Учебные материалы
Скачать 6.5 Mb.
|
ТеплооборотСуществует три основных цикла атмосферных процессов, определяющих климат. Это так называемые климатообразующие процессы — теплооборот, влагооборот и атмосферная циркуляция. Теплооборот, создающий тепловой режим атмосферы, состоит в следующем. Сквозь атмосферу проходит поток солнечной радиации. Атмосфера частично поглощает солнечные лучи, преобразуя их энергию в теплоту; частично рассеивает их, меняя по качеству (спектральному составу); частично они отражаются назад облаками. Радиация, прошедшая сквозь атмосферу (отчасти и рассеянная атмосферой), падая на земную поверхность, частично от нее отражается, но в большей части поглощается ею и нагревает верхние слои почвы и водоемов. Земная поверхность сама испускает невидимую инфракрасную радиацию, которая в большей части поглощается атмосферой и нагревает ее. Атмосфера, в свою очередь, излучает инфракрасную радиацию, большая часть которой поглощается земной поверхностью. В то же время земная и атмосферная радиация непрерывно уходит за пределы атмосферы вместе с отраженной солнечной радиацией, уравновешивая приток солнечной радиации к Земле. Кроме обмена тепла путем излучения, между земной поверхностью и атмосферой происходит обмен тепла путем теплопроводности. В передаче тепла внутри атмосферы особенно важную роль играет перемешивание воздуха в вертикальном направлении. Значительная часть тепла, поступающего на земную поверхность, затрачивается еще на испарение воды, переходя в скрытую форму. Потом, при сгущении водяного пара в атмосфере, это тепло, выделяясь, идет на нагревание воздуха. Температура воздуха, постоянно ощущаемая как тепло или холод, имеет важнейшее значение для жизни на Земле вообще, для жизни и хозяйственной деятельности людей в частности. Температура воздуха меняется в течение суток и в течение года в зависимости от вращения Земли и связанных с ним изменений в притоке солнечной радиации. Но она меняется и нерегулярно, непериодически, в связи с воздушными течениями, направленными из одних мест Земли в другие. Распределение температуры воздуха по Земному шару в основном зависит от общих условий притока солнечной радиации по широтам, от распределения суши и моря, которые по-разному поглощают радиацию и по-разному нагреваются, и, наконец, от воздушных течений, переносящих воздух из одних областей Земли в другие. Влагооборот Кроме теплооборота, между атмосферой и земной поверхностью происходит постоянный оборот воды, или влагооборот. С поверхности океанов и других водоемов, влажной почвы и растительности в атмосферу испаряется вода, на что затрачивается большое количество тепла из почвы и верхних слоев воды. Водяной пар — вода в газообразном состоянии — является важной составной частью атмосферного воздуха. При существующих в атмосфере условиях водяной пар может испытывать и обратное преобразование: он конденсируется, сгущается, вследствие чего возникают облака и туманы, В процессе конденсации в атмосфере освобождаются большие количества скрытого тепла. Из облаков при определенных условиях выпадают осадки. Возвращаясь на земную поверхность, осадки тем самым уравновешивают испарение в целом для всего Земного шара. Количество выпадающих осадков и его распределение по сезонам влияют на растительный покров и земледелие. От распределения и колебания количества осадков зависят также условия стока, режим рек, уровень озер и другие гидрологические явления. От большей или меньшей высоты снежного покрова зависят промерзание почвы и режим вечной мерзлоты. Атмосферная циркуляция Неравномерное распределение тепла в атмосфере приводит к неравномерному распределению атмосферного давления, а от распределения давления зависит движение воздуха, или воздушные течения. На характер движения воздуха относительно земной поверхности важное влияние оказывает тот факт, что движение это происходит на вращающейся Земле. В нижних слоях атмосферы на движение воздуха также влияет трение. Движение воздуха относительно земной поверхности называют ветром, всю систему воздушных течений на Земле — общей циркуляцией атмосферы. Вихревые движения крупного масштаба — циклоны и антициклоны, постоянно возникающие в атмосфере, делают эту систему особенно сложной. С перемещениями воздуха в процессе общей циркуляции связаны основные изменения погоды: воздушные массы, перемещаясь из одних областей Земли в другие, приносят с собой новые условия температуры, влажности, облачности и пр. Кроме общей циркуляции атмосферы, существуют местные циркуляции: бризы, горно-долинные ветры и др.; возникают также сильные вихри малого масштаба — смерчи, тромбы. Ветер вызывает волнение водных поверхностей, многие океанические течения, дрейф льдов; он является важным фактором эрозии и рельефообразования. Климатообразование Климатообразующие процессы развертываются в различной географической обстановке. Поэтому конкретные особенности этих процессов, а с ними и типы климатов определяются такими географическими факторами климата, как широта, распределение суши и моря, строение поверхности суши (особенно