Метеорологические наблюдения

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Тепловой режим почвы и водоемов

Темные почвы, обладающие сравнительно малой отражательной способностью, днем нагреваются, а ночью охлаждаются сильнее, чем светлые. При положительном радиационном балансе тепло от деятельной поверхности передается в более глубокие слои, а часть его передается атмосфере. При отрицательном радиационном балансе тепло из глубины почвы и частично из воздуха, наоборот, поступает к деятельной поверхности.

Важную роль для нагревания или охлаждения почвы играют конденсация водяного пара и испарение воды, происходящие на деятельной поверхности. При конденсации выделяется скрытая теплота парообразования, идущая на нагревание почвы. При испарении тепло переходит в скрытое состояние и теряется почвой. Некоторое количество тепла в почве затрачивается также на химические и биологические процессы: усвоение питательных веществ корнями растений, растворение солей и т. д.

Нагревание и охлаждение почвы в большой степени зависит от ее теплоемкости, коэффициента теплопроводности и коэффициента температуропроводности. Различают удельную и объемную теплоемкость.

Разность между максимальной и минимальной температурами за сутки называется амплитудой суточного хода. На нее влияют следующие факторы:

1. Время года. 2. Широта места. 3. Облачность. 4. Теплоемкость и теплопроводность почвы. 5. Цвет почвы.6. Растительный и снежный покров.

Поверхностный слой воды, как и почвы, хорошо поглощает инфракрасную радиацию. Относительная излучательная способность воды также мало отличается от излучательной способности других естественных поверхностей. Таким образом, условия поглощения и отражения длинноволновой радиации в водных бассейнах и в почве различаются мало. Иначе обстоит дело с коротковолновой радиацией. Вода, в отличие от почвы, представляет для нее прозрачное тело. Поэтому короткие волны, особенно фиолетовые и ультрафиолетовые, проникают в воду на довольно значительную глубину, где радиационное нагревание происходит в слое воды толщиной несколько метров.

Существенные различия теплового режима водоемов и почвы вызываются следующими причинами:

1. Теплоемкость воды в 3-4 раза больше теплоемкости почвы. 2. Частицы воды обладают большой подвижностью, поэтому в водоемах передача тепла в глубь воды происходит не путем молекулярной теплопроводности, как в почве, а в результате более интенсивного процесса - турбулентного перемешивания.

2. Температура воздуха. Суточный и годовой ход. Нагрев воздуха

Воздуха атмосферы пропускает солнечные лучи к земной поверхности. Однако именно оно лучами не нагревается. Нагревается Солнцем земная поверхность. А потом от нее нагревается воздух. Поэтому, чм дальше от земной поверхности, тем становится холоднее. Вот почему за бортом самолета температура воздуха очень низкая. На верхней границе тропосферы она опускается до -56 ⁰С.

Установлено, что на каждый километр высоты температура воздуха понижается в среднем на 6 ⁰С. Измерение температуры воздуха. Каждый знает, что температуру воздуха измеряют с помощью термометра. Однако стоит помнить, что неправильно установлен термометр, например на солнце, покажет не температуру воздуха, а на сколько градусов нагрелся сам прибор.

Суточный ход температуры. Солнечные лучи в течение суток нагревают Землю неравномерно. Очевидно, что в полдень, когда Солнце стоит высоко над горизонтом, земная поверхность нагревается сильнее. Однако высокие температуры воздуха наблюдаются не в 12-й, а в 14-15 ч. Это объясняется тем, что на передачу тепла от земной поверхности воздуху нужно время. После полудня, несмотря на то, что Солнце уже опускается к горизонту, воздух продолжает получать тепло еще в течение двух часов от нагретой поверхности. Затем поверхность постепенно охлаждается и соответственно снижается температура воздуха. Низкие температуры встают перед восходом Солнца. Правда, в отдельные дни такой суточный ход температур может иметь значительные отступления.

Следовательно, причиной изменений температуры в течение суток является изменение освещенности поверхности вследствие вращения Земли вокруг своей оси.

Годовой ход температур. В течение года земная поверхность нагревается неравномерно. Поэтому изменяется и температура воздуха. Годовой ход температуры определяют средние месячные температуры воздуха. По ним можно установить, какой месяц был самым теплым и какой - самым холодным. Наблюдения за температурой воздуха в течение года показывают, что в Украине, как и во всех странах Северной полушария, самая высокая средняя месячная температура бывает в июле, А самая низкая в январе.

