Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Lektsiyi.doc
Скачиваний:
66
Добавлен:
13.02.2016
Размер:
1.5 Mб
Скачать

Зміст

Вступ.……………………………………………………………5

Лекція 1. Атмосфера, ії будова, склад і властивості………..10

Лекція 2. Сонячна радіація……………………………………21

Лекція 3. Температурний режим ґрунту……………………..37

Лекція 4. Температурний режим повітря…………………….50

Лекція 5. Водяна пара в атмосфері……………………………66

Лекція 6. Атмосферні опади і водний режим ґрунту……......75

Лекція 7. Циркуляція повітря і погода………………………..85

Лекція 8. Несприятливі метеорологічні явища, їх шкодочинність і боротьба з ними……………………………………….…….….94

Вступ

Метеорологія – наука про земну атмосферу та фізичні процеси, які в ній проходять (волого- та теплообмін, потоки сонячної енергії, циркуляція повітря), а також фізичні процеси в грунті, тобто вивчає метеорологічні умови. Метеорологія також вивчає формування погоди на Землі.

Предмет метеорології – метеорологічні умови.

Метеорологічні умови характеризуються метеорологічними елементами.

Метеорологічні елементи - характиристики стану повітря і деяких процесів. До метеорологічних елементів відноситься тиск та температура повітря, вологість повітря та грунту, хмарність, кількість опадів, характеристики вітру.

Стан атмосфери (метеорологічні умови), який весь час змінюється називають погодою.

Багаторічний режим погоди, характерний для певної території називають кліматом. Клімат обумовлюється сонячною радіацією, її перетвореннями в активному шарі земної поверхні і пов’язаними з ними циркуляцією атмосфери та гідросфери.

Місцеві особливості клімату, обумовлені неоднорідністю підстилаючої поверхні, називають мікрокліматом.

Кліматологію розглядають як одну з найважливіших частин метеорології і в той самий час, як географічну дисципліну.

Завдання метеорології:

  • вивчення закономірностей формування метеорологічних та кліматичних умов в географічному розрізі та часі;

  • розробка методів метеорологічних прогнозів;

  • розробка методів боротьби з негативними явищами погоди та клімату;

  • оперативне забезпечення метеорологічною інформацією;

  • вивчення особливостей формування клімату, та змін клімату (природній шлях або діяльність людини);

  • класифікація клімату та районування території для розв’язання практичних завдань;

  • встановлення закономірностей утворення мікроклімату та його класифікація.

Методи досліджень метеорології : збір та статистична обробка метеорологічної інформації. Збір інформації проводять на наземних, берегових та морських метеорологічних станціях та постах (вивчення приземного шару атмосфери), за допомогою приладів, які розташовані на висотних спорудах (телевежах), шарів-пілотів (вивчають характеристики вітру), радіозондів (портативний набір приладів та радіопередавач – спостереження за всіма характеристиками повітря, висота до 30 м), радіохвилі (зони дощів, гроз, хмар в радіусі кілька сот кілометрів), метеорологічні (100 м) та геофізичні (400 м) ракети (піднімають контейнери з приладами, а потім спускають їх на парашуті, ці прилади використовують для вивчення верхніх шарів атмосфери. Для систематичного вивчення верхніх шарів атмосфери використовують космічні кораблі, космічні орбітальні станції, штучні супутники системи “Метеор”, які за добу обертаються 15-16 разів навколо Землі. Ця інформація статистично обробляється на ЕОМ і використовується при наукових дослідженнях та для практичних цілей – складання прогнозів погоди, штормові попередження морським судам, авіації, відомостей про грози, суховії, пилові бурі.

Історичний нарис розвитку метеорології

Зародки метеорології відносяться до древніх часів, коли людина вперше спробувала розібратись в явищах природи. Ці явища в багатьох випадках були незрозумілі і ворожі для людини (холод в примітивних будівлях, загибель посівів ). Людина безсила в боротьбі зі стихією, відчуваючи її перевагу надавала її божественних сил (древні слов’яни почитали бога блискавки – Перуна (пізніше Ілля Пророк), властителя вітрів – Стрибога) . Уяви про то, що мір населений якимись всемогутніми істотами збереглись і до сьогодні. Старовинні літописи, в яких описується природні явища, підтверджують, що потреба в передбачені погоди виникла разом з розвитком трудової діяльності людини (землеробство, будівництво, мореплавання).

