Билеты по метеролигии и климатологии

Билет 1 Введение метеорология:

Земной шар окружён газовый оболочкой, в земной атмосферой совершаются разные физ. процессы и явления, тепловые движения воздуха, конденсация вод пара (облака и осадки), так же в атмосфере наблюдаются электрические, световые, звуковые явления. Эти явления образуются в атмосфере в результате физ. процессов совершающихся в ней, неизолированном, а в тесном взаимодействии с процессами, происходящих на поверхности почвы, воды. Такая поверхность называется – подстилающей поверхностью. Между подстилающей поверхностью и атмосферой происходит непрерывный обмен теплом и влагой. Наука изучающая и объясняющая физ. процессы и явления происходящие в атмосфере при взаимодействии с подстилающей поверхностью назв. – метеорология. Состояние атмосфер на данной территории за данное время и определёнными физ. процессами назв. – погода. Область науки изучающая условия формирования климата и климатического режима назв. – климатология.

Метеорология и климатология имеет связь с другими дисциплинами, такие как: физика, география, биология, лесоведение, почвоведение и др.

Значение для народного хозяйства огромно, так как с погодой и климатом связано проведение многих мероприятий в сельском, лесном, сухопутном и морском транспорте, строение, планирование городов и др. Большое значение имеет предсказание погоды. Зная её можно с большой эффективностью образовать работы. Существует особая наука – сенатическая метеорология, занимается вопросами предсказания погоды на основе изучения атмосферных процессов создающих погоду и вызывающих изменения её на большой территории. Метеорология и климатология изучает неприятные проявления климата помогая человеку.

Организация метеонаблюдений: По характеру своей деятельности метеоролого станции бывают: Наблюдательные – ведут наблюдения для изучения и освещения метеоро и клим условий на территории. Оперативные – кроме наблюдений ведут оперативное обслуживание информацией прогнозами. Наблюдения на метеоролого станциях проводятся 4 раза в сутки (1:00; 7:00; 13:00; 19:00 часов по местному времени). Кроме основных имеются полярные, морские, авио, лесные, курортные, горные и др. Станции спец назначения, кроме общих ведут операционные состояния льдов, ледников, морей и др.

Состав и строение атмосферы: У земной поверхности в чистом и сухом воздухе содержится 78% азота. Во влажном - количество водяного пара может достигать до 4%. Аммиак поступает в атмосферу при гниении и разложении. Уголь и кислота в воздухе 0,03%, необходима растениям для образования органического вещества. Сухое вещество растений состоит 40-50% из углерода, из углекислоты воздуха. При сжигании и гниение топлива способна пропускать солнечную энергию и задерживать земные излучения. Это способствует увеличению температуры земной поверхности – парниковый эффект. Водяной пар- Самая неустойчивая часть атмосферы. Поступает за счёт испарения водной поверхности. Благодаря воде, пару, часть земных излучений задерживается атмосферой и не уходит в мировое пространство. Озон в атмосфере содержится в малом количестве. На 100 кубометров – 2,5мл. Наибольшее количество 20-25 мл, верхняя граница порядка 50 мл. Поглощая ультрафиолетовые лучи солнца с короткой длиной волны защищает живые организмы. Озон ускоряет гниение в воздухе способствуя окислению слабо гидроскопических газов в сильно гидроскопический сернистый ангидрид в серный. В атмосфере много тв. частиц (пыль). Пыль влияет в физ. Процессах и явлениях в атмосфере, она поглощает часть лучистой энергии солнца, задерживает тепло, тем самым уменьшает её охлаждение через излучение. Пыль способствует образованию осадков. Между газовой оболочкой земли и атмосферой, тв. и водными оболочками происходит постоянный обмен веществами, эти вещества проникают друг в друга.

Билет 2 . Плотность воздуха, масса и высота атмосферы: воздух под влиянием изменения давления и температуры изменяет свой объём, поэтому изменяется вес в его единицу объёма. По закону Бойля Мариотта плотность воздуха прямопропорциональна давлению. Плотность воздуха зависит от его влажности. На уровне моря при норм давлении и t = 0, плотность сухого воздуха = 1,203кг в кубометре. Плотность воздуха по закону Бойля пропорциональна давлению, но давление с высотой понижается => что плотность воздуха с высотой должна уменьшаться. Воздушные массы — большие объёмы воздуха, имеющие горизонтальные размеры во много сотен или несколько тысяч километров и вертикальные размеры в несколько километров, характеризующиеся примерной однородностью температуры и влагосодержания по горизонтали. Воздушные массы классифицируют, прежде всего, по очагам их формирования в зависимости от расположения в одном из широтных поясов. Согласно географической классификации, воздушные массы можно подразделить на основные географические типы по тем широтным зонам, в которых располагаются их очаги: Арктический или антарктический воздух (АВ), Умеренный воздух (УВ), Тропический воздух (ТВ). Время их существования — более 2-х суток. Атмосферный фронт возникает при сближении и встрече масс холодного и тёплого воздуха в нижних слоях атмосферы или во всей тропосфере, охватывая слой мощностью до нескольких километров, с образованием между ними наклонной поверхности раздела. Если бы воздушные массы были неподвижны, поверхность атмосферного фронта была бы горизонтальной, с холодным воздухом внизу и тёплым над ним, но поскольку обе массы движутся, она располагается наклонно к земной поверхности, причём холодный воздух лежит в виде очень пологого клина под тёплым. Зона атмосферного фронта очень узка по сравнению с разделяемыми ею воздушными массами, поэтому для целей теоретического исследования её приближённо рассматривают как поверхность раздела двух воздушных масс разной температуры и называемой фронтальной поверхностью. По этой причине на синоптических картах фронты изображают в виде линии (линия фронта). В пересечении с земной поверхностью зона фронты имеет ширину порядка десятков километров, горизонтальные же размеры самих воздушных масс — порядка тысяч километров.