крупномасштабная орография), почва, растительный и снежный покров, морские льды, океанические течения и пр. Распределение климатических условий по Земному шару зависит от распределения этих географических факторов. Особые, так называемые микроклиматические условия наблюдаются в самом нижнем, приземном слое воздуха, в котором обитают сельскохозяйственные культуры. Здесь на особенности атмосферного режима влияют детали строения и состояния земной поверхности. Климат испытывает существенные и даже коренные изменения на протяжении геологических эпох. Эти изменения связаны с изменениями в строении земной поверхности и в составе атмосферы, а также с различными причинами астрономического характера. Таковы, например, изменения во вращении Земли вокруг Солнца, изменения плотности материи в межпланетном пространстве и пр., а также, и может быть в особенности, изменения в солнечной активности. Происходят и некоторые колебания климатических условий на протяжении тысячелетий и столетий и еще более коротких промежутков времени. Так, например, в большей части Земного шара, особенно в средних и высоких широтах, в первой половине текущего столетия замечено определенное потепление. Такие колебания климата в настоящее гремя связывают преимущественно (но не только) с изменениями общей циркуляции атмосферы, а эти последние — с колебаниями солнечной активности. Наблюдение и эксперимент в метеорологии Фактические сведения об атмосфере, погоде и климате получают из наблюдений. Анализ результатов наблюдений служит в метеорологии и климатологии для выяснения причинных связей в изучаемых явлениях. В общей физике основным методом исследования является эксперимент. Экспериментируя, исследователь вмешивается в ход физических процессов, меняет условия, в которых они протекают, вводит одни факторы и исключает другие с целью выяснения причинных связей в явлениях. Но атмосферные явления крупного масштаба, такие, как общая циркуляция атмосферы или теплооборот на больших пространствах, еще не могут быть существенно изменены вмешательством человека. Даже энергия термоядерных взрывов невелика по сравнению с энергией процессов циркуляции атмосферы, поскольку взрывы при большой их мощности весьма кратковременны. Изменения в физическом состоянии атмосферы, которые создаются термоядерными взрывами, оказываются ограниченными по распространению их влияния и недолговременными (речь идет о физических процессах, а не о заражении атмосферы радиоактивными продуктами распада). Поэтому метеорология, как и другие геофизические науки, должна прибегать к наблюдениям, т. е. к измерениям и качественным оценкам процессов, протекающих в природной обстановке. Непрерывно наблюдая за атмосферными процессами, человек является зрителем и регистратором тех грандиозных опытов, которые ставит сама природа, без его участия. В ограниченных пределах в метеорологии применяется и эксперимент. К числу метеорологических экспериментов относятся, например, опыты осаждения облаков и рассеяния туманов путем различных физико-химических воздействий на них. Такие опыты преследуют практические цели, но они позволяют также глубже разобраться в природе явления. Насаждение лесных полос, создание водохранилищ, орошение местности и т. п. вносят некоторые изменения в состояние приземного слоя воздуха. Тем самым и они в некоторой степени являются средствами метеорологического (точнее, климатологического) эксперимента. Применяется и моделирование некоторых атмосферных процессов в лаборатории, т. е. воспроизведение их в малом масштабе и при упрощенных условиях. Так, например, моделируется даже общая циркуляция атмосферы. Возможности такого метода исследования также ограничены. Статистический и физико-математический анализ Результаты наблюдений подвергаются анализу в целях выяснения закономерностей, существующих в атмосферных процессах. Первостепенное значение имеет в метеорологии статистический анализ большого материала наблюдений, особенно применение осреднения, которое отсеивает случайные детали явлений и яснее показывает их существенные особенности. Особенно велика роль этого метода для климатологии. Климатология берет в качестве исходного материала результаты метеорологических наблюдений; эти результаты сопоставляются, сравниваются во времени и пространстве. Для полного представления о климате недостаточно наблюдений единовременных или в течение коротких промежутков времени. Атмосферные процессы настолько изменчивы и многообразны, что для изучения современного климата во всех его особенностях необходимо наблюдать их в течение длительного, многолетнего периода. Для получения выводов из очень большого количества наблюдений необходимо подвергать результаты наблюдений статистическому анализу; поэтому климатические характеристики являются статистическими выводами из многолетних рядов наблюдений. Такие характеристики могут представлять собой многолетние средние значения различных метеорологических величин, средние из ежегодных отклонений от этих многолетних средних значений, крайние пределы отдельных значений за многолетний