Історію метеорології можна поділити на три основних етапи, перший та другий носять описовий характер, а третій інструментальний.

1 етап : Історія розвитку метеорології в древньому світі пов’язана з ім’я м давньогрецького філософа та вченого енциклопедиста Аристотеля (384-322 до н.е.) – учня Платона та вчителя Ол. Македонського. Він написав першу книгу по метеорології (спостереження за природними явищами та зробив перші спроби їх пояснення). Аристотель перший встановив зв’язок між зміною погоди та напрямком вітру. Дещо раніше опис кліматичних умов Скіфії в свому творі “О повітрі, водах і місцевостях” виконав давньогрецький історик Геродот (біля 425 р. до н.е.). Теофраст (372 – 287 р. до н.є.) – найближчий учень Аристотеля, приймая участь в походах Олександра Македонського, вивчав клімат Середземномор’я і підкреслив зв’язок рослинності з кліматом території. Давньогрецький географ та історик Страбон (63 р. до н.є. – 24 р. н.є.) відомий своїми роботами по клімату Скіфії, написав книгу “Географія”. Клімату Скіфії і Єгипту присвячені книги Діодора Сіцілійського (біля 90 – 21 р. до н.є.). Цілий ряд мандрівників древньої Греції – Діон Хрисостом, Діонісій, Ефстафій, Аристид Єлій та інші, також присвятили свої праці клімату обстежених ними територій. Погодні умови описували давньогрецькі поети в своїх творах.

2 етап : середні віки – в цей час в різні літописи записувались відомості про небезпечні природні явища. В древні Русі перші відомості про погодні умови відображені в літописах Фотія, Георгія Амастридського, Стефана Сурожського.

Древні літописці також фіксували незвичайні погодні умови деяких років, погоду під час походів Київських князів. Цікаві відомості про погоду є в літописному узагальнені монаха Києво-Печерського монастиря Нестора (11 – 12 ст.) “Повести временных лет”, а також в літописах інших давньоруських літописців.

3 етап (інструментальний): починається з 16 сторіччя, коли були винайденні Г. Галілеєм термометр в 1597 р., а Торричелі – барометр в 1643 р. На території Росії перші метеорологічні спостереження були розпочаті на початку 17 сторіччя. Більш детальніші записи почали робити після наказу Петра 1 в 1722 р. Багато зробив для розвитку цієї галузі М. Ломоносов (створив ряд метеорологічних приладів, організував спостереження в різних пунктах, сформулював ідею про всесвітню службу погоди для моряків, вказував на важливість обліку та прогнозування погодних умов). Ідеї Ломоносова значно випередили його і тільки на початку 18 сторіччя стали використовуватись окремими вченими (Болотовим, Комовим). Перші кроки служби погоди пов’язані з прогнозуванням бур на Балтійському морі. В портах на мачтах кораблів почали вивішувати попереджувальні знаки. Дуже швидко ця служба стала загальноприйнятою. З 1880 р. такі служби розпочали свою роботу на Білому, Каспійському, Чорному морях. Але служба погоди розвивалась дуже помалу – царській уряд не виділяв гроші на розвиток.

Опис клімату України пов’язан з вивченням виробничих сил Росії. В 1768 – 1775 р.р. експедиція акад. Гінденштедта вивчала клімат України. Експедиції П. Палласа, В. Зуева, Я. Марковіча, В. Ізмайлова та інш. Розширили уяву про клімат України.

Перші інструментальні спостереження належали І. Лерхе (1770 – 1771 р.р.) і виконані ним в Києві, але систематичні спостереження вимагали організації спеціальних метеорологічних установ. Організатор Харківського університету В.Н. Каразін в 1818 р. запропонував план утворення спеціальної державної метеорологічної службі – Державного метеорологічного комітету. При Харківському університеті , а потім при Київському (1855 р.) були створені метеорологічні обсерваторії. На початку минулого століття створюються любительські метеорологічні станції в Бердичеві, Одесі, Полтаві, Асканії-Нові та інш. місцях. Створені метеорологічні станції в Ніколаївськом та Херсонському портах. Завдяки зусиллям А.В. Клосовського створена мережа метеостанцій (1886 р. – 67 станцій, 1896 – 1650 р.р., серед, яких другого розряду – 100).

Наряду з цим з’явились крупні роботи по клімату України (А.В. Клосовський, А.І. Воекова, П.І. Брунова, К.С. Веселовського та інших).