Билет 3 Солнечная радиация: это электромагнитное и корпускулярное излучение Солнца.

Электромагнитная составляющая солнечной радиации распространяется со скоростью света и проникает в земную атмосферу. До земной поверхности солнечная радиация доходит в виде прямой и рассеянной радиации. Всего Земля получает от Солнца менее одной двухмиллиардной его излучения. Спектральный диапазон электромагнитного излучения Солнца очень широк — от радиоволн до рентгеновских лучей — однако максимум его интенсивности приходится на видимую (жёлто-зелёную) часть спектра.

Существует также корпускулярная часть солнечной радиации, состоящая преимущественно из протонов, движущихся от Солнца со скоростями 300—1500 км/с (см. Солнечный ветер). Во время солнечных вспышек образуются также частицы больших энергий (в основном протоны и электроны), образующие солнечную компоненту космических лучей. Энергетический вклад корпускулярной составляющей солнечной радиации в её общую интенсивность невелик по сравнению с электромагнитной. Поэтому в ряде приложений термин «солнечная радиация» используют в узком смысле, имея в виду только её электромагнитную часть. Солнечная радиация — главный источник энергии для всех физико-географических процессов, происходящих на земной поверхности и в атмосфере. Количество солнечной радиации зависит от высоты солнца, времени года, прозрачности атмосферы. Для измерения солнечной радиации служат актинометры и пиргелиометры. Интенсивность солнечной радиации обычно измеряется по её тепловому действию и выражается в калориях на единицу поверхности за единицу времени. Прямая радиация- Радиация, поступающая к земной поверхности непосредственно от Солнца и околосолнечной зоны радиусом 5, называется прямой солнечной радиацией. Прямая радиация измеряется на поверхности, перпендикулярной направлению солнечных лучей, и обозначается S. Прямая радиация, приходящая на горизонтальную поверхность (S'), вычисляется по формуле: S' = S * sin h,

где h - высота солнца над горизонтом. Для измерения прямой солнечной радиации используется актинометр Савинова-Янишевского. Рассеянная радиация - Проходя сквозь атмосферу, солнечная радиация рассеивается в оптически неоднородной среде атмосферными газами и аэрозольными примесями, имеющими различные коэффициенты преломления, и переходит в особую форму - рассеянную радиацию. Рассеянной солнечной радиацией (D) называется радиация, поступающая на горизонтальную поверхность от всех точек небесного свода, за исключением диска Солнца и околосолнечной зоны радиусом 5, в результате рассеяния солнечной радиации молекулами атмосферных газов, водяными каплями или ледяными кристаллами облаков и твердыми частицами, взвешенными в атмосфере. Отражённая радиация – Солнечная радиация прямая и рассеянная поступающая к земной поверхности поглощается его не полностью, часть её поверхность Земли отражает. Отражённая радиация определяется интенсивностью прихода радиации на чёрную горизонтальную поверхность обращённую вниз в земле. Отражающая способность поверхности зависит от физ. Свойств их света и т.п. Процентное отношение радиации отражённой и падающей – альбедном. Альбедо зависит от высоты солнца над горизонтом с уменьшением которой альбедо поверхности почвы и воды увеличивается.

Билет 4 Методы изучения солнечной радиации: для измерения интенсивности прямой солнечной радиации служат приборы: пиргеометры и актинометры. Пиргеометры определяют радиацию в ккал, а актинометры определяют солн радиацию, дают величину радиации в относительном измерении. Для измерения интенсивности суммарной радиации прямой и рассеянной приходящей на горизонтальную поверхность – пиранометр с его помощью можно определить и напряжение, только 1ой рассеянной радиации , наиболее простой прибор – Калитина, состоит из двух термометров. Пиранометр обращенный к земле может служить и для измерения отражённой радиации направленной снизу вверх от растительного покрова. Приспособление для отражения радиации – альденометр.