период, повторяемости тех или других величин явлений, средние и крайние сроки наступления определенных явлений и т. д. С помощью статистического метода корреляции можно также установить наличие большего или меньшего параллелизма или противоположности (или отсутствие их) в изменениях различных метеорологических величин во времени. Тем самым можно выяснить, есть ли связь между этими величинами, и количественно выразить степень этой связи. Для выражения количественных связей между явлениями в метеорологии употребительны также эмпирические формулы, коэффициенты которых подбираются из опыта, т. е. опять-таки из большого числа сравнительных наблюдений. Статистика, таким образом, помогает яснее представить факты и лучше обнаружить связи между ними. Но статистика не объясняет фактов и связей. А именно их объяснение открывает наиболее надежный путь к предвидению (прогнозу) дальнейшего развития процессов и к сознательному воздействию на них. Поскольку в метеорологии рассматриваются физические явления, их объяснение может быть дано только на основании законов физики. Наиболее совершенный путь для этого — физико-математический анализ. В XX столетии достигнуты большие успехи в его применении к задачам метеорологии. На основе общих законов физики составляются дифференциальные уравнения, описывающие атмосферные процессы. Подставляя в эти уравнения исходные данные, полученные из наблюдений, и решая уравнения, можно находить количественные закономерности атмосферных процессов и даже прогнозировать их дальнейшее течение. В одних разделах метеорологии этот метод применяется широко, в других — еще недостаточно. Применение карт Основные атмосферные процессы развертываются на больших пространствах, а их следствия, в виде определенных условий погоды и климата, обнаруживаются в таком же крупном масштабе. Поэтому существенное значение в метеорологии и климатологии имеет сопоставление наблюдений на географических картах. Последующий анализ наблюдений относится уже не к наблюдениям в отдельных пунктах, а к пространственным распределениям наблюденных величин. На карту можно нанести фактические результаты наблюдений, сделанные в разных местах в один и тот же момент. Такая карта называется синоптической; она позволяет видеть, как распределялись условия погоды и, следовательно, каковы были свойства атмосферы и характер атмосферных процессов в этот момент над большой территорией. Составляя синоптические карты для последовательных моментов времени, можно прослеживать развитие атмосферных процессов и делать выводы о будущей погоде. На карты можно наносить и результаты статистической обработки многолетних наблюдений; тогда мы получим климатологические карты. Можно составить, например, карты многолетнего среднего распределения величин температуры или осадков на определенной территории за тот или иной месяц, карты средних дат установления снежного покрова, карты повторяемости гроз, карты наибольших или наименьших температур, наблюдавшихся в данной местности, и пр. Климатологические карты облегчают дальнейший анализ фактов, относящихся к климату, позволяют делать выводы о пространственном распределении особенностей или типов климата и т. д. Метеорологические наблюдения Метеорологические наблюдения — это измерения и качественные оценки метеорологических элементов. К метеорологическим элементам относятся в первую очередь температура и влажность воздуха, атмосферное давление, ветер, облачность, осадки, туманы, метели, грозы, видимость. Сюда же присоединяются и некоторые величины, непосредственно не отражающие свойств атмосферы или атмосферных процессов, но тесно связанные с ними. Таковы температура почвы или поверхностного слоя воды, испарение, высота и состояние снежного покрова, продолжительность солнечного сияния и т. п. В меньшем числе мест производятся еще наблюдения над солнечным и земным излучением и над атмосферным электричеством. Метеорологические наблюдения над состоянием атмосферы вне приземного слоя, до высот около 40 км, носят название аэрологических наблюдений. От них отличаются по методике наблюдения над состоянием высших слоев атмосферы, которым можно дать название аэрономических наблюдений. Наиболее полные и точные наблюдения производятся в метеорологических и аэрологических обсерваториях, имеющихся во всех странах мира. Число таких обсерваторий, однако, невелико. Кроме того, даже самые точные наблюдения в немногочисленных пунктах не могут дать исчерпывающего представления обо всей жизни атмосферы, поскольку атмосферные процессы протекают в разной географической обстановке по-разному. Поэтому, кроме метеорологических обсерваторий, наблюдения над основными метеорологическими элементами ведутся еще на многих тысячах метеорологических станций и многих сотнях аэрологических станций по всему Земному шару. Метеорологическая сеть Для изучения географического распределения метеорологических элементов и сравнения состояния атмосферы (погоды и климата) в различных местах Земли необходимо, чтобы метеорологические станции в каждой стране и во всех странах мира вели наблюдения по