Летом в полдень Солнце занимает наивысшее положение над горизонтом. В этот период - самые длинные дни, поверхность нагревается длительное время, поэтому и температуры воздуха высокие. Зимой - наоборот.

3. Заморозки

Заморозками называют резкие понижения температуры воздуха до отрицательных значений на фоне положительных среднесуточных температур воздуха. Чаще заморозки бывают, когда в данный район приходит довольно холодная воздушная масса, например, арктическая. Температура в нижних слоях этой массы днем все же выше нуля. Ночью температура воздуха падает в суточном ходе ниже нуля, то есть наблюдается заморозки. Для заморозка нужна ясная и тихая ночь, когда наблюдается большое эффективное излучение с поверхности почвы, а турбулентность мала, и воздух, который охлаждается от почвы, не переносится в более высоких высоких слоев, а подвергается длительному охлаждению. Такая ясная и тихая погода, как правило, характерна для внутренних областей антициклонов.

Заморозки чаще наблюдаются в низменностях, потому что у вогнутых формах рельефа ночное снижение температуры особенно усилено.

По происхождению различают радиационные, адвективни и радиационно-адвективни заморозки.

Радиационные заморозки возникают в переходные сезоны, приуроченные к пониженных участков рельефа и формируются под влиянием интенсивного радиационного охлаждения земной поверхности. Для образования радиационных заморозков необходимо, чтобы установилась ясная, бесхмарна погода, слабый ветер или его отсутствие. Облачность уменьшает эффективное излучение и тем самым уменьшает вероятность заморозка. Ветер также препятствует возникновению заморозка, так как он усиливает турбулентное перемешивание, и в результате увеличивается приток тепла от воздуха к почве. Радиационные заморозки имеют незначительную продолжительность и охватывают незначительные площади, с наибольшей вероятностью образуются ранней весной и поздней осенью. Адвективни заморозки отличаются времени наступления, большими площадями охвата, значительной продолжительностью. Возникают в результате адвекции воздуха, имеющего температуру ниже нуля. При вторжении холодного воздуха грунт охлаждается от контакта с ним. Поэтому температуры почвы и воздуха мало отличаются. Могут длиться от 1 до 4 суток, мало зависят от местных условий.

4. Континентальный климат

Континентальный климат -- тип климата, характеризующийся стабильно жарким летом, стабильно морозной зимой и малым количеством осадков. Континентальный климат формируется в результате преобладающего воздействия на атмосферу крупных массивов суши. Этот тип климата характерен для внутренних регионов материков. Континентальный климат является господствующим на значительной части территории России, Украины, Казахстана, Узбекистана), в Монголии и внутренних регионах США и Канады. Материком с наибольшим распространением континентального климата является Евразия. Континентальный климат приводит к образованию степей и пустынь, так как большая часть влаги морей и океанов не доходит до внутриконтинентальных регионов.

5. Типы среднего изменения температуры воздуха

Типы среднего изменения температуры воздуха у земной поверхности в течение года. Различают следующие главные Т. Г. X. Т. В.:

1) экваториальный -- с небольшой годовой амплитудой (над океанами нередко меньше 1° и над материками 5--10°), двумя максимумами после равноденствий и двумя минимумами после солнцестояний;

2) тропический -- с амплитудой порядка 5° над океанами и 20° над сушей, максимумом после летнего и минимумом после зимнего солнцестояния;

3) умеренного пояса -- с максимумом (в северном полушарии) в июле или августе и минимумом в январе или феврале (в морском климате позже, чем в континентальном), большой амплитудой, достигающей внутри материков 60° и более. Этот тип делится на подтипы: субтропический, собственно умеренный и субполярный;

4) полярный -- с очень большой, даже и в морских пунктах, годовой амплитудой, максимумом в июле -- августе и минимумом в марте, ко времени появления солнца.

6. Распределение температуры воздуха по поверхности планеты в течении года

Неравномерное нагревание поверхности Земли приводит к образованию разных типов климатических поясов и воздушных масс. Наиболее сильное нагревание планеты происходит в при экваториальных областях.

