принципы классификации климатов
- •Климат украины
- •Факторы, которые вызывают изменения климата
- •Изменения земного климата в прошлом и их причины
- •Колебание климата в 20-м веке
- •Использованная литература
Изменение температуры почвы с глубиной
Распределение температуры почвы с глубиной зависит от времени суток и года. Различают два типа вертикального распределения температуры почвы:
тип инсоляции;
тип излучения.
При типе инсоляции температура с глубиной понижается, а при типе излучения – повышается. Тип инсоляции характерен для тех промежутков времени, когда радиационный баланс положительный, а тип излучения характерен для промежутков времени, когда радиационный баланс отрицательный.
В умеренных широтах летом тип инсоляции наблюдается днем, а тип излучения – ночью. Вечером, если происходит радиационное охлаждение поверхности почвы, то температура верхних ее слоев начинает повышаться с глубиной, а в ниже лежащих слоях еще сохраняется дневное распределение, то есть уменьшение температуры с глубиной. В результате на некоторой глубине создается теплый слой, от которого температура убывает как вниз, так и к поверхности почвы. Утром верхний слой почвы прогревается, температура в нем начинает убывать с глубиной, а в более глубоких слоях еще сохраняется ночное распределение, то есть увеличение температуры с глубиной. Таким образом, утром имеет место распределение температуры, обратное вечернему: на некоторой глубине создается холодный слой, от которого температура повышается как вниз, так и к поверхности почвы.
Рисунок 2.2 - Термоизоплеты почвы
На температуру почвы влияет растительный и снежный покров. Днем растительный покров затеняет поверхность почвы от солнечной радиации. Ночью он уменьшает радиационное охлаждение почвы. Кроме того, растительность тратит много тепла на испарение. Поэтому, почвы без растительности летом в дневные часы нагреваются сильнее почвы с растительностью. Снежный покров благодаря своей маленькой температуропроводности защищает поверхность почвы от сильного переохлаждения. На тепловой режим почвы в некоторой степени влияют жидкие осадки. Дождь, просачиваясь в почву, выравнивает температуру вышележащих и нижележащих слоев почвы.
Нагревание и охлаждение водоемов
Вода, в отличие от почвы, для прямой и рассеянной солнечной радиации является прозрачным телом, и потому коротковолновая лучистая энергия проникает в воду на довольно значительную глубину (в зависимости от прозрачности воды от 10 до 100 м), и радиационное нагревание их происходит в слое воды толщиной несколько метров.
Второе отличие состоит в том, что объемная теплоемкость воды приблизительно в 2 разы больше теплоемкости почвы, и по этой причине для достижения ими одной и той же температуры вода должна получить больше тепла, чем почва. Если же к воде и к почве поступает одинаковое количество тепла, или же они отдают одинаковое количество тепла, то температура воды изменится на меньшую величину, чем температура почвы.
В-третьих, в почве тепло передается по вертикали путем молекулярной теплопроводности, а в легко движущейся воде передача тепла по вертикали осуществляется в результате более активного процесса - турбулентного перемешивания слоев воды, из-за чего происходит интенсивный обмен физико-химических свойств между этими слоями. Турбулентность в водоемах обусловлена волнением и разными скоростями течений водных масс, а также термической конвекцией, а в морях - конвекцией, вызванной разностью солености водных слоев. Турбулентное перемешивание в водоемах предопределяет:
перенесение тепла вглубь водоемов в 1000-10000 раз больше, чем перенесение его в почве;
быстрое выравнивание температур между слоями воды;
нагревание и охлаждение водных бассейнов до значительно больших глубин;
более медленное, чем в почве, изменение температуры поверхности водоемов, и на величину меньшую, чем изменение температуры на поверхности почвы.
Поверхностный слой воды, как и почвы, хорошо поглощает инфракрасную радиацию. Условия поглощения и отображения длинноволновой радиации в водных бассейнах и в почве отличаются мало. Иначе отстоит дело с коротковолновой радиацией. Короткие волны, в особенности фиолетовые и ультрафиолетовые, проникают в воду на довольно значительную глубину и радиационное нагревание происходит в слое воды толщиной несколько метров.
Расхождения теплового режима водоемов и почв вызываются следующими причинами:
- теплоемкость воды в 3-4 раза больше теплоемкости почвы. Поэтому, для одинакового их нагревания вода должна получить больше тепло, чем почва. Если к воде и к почве поступит одинаковое количество тепла, то температура воды измениться меньше;
- частицы воды имеют большую подвижность. Поэтому, в водоемах передача тепла внутрь воды происходит не путем молекулярной теплопроводности, как в почве, а в результате более интенсивного процесса – турбулентного перемешивания.
Между поверхностными и нижележащими слоями почвы и воды постоянно происходит теплообмен. Поток тепла в почве или водоеме приблизительно выражается формулой:
,
где t2 и t1 – температура на глубинах z1 и z2;
λ – коэффициент теплопроводности.
В системе СИ поток тепла выражается в Вт/м2.