возможности однотипными приборами, по единой методике, в определенные часы суток. Иными словами, станции в каждой стране и в мировом масштабе должны составлять единое целое — сеть метеорологических станций, метеорологическую сеть. В каждой стране, в том числе и в России, существует основная государственная сеть метеорологических станций, отвечающая указанному выше требованию — единообразной и согласованной работы. Помимо нее, существуют и метеорологические станции специального назначения, связанные с различными потребностями науки и народного хозяйства (например, станции на курортах, в колхозах, на транспорте и т. п.). Метеорологические станции общегосударственной сети устанавливаются по возможности равномерно в местах, характерных для данного района. Нужно стремиться к тому, чтобы показания станции были репрезентативными, т. е. характерными не только для ее ближайших окрестностей, но и для возможно большего окружающего района. Метеорологические станции специального назначения размещают исходя из производственных задач. Длительность и непрерывность наблюдений Важнейшие условия сетевых метеорологических наблюдений, помимо синхронности, — их длительность и непрерывность. Отдельные годы сильно отличаются друг от друга по режиму атмосферных процессов. Этим определяется необходимость при изучении климата иметь многолетние ряды систематических наблюдений. Для изучения изменений климата метеорологические наблюдения должны производиться вообще неограниченно долго. Важно также, чтобы станции как можно дольше не меняли своего местоположения: перенос станции в другое место обрывает многолетний ряд наблюдений или, по крайней мере, нарушает его однородность. Вредно сказывается на однородности рядов наблюдений застройка местности. Для целей предсказания погоды также необходимо вести метеорологические наблюдения постоянно и непрерывно: каждый день в атмосфере наблюдаются все новые бесконечно разнообразные условия, а при прогнозе (предсказании) погоды на будущее приходится исходить из фактических условий в настоящем и прошлом. Развитие метеорологической сети Государственные сети метеорологических станций возникли в XIX веке; до этого наблюдения производились в отдельных немногочисленных пунктах. В XX веке густота метеорологических сетей сильно выросла, причем наблюдениями были охвачены и большие области в тропиках, в глубине Азии и Африки, в Арктике и Антарктике, ранее совершенно недоступные. Сейчас на Земном шаре имеются многие тысячи метеорологических станций. Только в Советском Союзе около 4000 станций основного типа, с полной программой наблюдений, и еще несколько тысяч метеорологических постов для наблюдений над осадками и снежным покровом. Наблюдения производятся и на тысячах торговых судов. Для регулярных наблюдений в океанах применяются специальные корабли погоды (метеорологические суда), длительно находящиеся в определенных районах океана. Но все же густота метеорологической сети еще недостаточна в Арктике, Антарктике, на океанах и в ряде областей всех материков, кроме Европы. Поскольку метеорологические наблюдения нужны для ежедневного прогноза погоды, большое значение для развития метеорологической сети в наше время имеет радиосвязь, позволяющая срочно передавать результаты наблюдений из отдаленных районов. В настоящее время существуют и автоматические станции, длительное время работающие без вмешательства человека. Их устанавливают в труднодоступных или неудобных для жизни районах, например на льдах Арктики; наблюдения их автоматически передаются по радио. В близком будущем автоматические и полуавтоматические метеорологические станции должны получить широкое применение. Сеть аэрологических станций возникла позднее, лишь в XX веке, и густота ее еще невелика в сравнении с сетью обычных метеорологических станций. Общее число станций с наблюдениями над давлением, температурой и влажностью в высоких слоях с помощью радиозондов составляет на Земном шаре около 1000, из них в СССР свыше 200. Значительно больше станций для наблюдений над ветром на высотах. Производятся также многочисленные наблюдения с самолетов. Программа наблюдений на метеорологических станциях На наземных метеорологических станциях во всем мире производятся одновременные (синхронные) наблюдения через каждые три часа по единому — гринвичскому — времени (времени нулевого пояса). Результаты наблюдений за эти сроки немедленно передаются по телефону, телеграфу или по радио в органы службы погоды. Там по ним составляются синоптические карты и другие материалы, служащие для предсказания погоды. В Советском Союзе до 1966 г. наблюдения производились не только по единому времени, но также и по местному среднему солнечному времени каждой станции — в 01, 07, 13 и 19 часов. При большой протяженности нашей страны по широте наблюдения в эти сроки были более удобны для получения сравнимых климатических характеристик. На метеорологических станциях основного типа регистрируются следующие метеорологические элементы. Температура воздуха на высоте 2 м над земной поверхностью. Атмосферное давление. Влажность