Радиационный тепловой баланс для поверхности Земли: Солнечная радиация приходит к поверхности Земли не полностью поглощается часть лучистой энергии она отражает разность между приходом и расходом лучистой энергии поглощаемой и излучаемой Землей – радиационный баланс. Он является важным метеорологическим фактором, т.к. от величины его в сильной степени зависит распределение от t в почве и прилегающей к ней слоях воздуха. От этого зависит интенсивность снеготаянья. Днём он положительный, т.к. приход радиации преобладает над уходящей. Ночью при отсутствии прихода радиации, будет отрицательным. В годовом ходе радиационный баланс в холодное время года имеет отрицательное значение, в тёплое – положительное. Общий приход и расход тепла для поверхности земли называемый тепловым балансом можно представить в виде уравнения: R=M+V+B, где R-радиационный баланс, M- количество тепла передаваемое воздухом, V – затрата на испарение, B – количество тепла уходящее в почву.

Приход и расход тепла для земли и атмосферы: Общее количество лучистой энергии получаемое от солнца землёй и атмосферой = примерно, количеству энергии получаемой большого круга, радиусом = радиусу Земли. При перпендикулярном падении лучей эта поверхность на границе атмосферы получит за сутки l(нулевое) iR(квадрат)*1440ккал, где l(нулевое) солнечная постоянная = 1,94 ккал на см(в квадрате) в минуту. На земле в среднем за год между приходом и расходом лучистой энергии, земля и атмосфера получает столько же сколько и расходуют путём отражения и излучения. И энергетический баланс земного шара = нулю.

Использование солнечной энергии: Количество энергии которое излучает солнце для использования, применяют особый деревянный ящик. С зачерненными внутри стенками , сверху ящик закрывают двумя листами стекла, между которыми воздушная прослойка. Солнечный луч проходит через стекло и поглощается чёрными стенками ящика, они нагреваются и начинают излучать тепло, но оно остаётся в ящике, т.к. стекло не пропускает длинноволновые лучи. Если стенки ящика имеют хорошую термоизоляцию, это позволит накопить в нём тепло и создать высокую t. Трофимов получил в ящике t до 220 градусов, в Ташкенте.

Билет 5 Температура почвы.

Тепловой режим почвы определяется, в основном, приходом тепла ввиде солнечной радиации,поглощаемой поверхностью почвы и расходуется в результате испарения. Различают весовую и объемную теплоемкость почвы. Весовая - кол-во тепла, необходимое для нагревания 1 гр на 1^оС. Объемная теплоемкость – кол. тепла, необходимое для нагрева 1 см³ на 1^оС.

Степень нагревания почвы зависит от ее теплопроводности (способность проводить тепло из слоев более нагретых в менее нагретые). Теплопроводность почвы очень низкая, зависит от влажности, которая увеличивает теплопроводность почвы.

Суточные и годовые температуры почвы. Дневные нагревания вызывают суточные колебания темпер-ры.поверх-тью почвы, являющейся источником суточных колебаний, называется деятельной поверхностью. Затихание амплитуды суточных колебаний температуры происходит на глубине 80-100 см. Сохраняется неизменная температура, кроме суточных колебаний ,температура поверх-ти почвы испытывает годовые колебания. Наим. темп-ра на поверх-ти почвы-январь, февраль. Наиб. – июль или август. В многоснежные зимы темп-ра почвы выше нормальной величины, за влажный период темп-ра значительно ниже, чем в засушливый.

Промерзание почвы. На территории России среднегодовая лубина промерзания почвы от 30-150 см. В многоснежные зимы почвы промерзают на меньшую глубину,чем в малоснежную. На возвышенных участках почвы промерзают глубже, чем в пониженных. Оттаивание происходит под влиянием двух источников тепла – солнечной радиации и тепла глубоких слоев. Оттаивание идет сверху и снизу. Вверх почва оттаивает во время снеготаяния или до его начала, если замерзание было не значительным.

Вечная мерзлота. В полярных широтах в Тундре, в восточной части Сибири и в Тайге почва остается мерзлой в течении всего года, оттаивая, летом, на небольшую глубину, такое явление носит название многолетней мерзлоты. В России ее площадь, примерно, 10млн км² или порядка 45% всей площади. Южная граница ее распространения совпадает с линией, соединяющей места ее среднегодовой темп-ры воздуха -2 ^оС и начинается она с полуострова Каниннос, далее идет через Мезень на Обь, далее опускается на юг в Монголию, вновь появляется в России в районе Благовещенска, затем уходит в устье Амура.

Мерзлота встречается местами среднего Урала. На хоз.деят.человека она значительна, препятствует для производства земных работ, строительства, затрудняет водоснабжение.

В России есть наука – мерзлотоведение, которое занимается изучением мерзлоты.