З 1849 р. була створена Головна фізична обсерваторія В Петербурзі. В 1851 р. утворений центральний метеорологічний інститут в Австрії, а в 1752 р. в Празі розпочаті метеорологічні спостереження. В першій половині 19 сторіччя в Чехії діяло 20 метеорологічних станцій. В Англії центральна метеорологічна установа створена в 1855 р. і воно обслуговувало порти. Дещо пізніше в 1878 р. почало роботу центральна метеорологічна наукова установа Франції. В США в 1870 р. основана центральна метеорологічна організація, яка займалася розробкою синоптичних проблем.

Після 1917 р. в СРСР розгорнулися метеорологічні та кліматичні дослідження.

В 1921 р. виданий декрет про створення метеорологічної справи.

1922 р. – перший декадний бюлетень.

1929 р. – створені єдина гідрометеорологічна служба, служба погоди. Метеорологічна сітка розрослася.

В Україні розвиток метеорологічної мережі пов’язаний з метеорологічними відділами при дослідницьких станціях. В 1921 р. створена Українська метеорологічна служба (Укрмет), а до 1924 р. в ньому створено 22 спеціалізованих відділа (синоптичний, гідрологічний, сільськогосподарський та інш.). З цього періоду і розпочались систематичні метеорологічні спостереження, обробка метеорологічної інформації.

Багато роботи було в метеорологів під час другої світової війни, вони обслуговували військові операції і в особливості дії авіації.

В 50-ті роки створенні кліматичні довідники по областям. Розширюється мережа станцій.

В даний час в країні діє Державний комітет по гідрометеорології, якому упорядковані бюро погоди та обласні гідрометеобюро, на всій території існують метеорологічні станції, які обслуговують один або кілька адміністративних райони.

Основне навантаження щодо збирання і обробки метеорологічної інформації покладено на метеорологічні станції. Обсяг спостережень визначається їх типом та розрядом.

1 розряд – широка програма, опрацювання матеріалів, науково-дослідна робота, видавництво довідкової літератури.

2 розряд – цілодобові спостереження і передача інформації в гідрометбюро.

3 розряд – обсяг спостережень менший, але спостереження проводять систематично.

Лекція 1. Атмосфера, ії будова, склад і властивості

План

  1. Будова атмосфери та її хімічний склад

  2. Антропогенний вплив на атмосферу та його наслідки

  3. Атмосферний тиск, його зміна з висотою та горизонтально

  4. Інші фізичні характеристики атмосферного повітря

  5. Добовий та річний хід атмосферного тиску

  1. Атмосфера. ЇЇ хімічний склад та будова

Атмосфера – газоподібна оболонка Землі, середовище існування більшості живих організмів (окрім анаеробних бактерій). Атмосфера Землі сучасного складу створилась в процесі еволюції міліони років тому. Людина та різні біологічні об’єкти пристосовані до певного складу повітря, який використовують для дихання. Сучасний склад атмосфери утворився в результаті історичного розвитку ландшафтів, фотосинтетичній діяльності рослинності і функціонування океанів, а також внаслідок техногенезу (табл. 1). Певний склад повітря є необхідною умовою їх існування. Повітря – суміш газів, які складають атмосферу.

До складу повітря також входить водяна пара від 0,001 – 4 % (залежно від географічних широт). Інші гази в атмосфері присутні в дуже маленькі кількості, але є дуже важливими в біологічному значені: ксенон, водень, гелій, криптон, неон. Крім того в повітрі присутні тверді та рідкі частинки природного та антропогенного походження (аерозолі).

Таблиця 1.

Склад сухого повітря ( % від об’єму)

Азот (нітроген)

≈ 78%

Кисень (оксиген)

≈ 21%

Аргон

≈ 1%

Вуглекислий газ

≈ 0,03%

Неон

18,18 ∙ 10-4

Гелій

5,24 ∙ 10-4

Криптон

1,14 ∙ 10-4

Водень

0,5 ∙ 10-4

Ксенон

0,087 ∙ 10-4

Озон

Біля земної поверхні ≈ 0,05 ∙ 10-4,

На висоті 20-30 км ≈ 3 ∙ 10-4

Екологічні функції аерозолів в атмосфері дуже різноманітні. Функціонування аерозолів пов’язано з їх природою (табл. 2).

Таблиця 2.

Класифікація аерозолів

Природні

Антропогенні

Мінеральна група –продукти вивітрювання, пісок, зола, вулканічний пил.

Органічна група – бактерії, віруси, пилок рослин.