Нагретый воздух с поверхности суши и океана начинает подниматься вверх, унося вместе с собой огромное количество испарившейся воды. В верхних слоях атмосферы вода конденсируется и выпадает назад на землю в виде осадков. Именно поэтому на экваторе формируется очень влажный климат с большим количеством дождей. Поднявшийся над экватором воздух растекается к тропикам. Над тропиками уже отдавший всю влагу воздух полностью охлаждается и опускается вниз. При этом на тропиках формируется область высокого давления с постоянно ясным небом. Нисходящие потоки воздуха препятствуют парообразованию и формированию облаков, потому над тропиками осадков выпадает мало. Воздух из тропиков растекается по поверхности планеты в виде постоянно дующих ветров. Часть его возвращается к экватору, а часть движется в умеренные широты. Двигаясь к умеренным широтам воздух вновь нагревается у поверхности земли и устремляется вверх. Над умеренными широтами вновь формируется область низкого давления.

Устремляющийся вверх вместе с восходящим током воздуха пар конденсируется в верхних слоях атмосферы и выпадает в виде осадков также, как и на экваторе. Воздух из умеренных широт растекается -- часть обратно в сторону тропиков, а часть -- к полюсам. На полюсах воздух окончательно остывает и опускается вниз. На полюсах, также как и на тропиках, формируется область высокого давления. Над полюсами наблюдается постоянно ясная погода. Воздух с полюсов возвращается в умеренные широты по поверхности Земли в виде постоянных ветров.

7. Определение температуры воздуха

Измерение температуры основано на физических свойствах тел, связанных определенной зависимостью с температурой. Наиболее широко используются следующие свойства: тепловое расширение тел, газов, паров и жидкостей; электрическое сопротивление проводников; термоэлектродвижущая сила; энергия излучения нагретых тел.

При наладочных работах по вентиляции температура газов и жидкости в пределах от --40 до +60° С измеряется тарированными жидкостными термометрами с ценой деления не более 0,5° С. При температурах свыше 60° С допускается применять термометры с ценой деления 1°С. Температуру воздуха и газов при составлении балансов по теплу и влаге, а также при лабораторных исследованиях измеряют тарированными термометрами с ценой деления не более 0,2° С.

8. Стратификация атмосферы

Стратификация атмосферы (от лат. stratum - слой и фикация) - распределение температуры воздуха по вертикали, определяющее условия равновесия в атмосфере, благоприятствующие или неблагоприятствующие развитию вертикальных перемещений воздуха. При неустойчивой стратификации атмосферы температура убывает с высотой, что способствует атмосферной конвекции.

Изотермический процесс (от др.-греч. ?упт «равный» и иЭсмз «жар») -- термодинамический процесс, происходящий в физической системе при постоянной температуре.

Для осуществления изотермического процесса систему обычно помещают в термостат (массивное тело, находящееся в тепловом равновесии), теплопроводность которого велика, так что теплообмен с системой происходит достаточно быстро по сравнению со скоростью протекания процесса, и, температура системы в любой момент практически не отличается от температуры термостата. К изотермическим процессам относятся, например, кипение жидкости или плавление твёрдого тела при постоянном давлении. Графиком изотермического процесса является изотерма.

Инверсия температур

- (лат. inversio переворачивание, перестановка) повышение температур воздуха с высотой вопреки правилу ее убывания (понижения). Инверсия температур возникает по нескольким причинам:

в тихие летние ночи благодаря интенсивному лучеиспусканию земной поверхности и в результате охлаждения приземного слоя воздуха на высоты до 20-40 м;

в горных областях преимущественно при зимних антициклонах, когда более плотный и холодный воздух скапливается в межгорных впадинах и долинах. Особенно это характерно для резкоконтинентальных северных Кордильер, всех пространств Северо-Востока, Забайкалья и Среднесибирского плоскогорья, где на каждые 100 м до высот 20-00 м температура воздуха повышается до 2 и даже 3,5°С;

9. Испарение

Испарение -- процесс фазового перехода вещества из жидкого состояния в парообразное или газообразное, происходящий на поверхности вещества. Процесс испарения является обратным процессу конденсации (переход из парообразного состояния в жидкое). При испарении с поверхности жидкости или твёрдого тела вылетают (отрываются) частицы (молекулы, атомы), при этом их кинетическая энергия должна быть достаточна для совершения работы, необходимой для преодоления сил притяжения со стороны других молекул жидкости.

