Метеорология. Состав, строение и основные свойства атмосферы

Цель –рассмотреть объекты, методы и этапы развития метеорологии; познакомиться с составом, основными свойствами, строением атмосферы и её функциями.

Оборудование и материалы: контурная карта России, физическая карта Красноярского края и республики Хакассии; демонстрационная презентация на тему: «Метеорологические наблюдения на метеостанции Красноярск Опытное поле»

Вопросы для предварительной подготовки:

1. Метеорология. Объекты и методы метеорологии. История становления метеорологии как науки.

2. Всемирная служба погоды, её структура и основные задачи.

3. Погода, климат, и метеорологические величины их характеризующие. Метеорологические приборы и методы наблюдения за погодой.

4. Атмосфера. Газовый состав атмосферы, жидкие и твердые частицы в воздухе. Изменение состава воздуха с высотой.

5. Температура воздуха, температурные шкалы. Изменение температуры воздуха с высотой. Приведение температуры к уровню моря.

6. Атмосферное давление, единицы его измерения. Барометрическая формула. Приведение давления к уровню моря. Барическая ступень.

7. Плотность воздуха.

8. Строение атмосферы: основные слои (тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, экзосфера, земная корона) и их особенности.

Термины и понятия: атмосфера, водяной пар, аэрозоли, приземный слой атмосферы, тропопауза, озоновый слой, температурный градиент, изотермия, изотермы, изобары, метеорология, синоптическая карта, прогноз погоды психрометрическая будка, анемометр, флюгер, барометр, плювиограф, психрометр, термометр, термограф, осадкомер, актинометр, снегомер, испаритель.

Задание 1.1. Изучить структуру Росгидромета. Расположение наблюдательных подразделений см. на сайте Среднесибирского УГМС в разделе «Наблюдательная сеть» http://meteo.krasnoyarsk.ru/

На контурной карте России выделить территорию Среднесибирского УГМС, отметить с помощью условных знаков месторасположения наблюдательных метеорологических пунктов: «Игарка», «Туруханск», «Красноярск опытное поле», «Мотыгино», «Ванавара», «Емельяново», «Минусинск Опытное поле», «Снежногорск», «Оленья Речка», «Сарыг-Сеп», «Туран», «Черемушки», «Кызыл», «Шира ст.ж.д.».

Задание 1.2. При просмотре демонстрационной презентации на тему: «Метеорологические наблюдения на метеостанции Красноярск Опытное поле», отметьте основные требования, которым должны удовлетворять результаты наблюдений за метеорологическими величинами и явлениями атмосферы, принципы устройства и выбора местоположения метеостанции, типы приборов и характер их размещения, частота снятия показаний.

Задание 1.3. Температура воздуха

1.3.1. Используя следующие формулы перевода, выразите приведенную температуру в шкале Фаренгейта: 34,5°C, –18,3°C, 275К, и в шкале Цельсия: 0°F, 32°F, 358К.

Т (K)=t°C +273; t°C = (5/9) × (t°F–32); t °F= (9/5) × (t°C +32)

1.3.2. Выполните приведение температуры к уровню моря, если известно, что: 1) пункт расположен на высоте 400 м, и температура равна 12,7°C;

2) пункт расположен на высоте 216 м, температура –18,4°C.

Приведение температуры к уровню моря позволяет исключить влияние высоты на температуру. Принцип перевода заключается в следующем: зная, что средний вертикальный градиент температуры в тропосфере равен 0,6° на 100 м, мы высоту, на которой расположен наблюдательный пункт, делим на 100м, и умножаем на 0,6°C, полученный результат прибавляем к температуре в пункте, т.е:

Задание1.4. Атмосферное давление

1.4.1. Давление, выраженное в миллиметрах ртутного столба, перевести в гектопаскали: 763, 750, 735 мм рт. ст.

1.4.2.Рассчитайте, какая высота ртутного столба будет соответствовать1013 гПа, 1005 гПа, 989 гПа.

Задание 1.5. Барическая ступень

1.5.1. Рассмотрите таблицу 1.3., проанализируйте влияние температуры на величину барической ступени. Проследите как изменяется величина барической ступени при понижении температуры от +30°С – до –10 °С, при давлении воздуха в 1013 гПа. Подчеркните в следующем выражении верное: «при одном и том же давлении барическая ступень тем больше, чем (выше или ниже) температура». Поясните как изменяется величина барической ступени при одинаковой температуре, например 16°С, и давлении от 960 – до 1040 гПа. Подчеркните верное: «при одной и той же температуре барическая ступень тем больше, чем (выше или ниже) давление».

1.5.2. Определите относительную высоту холма, если известно, что у подножия склона давление 1013,0 гПа, а на вершине 990,5 гПа, температура воздуха 16,4ºС (барическая ступень определяется по таблице 1.3.).

1.5.3. Выполните приведение давления к уровню моря, если известно, что давление в пункте А, расположенном на высоте 400 м над уровнем моря, составляет 977 гПа, а температура 12,4 ºС.

Таблица 1.3.

Величина барической ступени

Задание 1.6. Плотность воздуха

1.6.1. Определить плотность сухого воздуха при температуре 273,2 К и атмосферном давлении 1013,3 гПа.

1.6.2. Определить плотность воздуха при температуре 15°С, атмосфер­ном давлении 1040 гПа при парциальном давлении водяного пара 11,5 гПа.

1.6.3. Проанализируйте данные по плотности воздуха на различных высотах в атмосфере, приведенные в таблице 1.4, и постройте кривую изменения плотности воздуха с высотой. Как изменяется с высотой плотность, чем это обусловлено?

Таблица 1.4

Плотность воздуха в слоях атмосферы

Рекомендуемый горизонтальный масштаб 1:300000 (в 1 см – 3 км), вертикальный масштаб 1: 100 (1 см – 100 г/м³)

Контрольные вопросы и задания

1)Чем обусловленобольшое количество и многообразие наблюдательных пунктов на территории России?

2) В чем заключаются отличия агрометеорологических, аэрологических актинометрических станций?

3) Поясните, в связи с чем информация о текущей и прошедшей погоде, получаемая непосредственно в результате метеорологических наблюдений, должна отвечать следующим требованиям: глобальность, комплексность, синхронность, регулярность, оперативность и репрезентативность.

4) Каково значение прогноза погоды для населения, сельского хозяйства, транспорта, сферы строительства?

5) Как изменяются с высотой основные физические свойства атмосферы (температура, давление, плотность, влажность)? чем это обусловлено?

6) Каковы основные функции атмосферы как оболочки Земли?