воздуха — упругость водяного пара в воздухе и относительная влажность. Ветер — горизонтальное движение воздуха на высоте 10— 12 м над земной поверхностью. Измеряется его скорость и определяется направление, откуда он дует. Облачность — степень покрытия неба облаками, типы облаков по международной классификации, высота нижней границыоблаков, ближайших к земной поверхности, скорость и направление движения облаков. Количество осадков, выпавших из облаков, их типы (дождь, морось, снег и пр.). Наличие и интенсивность различных осадков, образующихся на земной поверхности и на предметах (росы, инея, гололеда и пр.), а также тумана. Горизонтальная видимость — расстояние, на котором, вследствие мутности атмосферы, перестают различаться очертания предметов. Продолжительность солнечного сияния. Температура на поверхности почвы и на нескольких глубинах в почве. Состояние поверхности почвы. Высота и плотность снежного покрова. На некоторых станциях — испарение воды с водных поверхностей или с почвы. Регистрируются также метели, шквалы, смерчи, мгла, пыльные бури, грозы, тихие электрические разряды, полярные сияния и некоторые оптические явления в атмосфере (радуга, круги и венцы вокруг дисков светил, миражи). На береговых метеорологических станциях производятся также наблюдения над температурой воды и волнением водной поверхности. Программа наблюдений на судах отличается в деталях от наблюдений на сухопутных станциях. На большом числе дополнительных станций (постов) производятся наблюдения только над осадками и снежным покровом, так как для лучшего выяснения распределения этих элементов нужна более густая сеть наблюдений. В программу работы станций, имеющих определенный производственный профиль, например сельскохозяйственных, транспортных, авиационных, включаются особые дополнительные наблюдения. Не все метеорологические элементы наблюдаются в каждый срок наблюдений. Например, количество осадков измеряется четыре раза в сутки, высота снежного покрова — один раз в сутки, плотность снега — один раз в пять дней и т. д. В программы наблюдений обсерваторий и отдельных станций входят еще актинометрические наблюдения над солнечной радиацией, земным излучением, отражательными свойствами (альбедо) поверхности земли и воды; уточненные наблюдения над температурой и влажностью воздуха на разных высотах в приземном слое воздуха (градиентные наблюдения); измерения содержания в воздухе пыли, химических примесей, радиоактивных продуктов и пр.; атмосферно-электрические наблюдения над ионизацией воздуха, т. е. над содержанием в нем электрически заряженных частиц, и над изменениями электрического поля атмосферы. |
Похожие:
 | Учебное издание Учебные программы и методические материалы кафедры... Учебные программы и методические материалы кафедры теории и истории государства и права : учеб метод пособие / сост.: А. Р. Еремин,... | | Учебно-методический комплекс по дисциплине «Основы педиатрии и гигиены... «Основы педиатрии и гигиены детей раннего и дошкольного возраста» включает три блока документов: организационные документы, методические... |
| Учебно-методический комплекс по дисциплине «Основы педиатрии и гигиены... «Основы педиатрии и гигиены детей раннего и дошкольного возраста» включает три блока документов: организационные документы, методические... | | Учебно-методический комплекс по дисциплине «Основы педиатрии и гигиены... «Основы педиатрии и гигиены детей раннего и дошкольного возраста» включает три блока документов: организационные документы, методические... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Что же такое эор? Электронными образовательными ресурсами называют учебные материалы, для воспроизведения которых используются электронные... | | Учебные пособия : Практический курс китайского языка, Москва изд.... Учебные пособия: Практический курс китайского языка, Москва изд. Восток-Запад в 2х томах 2009, дополнительные материалы из китайских... |
 | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Инновационные учебные материалы к учебнику “nme” Деревянко Н. Н., Жаворонкова С. В. и др. 5 класс | | Селевко Г. К. Современные образовательные технологии doc России. Учебные материалы для студентов: лекции, шпоры, конспекты, учебники более чем по 300 предметам |
| Материалы на конкурс «Мой классный классный Высокие учебные результаты обучения при их позитивной динамике за последние три года | | Учебно-методический комплекс по дисциплине «история и философия науки» Учебные материалы для подготовки кандидатского экзамена по истории и философии науки |
| Уроки Кирилла и Мефодия. Математика, русский язык, окружающий мир 1-4 классы ... | | Учебники и учебные пособия, методические материалы Сборник лабораторных работ : Исследование трения и износа при ремонте машин и оборудования. Издание переработанное и дополненное.... |
| Что такое электронные образовательные ресурсы (эор)? ... | | Что такое электронные образовательные ресурсы (эор)? ... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... ... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... ... |