Температуру, при которой жидкость переходит из жидкой фазы в газообразную или наоборот, называют температурой насыщения. Жидкость при температуре насыщения называют насыщенной жидкостью, а пар при температуре насыщения называется насыщенным паром. Для любых условий окружающей среды или давления температура насыщения -- это максимальная температура, при которой вещество остается в жидкой фазе. Также это минимальная температура, при которой вещество существует как пар. Температура насыщения различных жидкостей различна и зависит от давления жидкости. При стандартном атмосферном давлении железо испаряется приблизительно при 2454°С, медь -- при 2343°С, свинец -- при 1649°С, вода -- при 100°С, а спирт -- при 76,7°С. Другие жидкости испаряются при исключительно низких температурах. Аммиак испаряется при ?33°С, кислород -- при ?182°С, а гелий при ?269°С при стандартном атмосферном давлении.

Испарение непосредственно измеряется испарителями или же вычисляется по уравнениям теплового и водного баланса, а также по другим теоретическим и опытным формулам.

Практически оно обычно характеризуется толщиной испарившегося слоя, воды, выраженного в миллиметрах.

Для измерения испарения с водной поверхности применяются испарительные бассейны площадью 20 и 100 м кв., а также испарителями с площадью поверхности 3000 см кв. Испарение в таких бассейнах и испарителях определяется по изменению уровня воды с учетом выпадения осадков.

Испарение с поверхности почвы измеряется почвенным испарителем с площадью испаряющей поверхности 500 см кв. (рис. 5.10). Этот испаритель состоит из двух металлических цилиндров. Внешний установлен в почве до глубины 53 см. Во внутреннем цилиндре находится почвенный монолит с ненарушенной структурой почвы и растительностью. Высота монолита 50 см. Дно внутреннего цилиндра имеет отверстия, через которые стекает избыток воды от выпавших дождей в водосборный сосуд. Для определения испарения внутренний цилиндр с почвенным монолитом каждые пять дней вынимают из внешнего цилиндра и взвешивают.

10. Главные факторы, влияющие на скорость испарения

Температура воды. Теплообмен от воздуха может осуществляться теплопередачей и конвекцией. Конвекция бывает ламинарной и турбулентной. заморозки континентальный климат атмосфера

Влажность воздуха. На нее влияет интенсивность испарения воды, площадь поверхности, конвекция в воздухе. На интенсивность испарения влияют многие факторы, в том числе и метеорологические. Главные из них - температура испаряющей поверхности, влажность воздуха и ветер. Согласно закону Дальтона скорость испарения со прямо пропорциональна разности между давлением насыщенного пара Eh вычисленным по температуре испаряющей поверхности, и парциальным давлением водяного пара е, находящегося в воздухе, и обратно пропорциональна атмосферному давлению R

со = [А (Ех - е)]/Р,

11. Упругость водяного пара

Упругость водяного пара - основная характеристика влажности воздуха, определяемая психрометром: парциальное давление водяного пара, содержащегося в воздухе; измеряется в Па или мм рт. ст. Упругость пара е -- парциальное давление водяного пара, находящегося в воздухе при данной температуре, выражается в миллиметрах ртутного столба, миллибарах или гектопаскалях

е = Е' - А(t-tґ)Р,

12. Характеристика влажности и методы измерения

Влажность воздуха -- это содержание водяного пара в воздухе. В нижних слоях атмосферы всегда содержится водяной пар. Абсолютная влажность а -- количество водяного пара в граммах, содержащееся в 1 м³ воздуха

, г/м .

Относительная влажность-отношение упругости пара к упругости насыщения Е при данной температуре, выраженное в процентах:

Влажность воздуха может быть измерена несколькими методами: абсолютным (весовым), психрометрическим и гигрометрическим (сорбционным).

13. Конденсация

Конденсация -- переход воды из газообразного в жидкое состояние -- происходит в атмосфере в виде образования мельчайших капелек, диаметром порядка нескольких микронов. Более крупные капли образуются путем слияния мелких капелек или путем таяния ледяных кристаллов.