Космічна група – пил метеоритів

Транспорт 40-70%

Промисловість

Побутові відходи

Сільське господарство

Біологічне забруднення

Природне забруднення не викликає суттєвих якісних змін в атмосфері тому, що відповідає біологічним законам, регулюється обміном речовин, проявляється періодично. Але бувають випадки, коли природні процеси суттєво впливають на на стан атмосфери – під час виверження вулкану Кракатау в 1833 р. в атмосферу був піднятий пил на висоту до 24 км і протримався до 5 років. Вулкани Аляски в 1912 р. викинулив атмосферу 20 млрд. т пилу. Всього в світі вулкани щоденно викидають в атмосферу 80 - 106 т пилу. З поверхні океанів під час сильних вітрів знімається з частинками води велика кількість солей. Цей процес називається імпульверизація солей і в результаті цього процесу солі входять в атмосферу, а потім з опадами потрапляють в грунт та засолюють його. В середньому в світі викидається в атмосферу 650 - 106 т солей.

Сільськогосподарські та лісні угіддя дають велику кількість природнього пилу. На Великих Рівнинах США щорічні пилові бурі піднімають в атмосферу 221 млн. т пилу. В 1969 р. з районів Нижнього Поволжя та Північного Кавказу було винесено 25 млрд. т пилу. Світове сільське господарство генерує 5 - 106 т пилу щорічно.

Промисловість та сільськогосподарське виробництво є основним джерелом забруднення атмосфери в Україні (табл. 3).

Аерозолі виконують функції ядер конденсації при утворені хмар, але висока концентрація аерозолів знижує прозорість атмосфери і тим самим зменшує потоки прямої сонячної радіації і знижується енергія фотосинтезу рослин. Під час великих викидів пилу або газів зменшується видимість, що порушує роботу транспорту. Пил осідає на поверхню грунту і забруднює її. В середньому на 1 км2 території України випадає щорічно до 18 т пилу. Осідання пилу на листках, погіршує роботу устричного апарату рослин, знижує фотосинтез і викликає позакореневе засвоєння шкідливих речовин, наприклад важких металів, радіонуклідів. Склад сухого повітря нижнього шару характеризується постійністю, це обумовлюється постійним рухом повітря, його перемішуванням. Лише кількість вуглекислого газу, озону та деяких інших елементів, дещо змінюється в просторі та часі (вміст вуглекислого газу весь час збільшується в часі та просторі).

Таблиця 3.

Середня кількість аерозолів, які поступають в атмосферу з різних джерел

Результати техногенезу

106т в рік

Природні процеси

106т в рік

Спалювання вугілля

22

Морські солі

650

Спалювання інших матеріалів

8

Грунтовий пил

300

Металургія та інші галузі промисловості

10

Вулкани

80

Сільське господарство

5

Лісні пожари

75

Індустрія

5

Перетворення газів:

Нітрати з окислів азоту

250

Перетворення газів:

Сульфати з сирнистого газу

170

Амонієві солі з аміаку

170

Гідрокарбонати

50

Сульфати із сірководню

170

Нітрати з окислів азоту

30

Гідрокарбонати

140

Загальна сума

300

Загальна сума

1835

Екологічне значення атмосфери: захист від випромінювання, від ударів метеоритів, регулювання добового та сезонного коливання температур, сприяння екзогенним процесам, головним процесам життєдіяльності всіх живих організмів. Середовище існування багатьох біологічних істот.

Біологічне значення основних складових частин повітря:

Азот основний елемент живлення рослин, в великі кількості входить до складу білків. В вільному стані для вищих рослин недоступний, переробляється грунтовими та бульбочковими бактеріями.

Кисень – необхідний для дихання, горіння, гниття. При взаємодії органічних сполук з киснем в клітинах живих організмів виділяється енергія, яка забезпечує життєдіяльність живих організмів.

Вуглекислий газ – джерело повітряного живлення рослин. Грає активну участь в процесі фотосинтезу. Але його надмірна кількість шкодить всьому живому – пригнічує, а також викликає парниковий ефект

Водяна пара – важлива ланка кругообігу води, обумовлює утворення хмар, опадів.

Озон – алотропна модифікація кисню. Захищає все живе на землі від ультрафіолетового випромінювання. Шар озону 0,1 - 5 % мм розміщений на висоті 45 – 60 метрів.

Будова атмосфери:

Маса земної атмосфери – 5,15 – 1015 тон.