Конденсация начинается тогда, когда воздух достигает насыщения, а это чаще всего происходит в атмосфере при понижении температуры. Количество водяного пара, недостаточное для насыщения, с понижением температуры до точки росы становится насыщающим. При дальнейшем понижении температуры избыток водяного пара сверх того, что нужно для насыщения, переходит в жидкое состояние. Возникают зародыши облачных капелек, т. е. начальные комплексы молекул воды, которые в дальнейшем растут до величины облачных капелек. Если точка росы лежит значительно ниже нуля, то первоначально возникают такие же зародыши, на которых растут переохлажденные капельки; но затем эти зачаточные капельки замерзают, и на них происходит развитие ледяных кристаллов.

14. Облака

В результате конденсации внутри атмосферы возникают скопления продуктов конденсации -- капелек и кристаллов. Их называют облаками. По своему строению облака делятся на 3 класса:

1. Водяные (капельные) облака, состоящие только из капелек. Они могут существовать не только при положительных температурах, но и при температурах ниже нуля. В этом случае капельки находятся в переохлажденном состоянии.

2.Смешанные облака состоят из смеси переохлажденных капелек и ледяных кристаллов. Существуют при умеренных отрицательных температурах.

3.Ледяные (кристаллические) облака состоят только из ледяных кристаллов при достаточно низких температурах.

Водностью облаков называют содержание в них воды в жидком или твердом виде. В водяных облаках в каждом кубическом метре облачного воздуха содержится от 0,2 до 5 г воды. В кристаллических облаках еще меньше -- сотые и тысячные доли грамма в м3.

В зависимости от условий образования облака разделяют:

на внутримассовые, возникающие внутри однородной воздушной массы. Орографические, возникающие на наветренной стороне при вынужденном подъеме воздушных масс по склонам гор.

15. Метеорологические наблюдения

При метеорологических наблюдениях принята морфологическая (по внешнему виду) международная классификация облаков, включающая четыре семейства и десять родов (форм).

A. Семейство облаков верхнего яруса (высота основания более 6 км): перистые, Cirrus (циррус, Ci); перисто-кучевые, Cirrocumulus (циррокумулюс, Cc); перисто-слоистые, Cirrostratus (цирростратус, Cs).

Б. Семейство облаков среднего яруса (высота основания 2-6 км): высококучевые, Altocumulus (альтокумулюс, Ac); высокослоистые, Alto-stratus (альтостратус, As).

B. Семейство облаков нижнего яруса (высота основания менее 2 км): слоистые, Stratus (стратус, St); слоисто-кучевые, Stratocumulus (стратокумулюс, Sc); слоисто-дождевые, Nimbostratus (нимбостратус, Ns).

Г. Семейство облаков вертикального развития (нижнее основание на высоте 0,5-1,5 км, вершины могут достигать верхнего яруса): кучевые, Cumulus (кумулюс, Cu); кучево-дождевые, Cumulonimbus (кумулонимбус, Cb).

Перечислим 10 основных родов облаков с указанием их международных латинских названий и сокращений.

1. Перистые - Cirrus (Ci).

2. Перисто-кучевые - Cirrocumulus (Cc).

3. Перисто-слоистые - Cirrostratus (Cs).

4. Высоко-кучевые - Altocumulus (Ac).

5. Высоко-слоистые - Altostratus (As).

6. Слоисто-дождевые - Nimbostratus (Ns).

7. Слоисто-кучевые - Stratocumulus (Sc).

8. Слоистые - Stratus (St).

9. Кучевые - Cumulus (Cu).

10. Кучево-дождевые - Cumulonimbus

16. Туманы

Скопление продуктов конденсации или сублимации (или тех и других вместе), взвешенных в воздухе непосредственно над поверхностью Земли, образует туманы. В зависимости от причин образования туманы делят на туманы охлаждения и туманы испарения, первые из которых абсолютно преобладают.

Охлаждение может происходить при разных условиях. Во-первых, воздух может перемещаться с более теплой подстилающей поверхности на более холодную и охлаждаться вследствие этого. Это адвективные туманы. Во-вторых, воздух может охлаждаться потому, что сама подстилающая поверхность под ним охлаждается радиационным путем. Это радиационные туманы. Туманы испарения возникают чаще всего осенью и зимой (или летом ночью) в холодном воздухе над более теплой открытой водой.

Размещено на Allbest.ru