Розпреділення маси атмосфери:

0 – 5 км – 50%;

0 – 10 км – 75%;

0 – 20 км – 95%;

0 – 80 км – 99%

В основу умовного поділу покладено зміну температури повітря.

Існує п’ять основних шарів атмосфери: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, екзосфера.

Тропосфера – 0–8 12 км – середні широти, 0 – 18 км – тропіки.

Кожні 100 м температура повітря зменшується на 0,50С, тому на верхній межі шару вона складає -70 0С . Тропосфера містить 75 – 80 % маси атмосфери та 95 % водяної пари, яка міститься в атмосфері. В ній відбуваються найважливіші атмосферні явища: утворюються хмари, випадають опади, проходять теплообміні процеси між атмосферою та літосферою, циркуляція повітряних мас, зміни вологи, виникають суховії, пилові бурі, шквали, тайфуни. Приземний шар тропосфери (декілька десятків метрів) значно впливає на життєдіяльність живих організмів, тому для розв’язання практичних завдань необхідно знання атмосферних процесів, які проходять в приземному шарі.

Мал. 1. Будова атмосфери.

Стратосфера – 812 – 55 км. Температура цього шару постійна -500С. така температура пояснюється тим, що надходження тепла в атмосферу ї його витрати врівноважуються. Вище 35 км температура повітря поступово зростає і досягає на поверхні межі 0оС, що є наслідком поглинання сонячної радіації озоном. Як правило в стратосфері безвітряний простір. В стратосфері майже немає хмар вертикального розвитку (купчасто-дощових).

Мезосфера – 55 – 90 км. Температура знижується до -800С. у верхній частині влітку спостерігати сріблясті хмари, природа яких ще досі невідома.

Термосфера (іоносфера) – простягається до 800 км. Повітря в цьому шарі дуже іонізовано, що зумовлює його надзвичайну електропровідність, це має надзвичайне значення для радіозв’язку (від іоносфери відбуваються короткі хвилі). Температура в цьому шарі підвищується до 2000оС, але ця температура характеризує тільки кінетичну енергію руху молекул газів. Космічні кораблі та станції не відчувають дії такої високої температури в наслідок дуже великої розрідженості газів. В цьому шарі згорають метеорити та проходить полярне сяйво.

Екзосфера (сфера розсіювання) – розповсюджується до 3000 км, складається з найлегших атомів (водню та гелію). Поступово цей шар переходить у земну корону ( до 20 000 км) та в космічний простір.

  1. Антропогенний вплив на атмосферу

Протягом свого розвитку людина впливала на стан геосфер Землі. Але цей вплив в різні періоди був неоднаковий.

Перший період – палеоліт – первісна людина займалась рибальством та збиранням, мезоліт – додається охота, з’являються більш досконалі знаряддя праці, неоліт – поява землеробства, скотарства, людина навчила шліфувати, свердлити свою знаряддя праці, з’явились перші будинки. В цей період проходить накопичення знань, пристосування людини до природи, від якої вона залежить. Вплив людини на природу не значний, але зникають крупні рослиноїдні тварини.

Другий період – рабовласництво та феодалізм – інтенсивний розвиток землеробства, скотарства, виникають ремесла, будуються міста та фортеці. Виникає хімічна промисловість – одержання перших кислот, фарб, пороху. При полюванні виникають пожежі, проходить розширення пасовищ (вогнерубна система землеробства, знищення на великих територіях флори та фауни, що викликає зміну грунтів та клімату. В цей період виникають пустелі, зникнення великої кількості видів тварин та рослин.

Третій період – 17 - 20 сторіччя – бурхливий розвиток фізики та хімії, технічних наук, промисловості, поява атомної енергетики. Катастрофічне зростання чисельності людства 3,5 млрд. Проходить жахлива експлуатація природи, світлові війни, протистояння людства та природи.

Четвертий період – останні 50 – 60 років. Розвиток глобальної екологічної кризи, суперіндустріалізація, суперзабруднення всіх геосфер. Розвиток глобальної екологічної катастрофи.

Основні джерела антропогенного забруднення:

  • Викиди автотранспорту (чадний та вуглекислий гази, метан).

  • Промислові викиди (паливо, хімічна промисловість, металургія).

  • Сільськогосподарське забруднення (хімізація ферм, грунтів).

  • Радіоактивне забруднення (атомна промисловість, ядерні вибухи).

  • Побутові викиди.

  • Біологічне забруднення.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]